Scénario didactique en sciences le modèle de tâches hiérarchiques

Institut de la Francophonie pour l’Informatique
Ecole Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne

MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES
MASTER D’INFORMATIQUE

Scénario didactique en sciences : le modèle de tâches hiérarchiques

BUI Kim Uyen
Responsables de stage : Serge GARLATTI

Ce stage a été réalisé au sein du Département informatique de l’Ecole Nationale Supérieure des
Télécommunications de Bretagne
GET - ENST Bretagne

Brest, 30 août 2007


Remerciements
Je tiens particulièrement à remercier M.Serge GARLATTI, mon responsable de stage, pour l’encadrement,l’aide, les utiles conseils et l’environnement de travail très chaleureuse qu’il m’a donné
pendant toute la durée du stage.
Je tiens également à remercier M.Jean Louis Tetchueng, pour son explication très clairement des
concepts didactiques, ses aides, ses commentaires et ses discussion qui ont fait progresser mon travail.
J’adresse mes sincères remerciements à tous les professeurs de l’IFI, qui sont quelquefois très
sévères, pour m’avoir enseigné et me donné les cours intéressants pendant mes études au niveau master.
Je n’oublie pas de remercier tous le personnels de l’IFI qui m’ont apporté de l’aide.
Je voudrais aussi remercier Jean-Louis, mes collègues, mes camarades de la promotion XI que j’ai
pu apprendre beaucoup de choses en discutant avec eux.
Finalement, je voudrais remercier ma famille, mes parents et mes amis qui sont toujours près de
moi et m’ont apporté le courage dans les moments difficiles.

i


Résumé
Les scénarios didactiques sont de plus en plus utilisés dans un système de E-learning ou un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH). Notre projet MODALES a pour but de
créer un environnement contenant des scénarios didactiques qui permet à des enseignants d’apprendre
leur métier en réalisant des séquences de formation. Autrement dit, son objectif est de mettre l’apprenant dans un contexte d’apprentissage actif lors de la résolution de problème dans le cadre d’une
formation en ligne. En plus concret, il mettra l’apprenant en situation d’éprouver sa capacité à analyser
un problème, à bâtir une stratégie de résolution, à opérer des choix par rapport au problème à résoudre
(choisir la problématique, sélectionner des ressources, des documents,...)
En effet, il existe plusieurs façons pour modéliser ou représenter des scénarios didactiques dans
un système EIAH. Dans le cadre de notre projet, nous nous intéressons d’utiliser le modèle de tâches
hiérarchiques pour représenter des scénarios didactiques. Le principe de ce modèle est de décomposer
une tâche au niveau d’abstraction plus générale en des sous tâches plus détails jusqu’à des tâches
élémentaire, c’est-à-dire, des tâches peuvent être réalisées par une simple procédure. L’apprenant doit
suivre et achever tous les sous tâches selon une expression de contrôle. Avec ce modèle, l’apprenant
peut avoir une vue d’ensemble (overview en anglais) sur où il commencera, il lui reste combien de
tâches à accomplir ...
Mots-clés : Scénario didactique, modèle de tâches hiérarchiques, ontologies, moteur de composition,
document virtuel adaptatif.

ii


Abstract
The didactic scenarios are more and more used in the E-learning system or the EIAH (Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain). The purpose of our project MODALES is to create
an environment containing the didactic scenarios which enable the probationary teachers to learn their
profession by accomplish a sequence of task in a course online. In other words, its objective is to put
learner in an active learning context at the time of the resolution of problem within the scope of Elearning. In more concrete, it will put learner in the situations to test its capacity to analyze a problem,
to build a resolution strategy, to make the choices in relation to problem to be solved (to choose the

problems, to select resources, documents...).
Indeed, there is several ways to model or represent the didactic scenarios in an E-learning system.
With in our project’s scope, we are interested to use the task hierarchical model to represent the didactic
scenarios. The principle of this model is to break up a task with a high general abstraction level into
the subtask with a lower abstraction level until we obtain a list of elementary tasks, i.e., tasks can be
carried out by a simple procedure. Learning must follow and complete all of the subtasks according
to an expression of control. With this model, learner will have an overview on where he will start, it
remains how much tasks for him to achieve...
Key words : Didactic scenario, task hierarchical model, ontology, composition engine, adaptive virtual
document.

iii


Table des matières
Résumé

ii

Abstract

iii

1 Introduction
1.1 Problématique . . . . . .
1.2 Objectif . . . . . . . . .
1.3 Contribution du stage . .
1.4 Environnement de travail
1.5 Plan du rapport . . . . .

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2 Scénarios didactiques et Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain
2.1 Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Scénarios didactiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Rôle des scénarios didactiques dans le système EIAH . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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3 Modélisation des scénarios didactiques
3.1 Modèles de tâches hiérarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.2 Élément de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.3 Modèle de tâches hiérarchiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 Modélisation des scénarios didactiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Analyser des scénarios didactiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.2 Transposition informatique des scénarios à l’aide d’un modèle hiérarchique de
tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4 Moteur de composition de SCARCE
4.1 Architecture de SCARCE . . . . . .
4.2 Implémentation du SCARCE . . . .
4.2.1 Document Virtuel Adaptatif
4.2.2 Méthode d’adaptation . . .
4.2.3 Ontologies dans SCARCE .

