2.4. Organisation des capacités - UQAM

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Un modèle de représentation des connaissances relatives au contenu dans un
système tutoriel intelligent
Roger Nkambou* - Gilles Gauthier** - Claude Frasson*** * Département d'informatique - Université de Moncton,
Moncton (NB), E1A 3E9 Canada
Adresse électronique: nkambou@info.umoncton.ca ** Département d'informatique - Université du Québec à Montréal
Montréal (Québec), H3C 3P8 CANADA
Adresse électronique: gauthier.gilles@uqam.ca *** Département d'informatique - Université de Montréal
Montréal (Québec), H3C 3J7 CANADA
Adresse électronique: frasson@iro.umontreal.ca
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RÉSUMÉ. Nous présentons dans cet article une approche, nommée CREAM
(Curriculum REpresentation and Acquisition Model), destinée à la
modélisation des connaissances d'une matière à enseigner dans un STI. Cette
approche permet d'organiser la matière sous trois perspectives: domaine,
pédagogie et didactique. L'aspect relié au domaine est mis en ?uvre, dans
cette approche, par un modèle de capacités (CREAM-C) qui représente et
organise les connaissances du domaine suivant des liens logiques existant
entre elles; ces connaissances sont catégorisées selon la taxinomie de
Gagné. Le volet pédagogique crée un cadre de définition et d'organisation
des objectifs d'enseignement (CREAM-O et CKTN). L'organisation des
objectifs consiste notamment à modéliser les prédispositions nécessaires à
leur réalisation et à étudier l'impact que peut avoir l'atteinte d'un
objectif sur les connaissances du domaine. La dimension didactique revient
à produire un modèle qui définit et organise les différents moyens
tactiques nécessaires pour l'enseignement de la matière considérée (CREAM-
R). ABSTRACT. In this paper we present an approach to modeling the subject
matter to be taught by a large scale Intelligent Tutoring System (ITS).
This approach, called CREAM (Curriculum Representation and Acquisition
Model) allows to organize the content information according to models
concerning respectively the domain, the pedagogy and the didactic aspects.
The domain is supported by the capability model (CREAM-C) which represents
and organizes domain knowledge. The pedagogical view allows to define and
organize instructional objectives in modeling the skills required for their
completion and in evaluating the impact of this completion on the domain
knowledge (CREAM-O and CKTN). The didactic component is based on a model of
resources which defines the different means that are necessary to support
the teaching (CREAM-R).
MOTS-CLÉS : Systèmes tutoriels intelligents, représentation de
connaissances, curriculum, connaissances du domaine, réseaux de transition,
organisation des connaissances.
KEY WORDS : Intelligent tutoring systems, knowledge representation,
curriculum, domain knowledge, transition network, knowledge structuration.
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1. Introduction Le curriculum est défini en éducation [Legendre 1993] comme l'ensemble
structuré des expériences d'enseignement et d'apprentissage (objectifs de
contenu, objectifs d'habileté, objectifs spécifiques, cheminements ramifiés
et règles de progression, matériel didactique, activités d'enseignement et
d'apprentissage, etc.) planifiées et offertes sous la direction d'une
institution scolaire en vue d'atteindre des buts éducatifs prédéterminés.
Dans le domaine de l'éducation, le développement d'un curriculum est une
étape importante du processus de conception de l'enseignement. En effet, le
curriculum est souvent considéré comme une donnée d'entrée d'un système
d'enseignement [Finch et Crukilton 1986]. Très peu de recherches dans le
domaine des systèmes tutoriels intelligents (STI) se sont préoccupées de la
nécessité d'un curriculum et de ce fait un des problèmes qui se posent est
celui de trouver une définition et une représentation du curriculum dans le
cadre d'un STI.
La psychologie (humaniste, béhavioriste ou cognitive) reconnaît la
nécessité de créer un environnement pouvant supporter la planification et
le déroulement de l'enseignement [Grippin et Peters 1984, Tardif 1992].
