Luận văn thạc sĩ VNU mobilité, contexte et adaptation dans un système informatique éducatif

Institut de la Francophonie pour l’Informatique École Nationale Supérieure des Télécommunication de Bretagne MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES MASTER D’INFORMATIQUE Mobilité, Contexte et Adaptation dans un système informatique éducatif TIEU Kim Cuong Responsable de stage : Serge GARLATTI Ce stage a été réalisé au sein du Département informatique de l’École Nationale Supérieure des Télécommunications de Bretagne GET - ENST Bretagne Brest, 15 août 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Remerciements Cette étude a été réalisée avec l’aide de plusieurs personnes D’abord je remercie Monsieur Serge GARLATTI, Professeur ENST-Bretagne, qui me donne des idées utiles et m’oriente dans toutes les étapes des études contribuant essentiellement ce succès Je remercie également monsieur NGUYEN Pham Cuong, monsieur Jean-Louis TETCHUENG, les deux thèsards ENST-Bretagne qui travaillent directement avec moi dans la durée de ce stage, et mes amies qui m’aident dans ce travail avec des documents, des idées, des conseils Mes plus sincères remerciements vont également tous les professeurs et les personnels de l’Institut de la Francophonie pour l’Informatique (IFI) pour m’avoir donné des cours de très bonne qualité et pour leur soutien tout au long de mes études l’IFI Merci enfin ma femme, pour son soutien et son encouragement tout l’instant i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Les abréviations N° 10 11 12 13 Mots abréviatifs CANDLE DVP EIAH ICCARS MODALES PDA p-LearNet p-Learning SCARCE SCARCEW S SHA SIAS SIMBAD Groupe de mots en réalité Collaborative And Network Distributed Learning Environment Document Virtuel Personnalisable Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain Integrated and Collaborative Computer Assisted Reporting System Modeling Didactic-based Active Learning Environment in Sciences Personal Digital Assistant Pervasive Learning Networks Pervasive Learning SemantiC and Adaptive Retrieval and Composition Engine Système de composition des services web sur SCARCE Systèmes Hypermédia Adaptatif Systèmes d’Information Adaptatifs et Sémantiques Semantic Interoperability for Mobile collaBorative and ADaptive application ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Résumé L’informatique ubiquitaire permet d’offrir aux utilisateurs un accès permanent et transparent l’information et des services contextuels en tout lieu et dans toutes les situations L’objectif principal du projet "p-LearNet" qui s’articule autour d’un concept émergent, celui du p-learning ou "pervasive learning" qui se traduit en franỗais par "apprentissage diffus", est d’explorer le potentiel offert par l’informatique ubiquitaire dans un champ d’application particulièrement important : les Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) Un des problème de ce système est l’adaptation des ressources pédagogiques aux besoins et aux profils des apprenants, au contexte dans lequel l’apprenant est situé Ce stage vise au but d’étudier des approches de l’adaptation, de la représentation du modèle de contexte, du modèle d’utilisateur, du modèle de domaine en utilisant des ontologies pour proposer et réaliser une solution d’adaptation basée sur le Modèle informatique de scénarios1 pour mettre en oeuvre ce système Avec ce système on peut donner des cours adaptés aux profils des apprenants et leur contexte (l’apprenant peut utiliser un PC ou un PDA (Personal Digital Assistant) pour suivre un cours ) Mots-clés : Sémantique web, adaptation, services web, système d’information sémantique, ontologies, méta-données, mobilité, contexte, m-learning, p-learning C’est le "coeur" pour réaliser le projet MODALES (Modeling Didactic-based Active Learning Environment in Sciences) iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Abstract Ubiquitous computing makes it possible to offer to the users a permanent and transparent access with information and contextual services in any place and in all the situations The principal objective of the project "p-LearNet" which is articulated around an emergent concept, that "p-learning" or "pervasive learning" which is translated into French by "apprentissage diffus", is to explore the potential offered by ubiquitous computing in a field of application particularly important : Environments informatics for the human learning One of the problems of this system is the adaptation of the pedagogic resources to the needs and the profiles of the learner, with the context in which the learner is located This training course aims to the goal to study