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5 Implémentation
5.1 Architecture générale . . . . . . . . .
5.2 Conception . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Modèle de tâche hiérarchique
5.2.2 Modèle d’utilisateur . . . . .
5.3 Moteur d’inférence . . . . . . . . . .
5.4 Ontologies . . . . . . . . . . . . . . .
5.5 Résultats obtenus . . . . . . . . . . .

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6 Conclusion et Perspective
6.1 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2 Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Bibliographie

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Table des figures
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

Paradigme Tâche/Méthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Élément de base du modèle : tâches, méthodes et entités . . . . . . . . . . . . . .
Architecture hiérarchique des tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Plan de scénario de formation commun aux PE, PLC SVT, PLC Physique-Chimie
Un scénario pour un cours dans MODALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.4

Architecture de SCARCE . . . . . . . . . . . . .
Architecture du Web sémantique . . . . . . . . .
Processus de composition d’un document virtuel
Cartographie des techniques adaptation . . . . .

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5.23
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5.25

Architecture du modèle de 5 couches . . . . . . . . . .
Diagram de class du modèle de tâche hiérarchique . . .
Description de la classe Task . . . . . . . . . . . . . .
Description de la classe ModalesTask . . . . . . . . .
Description de la classe Method . . . . . . . . . . . .
Diagramme de classe du modèle de l’utilisateur . . . .
Description de la classe User . . . . . . . . . . . . . .
Description de la classe Learner . . . . . . . . . . . .
Description de la classe Teacher . . . . . . . . . . . .
Description de la classe CurrentClass . . . . . . . . . .

Description de la classe Origin . . . . . . . . . . . . .
Description de la classe SessionData . . . . . . . . . .
Description de la classe HistoricData . . . . . . . . . .
Description de la classe LearnerCategorie . . . . . . .
Application du modèle de 5 couches dans la conception
Architecture de l’Ontobroker . . . . . . . . . . . . . .
Ontologie de tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ontologie d’utilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ontologie de domaine . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Ontologie de contexte . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Page d’entrée du MODALES . . . . . . . . . . . . . .
Message d’erreur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Page principale de l’application . . . . . . . . . . . . .
Composant Navigation globale . . . . . . . . . . . . .
Composant Navigation locale . . . . . . . . . . . . . .

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5.26 Composant Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.27 Composant Structure de contrôle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.28 Composant Contenu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Chapitre 1

Introduction
1.1 Problématique
Depuis quelques années, l’informatique est de plus en plus utilisée dans les activités de formation
au sein des établissements d’enseignement. L’application de l’informatique dans la formation ou en particulier, dans la formation à distance ou " e-learning ", a apporté de nouveaux outils et techniques dont
le but était d’améliorer le confort du cadre d’apprentissage. Aujourd’hui, le terme EIAH (Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain) dénote une évolution vers la recherche d’association
ou d’interaction entre l’homme et la machine, notamment à travers les technologies de l’information et
de la communication. Mais une des difficultés la plus abordée est le besoin de réutiliser des ressources
(documents, composants) décrites par les métadonnées et les ontologies pour concevoir des nouveaux
systèmes d’information en faisant l’adaptation avec les différents type d’utilisateur. Pour surmonter
ces difficultés, les auteurs [GIT03] ont proposé un environnement flexible d’hypermédia adaptatif basé
sur l’approche de document virtuel et l’évolution du Web sémantique, qui est baptisé SCARCE (SemantiC and Adaptative Retrival and Composition Environment). Cet environnement permet de gérer
et spécifier la sélection, le filtrage et l’organisation au niveau sémantique. SCARCE se base sur deux
différents recherches : projet ICCARS (Integrated and Collaborative Computer Assisted Reporting System) et projet CANDLE (Collaborative And Network Distributed Learning Environment). D’ailleurs,
il est réutilisé dans le projet KMP (Knowledge Management Portal) [GIT03]. Dans SCARCE, l’auteur
est responsable de choisir le contenu du document et son organisation. Il crée un document générique
constitué des spécifications des processus de sélection et d’organisation de l’information. La sélection
correspond à une spécification sémantique du contenu du document qui sert à la recherche d’informations. L’organisation est fait à l’aide de la structure narrative qui est en effet un graphe orienté dans
lequel chaque noeud contient une spécification de son contenu et les arcs correspondent aux relations
sémantiques [IKS02].
Dans le cadre de notre stage, nous nous focalisons sur le scénario didactique en sciences. En effet,
un scénario didactique ou un cours est représenté par une chaîne des tâches à accomplir, qui ont pour but
d’obtenir des connaissances sur un domaine précis chez l’apprenant. Alors, pour accomplir une tâche, il
faut terminer ses sous tâches de bout de séquence jusqu’à la fin. En cohérence avec cette problématique,
l’objectif de notre stage est d’étudier des scénarios didactiques dans un EIAH et d’implémenter de
scénario didactique représenté par le modèle de tâches hiérarchiques dans le moteur de composition
SCARCE.
1


