Conceiving and Implementing a language-oriented approach for the design of automated learning scenarios - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2007

Conceiving and Implementing a language-oriented approach for the design of automated learning scenarios

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Abstract

Aiming at developing learning applications, the e-learning communities have recently made a profound switch in their modus operandi. Instead of following prescriptive processes leading to turn-key applications reflecting an envisaged learning scenario, as in traditional ISD processes, learning designers now make use of Educational Modeling Languages (EML), provided by standard setting bodies along with the required tooling, so they can build their own applications. Being at close range to practitioners, learning designers will be able to build tailored applications in a fraction of the time required by traditional ISD and in a much more flexible approach - since no programming is needed.

However this flexibility is limited. EMLs present a fixed vocabulary, permitting its elements to be arranged to create an instance of a scenario, but disallowing the addition of new concepts - in case existing ones do not satisfy. Since EMLs, as epitomized by the IMS-LD specification, intend to capture all aspects of educational phenomena, they tend to become either too complex or too inexpressive - in the first case becoming unwieldy for tackling any particular scenario and in the second, failing to conveniently express any reasonably rich scenario. Furthermore, it is claimed on this thesis that any particular EML cannot represent but a single aspect of learning scenarios, which in real life are multi-dimensional and always open to diverse interpretations by different people.

So, this thesis sustains that the single EML approach is fundamentally flawed, and proposes an alternative one, called multi-EML, which empowers learning designers with the possibility of formulating the very conceptualization of their problems, by allowing them to create their own EML reflecting their specific requirements - as opposed to just rearrange the concepts of a fixed language. In sum, the Multi-EML approach enables:

1. capturing the knowledge of domain experts in informal notations (particularly using design patterns for education, or pedagogical patterns);
2. starting from these original descriptions, to build formal models (or EMLS) representing their specific requirements;
3. generating full-fledged applications driven by the formal models.

A prototype has been developed that implements these ideas. To permit automated scenarios to be as expressive as possible of real life learning experiments, the prototype enables those who best know their specific fields -i.e. the domain experts - to take part in the development efforts, by participating in any of the three steps above.

Particularly for the third step - which corresponds to developing software applications -, this can only be possible if we succeed in abstracting out all computer related idioms and in offering practitioners a programming environment that requires only the knowledge of their own domains, an idea that Martin Fowler calls "lay programming".

Taking all three steps, designers will be allowed to go from an informal description to an executable application, which will be automatically generated. This is only feasible thanks to recent developments in software engineering, and particularly to the Language Oriented Programming (or LOP), a new programming paradigm that counts technologies like OMG's Model Driven Architecture (MDA), the Eclipse Modeling Framework (EMF) and Microsoft's Software Factories amongst its most famous implementations.

As the result of bringing the power of LOP into the world of learning application design, we expect a significant increase in the expressiveness of the scenarios and a reduction in the development life-cycle of learning applications. It is envisaged that the multi-EML approach will afford learning applications to be created as a direct extension of the user experience.
Cette thèse a pour sujet la conception de scénarios pédagogiques destinés à l'e-formation. Afin de faciliter les échanges de matériaux décrivant des stratégies pédagogiques, la communauté s'est récemment mobilisée pour proposer un langage standard suffisamment générique pour permettre la représentation de n'importe quel scénario, indépendant même du paradigme éducationnel sous-jacent. Appelé génériquement Educational Modeling Language (EML), ce type de langage engendre une nouvelle façon de concevoir des EIAH, en s'éloignant du traditionnel Instructional System Design, une fois que, au lieu de proposer une application finie, les EML proposent un modèle conceptuel standard, une notation pour l'exprimer et des éditeurs et frameworks, laissant aux concepteurs finaux la tâche de créer leurs propres « applications ». Les EMLs permettent alors la création et exécution d'instances de scénarios, dans une approche plus ouverte et flexible, augmentant, ainsi, les possibilités d'adaptation des applications résultantes aux besoins des usagers.
Cette flexibilité reste pourtant limitée et, après quelques années de recherche, les EMLs commencent à montrer ses faiblesses. En fait, le langage choisi pour devenir le standard du domaine, le IMS-LD, s'est montré générique, certes, mais peu expressive, ne permettant pas une représentation fidèle des divers scénarios existants. C'est à dire, c'est aux usagers de s'adapter à la syntaxe et sémantique de cet standard.
Cette thèse part d'un constat quant aux difficultés du processus de conception lui-même, et aux risques de coupure qu'il peut y avoir entre pédagogues et développeurs de logiciels. Pour améliorer la capacité des équipes pédagogiques à pouvoir spécifier, et même implémenter, des scénarios pédagogiques, nous proposons une approche où c'est l'EML qui doit s'adapter aux besoins de l'usager. L'usager a la possibilité de créer son propre langage (ou ses propres langages), s'il en a besoin. En plus, un même scénario peut être décrit en même temps par des différents EMLs (ou modèles) respectant des différents perspectives - et même paradigmes - de chaque stake holder.
Cette approche, appelée multi-EML, est possible grâce aux avancées récentes du génie logiciel, telle l'Architecture Dirigée par les Modèles – l'implémentation la plus connue d'un nouvel paradigme de programmation surnommé Languages Oriented Programming (LOP), qui inclut encore d'autres implémentations.
Notre proposition réside dans la conception d'un environnement informatique « auteur », qui repose sur les principes des Languages Oriented Programming, en utilisant la plateforme ouverte ECLIPSE et, plus particulièrement son implémentation du LOP, l'Eclipse Modeling Framework (EMF). Ainsi, les concepteurs auront un outil qui leur permettra de créer des spécifications formelles décrivant les scénarios envisagés et d'en générer automatiquement des applications correspondantes, dans un processus qui démarre avec les descriptions informelles des experts du domaine.
Reconnaissant que les experts d'éducation - ceux qui mieux comprennent le domaine - ne sont pas nécessairement des informaticiens, l'environnement proposé, appelé MDEduc, fournit aussi un éditeur permettant de décrire un scénario dans une notation informelle, à savoir le pattern pédagogique, à partir de laquelle les modèles formels peuvent être dérivés. En plus, nous proposons de garder côte à côte et en coïncidence ces descriptions en langage informelles, et les descriptions plus formelles et normatives et d'offrir la possibilité d'effectuer des allers-retours à toutes les phases du cycle de vie du dispositif pédagogique.
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tel-00156874 , version 1 (23-06-2007)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00156874 , version 1

Cite

César Moura. Conceiving and Implementing a language-oriented approach for the design of automated learning scenarios. Génie logiciel [cs.SE]. Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00156874⟩
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