Contrats pour la recherche fédérée des métadonnées d’objets dapprentissage

Institut de la Francophonie pour l'Informatique MÉMOIRE DE FIN D’ÉTUDES Titre : Contrats pour la recherche fédérée des métadonnées d’objets d'apprentissage Soutenu par : LE Tien Dung Sous la direction de : Dr David Massart Bruxelles, novembre 2003 Contrats pour la recherche fédérée Contrats pour la recherche fédérée Remerciements Je tiens tout d'abord remercier M David Massart pour avoir bien voulu diriger mon stage au European Schoolnet, pour avoir bien voulu m'accueillir au sein de l'équipe CELEBRATE et de ses conseils qu'il m'a apportés Merci M Ulf Lundin pour son encadrement, ses conseils, son soutien dévoués ainsi que pour sa gentillesse tout au long du stage Ce travail n'aurait pu être accompli sans son aide Merci aux membres de European Schoolnet : Mme Brigitte Parry, Mme Sophie Vandeputte, M Dietmar Baur… pour leur accueil, leur aide et leur bonne humeur tout au long de mon stage Ma reconnaissance s’adresse aussi aux professeurs l’Institut de la Francophonie pour l’Informatique Leurs cours m’ont apporté des connaissances et des suggestions qui sont utiles pour mon stage Finalement, j'exprime mon entière reconnaissance ma femme, ma famille et mes amis pour leur soutien, leur aide et leurs encouragements Contrats pour la recherche fédérée Résumé Nous proposons une approche innovante de l’utilisation des technologies d’eLearning dans l’enseignement Cette méthode est appliquée dans le projet CELEBRATE qui a pour objectif de construire un réseau européen d'apprentissage permettant de chercher et d’échanger des objets d’apprentissage entre les membres du réseau La partie principale de ce réseau est le système de courtage auquel les membres, savoir les clients, se connectent Pour chercher des métadonnées d'objets d'apprentissage, nous utilisons la recherche fédérée qui est déterminée par les contrats des membres Le contrat supporte le langage de requête des métadonnées d'objets d'apprentissage, restreint les informations échangées entre les membres Le langage de requête est construit par des comparaisons grâce aux trois éléments suivants : l’opération, le champ et la valeur Et nous aussi souhaitons que le contrat soit facilement distribué par n'importe quels protocoles donc les données sont présentées au format XML Mots clés : eLearning, métadonnées d'objets d'opprentissage, objets d'apprentissage, recherche fédérée, XML Contrats pour la recherche fédérée Abstract We propose an innovative approach to teaching using E-Learning technologies This approach is applied in the CELEBRATE project, the support system for a European Learning Network of virtual learning environments capable of exchanging learning objects between its members The backbone of this network is the brokerage system to which LMS/LCMS (or Clients) connect To search learning object metadata, we use a federated search determined by members’ contracts These contracts support query language, reduce exchanged information in the network The building blocks of LOM queries are comparisons that consist of elements: an operator, a field and a value And we wish the contract is easily distributed by any protocols thus the data are presented at format XML Index Terms: E-Learning, Federated Search, Learning Object, Learning Object Metadata, XML Contrats pour la recherche fédérée Table des matières Remerciements Résumé Abstract Table des matières Acronymes Chapitre : Introduction Problématique Environnement de travail 2.1 European Schoolnet 2.2 Projet CELEBRATE Objectifs du stage 10 Les contraintes pratiques 10 Chapitre : Système de courtage 11 Système de gestion du contenu d’apprentissage 11 1.1 Objets d'apprentissage 11 1.2 Métadonnées d’objets d'apprentissage 11 1.3 Système de gestion du contenu d’apprentissage 12 Réseau d'apprentissage 13 Système de courtage 14 Chapitre : Contrats pour la recherche fédérée 15 Recherche fédérée 15 Contrat 18 2.1 Structure du contrat 19 2.2 Schéma du contrat 19 Réalisation 26 3.1 Conception 26 3.2 Base de données XML 29 Implémentation 31 4.1 Architecture Java pour la liaison avec XML (JAXB) 31 4.2 Connexion la base de données 34 4.3 Interfaces 35 4.4 Sécurité 36 Résultat 36 Chapitre : Conclusion 37 Travail réalisé 37 Perspective 37 Références 38 Annexe 1: Les diagrammes de classes 39 Annexe 2: Les interfaces 44 Annexe 3: Profil d'application des métadonnées d’objets d'apprentissage 47 Contrats pour la recherche fédérée Acronymes