1.2 Objectif

Mon travail de stage se situe dans le cadre du projet MODALES (MOdelling Didactic-based ActiveLearning Environment in Sciences). Donc, au début nous voudrions présenter en quelques mots des
principe du projet MODALES. MODALES est un projet où collaborent des chercheurs en didactique
des sciences et sciences de l’éducation (CREAD, Université de Rennes2-IUFM de Bretagne ; Université
de Bretagne Occidentale (UBO-Brest), en psychologie cognitive (CRPCC, Université de Rennes2), en
informatique (LUSSI, ENSTB). L’objectif de ce projet est de mettre en place des scénarios didactiques
qui permettent à de futurs enseignants(ici, ce sont les PE et PLC2, appelés apprenants) "d’apprendre
leur métier". Il s’agit de mettre l’apprenant dans un contexte d’apprentissage actif (pédagogie active
ou apprentissage par problèmes ou problem-based learning) lors de la résolution de problèmes dans le
cadre d’une formation en ligne. Grâce à ces problèmes, les apprenants peuvent éprouver sa capacité à
analyser un problème, à bâtir une stratégie de résolution, à opérer des choix par rapport au problème
à résoudre : choix de la problématique, sélection des sources documentaires, modalité de sélection de
ces sources. Dans le cadre du projet MODALES, ce stage a pour but de :
– Étudier les approches de composition existantes, implémentés dans le projet SCARCE.
– Étudier le scénario didactique en sciences et le modèle de tâches hiérarchiques.
– Implémenter des scénarios didactiques en sciences représentées par les modèle de tâches hiérarchiques dans le moteur de composition SCARCE.

1.3 Contribution du stage
Les principaux contributions de ce travail sont les suivantes :
– L’implémentation des scénarios didactiques en sciences en utilisant le modèles de tâches hiérarchiques
– L’intégration du modèle de tâches hiérarchique dans le moteur de composition de SCARCE

1.4 Environnement de travail
Les travaux de recherche présentés dans ce rapport ont été réalisé au sein du département informatique (LIT - Laboratoire Informatique des Télécommunications) de l’ENST-Bretagne dans le cadre
du projet MODALES (MOdeling Didactic-based Active Learning Environment in Sciences). L’objectif principal de ce projet est de développer un pôle de compétence pluridisciplinaire régional dans le
domaine des EIAH (Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain) s’appuyant sur les
compétences en didactique et en histoire des sciences ainsi qu’en sciences de l’éducation au sein du
CREAD de l’université de Rennes, en psychologie cognitive du CRPCC2 et en conception d’EIAH vue
comme des documents virtuels adaptatifs fondés sur l’architecture du Web Sémantique par l’LUSSI de
l’ENST Bretagne.

1.5 Plan du rapport
Ce rapport est composé de 6 chapitres regroupé en 2 parties.

2


Première partie : Introduction.
Dans cette partie, d’abord je présente brièvement les informations générales sur le problématique du
stage, le contexte du projet MODALES et l’organisation du rapport. Ensuite, dans la partie de revue
bibliographique, je me focalise sur deux principaux concepts : scénario didactique et modèle de tâches
hiérarchiques.
– Chapitre 2 fait une synthèse des scénarios didactiques et ses rôles dans un système EIAH
– Chapitre 3 décrit le modèle de tâches hiérarchique : ses concepts fondamentaux, ses propriétés,
la formalisation des scénarios didactiques...
Deuxième partie : Implémentation des scénarios didactiques représentées par les modèle de tâches
hiérarchiques dans le moteur de composition SCARCE.
Dans cette partie, je décris l’architecture du moteur de composition SCARCE et l’implémentation du
modèle de tâches
– Chapitre 4 présente le moteurs de composition SCARCE, des technologies utilisées.
– Chapitre 5 illustre l’implémentation
Finalement, chapitre 6 donne quelques conclusions et les perspectives du travail.

3


Chapitre 2

Scénarios didactiques et Environnement
Informatique pour l’Apprentissage
Humain

2.1 Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain
Un Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain (EIAH) est défini comme un environnement informatique conçu dans le but de favoriser l’apprentissage humain, c’est-à-dire la construction de connaissances chez un apprenant. La conception d’un EIAH est un processus complexe, profondément pluridisciplinaire [TCH02]. Un des objectifs d’un EIAH est de proposer d’une part, un environnement adapté aux besoins des apprenants et des enseignants afin de leur permettre de réaliser les
activités prévues, et d’autre part, des dispositifs pour soutenir plus spécifiquement leur interaction avec
l’environnement au cours des activités qu’elles soient d’apprentissage ou de conception pédagogique
[VL06]. Le champ de recherche concernant EIAH est ainsi transdisciplinaire et les travaux nécessitent
d’être menés par des équipes pluridisciplinaires.
Les sciences et technologies de l’information et de la communication (STIC), ont une contribution
particulière à apporter aux dispositifs d’éducation et de formation et plus universellement à l’apprentissage humain. Cette contribution comprend d’une part des outils et des infrastructures favorisant la
diffusion et la mutualisation de connaissances, et d’autre part la conception et la réalisation d’environnements informatiques dont la finalité explicite est de susciter et d’accompagner l’apprentissage humain. La recherche sur les EIAH est fortement pluridisciplinaire (car elle nécessite en effet des points
de vues croisés des domaines de recherches suivants : didactique des sciences, psychologie cognitive,
informatique et au sein de l’informatique entre IHM (Interaction Homme Machine), IA (Intelligence
Artificielle), génie logiciel, etc.) et doit donc s’instancier dans un tel cadre. Parmi les enjeux principaux
des EIAH de nos jours, on peut citer les points suivants [GAR06] :
– L’étude et la formalisation du savoir-faire des enseignants comme fondements à la conception
des EIAH et à la diffusion des connaissances
– La prise en compte de situations concrètes d’apprentissage permettant de créer des cours évaluables, de valider les approches théoriques et pratiques, puis ensuite de généraliser
– La mise au point de modèles d’évaluation adaptés à des EIAH. L’évaluation de la qualité de l’apprentissage de deux points de vue : l’un de la didactique des sciences et l’autre de la psychologie
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cognitive
– Le passage d’EIAH clos et locaux à des services Web adaptatifs/personnalisables accessibles de
tous et de partout assurant : la réutilisation, le partage et l’échange des ressources d’apprentissages, et des connaissances et enfin le savoir-faire des enseignants comme fondements des EIAH,
mais aussi pour assurer une meilleure formation des futurs enseignants et formateurs
L’objectif du projet MODALES est la mise en place de séquences de formation à destination de futurs enseignants. Notre approche est de construire un système d’apprentissage en utilisant l’approche
apprentissage par problème représenté par des scénarios didactiques. Autrement dit, les scénarios didactiques sont le coeur du système. Dans la section suivante, nous allons présenter la définition du
scénario didactique et ses rôles dans un système EIAH.

