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MDEduc: concevoir et implémenter une approche orientée langage pour

la conception de scénarios d’apprentissage automatisés

Soutenance de thèse de doctorat

César Olavo de Moura Filho

Directeur de thèse:Directeur de thèse: Alain DeryckeAlain Derycke

Co-encadrant:Co-encadrant: Yvan PeterYvan Peter

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Plan

1. Problématique et situation du domaine d’étude

2. Proposition conceptuelle• L’approche Multi-EML

3. Réalisation technique• Le Prototype MDEduc

4. Conclusion

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L’ingénierie des Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain

Problématique et situation du domaine d’étude

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L’Ingénierie des EIAH

1970 1980 1990 2000

Instructional System Design• Processus de développement de logiciel

• Approche systématique, division du travail (fig.)

• Ex. ADDIE (fig.)

• Application vs. scénarios

• Scénarios prédéfinis

Langage Auteur

• Outils CASE

• Approche générative

• Ex. Authorware, ToolBook, LAMS (fig.), etc.

• Application vs. Scénarios

• Programmation des scénarios: orientée blocs de construction (gabarits)

Analyse

Design

Evaluation

Implémentation

Développement

Educational Modeling Languages (EML)

• Domain Specific Languages/Frameworks• Ex. IMS-LD (fig.)

• Application vs. scénarios

• Spécification des scénarios: orientée approche pédagogique

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Les problèmes des approches (1/2)

ISD: couteaux (long, complexe, cher)EML / Langages auteur

Langages uniques et fédérateurs Peu spécifiques, perte sémantique

“When the language is defined, many of the choices about what to leave in and what to leave out, and therefore what can be said, are made ahead of time by the constraints of syntax and semantics […] Or to put it another way: When all you have is a hammer, every problem looks like a nail. ” (Fields, 2001)

Perspectives“valuing one perspective means that other perspectives

will be given less value” (Wilson, 1997)

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Les problèmes des approches (1/2)

EML / Langages auteur (continuation) Decontextualisé

“[W]hen developing content for a given course, we take context into account beforehand in the elaboration of our materials, and we then forget about it, trusting that its behavior will always be as expected.” (Figueiredo & Afonso, 2005)

Paradigmes “paradigmatic differences cannot be reconciled” (Kuhn, 1962) Neutralité“[T]here is no chance [of] being neutral, as referring to an

epistemological and ontological position is unavoidable. Defining the structure of metadata and specifying a conceptual data schema inevitably reflects a specific concept of knowledge and meaning”. (Allert, 2004)

Conclusion

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IDM

Ingénierie Dirigée Modèles

• Caractéristique ?

• Adaptation EIAH?

• Application vs. scénarios ?

• Spécification de scénarios ?

1970 1980 1990 2000

Le Génie Logiciel a mêmes préoccupations et une tendance actuelle est créer des modèles riches et spécifiques

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L’Approche IDM

Language-Oriented Programming (Fowler) Monter le niveau d’abstraction des spécifications des

logiciels (DSL vs. GPL) La programmation de bas niveau est laissée à la

machine (générateur)

paramétrageparamétrage

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ISD, langage auteur/EML et IDM

EIAHEIAH EML(s) Scénario(s) EML(s) Scénario(s)

ISDISD

LA/EMLLA/EML

IDMIDM …Concepteur Concepteur

en avalen aval

Concepteur Concepteur en amonten amont

Concepteur Concepteur de langagede langage

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La solution IDM pour les EIAH

Langages fédérateurs Langages sur mesure (ex. PBL, Jigsaw, etc.)

Perspectives, neutralité, paradigmes Différentes perspectives => différents langages

Langage décontextualisé Langages conçus par l’enseignant, sur place, juste-à-

temps

Découplage entre langage et code un même concept peut donner lieu à des différentes

implémentations

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Différents approches disponibles

Model Driven Architecture (OMG)Software Factories (Microsoft)Eclipse Modeling Framework (Eclipse)Literate Programming (Knuth)Generative Programming (Czarnecki)Intentional Software (Simonyi)etc.