Terme En Français En anglais EUN European Schoolnet European Schoolnet ENT Espace Numérique de Travail Virtual Learning Environment SC Système de Courtage Brokerage System XML Langage Extensible de Balisage Extensible Mark-up Language OA Objet d'Apprentissage Learning Object MOA Métadonnées d'Objets d'Apprentissage Learning Object Metadata DOA Dépôts d’Objets d’Apprentissage Learning Object Repositories REA Réseau Européen d'Apprentissage European Learning Network SQL Langage de requêtes structuré Structured Query Language SGCA Système de Gestion du Contenu d’Apprentissage Learning Content Management System SGC Système de Gestion du Contenu Content Management System SGA Système de Gestion d’Apprentissage Learning Management System Contrats pour la recherche fédérée Chapitre : Introduction Problématique De nos jours, l’utilisation de nouvelles technologies se répand rapidement dans l’enseignement Le monde enseignant se montre souvent partagé entre l’enthousiasme pour ces nouveaux moyens d’accéder la connaissance A partir de petits fragments indépendants d'informations, nous constituons des objets d'apprentissage ("learning objects") qui sont facilement échangés entre les dépôts d’objets d’apprentissage ("learning object repositories") Tous les objets d'apprentissage contiennent des renseignements ou des métadonnées pour aider les cataloguer facilement et évaluer leur pertinence Dans la plupart des réseaux basés sur le modèle client/serveur, les métadonnées d'objets d'apprentissage sont stockées dans le dépôt central mais quand une approche distribuée est choisie, les métadonnées peuvent être répétés dans des dépôts différents Nous proposons une nouvelle approche que les membres d’une fédération d’espace numérique de travail (ENT) peuvent proposer leurs métadonnées au dépôt central ou les stocker dans leur dépôt local Un utilisateur d’ENT (par exemple, un professeur ou un élève) demande connaître tous les dépôts actuellement disponibles au sein du réseau européen d'apprentissage dans lesquels les objets d'apprentissage remplissent ses critères Le contrat d’un client d’ENT exprime les types de ses objets d'apprentissage et sa capacité de réponse aux requêtes envoyées par les autres Autrement dit, le contrat limite les éléments de métadonnées utilisés dans ses recherches et ses réponses Ce contrat utilise le profile d’application de métadonnées d’objets d'apprentissage basé sur la norme IEEE 1484.12.1-2002 [4] Contrats pour la recherche fédérée Environnement de travail 2.1 European Schoolnet European Schoolnet (EUN) est un réseau international de plus de 20 ministères de l'Éducation européenne dont l'objectif majeur est le développement des méthodes d'apprentissage pour les professeurs et les élèves d'Europe Aux chefs d’établissements et professionnels de l’éducation, EUN offre une vision d’ensemble de l’utilisation pédagogique des technologies de l’information et de la communication pour l’enseignement en Europe EUN atteint cet objectif en communiquant et en échangeant des informations tous les niveaux de l'enseignement par le biais de technologies innovantes et en offrant un portail aux réseaux scolaires nationaux et régionaux 2.2 Projet CELEBRATE CELEBRATE ("ContExt eLEarning with BRoAdband TEchnologies") est un projet de millions d’euros qui s’étend sur une période de 30 mois et qui entre dans le cadre du programme Technologies de la société de l’information de la Commission européenne L’objectif principal de ce projet est de créer une approche innovante de l’utilisation des technologies d’eLearning dans l’enseignement basée sur la vision de ce que seront les contenus électroniques de demain (ressources, services et outils de communication) Ce projet offrira aux établissements scolaires une base de données de contenus en ligne, laquelle inclura des supports d’apprentissage multimédias, savoir des objets d’apprentissage (OAs) L’objectif clé du projet est, d’une part, d’analyser comment une nouvelle génération de systèmes de gestion de contenus pour l’apprentissage (SGCA) mis au point par divers professionnels commerciaux pour traiter les OA et, d’autre part, de tester l’interopérabilité de ces systèmes dans un site de démonstration réel CELEBRATE jouera le rôle de catalyseur pour l’industrie européenne des contenus eLearning (la chaîne de valeurs complète inclut propriétaires de contenus, éditeurs, diffuseurs, réseaux scolaires nationaux et fo urnisseurs commerciaux de plate-formes