2.2 Scénarios didactiques
Actuellement, le terme "scénario didactique" est utilisé par différentes communautés. Donc, il

existe plusieurs définitions dépendent de ses propres points de vue. Pour les praticiens appartenant à
une discipline ou à une communauté de pratique, un scénario désigne "la description écrite, structurée
et partageable de ce qu’un enseignant prévoit de faire ou a fait". Autrement dit, le concept de scénario
didactique s’exprime par des initiatives personnelles visant à mieux expliciter, pour les apprenants, les
intentions pédagogiques, et à mettre en place des situations actives d’apprentissage.
Pour le monde scientifique, notamment dans le domaine de l’informatique appliquée à l’éducation,
le concept de scénario est vu comme "un ensemble ordonné d’activités, régies par des acteurs qui
utilisent et produisent des ressources".
Particulièrement, dans le domaine des EIAH, un scénario didactique est défini comme "le déroulement d’une activité d’apprentissage, la définition des objectifs, la planification des tâches, la description des tâches des apprenants et des modalités d’évaluation" [VL07].
On peut citer une autre définition trouvée sur http ://edutechwiki.unige.ch : "Initié par un enseignant ou un groupe d’enseignants dans le but d’encadrer les activités des apprenants, un scénario
pédagogique décrit une séquence d’apprentissage, ses objectifs pédagogiques et les moyens à mettre
en oeuvre pour atteindre ces objectifs (comme, par exemple, l’identification des ressources didactiques
nécessaires). Généralement, le scénario pédagogique donne lieu à un projet, une activité particulière
d’apprentissage, dont la réalisation permettra à l’enseignant de vérifier l’acquisition des compétences
recherchées chez l’étudiant"
En effet, la conception des scénarios est fondée sur des pratiques réelles acquises à l’aide de la théorie en anthropologie didactique de la connaissance et est formalisée dans un modèle de tâche hiérarchiques [WIL92, TRI98]. Les enseignants appartiennent à une communauté de pratiques : ils partagent
des connaissances communes pour travailler ensemble. Les scénarios sont fondés sur les connaissances
explicites de la communauté de pratiques.
Se basant sur les définitions ci-dessus, on peut affirmer que le concept de scénario didactique complète ou remplace d’autres termes plus couramment utilisés par les enseignants comme "cours", "séquence" ou "situation d’apprentissage". En résumé, le scénario didactique est un composant central du
traitement pédagogique et il a trois rôles principaux :
5


– Premièrement, il définit précisément l’activité proposée aux apprenants sur l’OPI (Objet Pédagogique Interactif) ;
– Deuxièmement, il spécifie également le contrôle qui sera fait de la progression de l’apprenant
durant cette activité ;
– Troisièmement, il détermine enfin l’assistance pédagogique qui lui sera fournie automatiquement
en fonction de sa progression.
Le concept de scénario pédagogique s’exprime dans les pratiques enseignantes par des initiatives personnelles visant à mieux expliciter, pour les apprenants, les intentions pédagogiques, et à mettre en
place des situations actives d’apprentissage. Du point de vue didactique, l’émergence du concept de

scénario est révélatrice du déplacement du paradigme épistémologique de la connaissance d’une logique de la transmission à une logique d’apprentissage.

