Concevoir des modèles de sites Web éducatifs en utilisant IMS Learning Design / Designing educational Web site models using IMS Learning Design

Canadian Journal of Learning and Technology

Volume 32(1) Winter / hiver 2006

Concevoir des modèles de sites Web éducatifs en utilisant IMS Learning Design / Designing educational Web site models using IMS Learning Design

Ecaterina Giacomini Pacurar

Philippe Trigano

Sorin Alupoaie

Auteurs

Ecaterina Giacomini Pacurar, Assistant Doctor, Université de Technologie de Compiègne. La correspondance concernant cet article peut être envoyée par l'email à : egiacomi@hds.utc.fr
Philippe Trigano,Université de Technologie de Compiègne. Courriel : philippe.trigano@utc.fr
Sorin Alupoaie, Université de Technologie de Compiègne. Courriel : salupoai@etu.utc.fr

Résumé: Dans le cadre de cette recherche, a été développé le guide interactif CEPIAH (Conception et Evaluation des Produits Interactifs pour l’Apprentissage Humain) accessible sur le Web, composé de trois modules : Aide à la Conception, Aide à l’Evaluation et Aide à la Conception de structures de cours en ligne. L’objectif de cet environnement interactif est d’aider les auteurs de sites Web éducatif dans la conception et l’évaluation de leurs prototypes. Cet article présente une courte synthèse et analyse des normes relatives à la conception des contenus pédagogiques électroniques; ensuite seront décrits les travaux de recherche concernant le troisième module (Aide à la Conception de structures de cours en ligne) du guide CEPIAH. La conclusion présentera des perspectives portant sur la validation de l’outil.

Abstract: Within this study, the CEPIAH (Design and evaluation of interactive products for human learning) web based interactive guide has been developed and is comprised of three modules: Help for design, Help for evaluation and Help for online course structure design. This interactive environment aims to help educational Web site authors with the design and evaluation of their prototypes. This article first presents a short synthesis and evaluation of the standards relative to the design of electronic pedagogical content and then describes the study on the third module of the CEPIAH guide. Elements of instrument validation will then be discussed in the concluding remarks.

Introduction

Cette recherche concerne la conception et l’évaluation des environnements hypermédia pédagogiques : Quelles sont les étapes de création et de développement d’un produit hypermédia pédagogique? Comment concevoir un site Web éducatif du point de vue ergonomique? Quels sont les éléments de design graphique dont il faut tenir compte pour la réalisation des hypermédia pédagogiques? Pour répondre à ces questions, les concepteurs pédagogiques ont besoin d’outils permettant de concevoir, caractériser et évaluer le produit hypermédia d’apprentissage. Ainsi, un guide interactif, en développement, sera accessible sur le Web, composé de trois modules : Aide à la Conception, Aide à l’Evaluation et Aide à la Conception de structures de cours en ligne. L’objectif de cet environnement interactif est d’aider les auteurs de cours en ligne dans la conception et l’évaluation de leurs prototypes. Ces cours en ligne sont sous la forme de site Web éducatifs.

Parmi les guides interactifs existant actuellement, les sites CINEMA, (Isabelle, Nkambou, & Dufresne, 2000) et W3 Educatif (W3 Educatif, 2001) sont des exemples composés principalement d’une partie « cours » et d’une autre partie « évaluation », mais, ils ne facilitent pas la navigation entre ces deux parties durant le processus de conception. Une méthode d’aide à la conception et à l’évaluation des hypermédias éducatifs est proposée. Celle-ci aura comme particularités, la navigation flexible dans l’environnement favorisant ainsi le processus itératif de conception-évaluation et la mise à disposition de modèles prédéfinis de sites Web éducatifs (méthode CEPIAH (Trigano & Giacomini, 2004)).

Dans le module d’aide à la conception, a été définie une structure hiérarchique arborescente, basée sur les niveaux : thèmes, méta-critères et critères (Trigano & Giacomini, 2004). Le module d’évaluation est actuellement constitué de questionnaires interactifs portant sur les thèmes présentés dans la partie d’aide à la conception. Les questionnaires sont accessibles en ligne sur le site Web CEPIAH. Afin de réduire le problème de désorientation des utilisateurs dans cet environnement et de les aider à évaluer et le cas échéant, améliorer leur prototype durant le processus de conception, une navigation bidirectionnelle est proposée (Giacomini & Trigano, 2003).

Les deux premiers modules du guide interactif (aide à la conception et aide à l’évaluation) ayant déjà été décrits par le passé, le présent article porte sur le 3 e module consacré à la conception de structures de cours en ligne.

Normes et standards pour la représentation des contenus pédagogiques

Aujourd’hui, la banalisation de l’Internet et du Web transforme les pratiques d’enseignement et d’apprentissage.

