M

1
Méta-modélisation UML pour la conception et la
mise en œuvre de situations-problèmes
coopératives

• Soutenance de thèse présentée par
• Pierre Laforcade
• Laboratoire dInformatique de
• lUniversité de Pau et des Pays de lAdour

Directeur de thèse Franck Barbier Encadrants
Thierry Nodenot, Christian Sallaberry
2
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution
• Langage de conception CPM
• Modèle de composant éducatif CPL
• Bilan et perspectives

3
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Domaine des EIAH
• Cadre de travail situation-problème et
  plate-forme
• Processus de e-formation et phase de conception
• Notre problématique
• Objectif, orientations et méthodologie
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution langage CPM et composant CPL
• Bilan et perspectives

4
Domaine des EIAH

• EIAH (Environnement Informatique pour
  lApprentissage Humain)
• Tout environnement informatique conçu pour
  favoriser un apprentissage humain
• Recherche pluridisciplinaire Sciences Humaines
  et Sociales Informatique
• Ingénierie des EIAH
• Fournir des moyens reproductibles et/ou
  réutilisables pour faciliter la mise en place de
  situations dapprentissage dans leur articulation
  avec les dispositifs informatiques

Tchounikine, 02
5
Problématique générale

• Comment modéliser la complexité dune situation
  dapprentissage ?

Problèmes inter-reliés
6
Cadre de travail PBL et plates-formes

• EIAH
• Intention didactique environnement informatique
  

• Ingénierie des EIAH
• E-formation
• Processus industrialisé
• Importance des modèles de conception

7
Processus de e-formation
Processus itératif de conception
8
Phases de conception et de mise en œuvre en détail
9
Notre problématique

• Comment faciliter lélaboration de modèles pour
  la conception et la mise en œuvre de
  situations-problèmes coopératives sur des
  plates-formes de formation à distance ?

10
Objectif, orientations et méthodologie

• Objectif
• Fournir un langage de modélisation
• Dédié aux PBL et aux plates-formes de FAD
• Public cible
• langage ? lingénieur pédagogique
• modèles élaborés ? léquipe pluridisciplinaire de
  conception
• Usages des modèles
• Outils de communication et dabstraction
• Orientation pour le langage
• Langage graphique
• Spécialisation dUML

PBL
plates-formes de FAD
11
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Situations-problèmes coopératives
• Plates-formes de formation à distance
• Modélisation et méta-modélisation UML
• Contribution langage CPM et composant CPL
• Bilan et perspectives

12
Situations-problèmes coopératives (PBL)
Cas détude SMASH (enfants 8-12 ans)
Objectifs pédagogiques/apprentissage
Problème/obstacle
Tâche/objectif
13
Plates-formes de formation à distance

• Définition
• Dispositif de formation à distance utilisant les
  réseaux informatiques comme support

• Constat
• Concepteur doit sadapter aux plates-formes
• Objets dapprentissage et services

14
Le langage UML

• Utilité
• visualiser, spécifier, construire, documenter les
  éléments dun système
• Langage semi-formel
• 12 diagrammes (UML 2)
• Diagrammes statiques (classe, objet, paquetage,
  etc.)
• Diagrammes dynamiques (états/transitions,
  activités, etc.)
• Syntaxe UML
• abstraite méta-modèle UML, enrichi par
  contraintes OCL
• concrète la notation

15
Méta-modélisation UML

• Utilité
• Spécialisation dUML à un domaine
• Représentation partagée pour le public cible
•  Outil  de communication
•  Outil  de partage de modèles
• Solution profil UML
• Mécanisme dextension
• Ensemble cohérent de
• Éléments sélectionnés
• Stéréotypes, définitions de valeurs marquées
• Contraintes, règles
• Utilité des outils supportant les profils UML
• Aide à lélaboration des modèles
• Exploitation des modèles