2.3 Rôle des scénarios didactiques dans le système EIAH
Comme nous venons de le voir, les scénarios didactiques ont un rôle très important dans un système EIAH. L’objectif des scénarios est de décrire des activités d’apprentissage pour acquérir des
connaissances dans un domaine quelconque et résoudre un problème particulier. Un scénario dépend
de plusieurs dimensions qui décrit des situations d’apprentissage différentes, par exemple, le domaine
d’apprentissage ; l’apprenant (ses savoir-faire et son niveau de connaissance) ; le tuteur ou l’enseignant ;
les activités d’apprentissage (ses typologies, organisations et coordinations) ;la distribution des activités entre l’apprenant, l’enseignant et l’ordinateur ; la procédure d’apprentissage selon les circonstances
d’une école/institut/université et l’environnement didactique ou pédagogique. Le modèle de tâche hiérarchique nous permet de définir des activités d’apprentissage, de distribuer des activités entre l’apprenant, l’enseigner et l’ordinateur, de transposer les concepts principaux de la théorie de Chevallard
[TGL07]. De même façon, la mise en place des scénarios de formation dépend de variables et de paramètres suivants :
– L’origine des apprenants (ici PE et PLC en Formation Initiale (FI) avec des variabilités interindividuelles et inter catégorielles
– La situation didactique
– Les ressources humaines et documentaires disponibles
– La répartition entre formation en présent et à distance
– La distribution de l’activité entre les différents "participants" (machine, apprenants, tuteurs, enseignants, etc.).
Ces variables et paramètres permettront de déterminer des stratégies d’adaptation pour l’EIAH. En
d’autres termes, il s’agit de définir un scénario générique qui sera à même de couvrir une majorité de
situations didactiques. A partir de ce scénario générique, l’EIAH calculera dynamiquement un scénario
dédié à l’apprenant courant et sa situation didactique. Les enseignants appartiennent à une communauté de pratiques : ils partagent des connaissances communes pour travailler ensemble. Le scénario
générique est basé sur les connaissances communes explicites qui sont les points clé de la conception
de l’EIAH et de l’adaptation pour fournir à chaque apprenant un cours adapté à sa situation didactique.
Dans le cadre de SCARCE, on a utilisé quatre ontologies qui sont :
– l’ontologie des métadonnées au niveau de l’information qui décrit la structure d’indexation des
ressources, quelques valeurs d’indexes sont pris dans les ontologies de domaine et de document
6


– l’ontologie de domaine représentant la connaissance dans un domaine spécifique - physique,
didactique, épistémologie
– l’ontologie du document se compose d’un modèle de document - organisation et sélection et

d’un modèle d’adaptation. Ce modèle de document et modèle d’adaptation deviennent une ontologie didactique de scénario fondé sur un modèle hiérarchique de tâches et un nouveau modèle
d’adaptation fondé sur les catégories d’adaptation nécessitées par le projet de MODALES
– l’ontologie utilisateur qui définit les différents stéréotypes - catégories des professeurs et des
apprenants et leurs différentes propriétés
Ces connaissances sont fondées sur les connaissances communes et explicites partagées par tous les
membres de la Communauté de pratiques. En d’autres termes, les scénarios sont les points clé pour
concevoir l’ontologie de document, le schéma de métadonnées et les spécifications - ou scénario générique.

2.4 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons étudié le concept de scénario didactique et ses rôles dans un système
EIAH. Ce concept a des différentes définitions dépendent aux différents points de vue de communauté.
Dans notre cadre, nous nous intéressons à la définition d’un scénario didactique dans le domaine EIAH,
qui est défini comme le déroulement d’une activité d’apprentissage, la définition des objectifs, la planification des tâches, la description des tâches des apprenants et des modalités d’évaluation.
Enfin, nous avons montré le rôle des scénarios didactiques dans un système EIAH. Se basant sur
un scénario générique, le système de E-learning calculera dynamiquement un scénario particulier dédié
à l’apprenant courant et à sa situation d’apprentissage. En résumé, le scénario didactique est le coeur
d’un système EIAH et il est le point clé pour concevoir l’ontologie de document, le schéma de métadonnées et les spécifications - ou scénario générique. Dans le chapitre suivant, nous ferons le point sur
la modélisation de scénario didactique.

7


Chapitre 3

Modélisation des scénarios didactiques
3.1 Modèles de tâches hiérarchiques
3.1.1 Introduction
Modèle de tâches est un des modèles proposés dans CommonKads [SWdH+ 94] . Selon [SWdH+ 94],
le modèle de tâche est une méthodologie conçue pour le développement des systèmes à base de connaissance. Le modèle de tâche décrit à un niveau général les tâches. Il permet de définir le concept de tâche,
d’exprimer la décomposition d’une tâche en des sous tâches et l’ordre d’exécution de ces sous tâches,

de lancer l’exécution des sous tâches. L’article [CDTT98] présente un modèle permettant la modélisation abstraite de la méthode de résoudre le problème, la représentation des connaissance à des niveaux
d’abstraction différents. C’est le paradigme Tâche/Méthode. Les auteurs ont défini des éléments principaux du paradigme tâche/méthode, ce sont l’activité et la méthode.
– Une activité est un aspect de la méthode de résoudre le problème, elle est identifiée par l’enseignant quand il présente son processus de raisonnement. Une activité est définie par nom,
pré-conditions, post-conditions, contexte actif, ressources et méthodes qui peuvent obtenir le but
de l’activité. Une activité peut être obtenu par plusieurs méthodes.
– Une méthode est un moyen possible pour accomplir une activité. On a divisé les méthodes en
deux types. Tandis que une méthode de décomposition se fend ou se divise une activité en des
sous tâches, une méthode d’opération défini quel processus doit effectuer pour résoudre une
activité.
La figure 3.1 ci-dessous est un exemple du paradigme tâche/méthode.
Le modèle de tâches hiérarchiques nous permet de définir des activités d’apprentissage et l’encadrant, de distribuer des activités entre l’apprenant, le tuteur et la machine et de transposer aussi les
principaux concepts de la théorie de Chevallard [TGL07].

