-i- Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Facul

-i- Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département d’Informatique Année : 2008/2009 THESE présentée en vue de l’obtention du diplôme de DOCTORAT de l’université Badji-Mokhtar d’Annaba Construction d’un Environnement Pédagogique Adaptatif basé sur les Modèles et Techniques du Web Sémantique Option Informatique Par Amel YESSAD Devant le Jury Pr. Mahmoud BOUFAIDA (Professeur, LIRE, Université de Constantine) Président Pr. Mohamed Tayeb LASKRI (Professeur, LRI, Université d’Annaba) Directeur de thèse Pr. Abdelkader BENYETTOU (Professeur, Université USTOran) Examinateur Dr. Tahar BENSEBAA (Maître de conférences, LRI, Université d’Annaba) Examinateur Dr. Amar BALLA (Maître de conférences, INI, Alger) Examinateur Dr. Catherine FARON-ZUCKER (Maître de conférences, I3S, Sophia Antipolis) Invitée -ii- A mes parents, A ma famille, A Réda. -iii- Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier les membres du jury : Med Tayeb Laskri, Professeur d'Informatique à l’Université Badji Mokhtar- Annaba, pour avoir accepté d'être mon directeur de recherche, pour l'intérêt qu'il a accordé à cette recherche, pour ses encouragements et son soutien, Mahmoud Boufaida, Professeur d'Informatique à l’Université Mentouri-Constantine, pour avoir accepté de présider mon jury de thèse, Abdelkader Denyettou, Professeur d’Informatique à l’Université USTOran, Tahar Bensebaa, Maître de Conférences à l’Université Badji Mokhtar-Annaba et Amar Balla, Maître de conférences à l’INI-Alger qui ont accepté d’être les examinateurs de ma thèse et pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail, Je remercie tout particulièrement Catherine Faron, Maître de conférences à l’Université de Nice-Sophia Antipolis et membre associée de l’équipe Edelweiss à l’INRIA-Sophia Antipolis pour son soutien infaillible, son écoute permanente et ses précieuses relectures du manuscrit de thèse et des différents papiers de recherches. Je remercie et je dédie ce mémoire à notre regrettée Rose Dieng, une grande dame de la recherche, pour l’accueil qu’elle m’avait réservé dans l’équipe Edelweiss-INRIA, pour son enthousiasme pour cette recherche et ses encouragements. Je remercie Lamia Yessad pour son aide et son expertise lors de la phase expérimentation. Je remercie Réda Nouacer pour ses conseils et son aide qui m’ont apporté la visibilité nécessaire à mon travail. Je remercie tous les membres de l’équipe Edelweiss pour leur accueil, leurs orientations constructives et encouragements. Je remercie les professeurs Danièle Hérin, responsable de l’équipe « Web sémantique et e- Learning » du laboratoire LIRMM de Montpellier-France, et Imad Saleh, responsable de l’équipe « Hypermédia » du laboratoire Paragraphe de l’université Paris 8, pour leur accueil pendant mes stages de recherches. Je remercie aussi : Les relecteurs d'articles, qui par leurs remarques constructives m'ont faite avancer. Les ingénieurs Fayçal Hamdi, Moufid Souilah et Faiz Ferhat pour leur précieuse aide dans le cadre du projet OrPAF. Les étudiants des promotions d’ingénieurs 2008 et 2009 de l’Université du 20 Août 1955- Skikda qui ont participé activement aux expérimentations de ce travail. -iv- ملخص : حاليا، ھناك طلب كبير من أجل توفيـــر أنظمة إعـــم تتيح لشخـــاص التكوين المستمر مدى الحياة . الھـــدف من ھذه المذكرة ھو مساعـــدة الشــــركات والجــامعات من أجل توفير محيط إعمي يسمح لھا بتكــوين يتناس ب مع القـــدرات المختلفة، ا@ھداف البيداغـــــوجية والقيود الزمنية لشخاص وذلك بأثمان معقولة . لتحقيق ھذا الھــــدف، أنجزنا النظام اJعمي OrPAF . -v- Résumé Aujourd’hui, il existe une forte demande pour des systèmes qui permettent à des apprenants avertis et autonomes de se former tout au long de la vie. Notre travail de thèse concerne l’exploration des moyens techniques et pédagogiques permettant de monter efficacement des formations en ligne et personnalisées. Précisément, nous travaillons sur la construction d’un environnement pédagogique adaptable à différentes demandes de formation, c'est-à-dire, à différents objectifs et profils apprenants, et à différents domaines de formation et stratégies pédagogiques. Sur le plan de la pédagogie, notre objectif est d’offrir un environnement constructiviste centré sur l’apprenant, qui assiste les apprenants dans la réalisation de leurs objectifs d’apprentissage tout en leur permettant d’être libres de décider de leur rythme et de la manière d’appréhender leurs activités pédagogiques. Sur le plan technique, cet environnement se base sur (i) les modèles et les technologies du Web sémantique et particulièrement les ontologies pour la description formelle, partagée et explicite des connaissances relatives à l’apprentissage (connaissances sur le domaine, la pédagogie et l’apprenant). D’une part, les ontologies améliorent l’interopérabilité et l’adaptation des composants du système pédagogique. D’autre part, elles sont utilisées pour annoter les ressources pédagogiques du Web et faciliter leur réutilisation dans le contexte d’une formation donnée, (ii) la technologie des hypermédias adaptatifs pour la présentation des cours et la mise en œuvre d’une approche constructiviste de l’apprentissage. Mots clés : Web sémantique, ontologie, hypermédia adaptatif, ressource pédagogique, annotation sémantique -vi- Table des matières Introduction Générale.................................................................................... 10 Problématique de la recherche....................................................................................................................10 Domaine de la recherche.............................................................................................................................11 Cadre pratique de la recherche....................................................................................................................12 Plan du mémoire.........................................................................................................................................13 Partie I. Etat de l’art...................................................................................... 15 1. Apprentissage en ligne ...............................................................................................16 1. De la formation à distance aux systèmes pédagogiques en ligne............................................................17 1.1. Origines historiques........................................................................................................................17 1.2. Définition(s) de la formation à distance .........................................................................................18 1.3. Apports de la formation à distance pour le processus d’apprentissage ..........................................20 1.4. Classification des systèmes de formation à distance......................................................................21 1.5. Positionnement de notre approche .......................................................................................................22 2. Ingénierie pédagogique pour les systèmes pédagogiques.......................................................................23 