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Conception d'une ontologie pour une plate forme d'enseignement à distance


par Saloua & Amina Chettibi & Rouibah
université de jijel - ingénieur informatique 2005
Dans la categorie: Informatique et Télécommunications
   
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Disponible en mode multipage

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DE JIJEL
FACULTE DES SCIENCES DE L'INGENIEUR
DEPARTEMENT D'INFORMATIQUE

POUR L'OBTENTION DU DIPLOME D'INGENIEUR D'ETAT
EN GENIE INFORMATIQUE

OPTION : INTELLIGENCE ARTIFICIELLE

CONCEPTION D'UNE ONTOLOGIE POUR UNE PLATE FORME

D'ENSEIGNEMENT A DISTANCE

Réalisé par Dirigé par

Saloua Chettibi & Amina Rouibah Melle. Ouafia Ghebghoub

Année universitaire
2005/2006

Nous remercions DIEU le tout puissant qui nous a donné la force, la
volonté et le courage pour accomplir ce modeste travail.

Nous tenons à remercier notre encadreur, Melle. Ghebghoub Ouafia,
pour nous avoir donné l'opportunité de travailler sur ce projet, pour son
grand soutien scientifique et moral, pour les conseils, les suggestions et
les encouragements qu'elle nous a apportés durant notre projet.

Nos remerciements aux membres de jury qui ont accepté de juger notre
travail.
Enfin nous exprimons notre profonde reconnaissance à toutes les
personnes qui ont contribué de près ou de loin pour le bon déroulement
de ce travail.

Dédicaces

A l'esprit de mon père,

A ma très chère mère,

A mes soeurs et frères,

A tous mes amies,

Je dédie ce travail.

Saloua

A celui qui fait de moi que je suis, Mon père

A La chandelle de ma vie, ma chère mère

A mes chères soeurs et frères,
A tous mes amies,

Je dédie ce

travail.

Résumé

Le web sémantique constitue une nouvelle vision du Web, dont les ressources sont décrites par des métadonnées, en utilisant le vocabulaire conceptuel fournis par des ontologies, ce qui permet aux agents logiciel d'aider plus efficacement différents types d'utilisateurs dans leurs accès aux ressources sur le Web.

Le e-learning est considéré parmi les domaines auxquels le Web sémantique peut apporter une véritable amélioration que ce soit dans la recherche d'information, ou dans la réutilisation des ressources pédagogiques ou même dans la personnalisation des parcours d'apprentissage.

Le travail réalisé dans le cadre de ce projet vise premièrement à concevoir une ontologie afin de fournir un vocabulaire conceptuel partageable entre la communauté des enseignants et des étudiants, un vocabulaire qui sera utilisé pour annoter des documents pédagogiques ; deuxièmement à développer une application de recherche de documents par leurs métadonnées tout en se basant sur les technologies offertes par le Web sémantique.

Mots clés

Ontologie, Web sémantique, OWL, RDF, RDFS, métadonnés, enseignement à distance, document pédagogique.

Abstract

The semantic Web constitutes a new vision of the Web, where resources are described by meta-data, using the conceptual vocabulary provided by ontologies, that permit software agents to help more effectively various types of users in their accesses to resources on the Web.

E-learning is considered among the fields to which the semantic Web can make a real progress that it is in the search for information, or in the reuse of learning resources or even in the personalization of the training tracking.

The work realised in this project aims firstly to design an ontology in order to provide a shareable conceptual vocabulary between the community of teachers and students, a vocabulary which will be used to annotate learning documents; secondly to develop an application of document retrieval by their meta-data all while basing on the technologies offered by the semantic Web.

Key words

Ontology, semantic Web, OWL, RDF, RDFS, meta-data, e-learning, learning document.

Introduction générale 1.