Les cours, les produits et différents services qui empruntent les voies électroniques d’Internet circulent à travers de multiples systèmes ou plates-formes logicielles et épousent des formats ou des structures variées. Étant donné l’abondance et la diversité du matériel numérisé, et pour que les systèmes et leurs utilisateurs puissent repérer ces éléments, les distribuer, se les échanger à volonté, les mettre à jour, les créateurs de matériel pédagogique électronique reconnaissent l’intérêt d’adopter des normes et des standards. Ceux-ci se présentent comme un « langage commun » servant à désigner, catégoriser et décrire les ressources éducatives numérisées. Ce langage, qui a l'avantage d'être « interprétable » autant par les machines que par les humains, constitue le cœur de l’interopérabilité des systèmes et des logiciels qui traitent le matériel pédagogique numérisé.

Un exemple d’organisme de normalisation est l’IEEE LTSC (IEEE, 2001) et le Comité LOM (Learning Object Metadata). Ils définissent un modèle d'objet d'apprentissage (LOM) dans lequel on prévoit la syntaxe et la sémantique des métadonnées pour la description complète d'un objet pédagogique. Un objet pédagogique est décrit par « Learning Object Metadata » comme toute entité, numérique ou non que l'on peut utiliser, réutiliser ou invoquer lors d'un apprentissage soutenu par la technologie. Parmi les limites de LOM notons: la focalisation exclusive sur les contenus sans prise en considération de la démarche pédagogique qui lui est associée; l’incompatibilité avec des représentations structurées de l’information puisqu’elles ne permettent pas, dans leur forme actuelle, de représentations enrichies de connaissances (liens, ontologies…); l’absence de distinction entre unité d’apprentissage, activités et ressources ce qui empêche leurs descriptions en tant que tels, etc.

IMS (Instructional Management Systems) est une association à but non-lucratif regroupant nombre de lycées, d’universités et d’organismes, publics ou privés, cherchant à transformer l’éducation par l’utilisation des nouvelles technologies (IMS, 2003). L’objectif d’IMS est d’obtenir une large adhésion à des spécifications techniques relatives à la gestion d’outils et de contenus pédagogiques sur Internet. IMS a agi comme un catalyseur pour le développement d’un corpus de logiciels éducatifs, la création d’une infrastructure en ligne pour gérer l’accès aux matériaux et aux environnements éducatifs, la simplification des travaux éducatifs en groupe et l’évaluation des connaissances et des savoir-faire acquis. Certaines universités envisagent de mettre leurs cours en ligne sur le Web au standard proposé par IMS à l’aide de serveurs de contenus. Le standard IMS décrit la façon dont les objets pédagogiques doivent être conditionnés pour pouvoir être échangés ainsi que la structuration des objets eux-mêmes (IMS, 2003).

Le profil d’application CanCore (Canadian Core Learning Resource Metadata) (Friesen, Roberts & Fisher, 2002) a été mis au point par un groupe d'éducateurs et de spécialistes techniques avec le soutien et l'appui financier du projet CANARIE d'Industrie Canada et d'autres organismes (Normetic, 2003). Par rapport aux métadonnées dans le domaine de l'éducation, CanCore est entièrement compatible avec la spécification de ressource d’enseignement de IMS Learning Resource Meta-data Information Model et avec IEEE (LOM) (depuis août 2003). CanCore définit un sous-ensemble d'éléments de cette dernière spécification en vue d'une description efficace et uniforme des ressources didactiques numériques au Canada et ailleurs dans le monde. Le protocole CanCore retient huit des neuf catégories proposées par IMS et offre 36 éléments adaptés d’IMS. Ces catégories sont : générale, cycle de vie, méta-métadonnées, technique, éducatif, droits, relations et classification.

SCORM (Sharable Content Object Reference Model) est un model réalisé à partir d’une initiative de l’ADL (Advanced Distributed Learning) (ADL, 2001) qui visait à moderniser l’éducation et la formation à l’aide des technologies de l’information et des communications. Il est un modèle de référence pour définir des contenus d'apprentissage sur le Web. Il est également un pont entre les technologies générales émergentes et les applications commerciales. Le modèle et les spécifications de SCORM sont fondés sur la norme IMS. Un point fort du modèle SCORM vient à la fois du fait qu’il intègre plusieurs spécifications en matière d’interopérabilité des contenus et qu’il mise sur les développements qui sont à l’avant en matière de normalisation de la formation en ligne.

ARIADNE (Alliance of Remote Instructional Authoring and Distribution Networks for Europe) est un projet de l'Union Européenne qui est axé sur le développement d'outils et de méthodologies pour produire, gérer et réutiliser du matériel pédagogique numérisé et des cours ou programmes recourant à la télématique (Normetic, 2003) . La recommandation d’ARIADNE est fondée sur le modèle IEEE/LOM (Learning Objects Metadata). ARIADNE intègre un modèle de métadonées composé de plusieurs catégories de descripteurs obligatoires notamment : l’information générale sur les ressources, la sémantique de la ressource, les attributs pédagogiques, les caractéristiques techniques et les conditions d’utilisation.

