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                  Chapitre 1 : Les Systèmes d'Information Multimédia
                  Chapitre 2 : Les Logiciels Educatifs
                  Chapitre 3 : Les Fondements de la Méthode COSYf
 

Chapitre 2


Les Logiciels Educatifs

1. Les Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur

1.1 De l'EAO à l'EIAO

1.2 Une Etude Typologique des Logiciels Educatifs

1.3 Conclusion

2. La Conception des Logiciels Educatifs

2.1 Les Supports à la Conception de Logiciels Educatifs

2.2 Les Méthodes de Conception de Logiciels Educatifs

2.3 Conclusion

3. Une Approche des Méthodes de Conception de Systèmes à Base de Connaissances

3.1 La Phase d'Analyse des Connaissances

3.2 La Phase de Conception des Connaissances

3.3 Synthèse

4. Conclusion

 

 

Cela fait de nombreuses années que l'informatique est associée à l'éducation et à la formation. En effet, les premiers langages auteurs sont apparus dès la fin des années 60. Dès cette époque, les recherches dans le cadre de l'Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO) se sont dirigés d'une part vers la conception d'outils destinés aux auteurs et d'autre part vers des travaux plus fondamentaux liés aux sciences de l'éducation.

Notre domaine de recherche est plus particulièrement lié à ce premier point qui concerne le Génie Didactique à la fois pour la définition de méthodes de conception et pour la création d'outils les plus conviviaux possibles en y intégrant les technologies les plus récentes (Intelligence Artificielle, Approche Orientée Objet, Hypermédia, Interfaces Graphiques, etc.). Pour cela, nous allons effectuer un tour d'horizon des différents domaines de recherche actuels liés à l'EAO ainsi que des différents types de logiciels éducatifs. Il nous faut ensuite étudier tous les aspects (méthodes, outils, etc.) existants qui permettent de concevoir des logiciels éducatifs.

1. LES Environnements interactifS d'apprentissage avec ordinateur

Ce sigle EIAO désignait à l'origine l'Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur. Il visait à remplacer les insuffisances de l'EAO par l'apport de nouveaux domaines de recherche et de nouvelles technologies. De nos jours ce sigle désigne les Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur.

1.1 De l'EAO à l'EIAO

Comme l'Environnement Interactif d'Apprentissage avec Ordinateur (EIAO) est le prolongement de l'Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO), il nous faut brièvement rappeler quels en sont les fondements.

L'EAO résulte de l'appropriation de méthodes, de techniques et de moyens informatique dans le but de l'incorporer dans une démarche de formation. Les logiciels éducatifs conformes à cette démarche n'effectuent le contrôle de l'apprentissage qu'en vérifiant la réponse à une question posée pour pouvoir déterminer l'étape suivante. D'une façon générale, ces logiciels éducatifs sont assimilables à des automates d'états finis déterministes. L'EAO intègre trop faiblement les théories d'apprentissage (béhavioriste [Skinner, 76], cognitiviste [Georges, 87], etc.) et les domaines de la pédagogie et de la psychopédagogie. De ce fait, l'EAO ne peut pas prendre suffisamment en compte l'apprenant en tant qu'individu, sa progression et le diagnostic plus l'explication exacte consécutive à une faute.

C'est face à ce constat qu'est né l'Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur avec une intégration plus forte des domaines de psychologie cognitive et de l'intelligence artificielle. En effet, l'intelligence artificielle avec ses théories, ses méthodes et ses techniques apporte beaucoup à l'EIAO et notamment pour :

- la représentation des connaissances,

- la modélisation des raisonnements,

- la modélisation de résolution de problèmes,

- la modélisation de systèmes multi-agents,

-etc..

Si nous faisons référence aux dernières journées EIAO-ENS de Cachan [Baron, 93], le sigle EIAO (Environnement Interactif d'Apprentissage avec Ordinateur) a aujourd'hui la signification suivante :

Définition : L'Environnement Interactif d'Apprentissage avec Ordinateur (EIAO)

L'EIAO est le domaine de recherche portant sur ces systèmes. Il regroupe des travaux de recherche fondamentale et appliquée dont les objectifs sont :

- de formaliser les processus d'apprentissage humains,

- de concevoir des modèles de domaines de connaissances qui soient à la fois cognitifs et informatiques,

- de réaliser des systèmes supportant ces processus,

- d'étudier leur insertion dans la formation.

Mais ce sigle EIAO désigne également les systèmes, c'est-à-dire ce que nous appelons également les logiciels éducatifs :

Définition : Un Environnement Interactif d'Apprentissage avec Ordinateur (EIAO)

Un EIAO est un système informatique qui a pour objet de favoriser l'apprentissage d'un domaine de connaissances par un apprenant.

Pour ne prêter à confusion avec le domaine de recherche, nous préférons employer le terme de logiciel éducatif à la place de celui de EIAO.

1.2 Une Etude Typologique des Logiciels Educatifs

Au vu des différents types de Logiciels Educatifs (LE) existants, de nombreuses typologies ont été définies. Nous faisons référence à celle mis en place par l'OCDE [OCDE, 87][Quere, 91]. Cette typologie distingue plusieurs types de logiciels éducatifs suivant la répartition de la part de contrôle de l'apprentissage entre l'ordinateur et l'apprenant.