2.1. Design pédagogique.......................................................................................................................23 2.2. Génie logiciel .................................................................................................................................24 2.3. Ingénierie des connaissances (cognitive) .......................................................................................24 3. Personnalisation dans les systèmes pédagogiques ..................................................................................25 4. Approche constructivisme pour les systèmes pédagogiques personnalisés ............................................26 4.1. Principes du constructivisme..........................................................................................................26 4.2. Positionnement de notre approche .................................................................................................28 2. Systèmes pédagogiques adaptatifs.............................................................................32 1. Caractérisation des systèmes pédagogiques adaptatifs ...........................................................................33 1.1. Modèle de contenu .........................................................................................................................35 1.1.1. Structure logique..............................................................................................................35 1.1.2. Structure sémantique........................................................................................................35 1.2. Modèle de l’apprenant....................................................................................................................36 1.2.1. Nature des connaissances.................................................................................................36 1.2.2. Gestion des connaissances ...............................................................................................37 1.3. Modèle pédagogique ......................................................................................................................38 1.3.1. Niveaux d’abstraction dans les démarches pédagogiques................................................38 1.3.2. Modèles de démarches pédagogiques ..............................................................................39 1.4. Modèle d’adaptation.......................................................................................................................40 1.4.1. Méthodes d’adaptation.....................................................................................................41 1.4.2. Techniques d’adaptation ..................................................................................................42 2. Etude de quelques systèmes pédagogiques adaptatifs.............................................................................45 2.1. Description des systèmes ...............................................................................................................45 2.2. Analyse des systèmes.....................................................................................................................45 2.3. Problèmes des systèmes pédagogiques adaptatifs actuels..............................................................47 3. Web sémantique et e-Learning..................................................................................49 1. Web sémantique (WS)............................................................................................................................50 2. Ontologies...............................................................................................................................................51 2.1. Définition des ontologies ...............................................................................................................51 2.2. Intérêt des ontologies .....................................................................................................................52 3. Langages du Web sémantique ................................................................................................................53 3.1. Les langages du W3C.....................................................................................................................53 3.2. Le langage RDF (Resource Description Framework) ....................................................................54 3.3. Le langage RDFS (RDF Schema) ..................................................................................................55 3.4. Le langage OWL............................................................................................................................57 4. Web sémantique & e-Learning ...............................................................................................................57 5. Métadonnées et e-Learning.....................................................................................................................59 6. Exemple de Standards de métadonnées : Learning Object Metadata (LOM) .........................................60 6.1 Descripteurs du modèles LOM........................................................................................................61 6.2. Limitations du modèle LOM..........................................................................................................64 Partie II : Un environnement pédagogique adaptatif: le système OrPAF .. 66 1. Cadre d’analyse et méthodologie de développement..............................................................................67 -vii- 2. Problématique de recherche....................................................................................................................67 3. Scénarios d’utilisation de l’environnement pédagogique adaptatif.........................................................69 4. Environnement pédagogique adaptatif: le système OrPAF ....................................................................70 4. Représentation des connaissances dans OrPAF........................................................71 1. Modélisation des connaissances dans OrPAF (Yessad et al., 2008b) .....................................................72 2. Acteurs du système OrPAF.....................................................................................................................73 3. Ontologies du système OrPAF................................................................................................................75 3.1. Ontologie du e-Learning ................................................................................................................76 3.1.1. Définition informelle........................................................................................................76 3.1.2. Définition formelle...........................................................................................................76 3.1.3. Langage de description de l’ontologie du e-Learning......................................................78 3.1.4. Exemples de sérialisation