EML (Educational Modelling Langage) (Koper & Tattersall, 2005) est un modèle intégrateur de métadonnées (en XML) qui prend en compte non seulement des éléments pour décrire les ressources pédagogiques et leur contenu (texte, tâches, tests, devoirs) mais aussi le rôle, les liens, les interactions et les activités des étudiants et des apprenants. Le modèle EML, n’est pas un standard mais, il intègre des idées venant des standards IMS, IEEE-LTSC, Dublin Core et ADL-SCORM. L’EML est le langage à l’origine du standard IMS Learning Design (IMS, 2003). En effet, IMS Learning Design (IMS LD) est un langage qui favorise la description des processus d’apprentissage. Il aide les concepteurs pédagogiques à modéliser le contenu, les rôles des différents acteurs dans une activité pédagogique et les services nécessaires pour atteindre les objectifs d’apprentissage. Il soutient également les divers types d’apprentissage collaboratif. Cet aspect est particulièrement important pour sa reconnaissance à la fois dans le cadre de la formation à caractère commercial et globalement dans l’éducation.

Étant donné que l’ensemble de métadonnées IMS est réutilisé dans de vastes projets comme SCORM, ARIADNE et CanCore, il semblerait qu’IMS pourrait devenir le standard en matière de description du matériel de formation en ligne.

Cette analyse permet de percevoir les travaux réalisés en matière de normalisation de la formation en ligne et la multitude des acteurs qui interviennent dans le développement de normes et de standards d’interopérabilité pour le matériel pédagogique électronique. Un autre constat que l’on peut tirer de cette analyse réside dans la convergence qu’on retrouve parmi les efforts consentis. Sans doute que l’urgence d’intervenir et plus particulièrement le rythme effréné en terme de croissance qu’impose l’Internet expliquent en grande partie la convergence qu’on retrouve entre les travaux et les efforts consentis par les multiples groupes travaillant en matière de normalisation de la formation en ligne.

Modélisation pédagogique avec IMS LD

L’étude des normes et standards a conduit à choisir le standard IMS LD comme application dans la représentation des contenus pédagogiques dans les modèles de sites Web éducatifs (cf. §4). En effet, dans la réalisation de ces modèles pédagogiques, sont prises en compte à la fois les théories et modèles d’enseignement et d’apprentissage ainsi que les domaines d’enseignement, les rôles des acteurs (apprenants, chef d’équipe, professeur, tuteur, etc.) et les interactions entre ces différents acteurs dans l’environnement d’apprentissage. L’utilisation de ce langage facilite la prise en compte de l’évolution dynamique d’un cours de formation donné. Par exemple, si pour un test donné le résultat de l’apprenant est au-dessus d’un certain niveau, l’apprenant peut se dispenser de certaines activités. Ce sont ces éléments qui ont motivé l’application du standard IMS LD dans la création des sites Web éducatifs.

Alors qu’EML intègre dans un unique langage tous les aspects pour la modélisation d’un processus d’apprentissage, l’IMS LD est compatible avec plusieurs autres spécifications comme IMS/LOM Meta-data (IMS, 2003a), IMS Question and Test Interoperability (IMS, 2003b), etc. De plus, contrairement à EML, IMS Learning Design intègre trois niveaux de représentation (A, B, C) qui seront décrits dans cette section.

Le schéma de la figure 1 est une représentation formelle d’Unité Pédagogique. Il y a trois niveaux de représentation qui s’intègrent de la manière suivante : le niveau A est intégré dans le niveau B et ce dernier est intégré dans le niveau C.

Le niveau A est celui de base. Il est représenté à la figure 1, par les cases blanches. Ce niveau permet la spécification des activités pédagogiques ordonnées dans le temps et effectuées par les apprenants et par les professeurs dans le contexte d’un milieu qui consiste en objets d’apprentissage et services.

L’élément de base est la méthode qui est une séquence d’éléments permettant de définir la dynamique du processus d’apprentissage. Une méthode part des conditions initiales (pré requis) qui doivent être satisfaites et qui a comme but d’atteindre certains objets d’apprentissage. Elle consiste en un ou plusieurs scénarios qui sont exécutés en parallèle.

En général, deux rôles peuvent être interprétés : étudiant et professeur. Les activités qui doivent être effectuées dans une méthode sont référencées par un identificateur, celles-ci étant stockées à l’extérieur de la méthode. Parmi les types d’activités utilisées on distingue les activités d’apprentissage, les activités de support et les structures d’activités. Ces dernières peuvent regrouper en séquences d’autres activités (d’apprentissage ou de support). En général, les activités d’apprentissage sont effectuées par les apprenants et celles de support par les professeurs. Les activités se déroulent dans un certain milieu qui met à disposition des services et/ou des objets d’apprentissage.

