Apprentissage de la modélisation orientée objet et EIAH

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Chapitre 1 Contexte et problématique
1.1 Introduction
1.2 Le projet « Interaction et connaissances dans les EIAH pour la modélisation »
1.3 Problématique et objectifs de recherche
1.4 Méthodologie de recherche
1.5 Nos propositions
1.6 Organisation du mémoire
Chapitre 2 Apprentissage de la modélisation orientée objet et EIAH
2.1 Notion de modèle et modèle informatique
2.2 Approche orientée objet pour la modélisation des systèmes informatiques
2.2.1 Approche orientée objet
2.2.2 Le langage UML
2.2.3 Le diagramme de classes UML
2.3 Apprentissage de la modélisation orientée objet
2.3.1 Initiation à la modélisation orientée objet
2.3.2 Difﬁcultés de l’apprentissage de la modélisation orientée objet
2.3.3 Logiciels de modélisation UML
2.4 Approches en EIAH pour l’apprentissage de la modélisation en Informatique
2.4.1 EIAH pour la modélisation de schémas Entité-Relation
2.4.2 EIAH pour la modélisation orientée objet et les diagrammes UML
2.5 Positionnement de nos travaux
Chapitre 3 Rôle de la métacognition dans les EIAH
3.1 Processus métacognitifs
3.1.1 Déﬁnitions de la métacognition
3.1.2 Mécanismes de régulation du fonctionnement cognitif
3.1.3 Auto-réﬂexion et autorégulation
3.2 Métacognition et apprentissage
3.2.1 Intérêt de la métacognition dans l’apprentissage
3.2.2 Techniques et outils métacognitifs pour l’apprentissage
3.2.3 Apports de la métacognition lors de la tâche de modélisation
3.3 Approches de la métacognition dans les EIAH
3.3.1 Intégration de la métacognition dans les EIAH
3.3.2 Exemples d’intégration de la métacognition dans les EIAH
3.4 Notre approche : soutenir l’activité réﬂexive et métacognitive durant l’activité de modélisation
Chapitre 4 Un modèle d’interaction pour un EIAH d’apprentissage de la modélisation orientée objet
4.1 Proposition d’un modèle générique d’interaction pour l’apprentissage de la modélisation informatique
4.1.1 Tâches et activités d’apprentissage de la modélisation informatique
4.1.2 Modes d’interaction
4.1.3 Aides métacognitives au cours de la modélisation
4.1.4 Rétroactions
4.1.5 Rôle de l’enseignant dans la manipulation des concepts du modèle
4.2 Application du modèle d’interaction à la modélisation orientée objet
4.2.1 Tâches et activités d’apprentissage de la modélisation orientée objet
4.2.2 Modes d’interaction
4.2.3 Aides métacognitives au cours de la modélisation
4.2.4 Rétroactions
4.3 Conclusion
Chapitre 5 Mise en œuvre du modèle d’interaction et réalisation informatique
5.1 Mise en œuvre du modèle d’interaction dans l’EIAH DIAGRAM
5.1.1 Mise en œuvre des modes d’interaction
5.1.2 Aides métacognitives au cours de la modélisation
5.1.3 Rétroactions
5.1.4 Activités scénarisées dans DIAGRAM
5.2 Réalisation informatique : présentation du logiciel DIAGRAM
5.2.1 Architecture générale de DIAGRAM
5.2.2 Module de gestion de l’application
5.2.3 Module de gestion du scénario
5.2.4 Module de l’éditeur de texte.
5.2.5 Module de l’éditeur graphique.
5.2.6 Module de diagnostic structurel.
5.2.7 Module de rétroactions pédagogiques.
5.2.8 Spéciﬁcations d’une version « enseignant » de DIAGRAM
5.3 Conclusion
Chapitre 6 Expérimentations et validation
6.1 Etudes exploratoires
6.1.1 Etudes préliminaires.
6.1.2 Mise à l’essai des différents tâches d’apprentissage de la
modélisation orientée objet
6.2 Expérimentations du modèle d’interaction
6.2.1 Evaluation globale du système
6.2.2 Validation des aides métacognitives dans DIAGRAM
6.3 Synthèse.
Chapitre 7 Bilan des travaux et perspectives
Liste des annexes
Annexe A Différences pédagogiques et des rétroactions associées
A.1 Différences pédagogiques simples
A.2 Différences composées
Annexe B Evaluation métrique du développement réalisé dans DIAGRAM
Annexe C Questionnaires distribués lors des expérimentations globales de DIAGRAM
Bibliographie
Webographie
Table des ﬁgures
Liste des tableaux

CHAPITRE 1: Contexte et problématique

1.1Introduction
Les travaux présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans les recherches menées sur les Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH). Ce domaine de recherche est dédié à la conception d’environnements informatiques dans le but de favoriser l’apprentissage humain, c’est-à-dire la construction de connaissances chez un apprenant [Tchounikine, 2002].
Nous nous intéressons à l’interaction dans un environnement informatique pour l’apprentissage de la construction de modèles dans le cadre d’activités scientiﬁques et plus spécialement en informatique. En cela, nous nous situons dans le courant de recherche en EIAH qui considère que les interactions entre l’apprenant et le système sont au cœur du processus d’apprentissage. La connaissance à acquérir émerge alors de l’interaction entre l’apprenant et son environnement.
Nos travaux ont été réalisés dans le cadre du projet « Interaction et connaissances dans les EIAH pour la modélisation », mené au sein du Laboratoire d’Informatique de l’Université du Maine (LIUM).

