CHAPITRE IV -LE MODéLE CONCEPTUEL
2. Le mod•le du domaine
Nous avons vu dans le chapitre sur les syst•mes dÕenseignement assistŽ par ordinateur, que le mod•le du domaine est la composante dÕun syst•me dÕenseignement qui permet ˆ lÕordinateur de Òconna”treÓ ce qui va •tre enseignŽ ˆ lÕapprenant. Ce mod•le est d•s lors dŽfini par les experts du domaine ˆ enseigner, cÕest-ˆ-dire dans notre cas les enseignants.
Nous allons donc tout dÕabord expliciter lÕensemble des connaissances que devront spŽcifier les enseignants, ainsi que leur organisation. Nous allons voir ensuite les diffŽrents formalismes qui permettent de reprŽsenter ce type de mod•le. Ceci nous permettra alors de spŽcifier notre fa•on de reprŽsenter le mod•le du domaine.
2.1. Description.
DÕapr•s ce que lÕon vient de voir, lÕenseignant est tout dÕabord en charge de dŽcrire la structure gŽnŽrale dÕun cours, aussi bien au niveau macroscopique, quÕau niveau microscopique. Ainsi, si on dŽfinit une notion29 comme Žtant une unitŽ dÕinformation pŽdagogique minimale, par exemple la pulsation propre dÕun circuit oscillant, ou comme un ensemble de notions chapeautŽ par une notion, par exemple le cours sur les OEL, on peut dŽterminer quatre types de relation entre ces notions30:
1. La relation de prŽrequis qui indique que lÕapprentissage dÕune notion est assujetti ˆ la ma”trise de la notion A.
Par exemple, lÕapprentissage de la notion ÒOscillations Žlectriques forcŽesÓ doit •tre prŽcŽdŽ de lÕapprentissage de la notion ÒOscillations Žlectriques libresÓ.
2. La relation dÕanalogie qui indique que la ma”trise dÕune notion A peut aider lÕap-prentissage dÕune nouvelle notion B.
Par exemple, lÕapprentissage de la notion ÒOscillations Žlectriques libresÓ peut •tre facilitŽ par la connaissance de la notion ÒOscillations mŽcaniques libresÓ.
3. La relation de conjonction qui indique que lÕapprentissage dÕune notion A sÕeffec-tue via lÕapprentissage sŽquentiel dÕune succession de notions Ai.
29.Dans ce document, nous considŽrons que les termes ÒnotionÓ et ÒconceptÓ sont Žquivalents. De ce fait on les utilisera in-diffŽremment.
Par exemple lÕapprentissage de la notion ÒOscillations Žlectriques libresÓ passe par lÕapprentissage successif des notions ÒŽquation de dŽchargeÓ et ÒŽnergie Žlectrique totale dÕun circuit LCÓ.
4. La relation de disjonction forte qui indique que lÕapprentissage dÕune notion peut sÕeffectuer via lÕapprentissage de telle ou telle notion.
Par exemple la notion ÒThŽorie de la lumi•reÓ peut •tre prŽsentŽ ˆ lÕaide de la notion ÒThŽorie ondulatoire de la lumi•reÓ ou (exclusif) ˆ lÕaide de la notion ÒThŽorie cor-pusculaire de la lumi•reÓ.
On peut toutefois amŽliorer ce mod•le. En effet, lÕanalogie entre deux notions peut •tre plus ou moins importante. Par exemple, dans le domaine de la physique, lÕanalogie entre les OML et les OEL est assez flagrante, alors que dans le domaine de lÕinformatique, lÕanalogie entre les no-tions ÒLangage PascalÓ et ÒLangage CÓ lÕest beaucoup moins. Ainsi il peut •tre intŽressant de pondŽrer ce type de relation entre deux notions afin dÕindiquer lÕimportance de cette derni•re. Nous pouvons suivre le m•me type de raisonnement au sujet de la relation de prŽrequis. D•s lors, deux des quatre relations que nous venons de voir sont pondŽrŽes, pondŽration qui est pro-portionnelle ˆ lÕimportance que donne lÕenseignant crŽateur ˆ sa relation.