Le niveau B intègre le niveau A en ajoutant des propriétés et des conditions permettant une représentation du processus d’apprentissage plus avancée et plus flexible. Les propriétés sont utilisées pour stocker les informations sur une personne ou sur un groupe de personnes. Les conditions permettent de décider de l’évolution d’un scénario pédagogique à un moment donné. Par l’évaluation d’une expression on peut décider, en fonction de son résultat, quel parcours suivra le scénario.

Le niveau C intègre le niveau B en y ajoutant les notifications. Ce niveau C permet la transmission des messages d’un rôle ou l’ajout de nouvelles activités associées à un rôle, qui seraient des conséquences de l’apparition des évènements pendant le processus d’apprentissage.


Figure 1 . Modèle conceptuel du niveau A, B et C

Les figures 2 et 3 représentent les structures générales d’une Unité Pédagogique ainsi que celles d’un Scénario Pédagogique, tel que définies dans le modèle conceptuel IMS LD. Ceux-ci ont servit d’inspiration pour la conception de modèles pédagogiques qui font partie intégrante des structures de sites Web éducatifs qui seront proposées.


Figure 2. La structure générale d’une Unité Pédagogique


Figure 3. La structure générale d’un Scénario Pédagogique

Applications de l’IMS LD : modèles pédagogiques de sites Web

Rappelons que le système CEPIAH est composé de trois modules : Aide à la Conception, Aide à l’Evaluation et Aide à la Conception de structures de cours en ligne. Après avoir intégré les deux premiers modules dans le guide CEPIAH, l’intérêt a été porté au troisième module d’aide à la conception de structures de cours en ligne (sous la forme de sites Web éducatifs). Ce module est un portail Web, nommé netUniversité, représenté à la figure 4. Par le biais de ce portail, l’enseignant peut générer de structures de site Web éducatif, éditer le contenu de cours dans ces structures puis visualiser et administrer ses cours. Les étudiants peuvent visualiser et participer aux cours à partir du navigateur intégré dans netUniversité.


Figure 4. Présentation générale du portail netUniversité


Figure 5. Génération automatique de sites Web éducatifs

Sans entrer dans les détails, mentionnons que ces structures sont générées à partir des réponses données par l’utilisateur (l’enseignant, le concepteur de cours) aux deux questionnaires interactifs (le questionnaire pédagogique et le questionnaire pour les aspects de design graphique) (cf. figure 5).

Une description plus détaillée du principe de génération de structures de sites Web éducatifs fera l’objet de l’une des sections suivantes.

Cadre théorique pour la conception de modèles pédagogiques de sites Web

Dans ce cadre conceptuel, deux aspects majeurs sont considérés, à savoir : l’IHM des sites Web (couleurs, formes de menus et de boutons, etc.) et la modélisation par IMS Learning Design de scénarios pédagogiques, basés sur différentes approches théoriques et méthodes d’enseignement.

Les dernières décennies ont vu l’apparition et le développement de théories, modèles et méthodes d’enseignement et d’apprentissage, à partir des travaux de Piaget (Gallagher & Reid, 1981) concernant l’approche constructiviste et (Vygotski, 1978) sur l’approche socioculturelle jusqu’aux travaux de (Gagné & Medsker, 1996) sur les conditions de l’apprentissage et (Merrill, 2002) sur les travaux sur l’identification des principes fondamentaux d’enseignement et d’apprentissage. Mentionnons également l’ouvrage de (Reigeluth, 1999) qui regroupe plusieurs modèles et méthodes d’enseignement intégrant différents scénarios pédagogiques ainsi que les travaux de (Paquette, 2002) sur l’ingénierie pédagogique pour les systèmes de télé apprentissage. Dans une première phase de cette recherche, certains de ces modèles ont été étudiés afin de proposer de scénarios pédagogiques. Dans les paragraphes suivants sont présentés les principes fondamentaux d’enseignement et d’apprentissage, proposés par Merrill (2002), ainsi que quelques exemples de modèles d’enseignement et d’apprentissage respectant ces principes qui sont adoptés dans la conception des modèles pédagogiques de sites Web.

Plusieurs méthodes d’enseignement suggèrent que la plupart des environnements d’apprentissage soient basés sur la résolution de problèmes et impliquent les étudiants dans quatre phases d’apprentissage que Merrill (2002) distingue : (1) l’activation d’une connaissance antérieure, (2) la démonstration des compétences, (3) l’application de compétences et (4) l’intégration de ces compétences dans les activités du monde réel (figure 6).

Un exemple qui inclut toutes les phases d’apprentissage proposées par Merrill, est l’approche par résolution collaborative de problèmes, proposée par Nelson (1999). Cependant, dans ce cas, la phase d’application est plus accentuée que celle de démonstration. Afin d’aider les concepteurs de scénarios pédagogiques de type « travail par projet » ou « résolution collaborative de problèmes », Nelson propose un guide de recommandations organisées sur plusieurs étapes d’activités telles que : définir les objectifs et le plan du projet, former des groupes d’apprenants, définir la problématique, définir et attribuer les rôles, engager les apprenants dans un processus itérative de résolution de problèmes, finaliser le projet, réfléchir, synthétiser et évaluer les résultats obtenus.