16
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution
• Contribution globale
• Langage de conception CPM
• Modèle de composants éducatifs CPL
• Bilan et perspectives

17
Constat, positionnement et contribution globale
18
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution
• Contribution globale
• Langage de conception CPM
• Modèle de composants éducatifs CPL
• Bilan et perspectives

19
Le langage CPM
(Cooperative PBL Metamodel )

• Démarche de spécification du langage CPM

• Sémantique
• Descriptions et règles (langage naturel OCL)

20
Le modèle conceptuel
21
Construction du méta-modèle CPM
Basé sur
22
Le méta-modèle CPM

• Les différents paquetages du méta-modèle CPM

Sous-ensemble dUML 1.4
ltltmetamodelgtgt
CPM_Foundation
ltltusegtgt
CPM_Extensions
ltltmetamodelgtgt
ltltmetamodelgtgt
CPM_SocialPackage
CPM_PedagogicalPackage
ltltmetamodelgtgt
ltltmetamodelgtgt
CPM_BasicElements
CPM_StructuralPackage
23
Le méta-modèle CPM extraits
CPM_StructuralPackage
CPM_SocialPackage
Context ActivityStructure inv
self.subStructure-gtforall( v
v.oclIsKindOf(ActivityStructure) or
v.oclIsKindOf(Activity) )
24
Le profil CPM

• Diagrammes privilégiés pour la notation
• Diagramme de classes
• Permet de modéliser lensemble des relations
  statiques entre concepts dune PBL
• Diagramme de cas dutilisation
• Permet en amont de définir les activités et les
  rôles impliqués
• Diagramme détats
• Permet de détailler lévolution temporelle des
  états des ressources
• Diagramme dactivités
• Permet de détailler la dynamique de
  lenchaînement des activités

25
Le profil CPM extraits
Stéréotype Méta-classe Contrainte Icône
LearningPhase CoreOperation ActivityGraphsActionState ActivityGraphsSubactivityState UseCasesUseCase CoreClassifier
Activity CoreOperation ActivityGraphsActionState ActivityGraphsSubactivityState UseCasesUseCase CoreClassifier oui
Role UseCasesActor ActivityGraphsPartition oui
Définition valeur marquée Type valeur Sur stéréotype
phaseKind String LearningPhase
roleKind String Role
activityKind String Activity
26
Exemples de modèles CPM aspects structurels
Diagramme de classes
27
Exemples de modèles CPM aspects structurels
Diagramme de classes
28
Exemples de modèles CPM aspects structurels
Diagramme dactivités
29
Exemples de modèles CPM aspects sociaux
Diagramme de cas dutilisation
30
Exemples de modèles CPM aspects sociaux
Diagramme dactivités
31
Vérifications et mises à lessai
Méta-méta-modèle
M3
UML
M2
Méta-modèle
spécialise
Profil CPM
Modèle
M1
Réel perçu
M0
32
Réalisations

• Outillage avec un AGL existant Objecteering
• Objectifs
• Implémenter le langage CPM

• Outillage avec un AGL existant Objecteering
• Objectifs
• Implémenter le langage CPM
• Vérifier lélaboration de modèles conformes au
  langage CPM

• Outillage avec un AGL existant Objecteering
• Objectifs
• Implémenter le langage CPM
• Vérifier lélaboration de modèles conformes au
  langage CPM
• Prototyper un système-auteur adapté à lingénieur
  pédagogique
• Expérimenter la plus-value de modèles graphiques
  et interprétables par la machine

• Outillage avec un AGL existant Objecteering
• Objectifs
• Implémenter le langage CPM
• Vérifier lélaboration de modèles conformes au
  langage CPM
• Prototyper un système-auteur adapté à lingénieur
  pédagogique

33
Les modèles produits avec CPM

• Mise à lessai de SMASH
• Sur la base de documents pédagogiques validés en
  amont par des pédagogues/enseignants