Les logiciels éducatifs existants se répartissent en fonction des types suivants :

- application : ce type de logiciel éducatif calcule un résultat en réponse à une demande spécifique de l'apprenant ;

- entraînement : ce type de logiciel éducatif, parfois appelés exerciseur, permet de répéter différents types d'exercices ;

- tuteur : ce type de logiciel éducatif prend la place d'un professeur en remplissant les fonctions habituelles de celui-ci (transmission des connaissances, transmission du savoir-faire, etc.). Devant l'incapacité de ce type de logiciel éducatif à diagnostiquer et à expliquer correctement une faute de l'apprenant, un nouveau type de tuteur est apparu : le tuteur intelligent. Celui-ci, en usant largement de techniques d'intelligence artificielle, peut reconnaître tout raisonnement erroné de l'apprenant et lui fournir l'explication correspondante ;

- simulation : ce type de logiciel éducatif permet de représenter une situation du monde réel qu'il est possible de modifier en faisant varier la valeur d'un ou plusieurs facteur(s) ;

- exploration : ce type de logiciel éducatif (également appelé micromonde) désigne un ensemble de dispositifs que l'apprenant peut commander à son gré afin de regarder les effets produits.

Comme tout essai de typologie, celle proposée par l'OCDE ne reflète pas exactement tous les types de logiciels éducatifs pouvant exister. En effet, de plus en plus de logiciels éducatifs proposent une initiative de contrôle mixte : suivant les étapes de l'apprentissage le contrôle est partagé entre le logiciel éducatif et l'apprenant. Ce sont, par exemple, des logiciels éducatifs de type Exploration dans lequel il a été ajouté un guidage plus ou moins discret de l'apprenant. Ces logiciels éducatifs de type Exploration correspondent le plus souvent aux systèmes hypertextes ou hypermédias. Ainsi, OpticLab [Duchatel, 90] ou SIMUL [Verger, 91] en sont des exemples caractéristiques. Dans la partie II (cf. Chapitre 2) nous examinons plus en détail ce type de logiciel éducatif.

Nous pouvons résumer ces différents types de logiciels éducatifs à l'aide du tableau suivant (cf. Tableau I.2.1). Nous faisons figurer sur ce tableau, pour chaque logiciel éducatif, le degré de contrôle de l'apprenant, le degré de liberté de l'apprenant (i.e. le degré d'initiative de l'apprenant), l'objectif pédagogique du logiciel éducatif, le degré d'intelligence du logiciel éducatif et si les exercices sont générés ou préenregistrés dans le logiciel éducatif.

 

Tableau I.2.1 : Premier récapitulatif typologique des logiciels éducatifs

Critères

Degré de

Degré de

Objectif

Degré

Exercices

\

Contrôle de

Liberté de

Pédagogique

d'Intelligence

Générés

Type de LE

l'Apprenant

l'Apprenant

du LE

du LE

 

Application

Elevé

Faible

Aider

Nul

 

Entraînement

Nul

Nul

Entraîner

Nul

·

Tuteur

Nul

Nul

Remplacer

Nul

·

Tuteur Intelligent

Nul

Nul

l'enseignant

Elevé

·

Simulation

Elevé

Faible

Comprendre

une situation

Faible

 

Exploration

Elevé

Elevé

Découvrir

un domaine

Nul

 

 

Cette typologie reflète le point de vue d'un pédagogue puisque les catégories sont établies en fonction de l'objectif pédagogique. Un autre point de vue aurait de classifier les logiciels éducatifs suivant leur "degré d'intelligence". Dans ce cas, nous obtenons les catégories suivantes :

- automate : le logiciel éducatif est équivalent à un automate d'états finis déterministe dans lequel tout (contenu, questions, réponses, etc.) est pré défini ;

- simulation : le logiciel éducatif répond (et corrige au besoin) aux exercices apportés par l'apprenant ;

- tuteur intelligent : le logiciel éducatif possède toutes les connaissances nécessaires et la façon de les utiliser pour pouvoir (en théorie) remplacer un enseignant.

En examinant plus en détail ce tableau, nous voyons qu'il est possible de réduire par deux le nombre de catégories de logiciel éducatif. Il suffit pour cela de prendre comme base la colonne "Objectif Pédagogique" de chaque logiciel éducatif. Nous remarquons alors que le logiciel éducatif peut être :

- un complément de l'enseignant : il a pour objectif de venir en aide à l'apprenant (renforcement des savoirs) ou de l'entraîner (renforcement des savoirs-faire) en lui proposant des exercices ;

- un reflet du monde réel : il a pour objectif de permettre à l'apprenant soit de découvrir un nouveau domaine, soit de vérifier (et compléter au besoin) ses connaissances sur une simulation du monde réel.

- un tuteur : il devient un expert au même titre que l'enseignant (en théorie), et il a pour objectif d'apporter ou de mettre à jour les connaissances de l'apprenant ;

Si nous comparons ces deux dernières typologies, nous pouvons établir une correspondance entre les trois catégories. Celles-ci reflètent au mieux les différents types de logiciels éducatifs présent et à venir. Pour conclure cet essai typologique, nous proposons une terminologie correspondant à ces différents types de logiciels éducatifs :

 

Tableau I.2.2 : Typologie définitive des logiciels éducatifs

Critères

Degré de

Degré de

Objectif

Degré

Exercices

\

Contrôle de

Liberté de

Pédagogique

d'Intelligence

Générés

Type de LE

l'Apprenant

l'Apprenant

du LE

du LE

 

Complément

Nul à élevé

Nul à faible

Aider, Entraîner

Nul

 

Tuteur

Nul

Nul

Remplacer l'enseignant

Nul à élevé

·

Simulation

Elevé

Faible à élevé

Comprendre une situation, découvrir un domaine

Nul à faible

 

 

 

1.3 Conclusion

Ce bref survol de l'EIAO nous fait apparaître que celle-ci est un champ de recherche très complexe et surtout pluridisciplinaire. Ces recherches se focalisent essentiellement sur :

- l'intégration des techniques d'Intelligence Artificielle au sein des logiciels éducatifs de type Tuteur. Ce premier point permet d'utiliser des représentations élaborées des connaissances du domaine de formation, des stratégies pédagogiques et didactiques, des modèles d'apprenant, etc. ;

- l'intégration d'un contrôle pédagogique dans les logiciels éducatifs de type Simulateur. Une partie importante de ces recherches consiste à inclure des techniques de l'EIAO aux systèmes d'hypertexte ou d'hypermédia.

