Résumé. Les objets pédagogiques et les métadonnées qui leur sont attachées sont depuis déjà un certain temps au coeur de nombreux travaux tant dans les institutions d'enseignement que dans les organismes de standardisation. Ces travaux étant assez coûteux en temps et ils visent à permettre l'interopérabilité et la réutilisation de ces objets dans différents contextes. Dans ce papier, nous proposons une méthode de séquencement d'objets pédagogiques qui montre une petite partie de notre système qui est en voie d'étude et de construction. Cette méthode se base d'une part, sur les métadonnées des objets pédagogiques et d'autre part, sur trois modèles de représentation de connaissances à savoir : le modèle de l'apprenant, le réseau de prérequis des objectifs d'apprentissage et le réseau de prérequis des concepts. Mots-clés. Hypermédia adaptatif, objets pédagogiques, métadonnées, séquencement d'objets pédagogiques, adaptation de cursus.
La composante multimédia et la composante hypertexte d’un système hypermédia éducatif semblent être de grands atouts dans le cadre éducatif. Cependant, ces deux avantages peuvent devenir malheureusement préjudiciables, puisqu’ils peuvent entraîner une «désorientation» et une «surcharge cognitive» chez l’apprenant.
De ce fait, on a cherché à minimiser l’aspect négatif des hypermédias classiques en
créant des systèmes hypermédias plus intelligents qui guident l’apprenant pendant son
apprentissage, c’est ce que l’on nomme les « hypermédias adaptatifs ». Ces systèmes
sont généralement basés sur le concept d’objets pédagogiques. L’objectif de ces
systèmes est d’adapter la manière de présentation des objets pédagogiques en se
basant sur certains paramètres dont les connaissances de l’apprenant lui-même, en vue
de l’aider à se diriger dans l’hyperespace [
Les hypermédias adaptatifs ont considérablement évolué et ont ouvert un nouvel
axe de recherche en intégrant un nouveau concept : celui de la dynamicité et on parle
alors de «systèmes hypermédias adaptatifs dynamiques» dont l’objectif principal est
d’améliorer encore la qualité d’adaptation [
Notre projet de recherche1 se situe dans ce contexte de systèmes hypermédias
adaptatifs dynamiques en général et les objets pédagogiques en particulier. Les objets
pédagogiques et les métadonnées qui leur sont attachées sont depuis déjà un certain
temps au coeur de nombreux travaux tant dans les institutions d’enseignement que
dans les organismes de standardisation. Ces travaux étant assez coûteux en temps et
ils visent à permettre l’interopérabilité et la réutilisation de ces objets dans différents
contextes [
Dans ce papier, nous proposons une méthode de séquencement des objets pédagogiques qui se base d’une part sur les métadonnées des objets pédagogiques et d’autre part, sur trois modèles de représentation de connaissances pour la sélection de ces objets à présenter à l’apprenant : le modèle de l’apprenant, le réseau de prérequis des objectifs d’apprentissage et le réseau de prérequis des concepts. 2
L’idée de séquencement des objets pédagogiques hypermédias est basée sur deux paradigmes conjugués : celui des systèmes hypermédias et celui des systèmes à base de connaissances. L’analyse critique que nous avons réalisé sur ces deux paradigmes nous a révélé un certain nombre d’insuffisances pour chacun d’eux mais aussi des points forts : – Un système à base de connaissances est très limité dans son niveau d’expertise, long à développer, rigide et difficile à modifier, alors qu’un hypermédia est théoriquement illimité dans son expertise, développé rapidement et ses modifications et mises à jour sont faciles ; – Un système hypermédia, au vu de sa liberté et sa flexibilité, est réputé par les deux problèmes de désorientation et de surcharge cognitive qui font perdre à l’apprenant son objectif initial, alors qu’un système à base de connaissances est réputé par le fait qu’il guide pertinemment l’utilisateur vers son objectif.