technologiques) Le système de courtage auquel les clients se connectent est une partie principale du réseau européen d'apprentissage Pour se connecter au système, les clients doivent s'enregistrer Les clients enregistrés authentifient des transactions et des messages par les Contrats pour la recherche fédérée 10 appels de méthodes distantes en utilisant JAX-RPC On ne permet aucun échange direct entre les clients, excepté ceux explicitement autorisés par le système Objectifs du stage Ce stage se focalise sur l’analyse et la mise en œuvre d’un module de système de courtage concernant des contrats entre des membres du réseau EUN Concrètement, mes travaux s’articulent sur trois grands axes : • Etude de la recherche fédérée, des requêtes, des métadonnées d'objets d'apprentissage, et des services fournis par le système de courtage • Analyse des contrats et de la procédure pour avoir l’accord entre un client d’ENT et l’administrateur • L’implémentation en utilisant de nouvelles technologies comme la base de données XML Oracle 9i, XPATH, JAXB Les contraintes pratiques Quelques contraintes ont été apportées au sujet : • Les contrats doivent répondre aux demandes du projet • Il faut avoir une interface graphique simple et conviviale, et bien appliquer de nouvelles techniques comme la base de données XML, le langage XPATH accès aux informations, l’architecture Java pour la liaison avec XML (JAXB) • Il faut vérifier la permission d’un utilisateur avant de réaliser ses demandes Contrats pour la recherche fédérée 4.2 34 Connexion la base de données Nous appliquons deux patterns "Singleton factory" et "Data Access Object" [9] dans le package daos De plus, nous améliorons la performance de la connexion la base de données en utilisant la technique JNDI ("Java Naming and Directory Interface") qui aide communiquer avec les services de nommage et d'annuaire en réseau La classe CommonRessources est implémentée comme suit : /* * CommonRessources.java * * Created on 25 août 2003, 15:20 */ package org.eun.celebrate.bs.daos; import java.sql.Connection ; import javax.naming.* ; import javax.sql.* ; /** This file is part of the Celebrate Brokerage System * */ public class CommonRessources { /** * @link * @shapeType PatternLink * @pattern Singleton * @supplierRole Singleton factory */ private static CommonRessources instance = null ; private final String DSNAME = "jdbc/eundev" ; /** Creates a new instance of CommonRessources */ protected CommonRessources() { } /** Gets the only instance of this class * @return the only instance */ public static CommonRessources getInstance() { if(instance == null) { synchronized(CommonRessources.class) { if (instance == null) { instance = new CommonRessources(); } } } return instance; } /** Gets the connection from the connection pool * @return the connection */ public Connection getConnection() { Connection conn = null ; 35 Contrats pour la recherche fédérée DataSource ds = null ; InitialContext ctx = null ; try { ctx = new InitialContext() ; System.out.println("Looking resource name "); ds = (DataSource) ctx.lookup( DSNAME ) ; System.out.println("Resource information : " + ds); conn = ds.getConnection() ; System.out.println("Sucess to getConnection!"); } catch (Exception e) { System.out.println("Fail to getConnection!"); e.printStackTrace() ; } return conn ; } } 4.3 Interfaces Nous souhaitons que les interfaces soient simples et conviviales L’interface la plus importante est l’interface du filtre On voit que un filtre est vraiment une formule récursive Nous présentons un filtre par un arbre dont l’image est ci-dessous Pour l’utilisateur, il est plus facile comprendre un filtre avec une formule traditionnelle qui est affichée en bas Figure 12 L’interface du filtre Contrats pour la recherche fédérée 4.4 36 Sécurité Il est nécessaire que seul l’administrateur puisse approuver les changements de contrats et qu’un client ne puisse pas modifier les autres contrats Il faut que chacun donne son mot de passe avant de modifier ses informations et ses contrats Evidement, il est interdit qu’un client change de contrat de l’autre Alors, nous vérifions la permission de l’utilisateur en utilisant une variable de session avant de valider ses actions Résultat Ce module a été construit pendant le stage pour aider les membres établir leurs contrats Un membre enregistre ses informations travers des pages WEB Les interfaces de ce sous-système figurent l’annexe A partir un contrat, le client peut se