Figure 6. Les principes fondamentaux d’instruction (Merrill, 2002)

L’approche constructiviste de Jonassen (1999) est également centrée sur la résolution de problèmes ou de projets en incluant tous les principes d’apprentissage mentionnés par Merrill (Merrill, 2002). Jonassen souligne que l’apprentissage est favorisé quand les élèves découvrent le contenu du domaine à travers la résolution de problèmes. De plus, il recommande une progression dans la résolution de problèmes : « start the learners with the tasks they know how to perform and gradually add task difficulty until they are unable to perform alone » (Jonassen, 1999, p. 319).

Schank (Schank & Berman, 1999) propose un modèle de simulation d’apprentissage par action (learning-by-doing) nommé GBS (goal-based scenario), centré sur la résolution des problèmes en utilisant du raisonnement à partir de cas (case based reasoning). Ce modèle met l’accent sur les phases d’application, d’activation et de démonstration tandis que la phase d’intégration est moins accentuée bien qu’elle reste effectivement présente. Dans ce modèle, les apprenants doivent atteindre les objectifs d’apprentissage en exerçant leurs compétences et en utilisant des contenus relevants de connaissances (présentés sous forme de cas) qui peuvent les aider dans l’accomplissement de leurs objectifs.

Un autre exemple d’approche théorique d’enseignement et d’apprentissage, nommé « Elaboration Theory », est proposée par Ch. Reigeluth (1988, 1999). Dans la même optique que Jonassen, Reigeluth recommande une organisation de type « simple vers complexe » du contenu pédagogique, en soulignant que : « a simple-to-complex sequence is prescribed by the elaboration theory because it is hypothesized to result in: the formation of more stable cognitive structures, hence causing better long-term retention transfer; the creation of meaningful contexts within which all instructional contents is acquired » (Reigeluth, 1999, p. 322). De plus, selon Reigeluth, l’apprentissage des concepts théoriques est amélioré quand on intègre dans un cours de formation des éléments pédagogiques « exemples concrets » avant les éléments « exemples abstraits », des éléments « contre-exemples », des « tests d’évaluation » et des « tests d’auto-évaluation », des « synthèses » et des « résumés » à la fin de chaque leçon qui compose un chapitre ou bien à la fin de chaque chapitre de cours. Par ailleurs, Reigeluth intègre le fait qu’au début d’un cours il est souhaitable d’évaluer les pré-requis des étudiants qui y participent. 

De manière générale, il appert que toutes ces approches prennent en compte les principes fondamentaux de l’apprentissage énoncés par D. Merrill. Un autre point commun vise l’aspect centré sur la résolution de problèmes ou le travail par projet, ceci pouvant se réaliser individuellement ou par groupe d’apprenants. En revanche, comme a été décrit précédemment, les différences sont dans la scénarisation pédagogique de ces approches.

L’étude de diverses approches théoriques d’enseignement et d’apprentissage a servi comme support théorique dans la modélisation des modèles de scénarios pédagogiques. En effet, les structures de site Web générés par le module de génération de cours en ligne (voir figure 4) se basent sur des modèles de scénarios pédagogiques qui intègrent, selon le cas, les caractéristiques de ces théories. La section §5.3 présente un exemple d’une Unité Pédagogiques avec un scénario basé sur certains caractéristiques de l’approche « Elaboration Theory ».

Questionnaires interactifs pour la génération dynamique de structures de site Web éducatifs

Pour générer les structures de sites pédagogiques, le système utilise en entrée les réponses aux deux questionnaires interactifs représentés en fichiers XML : le questionnaire pédagogique et le questionnaire pour les aspects de design graphique (figure 7). Chaque site Web généré est représenté par deux fichiers XML dont l’un pour la représentation graphique des modèles d’interface et l’autre pour stoker les contenus pédagogiques en format IMS LD.


Figure 7. Le générateur (présentation générale)

Démarche de conception pour le questionnaire pédagogique

Le module « génération dynamique de cours en ligne », intègre plusieurs scénarios pédagogiques représentés dans différentes structures de sites Web. Le but est d’aider les enseignants (ou tout concepteur pédagogique) n’ayant aucune compétence informatique, à créer leur propre cours sous forme de site Web. Pour atteindre cet objectif, 175 sites Web éducatifs, dédiés à divers domaines d’enseignement, ont été analysés. Ces sites sont utilisés comme support de cours théorique, exercices, travaux pratiques et projets, en intranet à l’UTC.