3.1.2 Élément de base
Ce modèle contient trois types d’éléments, s’intitule tâches, méthodes et entité [WIL92]. Les tâches
modélisent les problèmes existants et leurs associent des stratégies de résolution qui décrivent comment
la tâche peut être décomposée en sous-tâches plus élémentaires. Les méthodes définissent les inférences
ou les actions élémentaires possibles dans lesquelles les tâches sont finalement décomposées et les
8


Resolution of a problem
General approach
THEN
Problem
analysis

...

Solution of a linear

programming problem

Formalisation of the mathematical
optimisation situation
Formalise an optimisation problem

Method of
tables

Graphic
method

Solution analysis

...
Method of tables
applied to dual

THEN
Definition of the
nature of the
objective function

Writing out the
objective
function

Constraint
definitions

...

THEN

...
Variables
definition

Definition of
the feasibility
domain

Isoquant
tracing

Solution
determination

F. 3.1 – Paradigme Tâche/Méthode

entités les objets manipulés dans un domaine.
sont finalement décomposées et les entités les objets manipulés dans un domaine.
Tâches
(Problème & stratégies de résolution)

Méthodes
(Inférence/actions
élémentaire/programmes)

Entité

(Données manipulées)

F. 3.2 – Élément de base du modèle : tâches, méthodes et entités

Tâches
Les tâches définissent un problème à résoudre par l’association entre un ensemble d’entrées, un
ensemble de sorties, et par l’indication de leurs caractéristiques respectives. Ici, l’ensemble d’entrées
est défini comme des valeurs requises pour l’exécution de la tâche et l’ensemble de sorties est des valeurs attendues comme résultats produits. Si cette description est suffisamment précise, elles associent
une stratégie de résolution à ce problème qui décrit comment la tâche concernée peut être résolue par
décomposition récursive en (sous-)tâches de plus en plus élémentaires et indique l’ordre de leur exécution. Elle conduit finalement à un enchaînement de méthodes, dont l’exécution mène à la résolution du
problème correspondant.
Un problème peut être décrit à différents niveaux d’abstraction. A chaque niveau, les caractéristiques de ce problème sont plus spécifiées et différents cas plus concrets sont distingués. Chaque niveau
de précision dans la description du problème, chaque cas différent, correspond dans notre modèle à la
9


définition d’une tâche. Quand la description du problème concerné correspond à un niveau trop général,
aucune stratégie de résolution ne lui associe. Et vice-versa, quand elle décrit un cas bien spécifique, on
lui associe directement une stratégie de résolution appropriée.
Donc, pour résoudre un problème au niveau d’abstraction trop général, il faut d’abord le décomposer récursivement en des sous tâches jusqu’à on obtient des tâches plus raffinées, c’est-à-dire des
tâches peuvent être réalisées par des simples procédures. L’exécution de ce problème correspond aux
exécutions en séquence de chacune de ces sous tâches dans l’ordre induit par la décomposition de la
tâche.
Méthodes
Par sa stratégie de résolution, une tâche se décompose finalement en un ensemble de méthodes. Une
méthode est définie par une association entre un ensemble d’entrées, c’est-à-dire de données initiales,
un ensemble de sorties, c’est-à-dire de données produites ou déduites, et des moyens immédiats de
résolution.
Selon [TRI98], une méthode peut être de type décomposition (on lui associe alors un ensemble
de sous tâches) ou de type calcul (on lui associe alors une procédure de calcul).Une méthode de décomposition n’exerce pas de contrôle spécifique sur la décomposition qu’elle réalise. Elle décompose

une tâche T i en sous tâches et T i est considérée comme réalisée si toutes ses sous tâches sont réalisées
[TRI98].
En considération des contraintes sur les valeurs d’entrées et les valeurs de sorties peuvent être
définies, qui permettent de vérifier si les données fournies en entrée peuvent effectivement être traitées
avec la méthode et si les sorties produites ont les caractéristiques requises pour les résultats.
Une méthode permet de résoudre un problème élémentaire, soit par une inférence, soit par l’exécution d’un programme externe. Nous distinguons ainsi :
– Les méthodes internes, définies par le concepteur de la base de connaissances et complètement
intégrées dans cette base, et
– Les méthodes externes qui font appel à des programmes issus de bibliothèques de programmes,
dont l’exécution doit être gérée différemment.
Entités
Les entités représentent les objet manipulés dans le domaine d’application, et en particulier ceux
utilisés en tant qu’entrées et sorties par les tâches et les méthodes. Les tâches sont organisées en hiérarchies selon la précision avec laquelle elles définissent le problème concerné, c’est-à-dire ses entrées et
ses sorties. Il y a ainsi souvent une correspondance dans la structure des hiérarchies de classes modélisant les tâches et des hiérarchies de classes modélisant les entités.