• Spécification dun scénario
• rôles, ressources
• activités individuelles
• activités collaboratives
• coopération
• événements

• Définition
• des objectifs
• de la fiche de tâche
• des critères de succès
• de lobstacle
• des rôles

• Analyse détaillée
• des rôles
• des ressources
• des activités
• des connaissances

Vue ensemble de diagrammes
Modèle ensemble de vues
Expression initiale des besoins
Analyse
Conception
34
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution
• Contribution globale
• Langage de conception CPM
• Modèle de composants éducatifs CPL
• Bilan et perspectives

35
Contribution 2 le problème de la mise en oeuvre
36
Contribution 2 notre approche

• Idée
• ajouter de nouvelles fonctionnalités aux
  plates-formes
• capturer les activités de base récurrentes dans
  les modèles de conception de PBL
• Proposition
• Le composant éducatif CPL
• capture une activité élémentaire réutilisable
  (pour les concepteurs)
• est implémenté comme un composant logiciel
   métier  sur la plate-forme (pour les
  développeurs de composants)

37
Contribution 2 détails des réalisations

• Un modèle spécifique pour le composant CPL
• Basé sur le modèle de composant UML 2
• Permet de décrire, spécifier les composants CPL
  sur la base des composants logiciels des
  plates-formes
• Composé de
• Une vue dassemblage  boîte noire 
• Des vues comportementales
• Démarches
• Construction dune bibliothèque de modèles de CPL
  (pour les développeurs de composants et les
  concepteurs)
• Réutilisation des modèles de CPL (pour les
  concepteurs)
• Extension du langage CPM
• Ajout du concept dactivité réutilisable (pour
  les concepteurs)
• Modélisation des composants CPL (pour les
  développeurs de composants)

38
Contribution 2 illustration des démarches
39
Plan

• Introduction aux modèles pour la e-formation
• Étude des situations-problèmes, plates-formes et
  UML
• Contribution
• Bilan et perspectives

40
Bilan
Aide à la conception et la mise en œuvre de PBL

• Objectif
• Aide à la conception de PBL en phases amont
  décrire, spécifier, documenter, abstraire
  complexité, favoriser communication équipe
  pluridisciplinaire
• Réalisations
• Langage CPM pour lingénieur pédagogique
• Prototype denvironnement-auteur via un AGL
  existant
• Mise à lessai sur un cas détude riche

• Objectif
• Aide à la mise en œuvre de PBL sur des
  plates-formes
• Réalisations
• Composant éducatif CPL
• Modélisation UML 2
• Double démarche (1-spécification de CPL,
  2-réutilisation de CPL)
• Extension du langage CPM

41
Bilan sur les apports de la contribution

• Le modèle de composants CPL
• Approche originale et novatrice
• Nécessite un travail en profondeur
• Le langage CPM identifier et décrire les
  apports de la (méta)-modélisation UML
• Conceptualisation explicite
• Meilleure capitalisation des connaissances
• Améliore communication
• Exploitation des modèles via les AGL
• Vers des nouveaux usages pour les modèles CPM
• Difficulté de modélisation
• Choix de représentation
• Complexité des modèles

42
Perspectives

• Validation des modèles CPM
• Comment
• Expérimentation du langage CPM par
• Communauté UML et communauté EIAH
• Pour quoi
• Cadrer les usages du langage
• Servir de base pour lélaboration dune méthode
• Méthode adaptée au langage CPM
• Comment
• Méthodes UML (RUP, 2TUP, etc.)
• Méthodes de design pédagogique (MISA, Recre_at_sup,
  etc.)
• Pour quoi
• Guider la conception des modèles
• Vers une ingénierie des modèles ?