Dans notre approche, toute situation d'apprentissage (y compris via un dispositif technique) est un cadre d'interaction scénarisé. Les Unités Pédagogiques (UP) peuvent varier, suivant les contextes, les pratiques et les modèles théoriques mobilisés (Koper & Olivier, 2004) . D'après une série de travaux expérimentaux (Ghitalla, 2001), on peut admettre que les unités pédagogiques sont décomposables en Scénarios Pédagogiques (SP). Ce sont les « briques » sur lesquelles se basent les acteurs du processus d'apprentissage, explicitement ou implicitement, formateurs ou apprenants. Une séance de résolution de problèmes, une expérimentation menée en travaux pratiques, un exposé théorique, etc., sont des exemples de telles briques.

Dans un premier temps, la typologie proposée (qui est le résultat de l’analyse des sites Web éducatifs) prend en compte seulement les Unités Pédagogiques (UP) composées d’un ou de plusieurs Scénarios Pédagogiques sans faire appel à leur scénarisation, c’est à dire à la manière dont ces scénarios s’exécutent dans le temps. À partir de cette analyse, les Unités Pédagogiques identifiés comme les plus fréquemment utilisées sont: présentation des concepts théoriques, problème à résoudre, travaux pratiques, projets. Par exemple, une Unité Pédagogique peut être composée d’une activité de projet, d’une activité de résolution de problèmes (ou d’exercices, de travaux dirigés) et d’activités de travaux pratiques. Un autre exemple d’Unité Pédagogique pourrait être composé d’une activité de projet et une activité de type « théorie » qui sert de base pour la réalisation du projet. Cette première typologie est enrichie par de nouveaux modèles de scénarios issus de l’étude bibliographique sur les approches théoriques d’enseignement et d’apprentissage (présentation non-exhaustive au §3.1.1). Dans un deuxième temps, différents modèles de scénarios prenant en compte à la fois les éléments constituants ainsi que leur scénarisation sont proposés. Après avoir modélisé par des diagrammes d’activités UML les différents modèles d’unités pédagogiques ainsi que leurs scénarios pédagogiques, ceux-ci sont représentés dans le formalisme XML-IMS LD (IMS, 2003).

Le questionnaire pédagogique permet à l’utilisateur de choisir dynamiquement les éléments qui seront intégrés dans son site Web éducatif. Ce questionnaire est structuré sur trois niveaux de granularité : une question proprement dite, sa re-formulation ainsi qu’un approfondissement lié à cette question-là. Dans l’approfondissement, est présentée une courte synthèse sur les concepts théoriques d’enseignement et d’apprentissage qui sont en liaison avec cette question, en expliquant également quelle peut être l’incidence sur la structure du site Web qui sera générée par la suite.


Figure 8. Questionnaire pédagogique interactif

La figure 8 représente l’affichage d’une question pédagogique dans le module de génération de structure de cours en ligne qui fait partie intégrante du portail netUniversité.

Cette question permet de choisir les types de d’unités pédagogiques (par exemple, présentation de concepts théoriques et exercices applicatifs ou bien présentation de concepts théoriques et travail par projets) que l’enseignant souhaite proposer aux étudiants. Toutes ces questions pédagogiques ainsi que les divers scénarios pédagogiques représentés sous forme de « briques pédagogiques élémentaires », sont intégrés dans une base de connaissances dont une description fera l’objet de la section §5.1.

Démarche de conception pour le questionnaire dynamique d’interfaces de sites Web

L’analyse des 175 sites Web éducatifs évoquée dans la section précédente, a contribuer à l’indentification de quelques types d’interfaces possibles. Les méta-critères et les critères pris en compte concernent notamment la navigation à partir des menus, les formes des boutons de navigation entre les différentes pages du site Web, les couleurs des menus, des boutons, etc.

La navigation principale concerne l’ensemble des menus de navigation qui intègrent les sites Web à partir de la page d’accueil. Ainsi peuvent être distingués le menu permettant une navigation en haut de la page, le menu permettant une navigation dans la partie gauche de la page ainsi que le menu central. Par le biais de ce questionnaire l’utilisateur peut également modifier le type de navigation initiale, en ajoutant des menus différents par rapport à celui qui se trouve dans la page d’accueil. On appelle navigation secondaire, la navigation issue de cette modification.

La présentation de la page centrale concerne les différentes formes de présentation qui peuvent être par exemple : des listes, des tableaux, etc. L’apparence représente ce qui est lié à l’esthétique de l’interface du site Web éducatif. On peut ainsi prendre en compte : les couleurs, les formes de boutons dans les menus et/ou pour la navigation entre les pages, les images représentant un domaine d’enseignement donné.

Le squelette d’un site Web est composé de deux éléments (figure 9) : structure et apparence. La structure est composée de deux types de navigation, générale et secondaire, ainsi que d’une page centrale qui est composée avec un choix parmi les éléments « tableau », « liste » et « texte ». Ces éléments sont représentés dans un schéma XML obtenu à l’aide du logiciel XMLSpy tel qu’illustré à la figure 9.