3.1.3 Modèle de tâches hiérarchiques
Nous avons identifié dans la section précédente quelques caractéristiques essentielles d’une tâche :
– Une tâche modélise un problème par l’ensemble de ses entrées / sorties et permet de lui attacher
une stratégie de résolution par décomposition en sous tâches plus élémentaires.
10


– Une tâche modélise le problème concerné à un niveau précis d’abstraction. Les hiérarchies de
classes d’objets représentant les tâches dans la base de connaissances matérialisent ces niveaux
d’abstraction.
Dans cette partie, nous détaillons de façon plus précise le modèle de tâches hiérarchiques. Nous discutons des aspects suivants :
– La distinction de tâches modélisant des problèmes abstraits et de tâches modélisant des problèmes précis auxquels sont associés des stratégies de résolution
– La description de la stratégie de résolution
Distinction tâches abstraites et tâches élémentaires
Une tâche ou un problème à résoudre peut être décrit à différents niveau d’abstraction. Tandis qu’à

un niveau abstrait et trop général de description, une stratégie précise de résolution ne peut être définie, à un niveau faible d’abstraction le problème correspondant est décrit de manière suffisamment
précise pour lui associer une stratégie adéquate. Ainsi deux catégories de tâches s’imposent, les tâches
abstraites, non directement résolubles, et les tâches précises, résolubles via une stratégie de résolution.
En effet, la tâche atomique peut être liée à la notion de noeud atomique que nous avons présenté précédemment, qui est caractérisée par les données du contenu. Au contraire, la tâche générique contient
de spécification de contenu. Un graphe hiérarchisé des sous-tâches qui assure l’accomplissement d’une
tâche abstrait.

Tâche

Tâche atomique

Tâche abstrait

F. 3.3 – Architecture hiérarchique des tâches

Cette distinction est exploitée pendant la résolution : seulement une tâche exécutable ou tâche
autonome peut être directement résolue. Pour résoudre une tâche abstraite, elle doit d’abord être suffisamment spécifiée en faisant la décomposition récursive,soit par le système soit en interaction avec
l’utilisateur. Cette décomposition est exécutée récursivement jusqu’à on obtient des tâches élémentaire
ou tâches autonomes.
Description de la stratégie de résolution
Le mécanisme de la décomposition hiérarchique et récursive d’un problème en des sous problèmes
est l’une des caractéristiques fondamentales du modèle de tâche hiérarchique. Le modèle de tâche
11


hiérarchique se compose de la tâche abstraite, la tâche atomique et la méthode. Pour une tâche particulière, une méthode représente les divers moyens pour accomplir cette tâche. Une méthode décrit la
décomposition de cette tâche en des sous tâches.
L’exécution de ces sous tâches est faite par une structure de contrôle qui compose des opérateurs
suivants : séquence, parallèle, choix. Ces opérateurs permettent respectivement l’exécution séquentielle, simultanée et alternative des tâches associées.

3.2 Modélisation des scénarios didactiques
Le schéma de la transposition didactique de Perrenoud [PER98] est utilisé pour concevoir et modéliser les situations d’apprentissage. Ce schéma se compose des étapes suivantes :
– Repérer et décrire finement les pratiques et le savoir-faire des professeurs et des étudiants
– Identifier les compétences des professeurs et des étudiants
– Analyser les ressources cognitives (la connaissance, etc.) utilisé par des professeurs et des étudiants
– Faire des hypothèses quant au mode de genèse des compétences en situation de formation pour
les étudiants
– Élaborer des dispositifs, des situations, des contenus planifiés de la formation (un curriculum
formel) et les mettre en application (un curriculum réel)
La modélisation ou la conception des scénarios a été faite en trois étapes principales montrées cidessous :
1. Conception d’une première version des scénarios par les professeurs experts
2. Acquisition des scénarios raffinés employant une théorie en anthropologie didactique de la connaissance (théorie de Chevallard)
3. Formalisation des scénarios dans un modèle de tâches hiérarchiques
La figure 3.4 présente un exemple d’un scénario de formation commun réservé aux apprenants dans les
catégories PE, PLC SVT et PLC Physique-Chimie [?]. Cet scénario se compose en deux phases :
1. phase 1 : construction de références professionnelles pour les apprenants.
2. phase 2 : élaboration d’une séquence d’apprentissage à mettre en oeuvre dans les classes. Chaque
phase est découpée en une série d’étapes.

3.2.1 Analyser des scénarios didactiques
La théorie de Chevallard est utilisée pour traiter l’acquisition et le raffinement des scénarios. Selon
cette théorie, des activités du professeur et de l’apprenant peut se décrire en termes de types de tâches
T accomplies au moyen d’une technique τ qui peut récursivement accomplir par des sous tâches T . Ce
système tâches/techniques a une structure hiérarchique par décomposition récursive des tâches T c en
sous-tâches T c au travers de techniques τ. Cette structure hiérarchique T c /τ définit un savoir-faire qui
s’appuie sur un environnement composé d’une technologie θ (discours qui justifie et rend intelligible
la technique) et une théorie Θ justifiant et éclairant cette technologie. Le système à 4 composantes
T/τ/θ/Θ, constitue une organisation articulant une partie practico-technique (savoir-faire) et une partie
12

Scénario MODALES : phase 2

Scénario MODALES : phase 1
Construction de références professionnelles

Elaboration d’une séquence d’apprentissage

Etapes

Etapes

T11. Construction de la problématique scientifique

T21. Construction du problème didactique

T12. Lecture de la documentation initiale

T22. Lecture de la documentation

T13. Démarche explicative (formulation d'hypothèses,
de procédures expérimentales avec prédictions des T23. Définition des objectifs scientifiques visés
résultats)
T14. Ecrit intermédiaire

T24. Objectifs de méthodes et de savoir-faire

T15. Mise en œuvre et réalisation expérimentale

T25. Description de la procédure de résolution du

problème didactique

T16.
Production
d’expériences

T26. Descriptif des activités à faire

d’un

écrit :

compte-rendu

T17. Confrontation des comptes-rendus (Forum)

T27. Confrontation des productions (Forum)