connecter au réseau pour chercher des objets, les télécharger et ainsi proposer ses objets Contrats pour la recherche fédérée 37 Chapitre : Conclusion Travail réalisé En appliquant de nouvelles techniques, nous avons terminé la mise en œuvre le sous-système permettant aux clients d’établir leurs contrats Un contrat présente les types de ressources pédagogiques utilisées par le client Nous utilisons un ensemble de métadonnées basé sur la norme IEEE LOM Ces contrats permettent d’améliorer la qualité de la recherche des métadonnées d’objets d’apprentissage stockées dans le dépôt central ou chez les clients Ce travail nous a permis de mieux comprendre le réseau européen d’apprentissage, surtout la recherche fédérée des descripteurs d’objets utilisés dans des systèmes de gestion du contenu d’apprentissage Perspective Dans un avenir proche, des écoles, des universités et des fournisseurs de ressources pédagogiques utiliseront ce réseau Cela permettra aux enseignants et aux élèves de communiquer Grâce aux nouvelles technologies, chaque élève ou enseignant, peut accéder plus facilement aux informations scolaires D’autre part, ceci constituera un gain de temps et d’argent pour les pays européens Nous souhaitons donc que le Vietnam possède un tel réseau pour augmenter la qualité de son enseignement Contrats pour la recherche fédérée 38 Références [1] D Massart et F Van Assche Brokerage system design Celebrate Deliverable D 3.3 part A (IST-2001-35188) [2] F Neven and E Duval Reusable learning objects: a survey of LOM-based repositories In Proceedings of the tenth ACM international conference on Multimedia, pages 291-294 ACM Press, 2002 [3] G Richards The challenges of the learning objects paradigm Canadian Journal of Learning and Technology, 28(3):3 -10, 2002 [4] IEEE Standards Department IEEE 1484.12.1-2002, Learning Object Metadata Standard [5] J.-N Colin et J Simon Authentication, authorisation, and rights management for the CELEBRATE brokerage system Celebrate Deliverable D 3.3 part B (IST-200135188) [6] L Nirhamo and F Van Assche The CELEBRATE metadata application profile Celebrate Deliverable D 3.2 (IST-2001-35188) [7] M Hatala and G Richards POOL, POND and SPLASH: A Canadian Infrastructure for Learning Object Repositories [8] R Vuorikari Ressources d'apprentissage européennes In EIAH2003 Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain Actes de la conférence EIAH 2003, pages 31-40 C Desmoulins and P Marquet and D Bouhineau, 2003 Also availab le as url http://archiveseiah.univ-lemans.fr/EIAH2003/Pdf/n006-143.pdf [9] Sun Microsystems Guidelines, Patterns, and code for end-to-end Java applications Available as url http://java.sun.com/blueprints/patterns 39 Contrats pour la recherche fédérée Annexe 1: Les diagrammes de classes Figure 13 Le contenu du package applet 40 Contrats pour la recherche fédérée Figure 14 Le contenu du package daos 41 Contrats pour la recherche fédérée Figure 15 Le contenu du package formula 42 Contrats pour la recherche fédérée Figure 16 Le contenu du package jaxb 43 Contrats pour la recherche fédérée Figure 17 Le contenu du package registration 44 Contrats pour la recherche fédérée Annexe 2: Les interfaces Figure 18 Enregistrement d’informations Figure 19 Gestion de contrats 45 Contrats pour la recherche fédérée Figure 20 Etablissement d’un contrat Figure 21 Choix un contrat pré-définit 46 Contrats pour la recherche fédérée Figure 22 Figure 23 Contrats du système Administrateur approuve un contrat 47 Contrats pour la recherche fédérée Annexe 3: Profil d'application des métadonnées d’objets d'apprentissage No Nom (en anglais) No Nom (en anglais) General 3.4 Metadata Schema 1.1 Identifier 3.5 Language 1.1.1 Catalog Technical 1.1.2 Entry 4.1 Format 1.2 Title 4.2 Size 1.3 Language 4.3 Location 1.4 Description 4.4 Requirement 1.5 Keyword 4.4.1 OrComposite 1.6 Coverage 4.4.1.1 Type 1.7 Structure 4.4.1.2 Name 1.8 Aggregation Level 4.4.1.3 Minimum Version Life Cycle 4.4.1.4 Maximum Version 2.1 Version 4.5 Installation Remarks 2.2 Status 4.6 Other Platform Requirements 2.3 Contribute 4.7 Duration 2.3.1 Role Educational 2.3.2 Entity 5.1 Interactivity Type 2.3.3 Date 5.2 Learning Resource Type Meta-Metadata 5.3 Interactivity Level 3.1 Identifier 5.4 Semantic Density 3.1.1 Catalog 5.5 Intended End User Role 3.1.2 Entry 5.6 Context 3.2 Contribute 5.7 Typical Age Range 3.2.1 Role 5.8 Difficulty 3.2.2 Entity 5.9 Typical Learning Time 3.2.3 Date 5.1 Description 48 Contrats pour la recherche fédérée No Nom (en anglais) No Nom (en anglais) 5.11 Language 7.2.1.1 Catalog 5.12 Learning Principles 7.2.1.2 Entry Rights 7.2.2 Description 6.1 Cost Annotation 6.2 Copyright and Other Restrictions 8.1 Entity 6.3 Description 8.2 Date 6.4 CELEBRATE Digital Rights 8.3 Description 6.4.1 Version Classification 6.4.2 Permission 9.1 Purpose 6.4.2.1 Action 9.2 Taxon Path 6.4.2.2 Location 9.2.1 Source 6.4.2.3 Constraint 9.2.2 Taxon 6.4.3 Constraint 9.2.2.1 Id Relation 9.2.2.2 Entry 7.1 Kind 9.3 Description 7.2 Resource 9.4 Keyword 7.2.1 Identifier [...]