Figure 9 . Schéma XML pour l’interface des sites Web pédagogiques

En utilisant cette typologie, un questionnaire dynamique a été conçu pour le choix des aspects graphiques de l’interface du site Web. Ce second question-naire est également utilisé pour la génération automatique de structures de sites web éducatifs. La figure 10 présente une page web qui guide l’utilisateur dans le choix du type de menu graphique pour la navigation principale dans la structure de son site web.


Figure 10. Questionnaire pour l’interface de site web

Génération automatique de structures de sites web pédagogiques

Modélisation de la base de connaissances

Le problème de la complexité des conditions et des règles nécessaires pour la génération automatique a motivé la conception d’un système à base de connaissances dont les règles sont de type forward chaining. Le choix de ce type de règles est dû au nombre réduit d’entrées représentées par les possibilités de réponse aux questionnaires et le grand nombre de sorties concernant les modèles pédagogiques. Ces règles sont implémentées dans l’environnement JESS (Java Expert System Shell). JESS est une librairie en Java permettant son utilisation dans le développement des applications Web ainsi que des applets ou pages JSP (Java Server Pages).

Le traitement des réponses au questionnaire visant les éléments pédagogiques est complexe car il implique l’intégration des connaissances de plusieurs théories et modèles d’apprentissage telles que le béhaviorisme, le constructivisme, le socio-constructivisme, etc. Dans ce contexte, l’élaboration d’une base de connaissances (incluant les règles d’inférence) nécessite une étude et une analyse approfondies. Pour obtenir l’indépendance entre la partie exécutive (générateur) et la partie « données » (connaissances pédagogiques) ces deux parties ont été séparées en concevant un schéma en formalisme XML (figure 11). Ainsi la base de connaissances peut être développée indépendamment en éditant un simple fichier XML sans affecter le générateur. Les connaissances stockées dans le fichier XML qui définit la base de connaissances dans un format semblable à une règle JESS seront transformées en ce langage et ajoutées dans le moteur d’inférence avant d’être traitées par le générateur de structures de sites Web éducatifs.

Un outil de génération automatique de sites Web pédagogiques

Afin de générer les structures de sites Web le système utilise une liste de modèles pédagogiques primaires («briques élémentaires »). Ces briques élémentaires sont utilisées pour construire les modèles finaux (les structures de cours générées). Les règles d’inférence dans la base de connaissances spécifient la façon dont ces briques sont associées (figure 11). Ces dernières sont des composants IMS Learning Design qui sont crées par défaut lors de la génération mais qui peuvent aussi être conçues préalablement et enregistrées en fichiers XML à condition qu’elles respectent le standard IMS LD.

Les briques élémentaires sont implémentées dans le fichier XML qui représente la base de connaissances. Les éléments qui caractérisent ces modèles sont un identifiant (id) unique du modèle, un titre et un type (unité pédagogique, scénario, activité d’apprentissage, etc.). On précise également si le modèle primaire a été enregistré sur le disque. Ces modèles peuvent être créés à partir de plusieurs niveaux de profondeur en IMS LD. Par exemple, on peut considérer soit une Unité Pédagogique complète soit seulement des briques qui composent cette unité : scénarios pédagogiques, activité d’apprentissage et/ou de support, structures d’activités, environnements, etc. Par la suite, le fonctionnement de l’outil de génération automatique qui a été développé est décrit. Ainsi, après que l’utilisateur a complété les deux questionnaires, les réponses sont traduites en format JESS et sont chargées dans le moteur d’inférence dans lequel ont été également introduits les faits et les règles de la base de connaissances représentée en XML (figure 11).


Figure 11. Génération automatique des sites Web éducatifs

Une fois le processus d’inférence achevé, les règles vont créer deux types de faits : les faits qui représentant des attributs IHM pour les sites Web et les faits qui établissent de liens entre les modèles pédagogiques primaires. Ces faits deviennent les entrées pour le constructeur des modèles (ou constructeur des structures de cours). Chaque attribut IHM correspond à un élément XML du fichier qui décrit l’interface graphique du site Web pédagogique.

Puis le module « constructeur de cours » établit des liens entre les modèles pédagogiques primaires. Cette association de briques élémentaires est effectuée à partir des réponses aux deux questionnaires et des règles de la base de connaissances. Un exemple est présenté à la figure 12.


Figure 12. Principe de conception d’un modèle de cours

Exemple d’une unité pédagogique générée

Cette section présente un exemple d’unité pédagogique obtenue à partir de connaissances issues de l’approche « Elaboration Theory » (voir §4.1), modélisées dans la base de connaissances du générateur de cours en ligne. Tel que précisé au paragraphe §5.2, ces modèles primaires sont intégrés dans une unité pédagogique, utilisant des règles qui établissent un lien entre deux éléments (voir figure 12).