Nous remarquons également que ces logiciels éducatifs deviennent de plus en plus complexes. Si pour la majorité des logiciels éducatifs de type Complémentaire une méthode de conception "classique" (le plus souvent réduite à une simple démarche de programmation) s'avère suffisante, il n'en est pas de même pour les autres types de logiciels éducatifs. Face à la complexité, au besoin d'améliorer la qualité et la productivité de ces logiciels éducatifs il devient nécessaire de tenir parti des apports du Génie Logiciel. L'intégration de ce domaine à la formation donne naissance au Génie Didactique.

2. la conception des logiciels éducatifs

Nous avons vu que la conception de logiciels éducatifs nécessite une approche similaire à celle du Génie Logiciel, c'est-à-dire définir des méthodes de conception adaptées à l'EIAO. Nous tenons à souligner que la conception des logiciels éducatifs ne signifie pas seulement développer des outils ou supports destinés aux auteurs, mais avant tout de définir des méthodes de conception. Nous précisons qu'une méthode de conception met en oeuvre quatre composantes indissociables et complémentaires (cf. La Définition d'une Méthode de Conception) : des modèles, des formalismes, une démarche et des outils. Avant de nous intéresser aux méthodes de conception de logiciels éducatifs existantes, nous effectuons un bref survol des supports à la conception des logiciels éducatifs car ils illustrent parfaitement les recherches dans ce domaine.

 

2.1 Les Supports à la Conception de Logiciels Educatifs

Depuis le début de l'EAO, les auteurs-concepteurs de logiciels éducatifs n'ont eût comme seule aide que différents types d'outils. Ceux-ci, qui sont mis à leur disposition seulement lors de la phase d'implémentation, peuvent être :

- des langages de programmation (Basic, Pascal, etc.) : ceux-ci sont uniquement utilisables par des auteurs ayant les capacités requises à l'utilisation de ces langages ;

- des langages auteurs (Tutor, Course-Writer, etc.) qui sont des langages de programmation adaptés au domaine de la formation et qui se révèlent à l'usage complexe et pédagogiquement imparfait ;

- des systèmes auteurs (Ego, Marion, etc.) qui sont des systèmes évitant à l'auteur d'avoir des compétences de programmation par leur facilité de mise en oeuvre tout en restant moins puissant que les langages auteurs ;

- des générateurs qui sont des systèmes produisant des tuteurs intelligents pour n'importe quel domaine de formation. Ces systèmes reposent sur la généricité de leur modèle du domaine et sur l'invariance des modèles éducatifs (pédagogique, didactique, etc.).

Mais, pour répondre à des critères de qualité et de productivité, ces simples outils ne suffisent plus. Toute méthode de conception se doit d'être intégrée au sein d'un Atelier de Génie Didactique.

2.1.1 La Définition des Ateliers de Génie Didactique

En ce qui concerne le domaine de la formation, ce sont des Ateliers de Génie Didactique qui servent de support aux méthodes de conception de systèmes de formation. Ces ateliers, à l'image des ateliers de génie logiciel, permettent d'aider les concepteurs d'un logiciel éducatif par l'intégration des quatre composantes d'une méthode de conception de logiciel éducatif durant toutes les étapes du cycle de vie. En effet, les ateliers de génie logiciel "classiques" ne peuvent pas complètement satisfaire les besoins des concepteurs de logiciels éducatifs. Ces ateliers doivent en plus prendre en compte les spécificités de la conception des logiciels éducatifs.

 

Définition : Atelier de Génie Didactique

Un Atelier de Génie Didactique est un environnement logiciel et matériel intégrant une méthode de conception, c'est-à-dire des modèles, des formalismes, une démarche et des outils, destiné à produire des logiciels éducatifs.

L'objectif d'un atelier de génie didactique est d'améliorer la qualité, la productivité, les coûts, les délais de développement et la maintenance des logiciels éducatifs. Pour atteindre un tel objectif, l'élaboration d'un atelier de génie didactique doit tenir compte de différents domaines de recherche :

- le génie logiciel,

- l'Intelligence Artificielle,

- l'EIAO.

Bien qu'il n'existe pas actuellement d'Atelier de Génie Didactique répondant à de tels critères, différents prototypes sont en cours de réalisation dans des laboratoires de recherche :

- l'équipe du laboratoire API avec le projet AGDI [Bessagnet, 91],

- l'équipe de l'IRPEACS avec le projet ORGUES-SHIVA [Baker, 91],

- l'équipe de l'université de Karlsruhe avec le projet NESTOR [Muhlhauser, 90].

 

Si nous examinons plus en détail la définition d'un atelier de génie didactique, nous remarquons que celui-ci doit être un environnement intégré supportant une méthode de conception à l'aide d'outils permettant de gérer la production d'un logiciel éducatif.

2.1.2 L'Environnement Intégré d'un Atelier de Génie Didactique

Pour offrir aux différents utilisateurs un point de vue unique de tous les outils, ceux-ci doivent être parfaitement intégrés dans une structure d'accueil. Celle-ci regroupe un ensemble de mécanismes de base utiles à tous les types d'environnements. Ainsi, une structure d'accueil est un noyau autour duquel il est possible de construire différents environnements qui permettent de fabriquer différents ateliers. Son rôle peut se comparer à celui des systèmes d'exploitation dans les architectures actuelles.