Dans le cadre des STI, quelques travaux ont abordé la notion de curriculum
[Lesgold 1988, Halff 1988, Mccalla 1990, Hartley 1990, Derry 1990]. Halff
(1988) considère que le but du curriculum dans les STI est de formuler une
représentation du matériel d'enseignement et de sélectionner et d'ordonner
les activités de formation à partir de cette représentation. Ainsi, Halff
oriente la représentation du curriculum vers le matériel. McCalla (1990)
donne une définition similaire selon laquelle le curriculum dans un STI
représente la sélection et l'ordonnancement de connaissances en vue de
réaliser les buts d'enseignement appropriés au contexte courant et à
l'apprenant courant. Il met l'accent sur le fait qu'un curriculum doit être
flexible, évolutif et adaptatif aux besoins de l'apprenant et au
déroulement de l'enseignement. D'autres travaux tels que ceux de Wipond et
Jones [Wipond et Jones 1988] et de Merrill [Merrill 1991] abordent la
construction d'environnements destinés aux enseignants humains pour le
développement de curriculums et de cours.
S'il est vrai que l'accent doit être mis sur les connaissances que le STI
veut faire acquérir à un apprenant, il n'en demeure pas moins que
l'acquisition de ces connaissances se fait à travers une variété
d'activités d'apprentissage et d'enseignement véhiculées par le matériel
d'enseignement (ressources didactiques). Ainsi, nous considérons que le
curriculum, tout en se focalisant sur les connaissances relatives à une
matière donnée, doit aussi se préoccuper des ressources didactiques
nécessaires à l'acquisition, par l'apprenant, de ces connaissances dans
des situations d'enseignement ou d'apprentissage. Par exemple,
l'acquisition d'une connaissance concernant la résolution d'un système
d'équations linéaires nécessite la réalisation d'un certain nombre
d'activités (enseignement de concepts associés aux notions impliquées,
résolution de problèmes ou d'exercices sur les systèmes d'équations
linéaires...). Cette réalisation n'est possible que si les ressources
didactiques concernées (exercices, problèmes...) sont disponibles.
Naturellement, la sélection de l'une ou de l'autre ressource est fonction
du déroulement de l'enseignement et des besoins de l'apprenant.
L'objet de cet article est de proposer un modèle de représentation des
connaissances relatives à une matière à enseigner par un STI, prenant en
compte les perspectives domaines, pédagogiques et didactiques de
l'enseignement. Après une définition de la notion de curriculum et quelques
éléments de notre approche sur ce point, nous définissons successivement le
modèle des capacités, le modèle des objectifs d'enseignement et celui des
ressources didactiques. Nous détaillons ensuite les liens qui existent
entre les connaissances de ces modèles. Ceci nous amène à définir le modèle
pédagogique de la matière à enseigner basé sur le couplage des trois
modèles. Nous aboutissons finalement à une architecture du système.
1.1. Définition
Nous définissons un curriculum dans un STI comme étant une représentation
structurée de la matière à enseigner en terme de capacité[1] (capabilities)
au sens de Gagné [Gagné et al. 1992], d' objectifs dont la réalisation
contribue à l'acquisition de capacités et de ressources didactiques
(exercices, problèmes, démonstrations, vidéos, simulations, etc.). Tous ces
éléments sont organisés dans des structures de connaissances destinées à
soutenir l'enseignement d'une matière.
Notre idée est de créer et d'organiser un environnement riche et varié
pouvant supporter la génération de cours [Nkambou et al. 1996a], la
planification et le déroulement de l'enseignement, et certains aspects
reliés à la modélisation de l'apprenant [Nkambou et al. 1996c]. Cette
approche met l'accent sur la séparation du cours et de la matière. Ainsi
plusieurs cours peuvent être construits ou générés à partir d'un même
curriculum. Bien que notre définition soit différente de celle de McCalla,
elle répond cependant aux caractéristiques qu'il a fixées pour un
curriculum dans un STI, à savoir une structure flexible, évolutive et
adaptative. En effet notre approche comporte:
1. une structure flexible car les connaissances du curriculum (objectifs
d'enseignement, capacités, ressources didactiques) sont représentées
sous forme déclarative;
2. la structure est évolutive car des connaissances peuvent être ajoutées
ou retirées de la structure;
3. Enfin la une structure est adaptative car elle peut être adaptée aux
besoins d'un apprenant particulier en supportant la génération du cours
(détaillé) et des activités d'apprentissage selon les connaissances et
les besoins de ce dernier.
Pour mettre en ?uvre cette vision du curriculum dans les STI, nous
présentons dans ce qui suit, un modèle de représentation, d'organisation et
d'acquisition du curriculum pour un STI.
1.2. Représentation du curriculum Quelques approches de représentation du curriculum dans les STI ont été
proposées [Lesgold 1988, Halff 1988, Mccalla 1990, Hartley 1990, Derry
1990]. Ces différentes représentations sont loin d'être contradictoires
mais plutôt complémentaires. En effet, la représentation de Bar