Par exemple, la règle représentée à la figure 13 associe une structure d’activités basée sur l’approche « Elaboration Theory » (AS-Reigeluth-1) au scénario pédagogique (P-Theorie). A un niveau générique, cette structure de cours est composée de plusieurs chapitres de cours. Chaque chapitre peut être décomposé en plusieurs leçons auxquels on associe des exercices interactifs de type « texte à trous » et « vrai/faux ». Selon l’approche de Reigeluth, cette structure intègre également des grains « synthèse » à la fin de chaque leçon. Le degré de difficulté dans les modules de cours augmente progressivement du simple au complexe.


Figure 13. Exemple de règle pour la génération d’un cours

Pour obtenir une structure basée sur ce modèle d’unité pédagogique présenté à la figure 14, l’utilisateur doit répondre à un certain nombre de questions telles que : Quels sont les éléments de théorie que vous envisagez de proposer aux étudiants ?

Re-formulation: Choisissez les types de contenu pédagogique adéquats pour présenter les concepts théoriques de votre module d'enseignement en ligne ?


Figure 14. Représentation UML d’un chapitre de cours

Le schéma de la figure 14 représente une unité pédagogique avec un scénario qui intègre le niveau B en IMS LD. En effet, conformément à ce langage, nous prenons en compte les propriétés et les conditions qui doivent être testées dans le déroulement de ce scénario pédagogique, représenté à un niveau « générique ». Pour compléter la structure obtenue, l’utilisateur (l’enseignant) doit utiliser l’éditeur qui intègre le portail netUniversité. Un exemple de condition utilisée dans l’unité pédagogique du schéma ci-dessus est illustré à la figure 15. Dans ce modèle : l’enseignant propose à l’étudiant un cours composé d’un nombre donné de chapitres avec exercices associés. Chaque chapitre est décomposé en leçons. Le parcours (ou la progression) dans ce cours est individualisé et conditionné en fonction des résultats obtenus aux exercices, par chaque étudiant. À mentionner qu’il ne s’agit pas d’une « progression linéaire » mais plutôt d’une « progression ramifiée ». Par exemple, si un étudiant parcourt la première leçon du premier chapitre et obtient une note supérieure à 15 pour le premier exercice, alors il peut passer directement à la deuxième leçon. En revanche, si un étudiant obtient un résultat inférieur à 10 pour le premier exercice d’une leçon, alors il doit retourner pour mieux approfondir le contenu de cette leçon-là. Dans le cas où le résultat est inférieur à 15, il passera par une étape de révision en ayant accès à une synthèse étudiée précédemment.


Figure 15 . Exemple de condition

En choisissant dans le questionnaire « interface Web » une couleur, une navigation principale et une navigation secondaire, le concepteur du cours obtient une structure de site Web approprié à son choix.

Conclusion et perspectives

Ce texte fait état de nos travaux de recherche concernant la conception et le développement du portail netUniversité qui intègre le guide interactif CEPIAH (Conception et Evaluation des Produits Interactifs pour l’Apprentissage Humain). Le développement de cette première version du prototype se poursuit en ajoutant des fonctionnalités pour l’intégration des ressources pédagogiques (exercices interactifs, outils de communication personnalisés en fonction de types d’activités proposées dans les cours générés). Ces nouvelles fonctionnalités permettront de générer des structures de sites Web éducatifs basées sur des scénarios encore plus interactifs. Il est proposé que cette interactivité ainsi que l’ajout des outils de communication dans les cours en ligne, pourraient motiver davantage les étudiants dans la réalisation de leurs tâches d’apprentissage.

Présentement, la version actuelle du prototype est en phase de validation auprès d’enseignants de l’UTC ainsi que de l’Université « Aurel Vlaicu » en Roumanie. Dans une première étape de cette expérimentation la démarche consiste à leur présenter le portail netUniversité en expliquant son utilisation. Ensuite, afin de connaître leur avis par rapport à la facilité d’utilisation, ils doivent répondre à un questionnaire d’évaluation. Il est important de noter que l’expérimentation en Roumanie concerne des enseignants du département « Management et Economie » dans le cadre de l’enseignement à distance. Une fois que les enseignants auront créé leurs cours, une deuxième étape consistera à comparer les résultats d’examens entre les étudiants ayant utilisé netUniversité et les étudiants qui ont suivi les cours à distance sans utiliser cet outil. Il est supposé que les résultats de cette deuxième étape peuvent aider à connaître l’impact que peuvent avoir les différents modèles de scénarios pédagogiques sur l’apprentissage des connaissances d’une discipline enseignée.

Remerciements 

Cette thèse est financée par le Pôle de recherche STEF (Systèmes et Technologie pour l’Education et la Formation) de la Région Picardie, dans le cadre du plan Etat/Région.

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ISSN: 1499-6685



Copyright (c) 2006 Ecaterina Giacomini Pacurar, Philippe Trigano, Sorin Alupoaie

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