approaches of the adaptation, representation of the model of context, model of user, model of field by using ontologies to propose and carry out a solution of adaptation based on the Model of scenario to implement this system there With this system man can give courses adapted to the profiles of the learner and their context (The learner can use a PC or a PDA (Personal Digital Assistant) to follow a course ) Keywords : Web semantic, adaptation, web service, semantic information system, ontology, meta-data, mobility, context, m-learning, p-learning iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des matières Résumé iii Abstract iv Introduction 1.1 Problématique et domaine de recherche 1.2 Motivation et objectifs du stage 1.3 Environnement de travail 1.4 Contribution 1.5 Plan du document Adaptation des systèmes informatiques adaptatifs existants 2.1 2.2 2.3 SCARCE 2.1.1 Ontologies 2.1.2 Architecture 2.1.3 Adaptation dans SCARCE 2.1.4 Discussion SIMBAD 2.2.1 Ontologies 2.2.2 Architecture 11 2.2.3 Adaptation dans SIMBAD 11 2.2.4 Discussion 12 SCARCEW S 13 2.3.1 13 Ontologies v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.4 2.3.2 Architecture 13 2.3.3 Adaptation dans SCARCEW S 13 2.3.4 Discussion 14 Conclusion 14 Contexte et Adaptation dans un système d’informatique sensible au contexte 16 3.1 Contexte et système d’informatique sensible au contexte 16 3.2 Éléments contextuels dans un système sensible au contexte 18 3.3 Architecture générale d’une application sensible au contexte 18 3.4 Adaptation de l’application au contexte 20 3.4.1 Adaptation de comportement 20 3.4.2 Adaptation de contenu 20 3.4.3 Adaptation de présentation 22 3.4.4 Discussion 24 Conclusion 24 3.5 Conception d’un système p-Learning adaptatif 25 4.1 Définition 25 4.2 La théorie anthropologique de Chevallard 27 4.3 Modèle informatique de scénarios 28 4.4 L’architecture et l’adaptation de ce système 30 4.4.1 L’architecture du système 30 4.4.2 L’adaptation du système 34 Conclusion 36 4.5 Réalisation et résultats 5.1 5.2 37 Moteur d’inférence, Ontologies et l’adaptation dans le niveau sémantique 37 5.1.1 Moteur d’inférence OntoBroker et langage F-Logique 38 5.1.2 Ontologies du système 40 5.1.3 Intégration du modèle informatique de scénario dans SCARCE 50 5.1.4 Adaptation au niveau de base 50 Gabarits et adaptation au niveau de présentation 51 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.3 Construction des pages et leur répartition l’utilisateur 53 5.4 Résultats obtenus 54 5.4.1 Les résultats sur PDA 54 5.4.2 Les résultats sur PC 56 Conclusions 57 5.5 Conclusions et perspectives 59 Bibliographie 62 A Introduction de l’utilisation du système 63 B Les règles et prédicat l’adaptation 66 vii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Table des figures 1.1 Principe de l’adaptation dans un système informatique ubiquitaire 2.1 Architecture du moteur de composition flexible SCARCE 2.2 Un document générique dans SCARCE 2.3 Architecture du système de composition des ressources pédagogiques SIMBAD 11 2.4 Architecture de Trader des services web 14 3.1 Architecture d’Intergiciels une application sensible au contexte 19 4.1 Une vue synthétique du p-Learning 25 4.2 Un point de vue sur p-Learning 26 4.3 Les moments d’apprentissage de la "Tâche d’apprentissage" 27 4.4 Les moments d’apprentissage de la "Tâche routinière" 28 4.5 Exemple d’un scénario du cours 31 4.6 Architecture proposée pour ce système 32 5.1 L’architecture du code dans projet P_LearNet_Presentation 38 5.2 L’architecture du code dans projet P_LearNet_Composition 38 5.3 L’architecture de Ontobroker 39 5.4 Diagramme des classes dans l’ontologie du modèle de l’utilisateur 41 5.5 Description de Diagramme des classes dans l’Ontologie du modèle informatique de scénario 45 5.6 Description de Diagramme des classes dans l’Ontologie du contexte 47 5.7 Description de Diagramme des classes dans l’Ontologie de l’adaptation 48 5.8 Diagramme de classe de graphe générique dans SCARCE 50 5.9 Diagramme de classe du modèle informatique de scénario 51 viii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.10 Le gabarit pour mettre en place la page d’accueil sur un PC 52 5.11 Description de la fonction d’adaptation F_Presentation 52 5.12 Exemple d’un fichier XSLT 53 ix LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.2 Gabarits et adaptation au niveau de présentation 52 méthode et tâche composition) et deux type de Device utiliser (PC et PDA) Alors on doit construire x (7+3) x = 40 Gabarits différents Exemple un gabarit pour mettre en place la page d’accueil sur un PC : Fig 5.10 – Le gabarit pour mettre en place la page d’accueil sur un PC Après ce niveau