 

Les principales fonctions communes aux ateliers et qui doivent être prises en compte par la structure d'accueil sont :

- l'exécution de processus,

- le support à la génération d'interfaces,

- la communication à la fois entre processus et entre utilisateurs,

- la gestion des objets,

- la description des procédés de fabrication,

- l'interprétation de ces procédés de fabrication.

L'architecture d'une telle structure d'accueil revient à établir un bus de communication (ce sont les outils de communication) entre les différentes entités (interface utilisateur, contrôle des tâches, les outils, les services d'intégration des données et le système d'exploitation).

2.1.3 La Méthode de Conception Associée à l'Atelier de Génie Didactique

Nous rappelons qu'un atelier de génie didactique intègre une méthode de conception de logiciels éducatifs, c'est-à-dire des modèles, des formalismes, une démarche et des outils. Le fait d'être basé sur une méthode de conception permet au concepteur de concevoir le logiciel éducatif en utilisant cette méthode qui le guide durant toutes les étapes du cycle de vie du logiciel éducatif. Ainsi, la démarche de conception du concepteur est homogène vis-à-vis de l'unité que forme les quatre éléments de toute méthode de conception. En ce qui concerne plus particulièrement les outils, ceux-ci servent de support à la démarche de conception durant toutes les étapes d'élaboration d'un logiciel éducatif. Généralement ces outils sont d'après [Lapujade, 93a] :

- les éditeurs de scripts : c'est essentiellement un éditeur de construction de graphes dans lequel les primitives de base correspondent à un formalisme prédéfini ;

- les générateurs de prototypes : à la plupart des éditeurs de script sont associés des générateurs capables de générer du code associé à la partie formelle de la spécification (messages et séquencement des opérations) ;

- les outils d'aide à la programmation : ils permettent à l'équipe d'implantation de compléter le code généré automatiquement, tout en voyant la partie du script qui lui correspond ;

- les outils d'aide au test et à la maintenance : ils permettent de superviser à distance l'exécution du logiciel éducatif ;

- les outils d'édition multimédia : ils permettent de gérer les données multimédias rattachées à la formation. Ce sont des éditeurs de type graphique, photographique, audio, etc..

2.1.4 Les Outils de Gestion de Projet

Ces outils sont utilisés dans toutes les étapes de l'élaboration d'un logiciel éducatif. Ces outils qui sont identiques à ceux proposés par les ateliers de génie logiciel sont :

- les outils de planification avec les modèles de prévision,

- les outils de gestion de l'équipe,

- les outils de gestion des anomalies et des modifications, des versions et des configurations,

- les outils de réutilisation,

- les outils d'aide à la documentation,

- les outils d'archivage des composants du logiciel éducatif,

- les statistiques sur le projet.

2.2 Les Méthodes de Conception de Logiciels Educatifs

Comme nous établissons cette étude sur la conception de logiciels éducatifs en vue d'un rapprochement avec celle effectuée sur les systèmes d'information, il s'avère nécessaire d'utiliser la même démarche. C'est-à-dire qu'il nous faut analyser les différentes méthodes en fonction des quatre composantes que doit comporter toute méthode de conception (modèles, formalismes, démarche et outils). Tout comme pour les méthodes de conception de systèmes d'information, aucune méthode de conception de logiciels éducatifs ne correspond à ce schéma. En effet, par le manque d'une analyse rigoureuse, une grande confusion est faite par les différents auteurs entre modèles, formalismes, démarches et outils. De ce fait, les méthodes de conception ne sont pas assez explicites. Les recherches en EIAO sur les supports à la conception des logiciels éducatifs sont pour la majorité basées sur la proposition d'outils et d'ateliers sans définir de véritables méthodes de conception. En effet, les recherches méthodologiques se résument essentiellement à la définition du cycle de vie et à la proposition pour chaque étape d'un ou plusieurs outils associés. Pour cela il nous a été difficile de choisir des méthodes de conception de logiciels éducatifs qui soit à la fois complète et générique. Pour pouvoir établir cette étude sur ces méthodes de conception de logiciels éducatifs, il nous a fallu effectuer une analyse rigoureuse de chaque méthode. Cette analyse a été nécessaire pour mettre en place une classification similaire à celle effectuée dans notre étude des méthodes de conception de systèmes d'information (cf. Chapitre 1).

De ce fait, pour essayer d'avoir une vision globale des recherches sur la conception des logiciels éducatifs, notre choix s'est porté sur trois méthodes ayant des approches et des objectifs différents. Pour les méthodes n'ayant pas de nom particulier nous avons pris la décision (seulement dans un but pratique) de les nommer par le système ou l'outil associé.

Ces méthodes sont les suivantes :

- Atelier de Génie Didacticiel Intégré (AGDI) [Bessagnet, 91] [Bessagnet, 92] [Canut, 90] : c'est la méthode qui est associé à l'atelier de génie éducatif du même nom. Les travaux liés à cet atelier adoptent une démarche similaire à celle du génie logiciel.

- Methodology for Educational Software Engineering (MESE) [Schoenmaker 90] : c'est la seule méthode qui est basée sur une approche système d'information équivalente aux méthodes de conception Entité-Association (Merise, etc.).

- COnnaissances Organisées Pour l'Explication, la Résolution et l'Enseignement (COOPERE) [Bournaud, 93] : c'est une méthode, basée sur une approche orientée objet, de conception de logiciels éducatifs de type tuteur intelligent.

Tout comme pour l'étude des méthodes de conception des systèmes d'information, cette étude décrit les quatre composantes (modèle, formalismes, démarche, outils) de chacune des méthodes de conception des logiciels éducatifs.

