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MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSIT

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI OUZOU FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE ET D’INFORMATIQUE DEPARTEMENT D’INFORMATIQUE THESE DE DOCTORAT SPECIALITE : INFORMATIQUE Présentée par Mme BOUARAB née DAHMANI Farida Sujet Modélisation basée ontologies pour l’apprentissage interactif - Application à l’évaluation des connaissances de l’apprenant. Devant le jury d’examen composé de : Mr Mouloud Koudil Professeur ESI, Algérie Président Mr Malik Si Mohammed MC UMMTO, Algérie Rapporteur Mme Malika Boukala Professeur USTHB, Algérie Examinatrice Mr Bernard Coulette Professeur IRIT-UTM, Toulouse, France Examinateur Mr Nadjib Badache Professeur USTHB, Algérie Examinateur Mr Mansour Yacine Djouadi MC UMMTO, Algérie Examinateur Soutenue le 28/11/2010 A toute ma famille en particulier mon mari Hakim Et mes enfants Tania, Katia et Ghani Remerciements Ce travail de thèse a pu aboutir grâce à la contribution de différentes personnes faisant partie de la communauté d’universitaires et de chercheurs algériens ou étrangers et aussi faisant partie de ma famille . Il m’est impossible de dresser une liste exhaustive. Neanmoins je tiens vivement à remercier toute personne m’ayant aidée de prés ou de loin à réaliser ce travail en particulier : - Mr Malik Si Mohammed, Maître de Conférences à l’UMM de Tizi Ouzou est le directeur de cette thèse et aussi mon directeur de recherches. Par l’ingéniosité de son encadrement et la sagesse de ses orientations scientifiques, il a pu me guider vers mes résultats de recherches et à l’aboutissement de mon travail de thèse. Je le remercie aussi pour sa confiance en mes capacités des le début de la thèse et pour la facilité de communication avec lui malgré son programme chargé. - Mr Mouloud Koudil, Professeur à l’école nationale d’informatique (ESI) d’Alger d’avoir bien voulu m’honorer en présidant le jury d’examination de cette thèse. - Mme Malika Boukala, Professeur à l’USTHB d’Alger d’avoir accepté d’examiner mon travail. - Mr Bernard Coulette, Professeur à l’IRIT-UTM de l’universite Toulouse le Mirail d’avoir bien voulu participer à mon jury. Je tiens d’autre part à lui exprimer ma gratitude pour avoir à chaque fois contribué au bon déroulement de mes stages à l’IRIT- UTM et pour son aide lors de mon séminaire de 2007 présenté à l’UTM. Ces remarques ont nettement contribué à l’amélioration de ma recherche. - Mr Nadjib Badache, Professeur à l’USTHB d’Alger pour sa participation à mon jury d’examination - Mr Yacine Djouadi, maître de conférences à l’UMMTO de Tizi Ouzou pour avoir accepté d’être examinateur de cette thèse. Je le remercie aussi pour ses encouragements. - Mr Pierre Jean Charrel, Professeur à l’université Toulouse 2 et membre de l’equipe IC3 du laboratoire IRIT pour sa collaboration. Les différents articles communs publiés ont été l’occasion de m’inspirer de sa rigueur scientifique et de sa ponctualité. Je le remercie aussi pour son souci, à chacun de mes stages, de contribuer à son bon deroulement. - Mme Catherine Comparot, Maître de Conférences à l’université Toulouse 2 et membre de l’équipe IC3. Son esprit critique et pratique ont été très importants pour la réussite des différent écrits ensemble et donc pour la qualité de mon travail de thèse. Je la remercie aussi pour son amitié et son acceuil à chacun de mes séjours à Toulouse. - Différents enseignants chercheurs et personnel administratif du département maths et informatique de l’université Toulouse 2 pour les discussions constructives et leurs aides lors de mes sejours : Mr. Olivier Haemmerlé, Mme Sophie Ebersold, Mme Nathalie Ernandez, … - Mr Jean Francois Nicaud, Professeur au laboratoire Leibniz de Grenoble. Sa perséverance dans le domaine des EIAH et ses critques constructives lors de mon sejour au sein de son equipe ont été très importants pour mon travail. - Les enseignants d’anglais qui ont corrigé mes différents articles et qui ont donc contribué à la communication des résultats de cette thèse. Ce sont : Melle Sadia Belkhir, Mr Mohammed Fodil et Melle Katia Hameg. - Tout le staff administratif de la faculté du Génie Eléctrique et Informatique de l’UMMTO à leur tête Mr Mohammed Said Belgaid, doyen de la faculté et Mr Megherbi vice doyen à la PG/RS. Parmi le personnel, je cite particulièrement Mme Si youcef Houria, Mr Sidi Othmane et Naima pour leurs soucis, à chaque fois d’être à la hauteur de leurs tâches respectives. - Mr Mohammed Demri, chef de départment informatique, Mr Belgacem Ait Mohammed et Melle Tassadit Berkane du département informatique de l’UMMTO. - Les membre de mon equipe de recherche Mme Sini Ghenima et Mr Samir Hameg - Mes collègues du département informatique de l’université Badji Mokhtar d’Annaba. De mon interaction avec eux, certaines idées de cette thèse ont eté inspirées. Je cite patticulièrement Mme Nora Taleb et Mme Nacira Ghoualmi. - Mme Souad Si