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Model Driven Architecture (OMG)

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Literate Programming (Knuth)

File containing both File containing both documentation and codedocumentation and code

(e.g. myProg.web)(e.g. myProg.web)

Documentation fileDocumentation file(e.g. myProg.tex)(e.g. myProg.tex)

Traditional GPL codeTraditional GPL code(e.g. myProg.java)(e.g. myProg.java)

Literate Programming Tool (e.g. WEB)Literate Programming Tool (e.g. WEB)

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Generative Programming (Czarnecki)

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Software Factories (Microsoft)

Programming Language

Web Service

BusinessProcess

Business Entity

Platform

Conceptual

Logical

Implementation

Information Application Technology

Logical Server

NetworkTopology

Programming Language

Web Service

BusinessProcess

Business Entity

Platform

Conceptual

Logical

Implementation

Information Application Technology

Logical Server

NetworkTopology

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Intentional Software (Simonyi)

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EMF/Eclipse

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Multi-EML: Adaptant l’IDM aux EIAH

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Multi-EML: Adaptant l’IDM aux EIAH

1. Commencer la création d’un scénario par une spécification informelle

Patrons Pédagogiques (PP)2. Capturer un EML à partir d’une spécification

informelle3. Garder côte à côte et en coïncidence les

différentes formes de spécification d’un scénario (spécifications informelles, EMLs et code généré)

4. Simplifier: le processus de création de nouveaux EMLs le processus de génération de code pour des

différentes plates-formes

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Multi-EML vs. IDM

paramétrage

simplifierPatrons pédagogiques IDM

Multi-EML

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Les Patrons (ou Patterns) Pédagogiques

Spécialisation des patrons de conception Concept partagé par des différents domaines

Patrons de Conception (Alexander) Façon d’extraire les bonnes pratiques d’un

domaine l’importance de documenter les pratiques,

pour qu’on puisse, postérieurement, les reproduire, partager, discuter, adapter, améliorer, etc.

Contexte, problème et solution (prouvée)Langage naturel

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CHALLENGE UNDERSTANDING ** (This pattern was written by H. Sharp)You are teaching a course or seminar. You want students' understanding to be challenged so that you and they will know how well they have learned a topic.

***Students may think they understand a topic when in fact they do not. If they think they understand, they will not ask questions and will not know the gaps in their knowledge. In addition it is not possible to cover all nuances of a topic in notes …One way in which students learn is to ask questions of you and their peers, but….

***Therefore, give the participants exercises, tasks or activities that challenge their understanding. These can be in the form of exercises, which help the student to apply techniques by Try it Yourself, or Groups Work [EBS] during…

***This pattern is quite abstract, and other patterns are needed to refine, extend, and implement it. However we do not refine it in this language, although it is ….

Un Patron Pédagogique*

Section Solution (extrait)

Section contexte

* Peer Feedback pattern (extrait du Feedback Pattern Language - Bergin et al., 2002)

Section Problème (extrait)

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Multi-EML: rôles envisagés

Auteur

Learning designer

Informaticien

Spécification de la plate-forme

Créer le scénario pédagogique (dans une notation informelle)

1. Créer des spécifications formelles (EMLs)2. Générer des applications dirigées par les EMLs

Créer des spécifications pour les différentes plates-formes

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Réalisation technique

Le prototype MDEduc

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MDEduc

PPEditorPPEditor

EduGenEduGen

EduModelEduModel

Powered by Eclipse/EMF (http://sourceforge.net/projects/mdeduc)

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PPEditor

PPEditorPPEditor

Patron pédagogiquePatron pédagogique

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PPEditor

Editeur syntaxique Respecte la syntaxe du formulaire

originel de C. Alexander. Syntaxe définie à base de:

règles (pattern matching) templates (parties fixes)

Et si l’on veut changer le formulaire?

Par exemple, par le « GoF Form »D’autres

bookmarks et annotations

MultiLineRule

ConceptRule

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Règles

Templates

29

EduModel

EduModelEduModel

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EduModel

Editeur d’EMLN’a pas d’interface graphique

oblige à commencer la conception de l’EML à partir d’une spécification informelle (textuelle)

N’impose pas une nouvelle interface Permet de capturer des EMLs à partir de plusieurs

sources: PPEditor, EduBrowser et extensions.