Enfin, nous avons vu au dŽbut de ce sous-chapitre que la dŽmarche pŽdagogique qui consiste ˆ organiser les notions est propre ˆ chaque enseignant. Sachant que notre syst•me se veut inter-professorale et m•me inter-disciplinaire, il faut que le mod•le du domaine int•gre lÕensemble des dŽmarches pŽdagogiques de chaque enseignant. Par consŽquent, il faut que la crŽation dÕune notion ou dÕune relation par un enseignant implique que lÕitem crŽŽ soit ŽtiquetŽ comme appar-tenant ˆ ce dernier. Cela va permettre aux diffŽrents acteurs du syst•me, cÕest-ˆ-dire les ensei-gnants, mais aussi les apprenants, de ÒsavoirÓ qui pense quoi. Ainsi :
¥ Les enseignants pourront visualiser leurs dŽmarches pŽdagogiques ainsi que celles de leurs coll•gues.
¥ Les apprenants pourront choisir de suivre le parcours pŽdagogique de tel ou tel en-seignant, et pourquoi pas de suivre le parcours pŽdagogique dÕun ensemble dÕensei-gnants.
En rŽsumŽ, le mod•le du domaine de notre syst•me est composŽ dÕun ensemble de notions (in-cluant les cours) appartenant ˆ des domaines dÕenseignement organisŽs hiŽrarchiquement. Ces notions peuvent •tre reliŽes par quatre types de relation, dont deux sont pondŽrŽes. Chaque ŽlŽ-ment du mod•le du domaine, cÕest-ˆ-dire les notions et les relations, est ŽtiquetŽ par lÕensei-gnant crŽateur. Ceci afin de permettre aux diffŽrents utilisateurs du syst•me, enseilÕensei-gnant et apprenant, lÕacc•s aux points de vue dÕun enseignant ou dÕun ensemble dÕenseignants.
Remarque : Sachant que la dŽsignation dÕune notion ˆ lÕaide dÕun mot (ou m•me dÕun
ensemble restreint de mots) peut quelquefois porter ˆ confusion, chaque enseignant (crŽateur ou associŽ) est invitŽ ˆ prŽciser sa pensŽ en ajoutant une dŽfinition.
Ainsi, chaque concept poss•de au moins une dŽfinition. La premi•re dŽfi-nie par lÕenseignant crŽateur, et les autres par les enseignants qui sÕasso-cient ˆ lÕexistence de cette derni•re.
2.2. Comment reprŽsenter un mod•le du domaine ?
En fait, les mŽthodes, issues des recherches en intelligence artificielle, qui permettent de reprŽ-senter la connaissance, diff•rent considŽrablement suivant le type de connaissance. En effet, on nÕutilise pas les m•mes formalismes pour reprŽsenter dÕun c™tŽ les connaissances liŽes au
sa-Chapitre IV - Le modèle conceptuel.
voir, et dÕun autre cotŽ les connaissances liŽes au savoir-faire.
Avant de dŽterminer le formalisme que lÕon va utiliser, faisons un petit tour dÕhorizon de ce qui existe dŽjˆ en spŽcifiant sÕils sont plus ou moins aptes ˆ reprŽsenter le savoir et le savoir-faire.
2.2.1. Formalismes basŽs sur lÕutilisation de graphes.
Le principe est simple : rŽunir sous la forme dÕun graphe, les notions reprŽsentant la connais-sance, et les interconnecter par des liens. Le rŽseau sŽmantique est la premi•re mŽthode basŽe sur ce principe. Elle fut imaginŽe M.R. Quillian dans [Quillian 68] en 1968 (Cf. figure 18). En 1979, G.G. Hendrix propose dÕamŽliorer cette mŽthode de reprŽsentation en partitionnant le rŽ-seau en sous-rŽrŽ-seaux organisŽs hiŽrarchiquement. La m•me annŽe, S.E. Fahlman propose une deuxi•me variante : les rŽseaux ˆ propagation de marqueurs. Enfin, en 1984, J.F. Sowa dans [Sowa 84] propose le mod•le des graphes conceptuels, encore largement utilisŽ aujourdÕhui.