on a tous les descriptions structurelles des interfaces correspondant chaque cas d’utilisation L’adaptation au niveau de présentation L’adaptation dans ce niveau c’est le choix d’un gabarit correspondant et la construction de la page XML On utilise la fonction F_Presentation(UserType, TaskType, DeviceType) pour réaliser cette adaptation Description de la fonction : Le choix d’un Gabarit est exécuté par un tableau d’adaptation comme suivante : Fig 5.11 – Description de la fonction d’adaptation F_Presentation LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.3 Construction des pages et leur répartition l’utilisateur 5.3 53 Construction des pages et leur répartition l’utilisateur Dans ce niveau on va reconstruire des pages HTML partir des pages XML reỗus du niveau logique grõce la langage XSLT On doit donc, construire 40 fichier correspondant chaque Gabarit dans le niveau logique, et ajoute des JavaScript (qui peut marcher sur PC et PDA) pour détecter automatiquement le type de Device utiliser (PC ou PDA) Exemple d’une fonction JavaScript pour détecter la Résolution de l’écran du Device utilisé : Exemple d’un fichier XSLT pour transformer le gabarit décrit dans fig 5.10 : Fig 5.12 – Exemple d’un fichier XSLT LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.4 Résultats obtenus 5.4 54 Résultats obtenus Voici quelques résultats obtenus avec les éléments réels des cours On va tester des cas pour un apprenant, un enseignant avec des tâches différentes en utilisant des Devices différents 5.4.1 Les résultats sur PDA Pour un apprenant LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.4 Résultats obtenus 55 Pour un enseignant LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.4 Résultats obtenus 5.4.2 56 Les résultats sur PC Pour un apprenant LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.5 Conclusions 57 Pour un enseignant 5.5 Conclusions Dans ce chapitre on a présenté l’Implantation de notre système en détail de trois niveaux : Niveau sémantique, niveau logique et niveau physique Dans ce travail on a réussi de construire un système informatique éducatif qui peut s’adapter au profil de l’apprenant et leur contexte LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5.5 Conclusions 58 Dans les résultats obtenus en sec 5.4 on peut voir : - La fonctionnalité du système est différente entre l’apprenant et l’enseignant, entre les types de tâche différentes et ainsi que la différence des Devices utiliser - Pour chaque méthode dans le scénario, le système va afficher seulement les bonnes méthodes l’apprenant et il afficher toutes les méthodes possible côté de l’enseignant LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chapitre Conclusions et perspectives L’informatique ubiquitaire permet d’offrir aux utilisateurs un accès permanent et transparent l’information et des services contextuels en tout lieu et dans toutes les situations L’objectif principal du projet "p-LearNet" est d’explorer le potentiel offert par l’informatique ubiquitaire dans un champ d’application particulièrement important : les Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) Au travers d’Internet, un nombre potentiellement infini de services et de documents est accessible tous les usagers La plupart des services et documents fournis actuellement sur Internet propose une organisation, un contenu, un mode d’interaction et une présentation uniques pour tous Ceci peut être suffisant dans certains cas Mais tous les utilisateurs ne sont pas intéressés par les mêmes informations et n’ont pas les mêmes attentes, connaissances, compétences, centres d’intérêts, etc Ils ne sont capables de comprendre ou d’accepter que des services et des documents dont l’organisation, le contenu, les modes d’interaction et la présentation sont adaptés leurs besoins et leur profile En réalité, il y a plusieurs de travaux permettant aux utilisateurs d’avoir des ressources Hypermédia adaptés leur profile (SCARCE, SIMBAD, SCARCEW S , ) Toutefois, dans un système sensible au contexte comme p-Learning (cf chapitre et 5) l’adaptation de ces systèmes n’est pas suffisante Ce stage vise au but d’étudier des approches de l’adaptation, de la représentation du modèle de contexte, du modèle d’utilisateur, du modèle de domaine en utilisant des ontologies pour proposer et réaliser une solution d’adaptation basée sur le Modèle informatique de scénarios qui base sur la théorie anthropologique de Chevallard, pour mettre en oeuvre ce système 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 60 Après avoir analysé attentivement l’architecture, les ontologies et l’adaptation des systèmes informatiques adaptatifs existants, ainsi