2.2.1 Les Modèles Educatifs

Avant même d'étudier les modèles des différentes méthodes, nous jugeons utile de définir les modèles que doit comporter toute méthode de conception de logiciel éducatif. Notre typologie des modèles des méthodes de conception de logiciel éducatif est la suivante :

- un modèle du domaine : ce modèle correspond à l'expertise du domaine à enseigner, c'est-à-dire qu'il permet d'organiser et de structurer les connaissances à enseigner et les connaissances du domaine ;

- un modèle pédagogique : ce modèle correspond à l'expertise pédagogique du domaine à enseigner, c'est-à-dire les stratégies pédagogiques générales propres au domaine à enseigner ;

- un modèle didactique : ce modèle correspond à l'expertise des stratégies d'apprentissage, c'est-à-dire qu'il permet de gérer la façon dont les concepts du domaine sont enseignés ;

- un modèle de l'apprenant : ce modèle correspond à l'expertise des connaissances relatives à l'apprenant en vue d'individualiser l'apprentissage. Ces connaissances sont :

- ses savoirs et savoir-faire,

- ses connaissances erronées,

- ses connaissances psycho-cognitives,

Dans la présentation des modèles des différentes méthodes, nous utiliserons la terminologie proposée par leurs auteurs.

2.2.1.1 Les Modèles de l'AGDI

Les modèles de l'AGDI prennent en compte les connaissances relatives au domaine enseigné, aux stratégies pédagogiques et au dialogue.

Ces modèles sont :

- le modèle pédagogique : relatif à l'expertise du domaine à enseigner. Le but de ce modèle est de mettre en évidence les unités pédagogiques du cours ainsi que les liens qui existent entre elles. Une unité pédagogique (ou concept) est une notion à enseigner impliquant la création d'une sollicitation dont elle est l'élément principal de la réponse. Ces concepts constituent des cas élémentaires qu'il est possible de regrouper en cas type. Ces cas types constituent des classes d'entités qui sont appelés Unités Logique de Conception (ULC) ;

- le modèle didactique : relatif à l'expertise du dialogue interne, des stratégies pédagogiques. La construction de ce modèle revient à adapter un processus de transmission des connaissances non déterministe au modèle pédagogique. Plus exactement, cela revient à construire des Unités Logique de Présentation (ULP) à partir des ULC, des stratégies pédagogiques, du type d'apprentissage et des scénarii de présentation.

 

L'exploitation de ce modèle définit :

- les plans prédicatifs qui représentent les différents cheminements choisis par l'auteur. L'ensemble de ces plans définit les stratégies pédagogiques de l'enseignant ;

- les plans comportementaux qui représentent les différents parcours utilisables par l'apprenant.

Les enchaînements des différents plans prédicatifs ou comportementaux définissent la structure des actes de dialogue associés ;

- le modèle médiatique : relatif à l'expertise de la représentation externe du dialogue et des outils permettant la transmission des connaissances didactiques. Il s'agit de construire des Unités Physique de Présentation (UPP) à partir des ULP en définissant la mise en scène, c'est-à-dire le moyen médiatique avec lequel une information est présentée à l'apprenant.

Chacun de ces trois modèles est élaboré sous contraintes du ou des précédents créés.

Le modèle de l'apprenant n'existe pas en tant que tel, mais se trouve dispersé au niveau des trois autres modèles.

2.2.1.2 Les Modèles de MESE

La méthode MESE scinde en deux l'étape de conception :

- la conception pédagogique qui décrit les processus éducatifs que le logiciel éducatif doit exécuter ou supporter ;

- la conception fonctionnelle qui décrit l'architecture du logiciel éducatif.

La phase de conception éducative constitue le niveau sémantique de la spécification du logiciel éducatif.

Durant ces deux étapes, la modélisation est faite suivant un espace tridimensionnel :

- la dimension statique qui décrit les composantes passives ;

- la dimension dynamique qui décrit le comportement dans le temps ;

- la dimension fonctionnelle qui décrit les composantes actives.

A chacune de ces dimensions correspond un modèle enrichi au fur et à mesure des étapes de conception.

Le modèle statique définit le contenu de la formation, c'est-à-dire le modèle de données logique. Ce modèle correspond au modèle du domaine (cf. § 2.2.1).

L'unité élémentaire d'enseignement correspond à la Transaction Pédagogique. Une transaction pédagogique est une interaction dynamique entre le logiciel éducatif et l'apprenant, dans lequel l'échange d'information est relatif à des tâches d'apprentissage. Cette interaction consiste à une présentation faite par le logiciel éducatif et en une exécution faite par l'apprenant. La méthode MESE a défini seize transactions pédagogiques de base (exemple : répondre à une question, etc.).

Le modèle dynamique est défini par les transactions pédagogiques et le concept de Module Pédagogique. Ce module pédagogique est un regroupement de plusieurs transactions pédagogiques afin d'atteindre un objectif d'apprentissage. Ce modèle correspond à la fois au modèle pédagogique et au modèle d'interface.

Le modèle fonctionnel revient à définir structurellement et logiquement les différentes tâches.

Le modèle de l'apprenant n'est pas explicitement défini dans la méthode.

2.2.1.3 Les Modèles de COOPERE

COOPERE propose deux modèles :

- le modèle de l'apprenant qui contient les connaissances de l'élève (conceptuelles, savoirs-faire stratégiques ou procéduraux) ;

- le modèle de connaissances qui permet au concepteur de décomposer les connaissances du domaine en unités de connaissances distinctes et d'organiser l'enchaînement de ces unités.

Les modèles de COOPERE sont basés sur le modèle orienté objet. Un objet COOPERE peut être vu selon deux dimensions :

- la dimension statique relative à son état se caractérise par ses attributs ;

- la dimension dynamique relative à ses changements d'états.

