MDEduc: concevoir et implémenter une approche orientée langage pour la conception de scénarios d’apprentissage automatis

1. Soutenance de thèse de doctorat MDEduc: concevoir et implémenter une approche orientée langage pour la conception de scénarios d’apprentissage automatisés César Olavo de Moura Filho Directeur de thèse: Alain Derycke Co-encadrant: Yvan Peter

2. Plan • Problématique et situation du domaine d’étude • Proposition conceptuelle • L’approche Multi-EML • Réalisation technique • Le Prototype MDEduc • Conclusion

3. Problématique et situation du domaine d’étude L’ingénierie des Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain

4. Analyse • Langage Auteur • Outils CASE • Approche générative • Ex. Authorware, ToolBook, LAMS (fig.), etc. • Application vs. Scénarios • Programmation des scénarios: orientée blocs de construction (gabarits) Design • Educational Modeling Languages (EML) • Domain Specific Languages/Frameworks • Ex. IMS-LD (fig.) • Application vs. scénarios • Spécification des scénarios: orientée approche pédagogique • Instructional System Design • Processus de développement de logiciel • Approche systématique, division du travail (fig.) • Ex. ADDIE (fig.) • Application vs. scénarios • Scénarios prédéfinis Développement Implémentation Evaluation L’Ingénierie des EIAH 1970 1980 1990 2000

5. 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)

6. 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

7. Ingénierie Dirigée Modèles • Caractéristique ? • Adaptation EIAH? • Application vs. scénarios ? • Spécification de scénarios ? IDM Le Génie Logiciel a mêmes préoccupations et une tendance actuelle est créer des modèles riches et spécifiques 1970 1980 1990 2000

8. 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) paramétrage

9. EIAH EML(s) Scénario(s) Concepteur en amont ISD LA/EML IDM Concepteur en aval … Concepteur de langage ISD, langage auteur/EML et IDM

10. 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

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

12. Model Driven Architecture (OMG)

13. File containing both documentation and code (e.g. myProg.web) Literate Programming Tool (e.g. WEB) Traditional GPL code (e.g. myProg.java) Documentation file (e.g. myProg.tex) Literate Programming (Knuth)

14. Generative Programming (Czarnecki)

15. Software Factories (Microsoft)

16. Intentional Software (Simonyi)

17. EMF/Eclipse

18. Multi-EML: Adaptant l’IDM aux EIAH

19. Multi-EML: Adaptant l’IDM aux EIAH • Commencer la création d’un scénario par une spécification informelle • Patrons Pédagogiques (PP) • Capturer un EML à partir d’une spécification informelle • Garder côte à côte et en coïncidence les différentes formes de spécification d’un scénario (spécifications informelles, EMLs et code généré) • Simplifier: • le processus de création de nouveaux EMLs • le processus de génération de code pour des différentes plates-formes

20. simplifier Multi-EML vs. IDM Multi-EML Patrons pédagogiques IDM paramétrage

21. 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

22. Un Patron Pédagogique* Section contexte Section Problème (extrait) 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 …. Section Solution (extrait) * Peer Feedback pattern (extrait du Feedback Pattern Language - Bergin et al., 2002)

23. Multi-EML: rôles envisagés Spécification de la plate-forme Auteur Créer le scénario pédagogique (dans une notation informelle) 1. Créer des spécifications formelles (EMLs) Learning designer 2. Générer des applications dirigées par les EMLs Informaticien Créer des spécifications pour les différentes plates-formes

24. Réalisation technique Le prototype MDEduc

25. MDEduc PPEditor EduModel EduGen Powered by Eclipse/EMF (http://sourceforge.net/projects/mdeduc)

26. PPEditor Patron pédagogique PPEditor

27. Concept Rule MultiLine Rule 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

28. Règles Templates

29. EduModel EduModel

30. EduModel • Editeur d’EML • N’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

31. PPEditor PPModel Création d’un EML: nouveau concept n

32. EML créé (XMI-Ecore) peerfeedback.ecore

33. EduModel listeners.exsd Listener interface IModelChangeListener listeners OtherPlugin PPEditor Method: ClassifierChanged Class1Listener Method: modelChanged Class:ModelChange Listener Method: operationChanged() Class2Listener PPEditorListener OtherListener Implémenter la synchronisation Point d’extension pour l’EduModel

34. Application de la synchronisation associer simulation

35. Application de la synchronisation

36. EduGen EduGen

37. EduGen • Génère l’application choisie à partir d’un EML • Prend en compte l’Ecore complet • Spécification de la plate-forme • Java Emitter Templates (JET)

38. A B C mapping La transformation EML / code • EMF => GenModel • Solution 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 Méta-modèle domaine Méta-modèle Plate-forme

39. Règles de Transformation Ecore / Web Application

40. Entités vs. Session

41. EduBrowser

42. Conclusions et Perspectives

43. 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.

44. 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.

45. Contributions (1/2) • Clarifier ce qu’est la conception des EIAH à la lecture de Herbert Simon et sa théorie de la conception. • 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 » • 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

46. Contributions (2/2) • Montrer la non-viabilité d’EML unique. • 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.

47. 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.)

48. Merci • Questions • Remerciements • Le Laboratoire Trigone • Le personnel de l’équipe NOCE • CEFET-CE (Brésil) • CAPES (Brésil)