Ontologie du e-Learning

3.1.1. Définition informelle

Cette ontologie représente un modèle générique qui formalise des connaissances du domaine de l’apprentissage en ligne (e-Learning) indépendamment de la formation visée (la discipline à apprendre). Elle décrit deux types de connaissances: des concepts et des propriétés organisés hiérarchiquement. Pour chaque propriété, on défini un concept de départ (le domaine de la propriété) et un concept d’arrivé (la valeur ou le co-domaine de la propriété). Ces connaissances sont instanciées pour décrire les notions d’un domaine (par exemple les notions de l’algèbre), des stratégies pédagogiques (par exemple la stratégie inductive), des caractéristiques de l’apprenant (par exemple son niveau de connaissances) et des annotations conceptuelles pour les ressources pédagogiques (par exemple le type pédagogique de la ressource, son auteur, etc.).

La figure 8 représente un extrait de l’ontologie du e-Learning qui a été construite dans le cadre du projet OrPAF. Elle est composée de différents concepts et propriétés dédiés à la formalisation de différentes connaissances : connaissances sur le domaine, connaissances sur la pédagogie, connaissances sur l’apprenant et connaissances sur les ressources pédagogiques.

Figure 8: Un extrait de l’ontologie du e-Learning

Nous notons qu’une propriété qui relie deux concepts est orientée du concept « domaine » vers le concept « co-domaine ». Par exemple, la propriété preferedAuthor relie le concept

Learner (domaine de la propriété) au concept Author (le co-domaine de la propriété).

3.1.2. Définition formelle

Formellement, nous définissons l’ontologie du e-Learning LO (pour Learning Ontology) comme suit :

LO = (C, P, Hc, Hp, Signature, Rules), où:

- C et P sont deux ensembles disjoints. Les éléments de C sont appelés concepts et les éléments de P sont appelés propriétés. Chaque élément de ces deux ensembles est identifié par une URI (Unique Resource Identifier).

- Hc est la hiérarchie qui relie les différents concepts. Elle représente un graphe acyclique et orienté avec Hc ⊆ C× C. L’écriture Hc(c1, c2) signifie que c1 est un sous-concept de c2.

- Hp est la hiérarchie qui relie les différentes propriétés. Elle représente un graphe acyclique et orienté avec Hp ⊆ PxP. Hp(p1,p2) signifie que p1 est une sous-propriété de p2.

- Signature: P C×C est une fonction qui définit les concepts de départ et d’arrivé d’une propriété p. La fonction domain: PC avec domain(p)=∏1(Signature(p)) retourne le domaine de p et la fonction range(P)=∏2(Signature(P)) retourne son co-domaine.

- Rules est un ensemble de règles sur C et P.

Les concepts et les propriétés sont considérés comme des objets généraux représentant des connaissances générales dans le domaine du e-Learning. Cette ontologie du e-Learning est instanciée pour construire des ontologies de formation spécialisées : le modèle du domaine, le modèle pédagogique et le modèle apprenant. Elle est également utilisée pour annoter les ressources pédagogiques en construisant des annotations conceptuelles (voir chapitre 5). Contrairement à l’ontologie du e-Learning, les ontologies de formation, c'est-à-dire, le modèle du domaine, le modèle pédagogique et le modèle apprenant décrivent des objets concrets et spécifiques. Par exemple, nous retrouvons dans l’ontologie du e-Learning le concept

MediumTopic (une notion intermédiaire) et GoalTopic (une notion cible) qui représentent des

types de notions alors que dans le modèle du domaine nous décrivons des notions concrètes qui appartiennent à un domaine de formation précis, par exemple Operator et Statement pour le domaine de l’algorithmique. En outre, le fait que Operator et Statement soient de type

MediumTopic exprime explicitement la relation qui existe entre l’ontologie du e-Learning et

le modèle du domaine : le modèle du domaine est une instance de l’ontologie du e-Learning. Les concepts de l’ontologie du e-Learning sont organisés hiérarchiquement avec un concept racine et abstrait appelé ELearningConcept. Le concept ELearningConcept possède trois sous-concepts: LearningTopic, LearningPerson, LearningPedagogy qui sont utilisés respectivement ainsi que leurs sous-concepts pour construire le modèle du domaine, le modèle pédagogique et le modèle apprenant. De la même manière, les propriétés sont organisées hiérarchiquement avec une propriété racine abstraite appelée eLearningProperty. Cette

dernière est spécialisée en trois sous-propriétés appelées : learningTopicProperty,

learnerProperty et pedagogicalProperty.

3.1.3. Langage de description de l’ontologie du e-Learning

Dans le système OrPAF, l’ingénieur des connaissances prend en charge la représentation des connaissances exprimées par l’expert en utilisant des formalismes de représentation.

Les standards actuels de représentation ontologique permettent :

- La formalité (logique du premier ordre pour RDF et logique de description pour OWL) ; - La multi-instanciation : instances de plusieurs classes ;

- La réutilisation de plusieurs schémas grâce aux namespaces ;

- Des règles d’inférence standards pour raisonner sur les connaissances (OWL).