Dans ce formalisme le savoir est reprŽsentŽ par le rŽseau sŽmantique et le savoir-faire est reprŽ-sentŽ par un mŽcanisme qui permet dÕinfŽrer sur le rŽseau.
2.2.2. Formalismes basŽs sur la logique.
La logique est un syst•me formel composŽ dÕun langage, dÕaxiomes, de r•gles de production ou de rŽŽcriture et dÕune fonction dÕinterprŽtation (qui permet de dŽterminer la validitŽ dÕune for-mule).
Il existe plusieurs logiques, tel que la logique des propositions, la logiques du premier ordre, les logiques modales et la logique floue. Elles se diffŽrencient de par leur alphabet (par exemple la logique des prŽdicats du premier ordre ajoute ˆ la logique des propositions les symboles de fonctions et de quantifications), mais surtout de par leur fonction dÕinterprŽtation, permettant de reprŽsenter outre la vŽracitŽ, lÕincertain, la possibilitŽ, la temporalitŽ, etc.
La logique permet donc de reprŽsenter le savoir par lÕintermŽdiaire de son langage et le savoir-faire par lÕintermŽdiaire des r•gles de production, qui permettent de savoir-faire des infŽrences valides.
2.2.3. Formalismes basŽs sur lÕutilisation des bases de r•gles.
Ce formalisme est basŽ sur de r•gle de production et une base de fait. Les r•gle sont du type ÒSi C1 et C2 et ... et Cn alors AÓ ou les Ci sont des conditions et A est une action qui agit sur le contenu de la base de fait (en aucun cas elle ne modifie la base de r•gle).
Un peu comme les formalismes basŽs sur la logique que nous venons de voir, il existe diffŽrents formalismes utilisant des bases de r•gles, par exemple le formalisme propositionnel (qualifiŽ dÕordre 0), le formalisme Attributs-Valeur (qualifiŽ dÕordre 0+), le formalisme Objets-Attri-buts-Valeurs, ou O-A-V (qualifiŽ dÕordre +) et avec variables locales (qualifiŽ dÕordre 1). Par exemple le tableau 2 prŽsente pour chaque formalisme, la r•gle permettant de reprŽsenter : Òle
Figure 18 - ReprŽsentation ˆ lÕaide dÕun rŽseau sŽmantique
Représentation de “Pierre est pianiste et interprète du Vivaldi”
Vivaldi pianiste musicien Pierre sorte-de sorte-de interpr•te
fait que M. Dupond soit nŽ ˆ Paris, lui permet dÕobtenir la nationalitŽ fran•aiseÓ.
Dans ce formalisme le savoir repose sur la base de r•gle et sur la base de fait. Le savoir-faire quant ˆ lui repose sur les r•gles dÕinfŽrence qui permettent dÕutiliser la base de r•gle.
2.2.4. Formalismes basŽs sur lÕutilisation des langages de Frames.
Le principe de ces langages est de regrouper sous une m•me entitŽ, nommŽe frame, des con-naissances dŽclaratives et des concon-naissances procŽdurales. Tr•s inspirŽ des langages informati-ques objets, ce type de reprŽsentation est basŽ avant tout sur le principe de lÕhŽritage.
Ce formalisme part donc du principe quÕˆ chaque savoir est associŽ un savoir-faire qui lui est propre (Cf. [Mendelsohn & al 93]).