Mohammed pour sa gentillesse et son aide. De leurs côté, les membres de ma famille ont eu un rôle très important pour l’avancement de cette thèse : - Mon mari n’a cessé de m’encourager à continuer à des moments de relâchements et d’hésitation. Pour mener à bout ce travail de thèse, il a du faire beaucoups de sacrifices et de concessions. - Mon beau père que dieu ait son âme avait un respect particulier pour les études, implicitement il m’avait encouragée à aller de l’avant sans oublier sa permamente assistance pour tout aléa et événement. Je regrette sincerment le fait qu’il ne puisse assiter à l’aboutissement de ce travail. - Mes parents pour leurs continuels soutien. La sécurité qu’ils m’ont toujours inspirée m’a aidée à avancer malgré les contraintes. - Ma belle mère pour son aide précieuse durant mes absences. - Mon frère, mes beaux frères et belles sœurs en particulier Nawel pour leurs assistances et aides. Résumé Cette thèse traite de l’apprentissage interactif et porte en particulier sur la possibilité d’utiliser les résultats de l’ingénierie ontologique dans la modélisation de domaines d’enseignement ainsi que dans l’évaluation des connaissances des apprenants en apprentissage par l’exercice. L’évaluation des connaissances étant avec la modélisation de l’apprenant, les processus les plus complexes d’un système d’auto-apprentissage, nous sommes également intéressés par la problématique de sa mise en œuvre à travers des approches formalisées. Notre contribution consiste notamment en : • L’introduction d’une représentation des connaissances du domaine à enseigner basée sur une ontologie de domaine (Ont-TDM). Celle-ci, par la définition d’un ensemble de concepts (notion, item de connaissance, exercice, erreur, …) et d’un ensemble de relations (composé de, évalue, est relié à, …), permet de modéliser la sémantique d’un domaine utilisée dans différentes activités d’apprentissage par l’exercice, • la proposition d’une approche d’évaluation automatisée des connaissances des apprenants composée principalement de trois étapes : le diagnostic des erreurs, la notation des apprenants et la mise à jour du modèle de l’apprenant. L’approche ODALA (Ontology Driven for Auto-evaluation Learning Approach) ainsi développée, fondée sur l’ontologie de domaine Ont-TDM constitue ainsi une partie essentielle des travaux présentés ici. Nous présentons, par ailleurs des applications des résultats du présent travail de recherche à travers le développement de différents prototypes de systèmes d’e-learning par l’exercice. Le système WebSiela (pour l’algorithmique) et RDB-E-LEARN (pour les bases de données relationnelles), qui tous deux mettent en pratique les approches et modèles introduits ici, ont été ainsi confrontés à la réalité à travers des tests avec des étudiants de l’université. Nous avons ensuite, procédé à la mise en œuvre d’un environnement d’auto- apprentissage en résultat de WebSiela et RDB-E-LEARN grâce à l’adaptation de la plateforme MOODLE. Les résultats de ces différentes évaluations permettent de conclure en premier lieu que l’approche ontologique que nous avons proposée présente un intérêt certain pour les EIAH de type learning by doing, mais également que les résultats obtenus ici sont réutilisables dans différents domaines sous des hypothèses relativement proches. Mots Clés : EIAH, Auto-apprentissage par l’exercice, Ontologie, Diagnostic, Evaluation, Modèle de l’apprenant, E-learning. Abstract This thesis discusses the interactive learning and focuses in particular on the possibility of using the results of ontological engineering in the areas of teaching domain modelling as well as for learner’s knowledge evaluation in the case of learning by doing. The assessment of knowledge is with the learner’s modelling, the most complex processes of a self-learning, so we are also interested in its implementation by proposing formal approaches. Our contribution includes in particular: • The introduction of a teaching domain knowledge representation based on domain ontology (Ont-TDM). The latter, by defining a set of concepts (notion, knowledge item, exercise, error, ...) and a set of relationships (part of, evaluates, is connected to ...), models the semantics of a field used in various learning by doing activities, • the proposition of an automated evaluation of learners' knowledge that consists mainly of three stages: errors diagnosis, scoring learners and learner model updating. The approach ODALA (Ontology Driven Auto evaluation Learning Approach) developed using the domain ontology Ont-TDM is thus an essential part of the work presented here. Moreover, we present applications’ results of this research work through the development of various prototypes of e-learning by doing systems. The system WebSiela (for algorithmic) and RDB-E-LEARN (for relational databases), who both practice the approaches and models introduced uploads/Science et Technologie/ apprentissage-interactif-these-farida-bouarab-dahmani-2010.pdf