1.2Le projet « Interaction et connaissances dans les EIAH pour la modélisation »
L’objectif du projet « Interaction et connaissances dans les EIAH pour la modélisation » est de concevoir des modèles, méthodes et outils pour la conception d’environnements informatiques dédiés à l’apprentissage de la modélisation dans le domaine de l’informatique. Un modèle peut être déﬁni comme « la représentation simpliﬁée d’un système ». Dans le domaine de l’informatique, un modèle fournit une représentation d’un système à l’aide d’une notation graphique constituée d’entités reliées par des relations, comme par exemple les schémas relationnels de bases de données ou les diagrammes utilisés en génie logiciel. La création de cette représentation schématique, c’est-à-dire l’activité de modélisation, constitue une part importante de l’activité scientiﬁque des professionnels : elle requiert des compétences et des habiletés spéciﬁques et, de ce fait, est apparue depuis une dizaine d’années dans les cursus d’enseignement informatique à vocation professionnelle.

Ce projet se déﬁnit selon deux axes principaux de recherche :

–La déﬁnition de modes d’interaction pertinents dans les EIAH pour la modélisation.
Les objectifs sont d’identiﬁer les activités à proposer et leurs effets respectifs sur l’apprentissage, d’élaborer des outils graphiques et langagiers pour la manipulation des représentations dans l’EIAH et de déﬁnir les rétroactions produites par l’EIAH.
–L’identiﬁcation des connaissances à embarquer dans ce type d’EIAH. Il s’agit de caractériser la solution attendue (solution idéale, variantes, contraintes à respecter, etc.), d’élaborer des méthodes de validation et de diagnostic d’erreurs, et d’identiﬁer les conceptions et comportements des apprenants en vue de construire un modèle de l’apprenant.
Les deux axes de recherche du projet sont traités au sein de deux thèses : nos travaux se situent dans le premier axe de travail, le deuxième thème faisant l’objet de la thèse de Ludovic Auxepaules. Bien que traités séparément, les deux axes de recherche du projet « Interaction & connaissances » sont liés. En effet, l’analyse et l’évaluation des productions de l’apprenant permet de produire des rétroactions adaptées à son travail.

Dans un souci de généricité, le projet « Interaction & connaissances » s’attache à élaborer des modèles, méthodes et outils indépendants du domaine de modélisation visé par l’apprentissage. Toutefois, il est nécessaire d’instancier ces éléments sur un domaine spéciﬁque aﬁn de tester et de valider l’approche proposée. Le projet « Interaction & connaissances » s’est naturellement porté sur la modélisation orientée objet dans le domaine du génie logiciel. En effet, cette discipline est enseignée par Thierry Lemeunier, maître de conférence en informatique à l’université du Maine, et participant au projet « Interaction & connaissances ». Thierry Lemeunier intervient au sein du projet en tant qu’expert du domaine de la modélisation orientée objet et enseignant référent concernant les choix pédagogiques pour l’enseignement de cette discipline.
Aﬁn d’instancier le modèle sur le domaine de la modélisation orientée objet et d’articuler les modèles élaborés au sein des deux axes de recherche, le projet « Interaction & connaissances » a développé DIAGRAM, un logiciel pour l’apprentissage de la modélisation orientée objet.

1.3Problématique et objectifs de recherche
Notre travail de recherche aborde la question de l’interaction dans un environnement informatique pour l’apprentissage de la modélisation. Notre problématique concerne plus particulièrement la conception de l’interaction dans un tel environnement. Trois questions générales découlent de cette problématique :
–quelles activités et quels types de tâches doit-on proposer à l’apprenant ?
–quelles modalités d’action doit-on offrir à l’apprenant dans un environnement d’apprentissage pour la modélisation?
–quelles rétroactions doit fournir l’environnement ?
Concernant les activités et les types de tâches à proposer, notre objectif est d’organiser l’activité de manière à favoriser l’acquisition progressive des concepts et de varier les tâches aﬁn de mobiliser les différents savoir-faire en jeu. La modélisation est une activité qui nécessite des savoir-faire et des connaissances de niveau métacognitif. L’activité réﬂexive de l’apprenant au sein d’un EIAH pour la modélisation doit donc être facilitée et supportée par des modes d’interaction et des outils d’aide spéciﬁques.

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Apprentissage de la modélisation orientée objet et EIAH (4.19MB) (Rapport PDF)