Nous avons donc essayé de conjuguer les bénéfices des deux paradigmes dans le
but d’adapter le cours aux besoins et capacités d’assimilation de chaque apprenant. La
technique dite « planification d’enchaînement de cursus » [
Conformément à la littérature abondante sur les environnements d’apprentissage,
un système d’apprentissage classique est qualifié d’intelligent s’il répond à quatre
critères essentiels : être expert dans son domaine, être pédagogue, être psychologue et
être ordonné et agréable dans sa présentation. Ce sont ces quatre préoccupations sur
lesquels est basé l’architecture logicielle d’un tuteur intelligent classique avec ses
quatre fameux composants (module expert, module pédagogue, modèle de l’apprenant
et interface de l’apprenant). Dans le contexte de l’apprentissage sur le web, ce sont les
mêmes préoccupations des concepteurs des environnements éducatifs intelligents.
Mais il faudra leur ajouter d’autres préoccupations, inhérents au contexte du réseau
Internet et du Web, et aux protocoles qui les régissent. La technologie des systèmes
hypermédias adaptatifs (SHA) [
Notre système repose sur la pédagogie d’objectifs d’apprentissages. Pour structurer
la matière à enseigner (i.e. le module d’enseignement), nous utilisons une hiérarchie à
trois niveaux d’objectifs d’apprentissage définie dans [
Reposant sur la tactique (présenter, montrer, faire), les oah de cours présentent d’abord la théorie sur le sujet à enseigner (présenter) puis enchaînent avec des exemples permettant de (montrer) à l’apprenant comment appliquer la théorie présentée en utilisant des exemples concrets. Les oah d’évaluation permettent quant à eux de mesurer l’atteinte des objectifs opérationnels par l’apprenant, et ce, en le poussant à s’exercer (faire) lui-même en résolvant des problèmes d’applications de la théorie étudiée.
La gestion des oah dans le canevas du système hypermédia est assurée par un
système à base de connaissances basé sur cinq paquets de règles qui constituent les
plans d’enchaînement en fonction de la situation dans laquelle peut se trouver un
apprenant, et qu’il convient d’instancier pour chaque système d’apprentissage
hypermédia créé dans l’environnement auteur [
3.1
Dans notre système, un module d’enseignement est composé d’un ensemble d’objets d’apprentissage hypermédias (oah) de différents types et réparties à travers les parties et chapitres. Nous appelons cet ensemble « univers des oah ». Cet univers est structuré sous forme d’un arbre de prérequis formé de six niveaux d’oah (les quatre premiers concernent les oah de cours et les deux autres niveaux concernent les oah d’évaluation). Chaque noeud de l’arbre désigne en général un identifiant d’un oah. La racine de l’arbre désigne le premier oah du module d’enseignement sous forme d’un résumé des objectifs d’apprentissage du module. Chaque noeud du deuxième niveau avec toute sa descendance représente une «partie» du module d’enseignement. Et enfin, chaque noeud du troisième niveau avec toute sa descendance représente un «chapitre» d’une partie du module. 3.2
Un objet d’apprentissage hypermédia (oah) (Learning Object) est une structure
exécutable par l’apprenant. C’est une petite unité de contenu centrée sur les objectifs
à atteindre pour apprendre un certain nombre de concepts [
Dans notre système, nous avons défini quatre types distincts d’oah :
– Les oahs de présentation de connaissances sans évaluation : qui se limitent à la
présentation des notions et concepts du module d’enseignement sans essayer de
mesurer leur acquisition par l’apprenant (résumé module, résumé partie, résumé
chapitre, introduction oah, conclusion oah, etc.).
– Les oah de fixation des connaissances avec évaluation : qui tentent de juger du
degré d’atteinte de leurs objectifs d’apprentissage. A ces oah évaluables sont
associées des « oah d’évaluation » permettant une évaluation formative de ces oah.