Pour le modèle de connaissances, un objet est une unité de connaissances relative à un sujet du domaine accompagnée des stratégies pédagogiques de présentation du sujet et des opérations de manipulation de ce sujet. La dimension dynamique se décrit par les méthodes de manipulation réparties en trois types de méthodes : pédagogiques, didactiques et expertes. Les méthodes expertes permettent d'obtenir la connaissance experte selon un point de vue résolution, enseignement ou explication.

La définition de ce modèle a pour objet de définir les différentes classes de base d'objets. Une fois ces classes définies, la création de liens aux différents niveaux d'abstraction (classe, sous-classe et instance) permet de compléter ce schéma de classes.

Ainsi, à partir de ces classes il est possible de créer des sous-classes afin d'établir une structure hiérarchique des connaissances. Les liens d'héritage permettent alors de spécifier les liens matières "sorte-de".

Il est également possible de lier deux classes par des liens d'enseignement de type pré-requis, post-requis ou difficulté.

Au niveau des instances de classes, il est possible d'intégrer des liens sémantiques, distincts des liens d'héritage, utilisés pour l'enseignement. Ces liens sémantiques sont : "est-aussi-un" (liaison de chacal et animal), "possède" (liaison de chacal et pattes) et "est-comme" (liaison de chacal à renard). Ces liens sémantiques sont utilisés pour définir des relations matière (analogie, spécialisation et généralisation). Une relation matière permet de lier sémantiquement non seulement deux instances de classes, mais également de lier le ou les attribut(s) et/ou le ou les méthode(s) de ces instances.

Pour le modèle de l'apprenant, la dimension dynamique est relative aux méthodes de modélisation, d'acquisition, de mise à jour et d'utilisation des connaissances de l'apprenant.

2.2.2 Les Formalismes

Tout comme pour les modèles, les formalismes des différentes méthodes varient suivant l'origine des méthodes (EIAO, systèmes d'information, approche orientée objet).

2.2.2.1 Les Formalismes de l'AGDI

La méthode AGDI propose comme formalisme, la représentation objet et les règles de production. Précisons leur emploi pour chaque modélisation :

- modèle pédagogique : les concepts sont formalisés par une description graphique de type objet. Les relations sémantiques entre chaque objet permettent de définir le diagramme relationnel ;

- modèle didactique : les plans prédicatifs sont formalisés par une description graphique de type objet, et les plans comportementaux par des règles de production ;

- modèle médiatique : les schémas d'objets formalisant les concepts sont complétés par des attributs décrivant leur forme de représentation.

 

2.2.2.2 Les Formalismes de MESE

Tout comme pour les méthodes de conception de systèmes d'information, MESE propose trois types de formalismes correspondant aux modèles statique, dynamique et fonctionnel :

- pour le modèle statique, le formalisme utilisé est basé sur les diagrammes Entité-Relation ;

- pour le modèle dynamique, le formalisme utilisé est celui des diagrammes de transition d'états ;

- pour le modèle fonctionnel, MESE propose des diagrammes de flux de données et des diagrammes de flux de contrôle (pour le contrôle de la modélisation).

2.2.2.3 Les Formalismes de COOPERE

Le formalisme associé au modèle objet de COOPERE est une description graphique des liens statiques (matière, instance, enseignement, sémantique) entre les différentes classes. COOPERE ne propose pas de formalisme spécifique à la dimension dynamique.

2.2.3 Les Démarches

Dans ce paragraphe, nous expliciteront les démarches au niveau global (étendue et forme) et au niveau local (approche utilisée).

Au niveau global des démarches, l'AGDI couvre les trois premières étapes du cycle de vie, en forme de cascade, qui comprend la conception, la simulation, la réalisation, la diffusion, la validation et la maintenance. Le développement s'effectue avec une approche ascendante.

Tout comme les méthodes de conception de systèmes d'information, la méthode MESE couvre tout le cycle de vie (analyse, conception pédagogique, conception fonctionnelle, conception détaillée et implémentation), en forme de cascade. Le développement s'effectue avec une approche descendante.

La méthode COOPERE, basée sur une approche orientée objet, ne couvre que les phases de conception (globale et détaillée) et d'implémentation avec un développement en spirale et une approche ascendante.

 

2.2.4 Les Outils

Comme nous avons axé notre étude sur de véritables méthodes de conception de logiciels éducatifs et non sur des outils de conception, les méthodes étudiées présentent encore peu d'outils.

Le but de la méthode AGDI est de créer un véritable atelier de génie didactique. Pour l'instant, le seul outil créé est l'IGILOPSILE qui est un éditeur d'aide au prototypage et à la simulation de logiciels éducatifs.

Pour les méthodes MESE et COOPERE aucune précision n'est fournie sur l'existence d'outils d'aide à la conception de logiciels éducatifs.

2.2.5 Synthèse

Comme nous le faisions remarquer à l'introduction de cette section, toutes ces méthodes sont trop faiblement structurées. En effet, les méthodes AGDI et COOPERE ne sont pas assez explicites par rapport aux quatre composantes que doit comporter toute méthode de conception. Par contre, la méthode MESE manque de structuration et de rigueur au niveau du domaine spécifique de la formation.

Nous allons essayer de préciser les apports et les défauts de ces trois méthodes qui ont une approche différente de la conception des logiciels éducatifs. C'est au niveau des modèles (cf. Tableau I.2.2), que la différence se fait le plus sentir.