... catégories telles que la catégorie de la généralité, la catégorie du cycle de vie, la catégorie des métamétadonnées (information sur elle-même), la catégorie de la technique, la catégorie de l’éducation, la catégorie du droit, la catégorie de la relation, la catégorie de l'annotation, la catégorie de la classification Le projet CELEBRATE utilise un ensemble de métadonnées basé sur la norme IEEE LOM qui... Contrats pour la recherche fédérée 15 Chapitre 3 : Contrats pour la recherche fédérée Dans le réseau européen d'apprentissage, nous proposons une recherche fédérée basée sur les contrats des membres qui désirent rechercher des métadonnées d’objets d’apprentissage Chaque membre utilise l’interface "ELN Client" qui lui permet de se connecter au système 1 Recherche fédérée La recherche fédérée permet d’identifier... utilisés pour stocker et récupérer des données • Le package "jaxb" est la liaison avec XML (cette technique est présenté dans la section Architecture Java pour la liaison avec XML (JAXB)) • Le package "Jsp" se compose des pages web jsp qui génèrent dynamiquement des documents web 29 Contrats pour la recherche fédérée Figure 11 Le contenu du package formula Les détails des classes sont figurés dans la section... 26 Contrats pour la recherche fédérée En conclu sion, le contrat support la recherche fédérée dans le réseau européen d’apprentissage Sans contrat, la performance de la recherche ne pourrait pas... utilisé dans la recherche Contrat de proposition Contrat efficace Figure 9 Etats d’un contrat c) Diagrammes de classes Nous mettons les "classes" dans des packages suivants : 28 Contrats pour la recherche fédérée Figure 10 • Packages de classes Le package "applet" contient les classes qui ont pour but d’aider l’utilisateur à fournir le filtre du contrat • Le package "formula" présenté par la figure 10... facteurs pour améliorer la performance de telle recherche est l’utilisation des contrats entre les membres Dans le chapitre suivant, on expliquera les contrats en détail Contrats pour la recherche fédérée 14 3 Système de courtage Dans le réseau européen, nous utilisons un système de courtage pour permettre aux membres de se communiquer En effet, ce système a pour d’échanger des OAs et de chercher des MOA... considéré dans bien des cas comme le cœur du dispositif eLearning, a pour but la gestion et l'organisation de la formation : Individualisation et distribution des parcours de formation; Gestion des apprenants; Suivi de la réalisation des parcours d'apprentissage; et Mise à disposition d'outils coopératifs pour la relation tuteur/apprenant Un SGC a pour but de simplifier la création et la gestion du contenu... autres Le SGCA pourra alors, pour un apprenant donné, gérer la distribution et le suivi de l'apprentissage à un niveau très fin La seconde fonction des SGCA est la gestion des procédures et des flux de publication Sur le même modèle que le SGC, le SGCA assure la mise en place d'une organisation garantissant le respect des règles de publication Après la création d'un OA, l'auteur le soumet à la procédure... et "la gestion des services" "La gestion des services" contrôle la recherche et l’échange des objets tandis que "le client du réseau" intégré dans le système de système de gestion du contenu d’apprentissage aide les membres à se connecter au réseau européen Le diagramme de classes "client du réseau européen" figure suivant : Figure 1 Les classes du "Client du Réseau européen" Contrats pour la recherche. .. 2.2 Schéma du contrat La description d’un contrat par encodage XML permet facilement de faire des échanges entre des environnements Donc un XML schéma est utilisé pour spécifier cette structure Contrats pour la recherche fédérée a) 20 Introduction au schéma XML Le schéma XML est une norme du W3C permettant de créer des modèles de documents XML Ces modèles permettent de décrire la structure de ces documents