T18. Synthèse et apports théoriques : notions,
épistémologie, didactique, histoire des sciences, T28. Synthèse et validation des procédures
méthodes

F. 3.4 – Plan de scénario de formation commun aux PE, PLC SVT, PLC Physique-Chimie

technologico-théorique (savoir). Dans le cadre du projet MODALES, le point de vue peut s’appliquer
à deux niveaux (T/τ/θ/Θ) f ormateur et (T/τ/θ/Θ)apprenant correspond au formateur ou professeur et à
l’apprenant [GTLK03].
Du côté de la modélisation informatique, la théorie de Chevallard doit nous permettre d’acquérir
des catégories de tâches - modèles de tâches - faisant sens du point de vue de la didactique

3.2.2 Transposition informatique des scénarios à l’aide d’un modèle hiérarchique de
tâches
Les modèles de tâches hiérarchiques représentent des connaissances de résolution des problèmes.
Plusieurs de recherche de ces modèles ont été réalisées. Ces modèles peuvent être caractérisés par de
nombreuses propriétés pour décrire ces connaissances de résolution des problèmes. Les modèles hiérarchiques des tâches cherchent à représenter les activités lors d’une résolution de problème [WIL92],
il s’agit d’analyser les concepts de tâche, méthode, tâche abstraite, tâche élémentaire. Dans le cadre du
paradigme tâche/méthode des modèles hiérarchiques de tâches, les tâches définissent des activités et des
sous-activités [TRI98]. Il existe deux types de tâches : tâche abstraite et tâche élémentaire. Une tâche
abstraite représente une activité complexe qui se décompose en sous-tâches. Les sous-tâches peuvent
être des tâches abstraites ou élémentaires. Une tâche élémentaire ne peut se décomposer en sous-tâches.
Elle peut être réalisée par un procédé simple - par exemple, un procédé de recherche documentaire, un
envoi de mail, une lecture de texte, une interaction homme-machine particulière , etc...Ainsi, une tâche
abstraite peut être décomposée de manière récursive en sous-tâches jusqu’à obtenir un système de
13


tâches élémentaires. Une méthode décrit comment une tâche particulière peut être réalisée. Les méthodes définissent la structure de la décomposition récursive des tâches en sous-tâches et la structure
de décomposition définit l’ordre des sous-tâches pendant l’exécution. Pour une tâche donnée, plusieurs
méthodes peuvent être employées pour la réaliser. Dans ce cas, un mécanisme doit choisir dynamiquement la méthode appropriée pour réaliser la tâche en fonction du contexte de résolution de problèmes.
Une comparaison des concepts de la théorie de Chevallard et ceux des modèles des tâches hiérarchiques montre des similitudes sémantiques entre elles. En effet, d’après les sens et propriétés respectives, nous pouvons établir les connections suivants :
– Les tâches et sous-tâches de la théorie de Chevallard peuvent être représentées par le concept de
tâche du modèle hiérarchique de tâches
– Les techniques qui sont les moyens de réaliser une tâche peuvent être représentées par le concept
de méthode
– Les tâches où il existe un apprentissage sont des tâches problématiques donc des tâches abstraites
– Les taches routinières peuvent être considérées comme des analogues des tâches élémentaires
– La décomposition d’une tâche en sous-tâche par une technique peut être représenté par le mécanisme de décomposition d’une tâche par une méthode dans le modèle de tâches hiérarchiques
– La catégorie problématique/routière d’une tâche pour un apprenant précis est utilisée pour déterminer la méthode convenable pour l’accomplissement de cette tâche. C’est donc un paramètre
utile pour la sélection une méthode convient à une tâche
La partie ci-dessus montre des représentations des concepts et propriétés de la théorie de Chevallard

avec des concepts et mécanisme du modèle de tâches hiérarchiques. Donc, il est possible de transposer
la structure T c /τ de Chevallard dans un modèle de tâches hiérarchiques. Autrement dire, le modèle de
tâches hiérarchiques nous permet de transposer la structure hiérarchique T c /τ de la théorie de Chevallard et ses propriétés en des computer-based modèles. Par ailleurs, il nous permettra de partager les
activités entres les acteurs et de gérer des activités face-à-face ou des activités à distance. Après la dernière étape, c’est la formation des scénarios dans un modèle de tâches hiérarchiques, nous obtiendrons
la représentation d’un scénario sous forme un graphe hiérarchique comme celui dans la figure suivante.
Dans la figure 3.5, chaque noeud correspond en fait à une tâche décrite dans un niveau d’abstraction,
qui traduit une description plus ou moins détaillée de la sous parties correspondantes du scénario. Plus
on descend la structure hiérarchique d’un scénario, plus détaillés sont des tâches qu’on obtiendra.

14


6FpQDULR
FRPSOHW
3KDVH 

3KDVH 

7  $SSUHQWLVVDJH V\VWqPH 7kFKH 
WHFKQLTXH 7W


7 
(ODERUDWLRQ
WHFKQRORJLTXH

7 
,QVWLWXWLRQQDOLVDWLRQ



7  $SSUHQWLVVDJH
V\VWqPH 7kFKH 
WHFKQLTXH 7W


7
7
(ODERUDWLRQ ,QVWLWXWLRQQDOLVDW
WHFKQRORJLT
LRQ
XH



7



7 7

7 7
7



7



F. 3.5 – Un scénario pour un cours dans MODALES

15