Ainsi la modélisation de MESE, conforme à celle des méthodes classiques de conception de systèmes d'information, effectue la dichotomie donnée/traitement (pas nécessairement utile) et a surtout une bonne approche macroscopique du logiciel éducatif. MESE situe le logiciel éducatif en tant que système d'information et non pas en tant qu'applicatif isolé. La démarche de cette méthode est basée sur une approche orientée système d'information puisque l'intégration de la composante pédagogique est seulement effectuée par l'ajout d'une étape spécifique de conception. Il en résulte que les différents modèles pédagogiques ne sont pas du tout mis en avant. Le modèle du domaine et le modèle pédagogique correspondent plus ou moins aux modèles statique et dynamique de MESE. De plus, le modèle de l'apprenant n'est pas abordé, et cette méthode ne s'intéresse qu'aux logiciels éducatifs dépourvus "d'intelligence".

 

Tableau I.2.3 : Synthèse des modèles des méthodes de conception

Méthodes

     

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AGDI

MESE

COOPERE

Modèles

     

Domaine

Modèle Pédagogique

Modèle Statique

Modèle de Connaissances et Liens matière

Pédagogique

Modèle Pédagogique

Modèles Dynamique et Fonctionnel

Modèle de Connaissances

Didactique

Modèle Didactique

Modèles Dynamique et Fonctionnel

Modèle de Connaissances et Liens enseignement

Apprenant

Implicite

Non

Modèle Apprenant

 

Au contraire, la méthode AGDI effectue sa modélisation conformément à une approche pédagogique (domaine, pédagogique, etc.) malgré la dispersion du modèle de l'apprenant entre les modèles. Mais cette méthode reste, malgré une bonne approche des modèles, confuse et nécessiterait l'utilisation d'un modèle de base puissant comme l'est le modèle orienté objet. En effet, l'AGDI ne fait qu'utiliser le formalisme objet.

Nous pouvons rapprocher la méthode COOPERE de la méthode AGDI par le fait que la première a une approche pédagogique similaire (mais moins pointue) des logiciels éducatifs. COOPERE a un modèle fortement basé sur l'approche orientée objet avec tous les avantages que cette approche comporte.

 

Il nous apparaît nettement que la méthode de conception de logiciels éducatifs idéale serait une synthèse de ces trois méthodes avec leurs apports respectifs :

- AGDI : les modèles spécifiques à la formation qui sont proposés par cette méthode sont complets et résultent d'une analyse pédagogique rigoureuse. Malgré la prétention des auteurs, cette méthode est plus une méthode d'analyse que réellement une méthode de conception. De plus, une approche orientée objet lui apporterait structuration et cohérence ;

- MESE : l'intérêt de la méthode MESE, contrairement à celui de la méthode AGDI, est d'être une véritable méthode de conception au sens système d'information malgré une approche Entité-Association, c'est-à-dire non orientée objet ;

- COOPERE : l'intérêt de cette méthode est de proposer une modélisation des aspects pédagogiques basée sur un modèle orienté objet.

Cette méthode de conception de logiciels éducatifs idéale consisterait à :

- redéfinir les trois modèles de l'AGDI par rapport à un modèle orienté objet de base en s'inspirant pour cela du modèle de COOPERE ,

- redéfinir entièrement la méthode de conception MESE par rapport à une approche orientée objet, c'est-à-dire modèles, formalismes et démarches ;

- intégrer les "nouveaux" modèles de l'AGDI à la "nouvelle" méthode de conception MESE.

2.3 Conclusion

Cette étude sur la conception des logiciels éducatifs nous fait clairement apparaître un manque de maturité des méthodes. En effet, la conception des logiciels éducatifs est encore fortement imprégnée de l'approche EAO classique avec une grande prise en compte des outils d'aide à la conception. Pour que la conception des logiciels éducatifs soit satisfaisante, cela nécessite obligatoirement une approche équivalente à celle du génie logiciel (cycle de vie, maintenance, atelier, etc.). La première étape consiste à définir une méthode de conception de logiciel éducatif. Celle-ci doit pouvoir prendre en compte l'utilisation du multimédia et de ses contraintes inhérentes.

Un inconvénient majeur de ces méthodes de conception de logiciels éducatifs, mais qui n'apparaît pas dans notre étude, concerne la modélisation des connaissances éducatives, c'est-à-dire les connaissances relatives aux modèles didactique, pédagogique, etc.. En effet, un des objectifs principaux de ces méthodes est de modéliser ces connaissances éducatives. Or, ces méthodes n'explicitent pas clairement les éléments méthodologiques de conception de système à base de connaissances qui sont pourtant primordiale à l'EIAO. Dans la section suivante, nous abordons ce domaine des méthodes de conception de systèmes à base de connaissances afin d'examiner les apports essentiels de ces méthodes.

3. Une approche des methodes de conception de systèmes à base de connaissances

La phase principale des méthodes d'ingénierie de la connaissance est la phase d'analyse. Celle-ci englobe l'acquisition, l'analyse et la modélisation des connaissances. Or, ces trois étapes constituent des éléments majeurs des méthodes de conception des logiciels éducatifs. L'objectif idéal serait d'intégrer à ces méthodes les éléments principaux des méthodes de conception de systèmes à base de connaissances les plus connues telles :

- Knowledge Acquisition and Design Support (KADS) qui est une méthode développée dans le cadre d'un projet ESPRIT [Brunet, 91] [Senges, 93]. Cette méthode offre un cycle de vie complet pour le développement de systèmes à base de connaissances ;

- Knowledge Oriented Design (KOD) qui est une méthode d'acquisition et de formalisation des connaissances élaborée par C. Vogel [Albert, 90] [Vogel, 88] [Vogel, 91] [Senges, 93]. Le cycle de vie de cette méthode ne couvre que l'aspect base de connaissances.

Une approche similaire a été réalisée avec une tentative d'unification des méthodes KADS et Merise [Brunet, 90].

