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ACCÈS PAR HYPERDOCUMENT À UNE BANQUE D'EXERCICES
SUR UN LOGICIEL DE SIMULATION EN AUTOMATIQUE Florence Michau
Laboratoire d'Automatique, L.A. CNRS 228
Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs Electriciens
Institut National Polytechnique de Grenoble
BP 46
38402 Saint Martin d'Hères, cedex
L'introduction de l'usage de logiciels de CAO pour l'enseignement de
certaines sciences de l'ingénieur s'est imposée ces dernières années.
Nous proposons ici une organisation générale pour réaliser un
environnement de formation sur de tels logiciels. Cet environnement
intègre une banque d'exercices sur le logiciel de CAO, un hyperdocument
permettant à l'élève de définir son thème de travail et un expert
pédagogique dont le rôle est de sélectionner et d'ordonnancer les
exercices appropriés au thème de travail choisi. La structuration de
l'hyperdocument repose sur la modélisation des connaissances du domaine
sous la forme d'un arbre hiérarchique de notions, arbre dans lequel
l'élève peut naviguer afin d'explorer certaines notions et de tisser
des liens entre ces notions.
1. Introduction Dans tous les domaines des sciences de l'ingénieur, il existe de nombreux
logiciels de calcul et de simulation, outils indispensables pour apprendre
(comprendre, expérimenter) certaines connaissances théoriques et
techniques. Dans le domaine de l'automatique nous pouvons par exemple citer
les logiciels de CAO : Matlab, Acsyde, Basile, Ctrle-C, Matrix-X. Notre position d'enseignants en école d'ingénieurs nous a poussés à
introduire l'usage de ces outils pour les étudiants depuis déjà un certain
nombre d'années (Gentil 87). Ces logiciels de CAO n'ayant pas a priori
comme vocation première l'enseignement, le travail des étudiants ne peut se
faire actuellement que guidé par un enseignant du domaine. Notre souci d'évoluer vers des méthodes de formation rendant les
étudiants plus autonomes, nous a conduit à l'idée d'encapsuler un logiciel
de simulation dans un environnement didactique. Réaliser des systèmes d'autoformation construits sur des logiciels de CAO
performants et largement utilisés par l'industrie pourrait répondre à un
besoin, de jour en jour croissant, d'outils, destinés à la formation
initiale ou continue des ingénieurs, utilisables souplement en libre-
service, sur le poste de travail et offrant à l'apprenant des activités
adaptées à ses objectifs et à sa connaissance du domaine. Suite à une première étude didactique sur ce projet, nous présentons ici
une idée d'organisation générale de tels systèmes d'apprentissage,
organisation fondée sur un mode d'accès, pour l'apprenant, de type
navigation dans un réseau de notions conduisant à un menu d'exercices sur
le simulateur. La réalisation informatique du projet est actuellement commencée et
devrait conduire vers octobre 1991 à une première maquette. 2. Orientations générales Un certain nombre de travaux en EAO et en EIAO pour formation dans le
supérieur a retenu notre attention (Böcker 89), (Cabrol 91), (Peyrin 91),
(Savoy 88). Ces travaux mettent en évidence l'intérêt des deux aspects qui
nous semblent les plus prometteurs : l'aspect hypermédias et l'aspect
simulation intelligemment assistée. C'est autour de ces deux pôles que nous avons décidé d'organiser notre
système d'apprentissage. Après analyse des besoins avec deux enseignants d'automatique, nous nous
sommes orientés vers la réalisation d'un outil complémentaire du cours
théorique ayant les caractéristiques suivantes. Public visé :
- Elèves de deuxième et troisième année en école d'ingénieurs ayant eu
un cours d'automatique.
- Ingénieurs en entreprise connaissant les bases de l'automatique. But pédagogique :
- Utiliser la simulation pour illustrer de façon plus 'palpable' des
sujets déjà étudiés d'un point de vue théorique par l'élève.