43
Merci de votre attention
Méta-modélisation UML pour la conception et la
mise en oeuvre de situations-problèmes
coopératives
44
Illustration du modèle en couche de lOMG
45
Exemple de modèles de CPL

• Modélisation UML 2
• Gestion conflit

46
Exemple de CPL (2)

• State Machine associé à linterface Ituteur

47
Exemple de CPL (3)

• State Machine associé à linterface Iapprenant

48
Techniques et langages existants
Méta-données Ontologies éducatives Langage de modélisation pédagogique
Définition Données décrivant des données Définition explicite dune conceptualisation Modèle dinformation et de binding
Usages Décrire, identifier, rechercher, assembler, délivrer des contenus de formations Décrire des contenus, supporter et guider la conception de scénarios, formalisation des scénarios Spécifier formellement un scénario, modèle interprétable par la machine
Exemples LOM, LRS Travaux de Mizoguchi EML-OUNL, IMS-LD
Public Fournisseur de ressources Ingénieur Pédagogique Ingénieur Pédagogique  expert 
Limites Pas adapté à la scénarisation dactivités Modèles non destinés aux  humains   Usine à gaz  Modèles non destinés aux  humains 
Prise en charge PBL non non peu
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Propriétés du langage CPM

• Reproductibilité, réutilisation, indépendance
  médium/configuration/plates-formes,
  personnalisation
• Propriétés de personnalisation
• Terminologie  ouverte  peut être enrichie
  selon besoins des concepteurs
• Via
• Les stéréotypes Relation, Activity,
  StaticPBLElement, DynamicPBLElement, resource,
  PBLConstraint
• Et leurs valeurs marquées relationKind,
  activityKind,
• Exemples
• Une contrainte de durée pour les activités
• ltltPBLConstraintgtgt avec constraintKindDuration
• Une relation déquivalence entre 2 ressources
• ltltRelationgtgt avec relationKindIsEquivalentOf

50
Le méta-modèle CPM

• Les concepts

51
Proposition 2 démarche à la IMS-LD

• Fonctionnalités plates-formes services dans le
  scénario

52
Ingénierie des connaissances

• Définition
• L'ingénierie des connaissances propose des
  concepts, méthodes et techniques permettant de
  modéliser, de formaliser, d'acquérir des
  connaissances dans les organisations dans un but
  d'opérationalisation, de structuration ou de
  gestion au sens large. Ces mêmes connaissances
  sont des informations destinées à être, in fine,
  interprétées par un humain, dans son interaction
  avec l'artefact, i.e. le système à base de
  connaissances (SBC) construit IC2001

• nouveaux points de convergence
• construction et lutilisation dontologies,
• la modélisation de documents
• pédagogiques avec XML,
• les hypermedia adaptatifs,
• travaux sur CSCL/CSCW

I-EIAH
IC
Tchounikine,STE
Un usage de CPM ???

• modélisation de
• la connaissance du domaine dapprentissage
• des connaissances des apprenants, etc.

53
Correspondances

• Terminologie PBL et terminologie CPM

54
Correspondances

• Terminologie IMS-LD et terminologie CPM

55
Exemple de CPL (4)

• Extrait de modèle de conception avancée

56
Publications
SCI02
EJC02
Projet équipe IDEE
WCC02
INFORSID02
TICE02
ITS02
Contexte État de lart
IRMA03
ITRE03
Méta-modèle CPM
Modèle de CE
AIED03
IT04
Profil CPM
Prototype
ICCI03
Expérimentation
Extension du profil
WWW04
STICEF05 ?
??05 ?
EIAH05 ?
Proposition 1
Proposition 2
Revue Chapitre Conférence Internationale Conférenc
e nationale Divers
Perspectives
57
Le langage CPM et la théorie de lactivité

• CPM est basé sur
• une approche centrée sur lactivité
• des modèles conceptuels de lactivité
• Toutefois, fondation théorique limitée car
• Son potentiel est dans létude de lactivité
  effective
• Nous sommes dans un contexte prescritif où
  lactivité est déjà  formatée  par de nombreux
  travaux.

58
Comparaison de lapproche par  profil UML  avec
autres approches de méta-modélisations