2.3. Comment reprŽsenter notre mod•le du domaine ?
Notre mod•le du domaine reprŽsente le savoir des enseignants, qui va par la suite •tre utilisŽ pour construire des cours. Nous nÕallons donc pas effectuer des infŽrences sophistiquŽes sur ce mod•le, nous allons juste extraire de lÕinformation suivant diffŽrents crit•res (par exemple pren-dre le point de vue dÕun enseignant). Par consŽquent, au vue de ce que lÕon vient de voir, nous avons dŽcidŽ dÕutiliser un formalisme basŽ sur les graphes.
Ainsi dans ce formalisme, lorsque lÕon prend en considŽration la description que lÕon a faite du mod•le du domaine, les noeuds de ce graphe peuvent •tre de quatre types :
¥ une notion ˆ enseigner (qui peut •tre un cours),
¥ un champ dÕenseignement qui permet de regrouper un ensemble de notions; ¥ un acteur du mod•le du domaine, cÕest-ˆ-dire un enseignant,
¥ une information sur une relation, par exemple pour une pondŽration. et les arcs de ce graphe reprŽsentent :
¥ les relations entre champs dÕenseignement, pour introduire la notion de sur-champ et de sous-champ dÕenseignement,
¥ ou les relations entre notions, telles que les relations de prŽrequis, dÕanalogie, etc.,
Formalisme Type de r•gles
Propositionnel SI Dupond-nŽ-ˆ-Paris
ALORS Dupond_est_francais Attributs-Valeurs SI lieu_naissance = Paris
ALORS nationalitŽ=France
Objets-Attributs-Valeurs
SI Dupond lieu_naissance Paris ALORS Dupond nationnalitŽ France Avec variables locales SI $pers lieu_naissance Paris
ALORS $pers natinalitŽ France ou par gŽnŽralisation SI $pers lieu_naissance $ville ET $ville pays France
ALORS $pers nationalitŽ France Tableau 2 - ReprŽsentation ˆ lÕaide de r•gles
Chapitre IV - Le modèle conceptuel.
¥ ou bien les relations entre champs dÕenseignement et notions.
Ainsi comme le montre la figure 19, nous venons de définir les primitives de construction de
notre modèle du domaine. Ce dernier est alors une instanciation par les enseignants de ces
pri-mitives. Par exemple la figure 20 reprŽsente un fragment dÕun mod•le du domaine prŽsentant le cours ÒOscillation Electrique LibreÓ par lÕenseignant Monsieur X.
Figure 19 - ¬Primitives de construction du mod•le du domaine.
Figure 20 - Exemple de reprŽsentation du mod•le du domaine
Notion Champ dÕenseignement
Champ dÕenseignement sur-champ
sous-champ
Notion
sÕenseigne par sequentiel de > lÕenseignement 0..* 0..1 0..* 0..* Notion sÕenseigne par lÕenseignement exclusif de > 0..* 0..* 0..* Ordre Enseignant < appartient 1..* 0..*
Notion< necessite la connaissance de
0..* 0..*
Notion
< peut •tre aidŽ
par la connaissance de 0..* PondŽration Enseignant DŽfinition 1 1..* 0..* 1..* 0..* 1..* Cours OEL : Cours OEF : Cours OML : Cours MonsieurX : Enseignant Condensateur : Notion Bobine : Notion
Equation de dŽcharge : Notion
Pulsation propre : Notion
PŽriode propre : Notion
< necessite la connaissance de
< necessite la connaissance de
< sÕenseigne par lÕenseignement sŽquetiel de
sÕenseigne par lÕenseignement sŽquetiel de >sÕenseigne par lÕenseignement sŽquetiel de > < peut •tre aidŽ par la connaissance de
< necessite la connaissance de
MonsieurX : Enseignant 1 : Ordre
2 : Ordre
3 : Ordre
Oscillation Electrique Libre (circuit LC) : Definition Moyen : Ponderation
Important : Ponderation Important : Ponderation
MonsieurX : Enseignant Important : Ponderation
Vibrations et propagation Žlectrique : Champ dÕenseignement