Dans notre travail, le formalisme choisi pour la modélisation des connaissances doit permettre:

- l’exploitation non ambigüe des différentes connaissances (les différentes ontologies) ; - la possibilité d’adapter les différents modèles (domaine, pédagogique et apprenant) ou de les substituer par d’autres modèles correspondants à une nouvelle demande de formation;

- la validité des trois modèles de connaissances par rapport au méta-modèle (l’ontologie du e- Learning)

- l’annotation des ressources pédagogiques par association des différents modèles (plusieurs schémas). Cela signifie l’utilisation de formalismes de représentation modulaires.

La description de l’ontologie du e-Learning LO est faite dans le langage OWL. Etant donné, d’une part, les caractéristiques de ce langage de description d’ontologies (voir chapitre 3) et d’autre part les besoins cités ici, OWL est parfaitement adapté pour décrire les concepts de C, les propriétés de P et leur signature Signatures, leurs liens de subsomption HC _{et H}P _{et les} règles Rules qui s’appliquent sur les concepts et les propriétés.

3.1.4. Exemples de sérialisation de l’ontologie du e-Learning dans OWL

La classe ELearningConcept représente le concept racine de tous les concepts de C.

Les concepts LearningTopic, GoalTopic et MediumTopic sont utilisés pour instancier des notions du domaine. GoalTopic et MediumTopic sont des sous-concepts de LearningTopic et permettent pour le premier d’instancier des notions cibles (des notions que l’apprenant cherche à atteindre) et pour le deuxième d’instancier les autres notions du domaine.

<owl:Class rdf:ID="LearningTopic"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#ELearningConcept"/> </owl:Class> <owl:Class rdf:ID="GoalTopic"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#LearningTopic"/> </owl:Class> <owl:Class rdf:ID="MediumTopic"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#LearningTopic"/> </owl:Class>

Les concepts Learner et Author sont des sous-concepts du concept LearningPerson qui représente de manière abstraite toutes les personnes impliquées dans un environnement d’apprentissage humain (apprenant, auteur, enseignant, expert, etc.).

<owl:Class rdf:ID="LearningPerson"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#ELearningClass"/> </owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Learner"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#LearningPerson"/> </owl:Class> <owl:Class rdf:ID="Author"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#LearningPerson"/> </owl:Class>

Le concept LearningPedagogy décrit de manière abstraire les notions liées au volet pédagogique de l’apprentissage. Il est spécialisé par le concept PedagogicalActivity qui sert à instancier les différentes activités pédagogiques (définition, exercice, simulation, etc.).

<owl:Class rdf:ID="LearningPedagogy"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#ELearningClass"/> </owl:Class> <owl:Class rdf:ID="PedagogicalActivity"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#LearningPedagogy"/> </owl:Class>

Les propriétés learningTopicProperty, LearnerProperty et pedagogicalProperty sont des sous-propriétés de la propriété racine eLearningProperty. Ces trois propriétés permettent de décrire des propriétés relatives respectivement au domaine, à l’apprenant et aux activités pédagogiques.

<owl:ObjectProperty rdf:ID="learningTopicProperty"> <rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#eLearningProperty"/> <rdfs:domain rdf:resource="#LearningTopic"/> <rdfs:range rdf:resource="#LearningTopic"/> </owl:ObjectProperty> <owl:ObjectProperty rdf:ID="learnerProperty"> <rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#eLearningProperty"/> <rdfs:domain rdf:resource="#Learner"/> </owl:ObjectProperty> <owl:ObjectProperty rdf:ID="pedagogicalProperty"> <rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#eLearningProperty"/> <rdfs:domain rdf:resource="#PedagogicalActivity"/> <rdfs:range rdf:resource="#PedagogicalActivity"/> </owl:ObjectProperty>

La propriété prerequisiteOf permet de relier une notion (de type LearningTopic) à son post- requis (de type LearningTopic). La propriété prerequisiteOf est une sous propriété de la propriété orderRelationship. Cette dernière définit des relations d’ordre entre les notions du domaine, c'est-à-dire des relations où les notions se succèdent séquentiellement selon une certaine logique (ordre temporel, ordre d’importance, etc.).

<owl:ObjectProperty rdf:ID="prerequisiteOf">

<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#orderRelationship"/> <rdfs:domain rdf:resource="#LearningTopic"/>

<rdfs:range rdf:resource="#LearningTopic"/> </owl:ObjectProperty>

La propriété preferedAuthor relie le concept Learner au concept Author et exprime le fait qu’un apprenant préfère un auteur en particulier.

<owl:ObjectProperty rdf:ID="preferedAuthor">

<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#learnerProperty"/> <rdfs:domain rdf:resource="#Learner"/>

<rdfs:range rdf:resource="#Author"/> </owl:ObjectProperty>

La propriété sequencingStrategy permet de relier deux activités pédagogiques séquentielles dans le cadre d’une stratégie pédagogique donnée.

<owl:ObjectProperty rdf:ID="sequencingStrategy">

<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#pedagogicalProperty"/> <rdfs:domain rdf:resource="#LearningActivity"/>

<rdfs:range rdf:resource="# LearningActivity"/> </owl:ObjectProperty>

Une fois les différents concepts et propriétés définis dans l’ontologie OWL, ils sont instanciés pour construire les différents modèles du e-Learning: le modèle du domaine, le modèle apprenant et le modèle pédagogique (voir la section suivante).