3.1 La Phase d'Analyse des Connaissances

La phase d'analyse des connaissances est la phase clé dans la conception d'un système à base de connaissances. En effet, l'exhaustivité et la pertinence de cette dernière assure la qualité des raisonnements fournis par le système. Cette phase se décompose en trois activités principales qui sont :

- l'acquisition des informations qui s'effectue d'une manière générale en interviewant les experts du domaine ;

- l'interprétation ou analyse des informations qui consiste à transformer les informations recueillies en connaissances ;

- la modélisation des connaissances qui permet d'exprimer la sémantique des connaissances.

Chacune des méthodes a sa propre classification des connaissances et sa propre démarche. Ainsi, la méthode KOD élabore un modèle de l'expertise à partir de l'analyse du discours de l'expert ; c'est une approche dirigée par les données. Alors que la méthode KADS a une approche dirigée par les modèles puisqu'elle utilise des modèles génériques de raisonnement pour définir son modèle d'expertise.

3.2 La Phase de Conception des Connaissances

Cette phase a pour objectif de transformer le modèle d'analyse en un modèle plus proche du monde informatique que du monde réel. C'est lors de cette phase que les différences fondamentales apparaissent entre les méthodes. En effet, la méthode KOD impose un langage de représentation proche de la représentation informatique. Alors que la méthode KADS évite toute considération informatique avec une non formalisation des modèles résultant de la phase d'analyse. Cette approche nécessite alors un travail plus considérable lors du passage à la phase de réalisation.

3.3 Synthèse

Nous effectuons cette synthèse en fonction d'une seule contrainte qui est seulement d'incorporer les éléments principaux d'une ou des méthode(s) de conception de systèmes à base de connaissances dans une méthode de conception de logiciels éducatifs. En effet, notre objectif n'est pas de concevoir un système à base de connaissances comme un système informatique conventionnel. L'aspect qui nous concerne est seulement relatif à l'aspect base de connaissances. Contrairement à la méthode KADS, KOD ne se préoccupe que de ce dernier aspect.

Les connaissances liées à la pédagogie et celles liées aux domaines sur lesquels porte la formation sont tellement variés et complexes qu'ils ne peuvent correspondre dans la typologie des tâches génériques de KADS. Au contraire, la méthode KOD permet grâce à une démarche ascendante de construire le modèle d'expertise propre à la base de connaissances. Cette dernière approche présente néanmoins l'inconvénient de devoir complètement reconstruire le modèle d'expertise à chaque nouvelle base de connaissances. Mais dans le cas de la formation, seul le modèle du Domaine change. En effet, la quasi-intégralité des modèles pédagogique, didactique, apprenant et interface sont identiques d'un système de formation multimédia à un autre.

De plus, comme nous préconisons une approche orientée objet pour la conception des logiciels éducatifs, une approche similaire pour la conception des base de connaissances permettrait une meilleur intégration. C'est ainsi que la méthode KOD préconise, lors de la réalisation informatique, de s'appuyer sur un générateur de système expert orienté objet qui correspond parfaitement à son modèle d'expertise. Ainsi, les trois composantes du modèle d'expertise sont :

- les connaissances statiques qui correspondent à des objets ;

- les connaissances dynamiques de type procédural qui correspondent à des méthodes des objets précédents ;

- les connaissances dynamiques de type déclaratif qui correspondent à des règles (programmation logique).

Pour toutes ces propriétés, la méthode KOD nous apparaît être une bonne base pour l'intégration de ces apports dans une méthode de conception orientée objet de logiciels éducatifs. Mais il peut s'avérer également intéressant de prendre en compte certains aspects des autres méthodes d'ingéniérie de la connaissance comme METODAC [Compagnon, 91] [Poisvert, 92], Q4 [Sybord, 91] [Sybord, 93], etc..

4. conclusion

Cette étude sur les logiciels éducatifs nous a permis de découvrir les spécificités des Environnements Interactifs d'Apprentissage avec Ordinateur. C'est un domaine de recherche complexe et pluridisciplinaire qui est toujours en pleine évolution. Les recherches en EIAO sont au carrefour de différents domaines de recherche et sont à l'origine de la conception des différents types de logiciels éducatifs ayant chacun leurs propres ambitions pédagogiques. De plus, le développement de ces logiciels éducatifs s'est fait sans de véritables méthodes de conception, mais seulement avec des outils d'aide à la conception. Force est donc de constater le peu d'intérêt qu'apportent de tels logiciels éducatifs, c'est-à-dire de leur quasi-exclusion des plans de formation. De plus, il ne suffit pas qu'un logiciel éducatif soit réussi sur le plan pédagogique pour garantir une formation efficace. En effet, une réussite de la formation va dépendre de la mise en oeuvre du logiciel éducatif et surtout de l'adaptation de l'organisation de la formation.

Actuellement, les recherches dans le domaine de l'EIAO ont une approche similaire à celle du génie logiciel avec la définition de véritables méthodes de conception : c'est le génie didactique. L'objectif des ateliers de génie didactique est de concevoir des logiciels éducatifs de façon productive. De plus, ces logiciels éducatifs doivent répondre à des critères de qualité (pédagogique, ergonomique, etc.) et faire partie d'une ingénierie pédagogique de l'organisation de formation. Pour satisfaire ce dernier point, il est nécessaire que les ateliers de génie didactique puissent prendre en compte les objectifs pédagogiques des organismes de formation dès les premières phases du développement. Ceci nous laisse penser que les logiciels éducatifs doivent être assimilés à une logique système d'information pour que l'utilisation des logiciels éducatifs ne reste pas marginale. Mais la majorité des recherches du génie didactique [Bessagnet, 91] considère davantage la conception des logiciels éducatifs comme l'assemblage d'outils disparates que comme l'automatisation d'un système d'information.

L'approche que nous préconisons est de considérer les logiciels éducatifs comme des systèmes d'information. Celle-ci est introduite dans le chapitre suivant.

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