– Les oah d’évaluation : qui tentent de mesurer l’atteinte des objectifs fixés pour les
oah évaluables. Ces oah sont conçus selon la spécification Question & Test
Interoperability (QTI) de l’IMS [
Des travaux menés au sein de notre groupe et qui ont pour objectif de faire de
l’adaptation dynamique en apprentissage, s’occupent de décomposer encore nos oah
en plusieurs fragments plus fins de contenus appelées « unités d’apprentissage
élémentaires » (upe). Ces upe, spécifiées dans le modèle Modap [
Des informations de nature sémantique sont associées aux oah. Les métadonnées sont
des «données relatives à des données». Il s’agit d’informations décrivant les oah dans
le but de rendre plus performants leur recherche, leur gestion, leur utilisation et
réutilisation. Par conséquent, elles vont servir à l’individualisation de l’apprentissage
et à l’adaptation du cours selon les spécificités caractérisant les apprenants. Pour la
description sémantique de nos oah, nous avons repris la normalisation Learning
Object Metadata (LOM) [
Un module d’enseignement est conçu généralement pour atteindre un certain nombre d’objectifs d’apprentissage répartis à travers les oah. Dans le contexte de notre système, un objectif d’apprentissage (OA) est un identificateur instancié par l’auteur. Il est rattaché à ces oah qui visent à induire l’apprentissage par l’apprenant d’une partie du savoir ou savoir-faire du domaine identifié par cet OA. Alors que le BUT global du module, les OAG et les OAS sont difficilement mesurables, les OAO, eux, sont en principe plus faciles à mesurer si l’auteur arrive à bien les formuler.
Toutefois, nous considérons les règles suivantes quant à l’atteinte des OAS, OAG et BUT : – Un OAS est atteint Si tous ses OAO sont atteints Et l’apprenant réussit au test inventaire posttest-chapitre. – Un OAG est atteint Si tous ses OAS sont atteints Et l’apprenant réussit au test inventaire posttest-partie. – Le BUT du module est atteint Si tous ses OAG sont atteints Et l’apprenant réussit au test posttest-module.
L’enchaînement des OA par le système est effectué sur la base d’un réseau de
prérequis proposé par l’auteur du module d’enseignement. Un lien de prérequis entre
deux objectifs OA1 et OA2 (dans le sens OA1 vers OA2) définit d’une part une
précédence souhaitée par l’auteur entre les deux objectifs, en proposant que
l’apprentissage du deuxième objectif OA2 ne puisse s’effectuer qu’après l’atteinte (ou
la réussite) du premier objectif OA1, et d’autre part, un lien de progression indicative
ou un lien potentiel de remédiation. Cette dernière fonctionnalité signifie que le
système peut choisir un OA qui est prérequis à un OA sur lequel l’apprenant n’a pas
réussi, afin de proposer à ce dernier un apport de connaissances qui portent sur l’OA
prérequis [
En tenant compte de la hiérarchie des OA, le réseau de prérequis est composé de trois niveaux de sous réseaux d’OA. Le sous réseau des OAG, les sous réseaux des OAS et les sous réseaux des OAO (Figure 1). Le module d’enseignement, ayant un BUT d’apprentissage à atteindre par les apprenants, est conçu pour permettre à l’apprenant de comprendre un certain nombre de concepts désignés par des identifiants (les signifiants). De toute évidence, un concept n’est défini qu’en prenant appui et en utilisant des termes (et donc des concepts) déjà connus. Autrement dit, toute construction intellectuelle ne peut se faire qu’à partir de briques élémentaires déjà certifiées et correctement estampillées dans le domaine d’enseignement.
L’apprentissage d’un concept ne peut donc se concrétiser que par l’apprentissage d’un ou de plusieurs concepts prérequis. Ceci exige donc, comme pour les objectifs d’apprentissage, un réseau de prérequis des concepts. Un lien de prérequis entre deux concepts C1 et C2 (dans le sens C1 vers C2) définit d’une part une « précédence » souhaitée par l’auteur entre les deux concepts, en proposant que l’apprentissage du deuxième concept C2 ne peut être effectué qu’après l’apprentissage du premier concept C1, et d’autre part, un « lien de progression » et aussi un lien potentiel de « remédiation » (Figure 2). La méthode à recouvrement (overlay method) est une des méthodes les plus utilisées dans les systèmes d’apprentissage à cause de son indépendance du domaine et sa facilité de mise en oeuvre. C’est la méthode que nous avons choisie, nous aussi, pour modéliser l’apprenant dans notre système. En effet, notre système considère les connaissances d’un apprenant (ce qu’il sait) comme un sous-ensemble des connaissances de l’enseignant auteur.