que des caractéristiques d’un système informatique éducatif sensible au contexte d’utilisation, nous avons proposé l’architecture et l’adaptation de ce système qui est intégré sur SCARCE (ayant seulement l’adaptation sur des ressources hypermédia au profil de l’utilisateur) Nous avons aussi réussi de mettre en oeuvre cette architecture et cette adaptation dans notre application Avec ce système on peut donner des cours adaptés aux profils des apprenants et leur contexte (l’apprenant peut utiliser un PC ou un PDA (Personal Digital Assistant) pour suivre un cours ) Toutefois, on a aussi des travaux faire pour améliorer ce système : 1) Dans le service de Gestion de contexte au niveau physique, on détecte seulement le type de Device utiliser (PC ou PDA) Les autres éléments contextuels (le temps, type de classe, ) ne sont pas détecté par les senseurs physiques vraiment Il faut donc, le faire dans l’avenir 2) La fonction de communication (chat) permettant au utilisateurs (apprenant et enseignant) de faire l’interaction entre eux dans les moments précisés par le scénario affiche tous les utilisateurs qui sont en train de connecter sur ce système en deux catégories : Tutors et Learners En réalité, il veaux mieux qu’un enseignant peut contacter avec seulement des apprenants dans son cadre (presque même sujet, même type de classe, même préférence ) et aussi pour les apprenant Il faut donc l’améliorer LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bibliographie [1] B Bomsdorf Adaptation of learning spaces : Supporting ubiquitous learning in higher distance education Proceedings of the HCI International, 2005 [2] T Chaari and F Laforest L’adaptation dans les systèmes d’information sensibles au contexte d’utilisation : approche et modèles GEI, 2005 [3] Y Chevallard L’analyse des pratiques enseignantes en théorie anthropologique du didactique La Pensée sauvage, Recherches en didactique des mathématiques, Grenoble, 19(2) :221–226, 1999 [4] T K Cuong and N H Quang e-learning et le problème de partage de ressources pédagogiques sur internet Journal of technical education science, :11, 2007 [5] A K Dey and G D Abowd Towards a better understanding of context and contextawareness CHI 2000 Workshop on the What, Who, Where, When, and How of ContextAwareness, The Hague, The Netherlands, April 2000 [6] F Duitama, B Defude, A Bouzeghoub, and C Lecocq A framework for the generation of adaptive courses based on semantic metadata Multimedia Tools Appl., 25(3) :377–390, 2005 [7] S GARLATI and Y Prié Adaptation et personnalisation dans le web sémantique Revue I3, page 19, 2004 [8] S Garlatti and S Iksal A flexible composition engine for adaptive web sites In AH, pages 115–125, 2004 [9] S Garlatti, S Iksal, and P Tanguy Scarce : an adaptive hypermedia environment based on virtual documents and semantic web In AH, 2003 [10] S Iksal Spécification déclarative et composition sémantique pour des documents virtuels personnalisables Phd thesis, ENST Bretagne, Brest, décembre 2002 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BIBLIOGRAPHIE 62 [11] T Jean-Louis, G Serge, and L Sylvain Un modèle informatique de scé- nario fondé sur des pratiques réelles d’enseignement et une théorie didactique In v Hal-00161469, editor, Actes de la conférence EIAH 2007, page HAL, http://archiveseiah.univ-lemans.fr/article.php@identifier=oaiX511hal archives-ouvertes.frX511hal-00161469_v1, 2007 [12] S Laubé, S Garlatti, and C Loisy Formations des mtres en sciences : De la modélisation des situations didactiques comme fondement de la conception d’un environnement informatique pour l’apprentissage humain (eiah) adaptatif Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain, Montpellier, page 12, 2005 [13] J Malek, M Laroussi, and A Derycke A middleware for adapting context to mobile and collaborative learning In I C society, editor, Proceedings of the Fourth Annual IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops (PERCOMW’06), 2007 [14] D Skogan, R Gronmo, and I Solheim Web service composition in uml In EDOC 04 : Proceedings of the Enterprise Distributed Object Computing Conference, Eighth IEEE International (EDOC’04), 04 :47–57, 2004 IEEE Computer Society [15] L Université de Lille I Exploratory project on adaptive services and usages for human learning in the context of pervasive communications In Dossier détaillé, 06 2006 [16] Wikipédia Informatique ubiquitaire http://fr.wikipedia.org/wiki/Informatique_ ubiquitaire [17] O K Zein and Y Kermarrec An approach for describing/discovering services and for adapting them to the needs of users in distributed systems In AAAI ’04 : Proceedings of First International