de l’ontologie du e-Learning dans OWL................................78 3.2. Modèles du e-Learning...................................................................................................................81 3.2.1. Modèle du domaine..........................................................................................................81 3.2.2. Modèle pédagogique........................................................................................................82 3.2.3. Modèle apprenant.............................................................................................................83 3.2.4. Langage de description des différents modèles................................................................85 3.2.5. Exemples de sérialisation des modèles du e-Learning par des annotations RDF.............86 4. Développement des ontologies : Environnement KAON (Maedche et al, 2000)....................................88 4.1. Acquisition des connaissances du domaine avec TextToOnto.......................................................90 4.2. Edition des ontologies avec OntoEdit ............................................................................................91 5. Génération de cours hypermédias adaptatifs dans OrPAF......................................94 1. Structure adaptative du cours hypermédia ..............................................................................................96 1.1. Définition de la carte conceptuelle.................................................................................................96 1.2. Construction de la carte conceptuelle.............................................................................................96 1.3. Filtres du modèle du domaine ........................................................................................................97 1.4. Présentation adaptative de la carte conceptuelle ..........................................................................100 2. Contenu adaptatif du cours hypermédia................................................................................................102 2.1. Recherche distante des ressources pédagogiques.........................................................................103 2.2. Annotation conceptuelle des ressources pédagogiques................................................................105 2.3. Recherche locale des ressources pédagogiques............................................................................107 3. Evaluation de la pertinence des ressources pédagogiques ....................................................................109 3.1. Analyse Sémantique.....................................................................................................................109 3.1.1. Démarche adoptée pour l’évaluation de la pertinence sémantique ................................109 3.1.2. Calcul du poids d’une notion pédagogique....................................................................110 3.1.3. Calcul de la pertinence sémantique (Semantic relavance ou SR) ..................................112 3.2. Analyse de personnalisation.........................................................................................................114 3.2.1. Pertinence pédagogique d’une ressource pédagogique (PR) :........................................114 3.2.2. Adaptation d’une ressource pédagogique aux préférences de l’apprenant.....................116 4. Annotation des tests..............................................................................................................................117 6. Réalisation de l’environnement pédagogique adaptatif OrPAF ...........................120 1. Architecture de l’environnement OrPAF..............................................................................................121 2. Environnement proposé à l’apprenant ..................................................................................................123 3. Extraction de données RDF ..................................................................................................................124 3.1. Moteur de recherche sémantique Corese......................................................................................124 3.2. Utilisation de Corese dans le système OrPAF..............................................................................126 4. Session d’apprentissage d’un apprenant ...............................................................................................128 4.1. Construction d’une ACM.............................................................................................................129 4.2. Affichage d’une ACM..................................................................................................................131 4.3. Evolution d’une ACM..................................................................................................................132 4.4. Sauvegarde/Restauration d’une ACM..........................................................................................133 5. Apprentissage centré sur l’apprenant....................................................................................................137 6. Base de données du système OrPAF.....................................................................................................138 7. Recherche des ressources pédagogiques distantes................................................................................138 7.1. Interrogation manuelle du corpus ARIADNE..............................................................................139 7.2. Interrogation automatique du corpus ARIADNE.........................................................................141 8. Recherche des ressources pédagogiques locales...................................................................................142 7. Evaluation et retour d’expérience ...........................................................................145 1. Evaluation du système OrPAF..............................................................................................................146 1.1. Test d’utilisabilité de l’environnement par des apprenants ..........................................................146 -viii- 1.1.1. Principe et critères du test d’utilisabilité........................................................................146 1.1.2. Protocole du test d’utilisabilité : ....................................................................................147 1.1.3. Résultats et dépouillement .............................................................................................149 1.2. Test sur le développement des aptitudes conceptuelles chez les apprenants et la pertinence des ressources pédagogiques ressentie par les apprenants.........................................................................153 2. Evaluation de la mesure de calcul de la pertinence sémantique d’une uploads/Science et Technologie/ yessad-amel.pdf

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• Publié le Dec 08, 2021
• Catégorie Science & technolo...
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