Pour notre système, les connaissances à transmettre à l’apprenant sont réparties à travers les oah. Parmi ces oah, certaines sont évaluables alors que d’autres ne le sont pas. Les oah consistent en des objets repérés par des « identifiants » indiquant la position de l’oah dans la structure du « module d’enseignement ». L’apprenant est donc modélisé en utilisant ces « identifiants ».
Chaque fois que l’apprenant réussit à atteinte des OAO visés par une oah, l’identificateur de cette oah est ajouté au modèle de l’apprenant. La représentation des connaissances dans ce modèle repose sur une structure d’arbre. Ce dernier, appelé « arbre d’acquisition » est initialement vide.
Au fur et à mesure que des oah sont acquises, des noeuds sont créés. L’arbre consiste en quatre niveaux de noeuds. En commençant par les feuilles, nous trouvons : les noeuds « identifiants-oah » puis les noeuds « identifiants-chapitres » puis les noeuds « identifiants-parties » et enfin le noeud racine désigné par « l’identifiantmodule ». – Nous considérons qu’un chapitre est acquis (et donc les OAS sont atteints) si tous les oah du chapitre sont acquises et le « posttest-chapitre » est réussi. – Nous considérons qu’une partie est acquise (et donc les OAG sont atteints) si tous les chapitres sont acquis et le « posttest-partie » est réussi. – Nous considérons qu’un module est acquis (et donc le BUT est atteint) si toutes les parties sont acquises et le « posttest-module » est réussi.
En fonction des connaissances antérieurs des apprenants et du réseau de prérequis conçu par l’auteur, chacun des apprenants peut suivre un cours adapté à son niveau. Dans notre système, un cours est composé essentiellement d’un ensemble d’objectifs d’apprentissage et d’un cursus.
Le cursus est une liste ordonnée d’oah construite par le système pour fournir à un apprenant particulier les connaissances nécessaires pour atteindre les objectifs visés.
La planification du cursus est effectuée selon les trois étapes suivantes : – Une liste ListOA des OA à atteindre est construite sur la base des choix de l’apprenant lors de la phase de négociation et/ou sur la base du contenu du modèle de l’apprenant. Si l’apprenant a choisi un parcours basé sur les concepts, une liste des concepts à apprendre ListCP est d’abord formée. Pour chaque concept appartenant à cette liste, les OA qui lui sont attachés sont ajoutés à la liste ListOA ; – La liste ListOA est ensuite transformée en une liste ordonnée d’oah de cours ListOAH contenant la meilleure séquence des oah conçus pour atteindre les objectifs visés. Le séquencement se base sur le réseau de prérequis des OA et sur le contenu du modèle de l’apprenant ; – La liste ListOAH est enfin transformée en un cursus en ajoutant les oah d’évaluation et de remédiation nécessaires à la mise à jour du modèle de l’apprenant. 5
Dans cet article, nous avons présenté une méthode de séquencement des objets pédagogiques dans un environnement hypermédia adaptatif éducatif. Pour concrétiser les choix fondamentaux de notre conception, le système est expérimenté pour le moment localement au sein de notre département pour l’apprentissage du module «systèmes experts » avec un nombre restreint d’étudiants, en vue de sa validation.
Nous nous sommes alors basés sur notre expérience antérieure pour réaliser cette
tâche [
Dans un futur proche nous nous penchons sur un problème d’optimisation du parcours pédagogique en assignant des poids aux arcs des réseaux de prérequis. Pour cela, nous avons opté pour la technique des colonies de fourmis qui est largement utilisée dans les problèmes d’optimisation.