Éléments basiques de méta-modélisation Sous-ensemble de l’Ecore

Synchronisé avec PPEditor

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Création d’un EML: nouveau concept

PPEditor

PPModel

n

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EML créé (XMI-Ecore)

peerfeedback.ecore

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Implémenter la synchronisation

listeners.exsd

OtherListener

PPEditorListener

Class:ModelChange Listener

Class1Listener

Class2Listener

IModelChangeListener

EduModel

PPEditor

OtherPlugin

Method: modelChanged

Method: ClassifierChanged

Method: operationChanged()

Listener interface

listeners

Point d’extension pour l’EduModel

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Application de la synchronisation

associer

simulation

35

Application de la synchronisation

36

EduGen

EduGenEduGen

37

EduGen

Génère l’application choisie à partir d’un EMLPrend en compte l’Ecore completSpécification de la plate-forme

Java Emitter Templates (JET)

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EMF => GenModelSolution EduGen

Stéreotype Différent de l’approche standard

EMF (évite GenModel) Ecore -> EAnnotation

Exemple pour une application Web

servlet, JSP, HTML, DTO, DAO, web deployment descriptor et ANT script

A

CB

La transformation EML / code

Méta-modèle domaine

Méta-modèle Plate-forme

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Règles de Transformation

Métamodèle Stéreotype Code généré

EClass Session Servlet, JSP

EClass Entity DAO, DTO

EPackage - Page HTML (de navigation)

EPackage Descriptor Web descriptor, ANT Script

EReference - <a href> (JSP), RequestDispatcher (servlet), etc.

EAttribute InputField <input type=”text”> (JSP), String (servlet), etc.

EAttribute TextArea <textarea> (JSP), String (servlet),

EAttribute Password <input type=”password”> (JSP), String (servlet)

EOperation - <form>+<input type=”submit”>(JSP), méthode (servlet)

Ecore / Web ApplicationEcore / Web Application

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Entités vs. Session

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EduBrowser

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Conclusions et Perspectives

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Résumé (1/2)

- On note la volonté de la communauté EIAH d’outiller le concepteur/pédagogue.

- Une pratique actuelle c’est d’utiliser l’approche EML, qui, selon ce qu’on a pu constater au long de cette recherche, a une tendance d’appauvrir la diversité du domaine d’éducation, imposant une homogénéisation de la pratique.

- On s’est inspiré de l’expérience en Génie Logiciel (en particulier en Ingénierie Dirigé Modèles), qui préconise la multiplicité de modèles, ainsi comme la génération automatique de code à partir de ces modèles.

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Résumé (2/2)

- Le travail de la thèse a pour but appliquer les préceptes d’IDM dans le domaine des EIAH:

- Formalisé une démarche- Implémenté un prototype sur un environnement

emblématique le l’IDM (la plate-forme Eclipse)

- Il y a un point qui n’a pas été mentionné: les travaux présentés ont à l’origine des expérimentations menés au Brésil auprès des enseignants d’une université technologique.

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Contributions (1/2)

1. Clarifier ce qu’est la conception des EIAH à la lecture de Herbert Simon et sa théorie de la conception.

2. Elaboration d’un cadre conceptuel pour analyser les différents spécifications de scénarios pédagogiques selon la classification « conception orientée entités » et «  conception orientée processus », ainsi que les rôles des concepteurs entre concepteurs « en amont » et « en aval »

3. Des critères pour analyser la qualité des modèles conceptuels, selon expressivité, spécificité, neutralité, et le rôle du contexte. Pour ce dernier j’ai créé un schéma pour analyser la contextualité d’un scénario:

contexte du langage Contexte du concepteur pédagogique Contexte de l’élève

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Contributions (2/2)

4. Montrer la non-viabilité d’EML unique.5. Spécification d’un cycle de

développement qu’exploite les aspects pragmatiques de l’approche IDM pour la génération automatique d’applications à partir d’un modèle, tout en restant focalisé sur les préoccupations spécifiques de la conception des EIAH.

- Ce cycle préconise la liaison entre les spécifications informelles, formelles et code d’un même scénario.

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Travaux futurs

MDEduc Elaborer et mettre en œuvre un protocole

d’expérimentation du prototype avec des vrais experts (concepteurs, pédagogues, enseignants)

Modéliser les processus de conception des scénarios en sorte d’aider les concepteurs (intermédiaires et en aval) dans la conception

Comment améliorer les « contenus » (PP, EML, templates, etc.) ?

open movements Communautés de pratiques (wikis, CVSs, etc.)

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QuestionsRemerciements

Le Laboratoire Trigone

Le personnel de l’équipe NOCE

CEFET-CE (Brésil)

CAPES (Brésil)

Merci