- Exercer l'élève à tisser des relations entre les différentes notions
du domaine (ex : liens entre les propriétés d'un système, transposition
d'un modèle vers un autre...), relations pas toujours étudiées en
cours. 3. Organisation du système L'organisation générale du système repose sur trois éléments :
- une banque d'exercices sur le logiciel de simulation,
- un hyperdocument (Daniel Vatonne 90) permettant à l'apprenant de
définir au mieux son thème de travail courant,
- des outils intelligents permettant d'organiser un menu d'exercices en
fonction du thème de travail choisi par l'élève et permettant
d'assister l'élève dans la réalisation des exercices. L'idée principale concernant l'accès de l'élève à un menu d'exercices
repose sur la représentation des connaissances du domaine étudié par un
réseau de notions, concepts fondamentaux et outils de base, structuré en
arbre hiérarchique. Quand on parcourt cet arbre de manière descendante, on passe d'une vision
synthétique des connaissances vers une vision plus "granulaire". Les feuilles terminales de l'arbre représente donc la connaissance au
niveau le plus détaillé. Pour des raisons de présentation nous n'avons pas
encadré chacune de ces feuilles (ex : position des pôles de F(s), position
des pôles de F(z)...) dans le graphe. Ce que nous appellerons une notion ici sera donc de type concept ou
outil et pourra être à un niveau de synthèse plus ou moins haut dans
l'arbre. Le rôle de l'hyperdocument est de permettre à l'élève une exploration de
cet arbre dans le but de déterminer un " thème de travail " courant. Un thème de travail est défini par : - le choix d'une notion à étudier, par exemple étude de la notion
de "modèle mathématique d'un système",
ou
- le choix d'un couple (ou éventuellement d'un triplet) de notions
dont on veut étudier l'interconnection, les liens ou les conflits (étude
de la dualité "rapidité amortissement" par exemple). Ce choix peut être assorti d'une spécification du contexte d'étude,
précisant éventuellement :
- le type de système étudié (1er ordre, 2ème ordre, système composé),
- le mode d'étude (en continu, en discret, passage du continu au
discret),
- le cadre de travail (en boucle ouverte, en boucle fermée, passage de
la boucle ouverte à la boucle fermée). Un thème de travail peut donc être relativement général (ex : étude de la
notion de rapidité) ou assez cerné (ex : étude du lien entre les notions
rapidité et amortissement sur les réponses temporelles pour un système du
2ème ordre continu). Le thème de travail courant étant défini par l'élève, un expert
pédagogique est chargé de sélectionner, dans la banque, les exercices les
plus appropriés pour étudier ce thème et d'ordonnancer ces exercices en une
suite pédagogiquement cohérente afin de présenter un menu d'exercices à
l'élève. L'élève peut alors choisir dans ce menu les exercices sur lesquels
il veut travailler et il est mis en situation d'activité guidée sur le
logiciel de CAO. Lorsqu'il estime avoir vu ce qu'il voulait étudier sur le
thème choisi ou s'il souhaite modifier ce thème de travail (le repréciser,
passer à un thème plus élèmentaire...), l'élève revient sur l'hyperdocument
afin de définir un nouveau thème de travail courant. Nous pouvons donc présenter l'organisation générale du système sous la
forme suivante. [pic]
Figure 1 - Organisation générale du système Les exercices prévus sur simulateur sont courts. Nous travaillons
actuellement à la mise au point d'une grille de critères pour ces exercices
permettant leur sélection et leur ordonnancement. En plus des critères relatifs au sujet abordé (notions du domaine,
contexte d'étude) nous avons retenu un certain nombre de critères
didactiques concernant la situation problème proposée (choix d'un modèle
suivant un objectif, transposition d'un modèle vers un autre,
identification graphique d'une performance...). 4. Structuration de l'hyperdocument permettant de définir le thème de
travail courant C'est un logiciel devant présenter des textes, des schémas, des tables
mathématiques, des graphes, des simulations, aussi avons-nous préféré
l'appellation hyperdocument à celle d'hypertexte. Les noeuds principaux sont les notions de l'arbre présenté précédemment.
Les liens hiérarchiques permettent une navigation verticale d'une notion
vers ses notions filles ou vers sa notion mère.
Il existe également des liens transverses entre notions, du type :
- la notion i est fortement liée à la notion j,
- l'étude de la dualité entre la notion i et la notion j est très
riche.
Ces liens permettent une navigation transversale. De plus un hypergraphe représentant l'arbre complet des notions permet :
- l'accès direct à une notion,
- la possibilité de se localiser dans l'arbre depuis une notion,
- la possibilité de sélectionner un couple (un triplet) de notions
quand on veut définir un thème de travail relatif à l'étude de liens
entre des notions.
Chaque noeud notion donne accès à des outils d'aide locaux : définition
de la notion, schémas explicatifs, simulation illustrant la notion.
Enfin de tout point de l'hyperdocument on a accès à des outils d'aide
globaux :
- un dictionnaire sur le domaine de l'automatique classique,
définissant les notions (avec accès aux aides locales de chaque notion),
explicitant les mots clef utilisés pour la spécifica