Semantic Web Services Symposium, UK, 04, 2004 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Annexe A Introduction de l’utilisation du système Location de code dans serveur : Desktop/Codes : a Le répertoire Codes_Finals_Linux contient tous les répertoires et fichiers correspondants sous Linux : - axis : pour Web serveur dans le cas on utilise des web services - OntoBroker2007 : Moteur d’inférence - sources : Contient les projets des codes sources - Demos : Contient les répertoires suivants : + Ontologies + P_Learnet -> Copier dans Web serveur + Serveurs : Serveurs centraliser et composition b Le répertoire Codes_Finals_Windows contient tous les répertoires et fichiers correspondants sous Windows : - axis : pour Web serveur dans le cas on utilise des web services - OntoBroker2007 : Moteur d’inférence - sources : Contient les projets des codes sources - Demos : Contient les répertoires suivants : + Ontologies + P_Learnet -> Copier dans Web serveur + Serveurs : Serveurs centraliser et composition Codes dans Eclipse : 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 64 /usr/local/Projets/PLearNet/Programmes/eclipse/workspace Serveur centraliser et composition marcher dans le serveur : /usr/local/Projets/PLearNet/Programmes/DemoCuong/Serveurs/ Web serveur marcher : /usr/local/Projets/PLearNet/Logiciels/apache-tomcat-6.0.13/webapps/P_Learnet Compilation le code (en odre) : a Compile le projet P_LearNet_Util_Final -> Export P_LearNet_Utility.jar -> le copier dans les répertoires : - P_LearNet_Server_Final/lib_server - P_LearNet_Composition_Final/lib_composition - P_LearNet_Presentation_Final/lib_presentation b Compile le projet P_LearNet_Server_Final : - Refresh - Compile -> Export P_LearNet_Server.jar -> le copier dans les répertoires : + P_LearNet_Composition_Final/lib_composition + P_LearNet_Presentation_Final/lib_presentation c Compile le projet P_LearNet_Composition_Final : - Refresh - Compile -> Export Composition.jar -> le copier dans le répertoire P_LearNet_Presentation_Final/lib_pre d Compile le projet P_LearNet_Presentation_Final : - Refresh - Compile -> Export Presentation.jar Faire marcher ce programme : 6.1 Préparation : - Copier le répertoire Demos/P_Learnet au WEBSERVER/webapp/ - Copier le répertoire Demos/Serveurs au serveur de centraliser et composition - Copier le répertoire OntoBroker2007 au serveur d’inférence -> Modifier le fichier OntoConfig.prp dans OntoBroker2007 pour le configurer : Par ex InternDB = off LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 65 ConceptNamesGround = off FrontSideCache = off MaterializeAxioms = on AttributeNamesGround = off WellfoundedEvaluation = off EliminateDuplicates = off GeneticOptimization = off MaxThreads = 60 MaterializeSubclassTransitivityAxioms = off - Copier le répertoire Demos/Ontologies au OntoBroker2007 6.2 Faire marcher Ontobroker : - Copier tous les fichiers *.flo et *.fact + rules dans un fichier Ontologies.flo -> le copier dans OntoBroker2007/Ontologies - Faire marcher Ontobroker par la commande : sh /start-ontobroker.sh -p 30002 -flo /Ontologies/Ontologies.flo 6.3 Faire marcher Tomcat : - Entre système avec ROOT - Faire marcher Tomcat avec la commande : /catalina.sh run 6.4 Faire marcher le serveur Centraliser : java -Djava.security.policy=all_permission -cp /lib/P_LearNet_Server.jar :./lib/P_LearNet_Utility.jar :./ 1.0.jar server.CentralizerImpl 6.5 Faire marcher le server composition java -Djava.security.policy=all_permission -cp /lib/P_LearNet_Server.jar :./lib/P_LearNet_Utility.jar :./ /lib/parser.jar :./lib/lib_onto/server.jar :./lib/jdom-1.0.jar :./lib/xerces_1_2.jar : /lib/xalan_1_2_D02.jar :./lib/diva-0.3.jar :./lib/lib_onto/datamodel.jar : /lib/lib_onto/log4j-1.2.8.jar :./lib/lib_onto/flogic-parser.jar :./lib/lib_onto/ontobroker-core.jar : /lib/lib_onto/util.jar :./lib/Composition.jar server.ServerImpl Lancher sur Web browse : http ://192.108.117.200/P_Learnet/ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Annexe B Les règles et prédicat l’adaptation 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... stage vise au but de proposer une solution de l? ?adaptation dans un système informatique éducatif et pervasive (système p-Learning) et la réaliser sur un système informatique adaptatif existant... dans un système d? ?informatique sensible au contexte 16 3.1 Contexte et système d? ?informatique sensible au contexte 16 3.2 Éléments contextuels dans un système sensible au contexte. .. contextuels dans un système sensible au contexte Pour pouvoir modéliser un contexte dans un système sensible au contexte (cf chapitres et 5) il faut trouver tous éléments contextuels influant sur ce système