I. Introduction 3

II. Insuffisance du Web actuel 3

III. Web sémantique, quoi de nouveau ? 3

IV. Langage du Web sémantique 4

IV. 1. le World Wide Web Consortium (W3C) 4

IV.2. Architecture du Web sémantique 4

IV.3. Langage XML 5

IV.3.1. Document XML 6

IV.3.2. Document XML valide 6

IV.3.3. Espace des noms 8

IV.3.4. Feuilles de style 8

IV.3.5. Parseur XML 8

IV.3.6. Avantage de XML 9

IV.3.7. Limitations du XML 9

IV.4. Langage RDF et RDFS 10

IV.4.1. RDF (1999) 10

IV.4. 1.1. Définition d'URI (Uniform Ressource Identifier) 10

IV.4.1.2. Syntaxe RDF 10

IV.4.2. RDFS (2000) 11

IV.5. Le langage OWL 12

IV. 5.1. Les ontologies 12

IV.5.2. Présentation du OWL 13

IV.5.3. Document OWL 13

IV.5.4. Structure d'une ontologie en OWL 14

IV.5.4.1. Espace de nommage 14

IV.5.4.2. En-tête d'une ontologie 15

IV.5.4.3. Eléments du langage 15

V. Travaux du Web sémantique et domaines d'application 22

V.1. Recherche d'information 22

V.2. l'adaptation /personnalisation 22

V.3. Intégration des sources de données hétérogènes 23

VI. Conclusion 23

I. Introduction 24

II. Les ontologies 24

II.1. Historique sur l'ontologie 24

II.2. Notion d'ontologie 25

II.2.1. Différence entre ontologie et base de connaissance 26

II.2.2. Différence entre ontologie et hiérarchie de classes 27

II.3. Composantes d'une ontologie 27

II.4. Classification des ontologies 28

II.4.1. Typologie selon l'objet de conceptualisation 28

II.4.2. Typologie selon le niveau de détail de l'ontologie 29

II.4.3. Typologie selon le niveau de complétude 29

II.4.4. Typologie selon le niveau de formalisme 30

II.5. Principes de construction des ontologies 30

II.5.1. Principes 30

II.6. Processus de construction 31

II.7. Méthodologies de construction 32

II.7.1. Méthode de Uschold et King «1995 » 32

II.7.2. Méthode de Uschold et King «1996 » 33

II.7.3. Méthode de Bernaras et al «1996 » 33

II.7.4. Méthode SENSUS de Swartout et al «1997 » 33

II.7.5. Méthode de Assenac-Grilles et al «2000 » 33

II.7.6. Méthode de Bachimont «2000 » 33

II.7.7. Méthode OntoSpec de Kassel «2002 » 34

II.8. Environnements et outils de modélisation 34

II.8.1. ONTOLINGUA 34

II.8.2. ONTOSAURUS 34

II.8.3. ODE 35

II.8.4. PROTÉGÉ 35

III. Les ontologies pour le e-learning 35

III.1. Définitions 35

III.1.1. Objet pédagogique 35

III.1.2. Profil utilisateur 36

III.1.3. Plate forme de formation 36

III.2. Besoin des systèmes e-learning 36

III.2.1. Besoin en archivage et recherche 36

III.2.2. Besoin de partage 38

III.2.3. Besoin en réutilisation des objets pédagogiques 38

III.2.4. Besoin en personnalisation et adaptation 39

III.3. Exemples de l'utilisation des ontologies 39

III.3.1. IMAT (Integrating Manuals And Training) 40

III.3.2. QBLS (Question Based Learning System) 40

III.3.3. VIUM (Projet de repérage et de visualisation du modèle de l'apprenant) 40

IV. Conclusion 41

I. Introduction 42

II. Conception de l'ontologie de l'application 42

II.1. Choix d'une méthodologie de construction 42

II.2. Respect des principes de construction 43

II.3. Présentation de l'ontologie conceptuelle 44

II.3.1. Liste des concepts 44

II.3.2. Liste des attributs 48

II.3.3. Liste des relations 50

II.3.4. Représentation hiérarchique des concepts 53

II.3.5. Diagramme UML 54

II.4. Schéma résumant la phase de l'ontologisation 55

II.5. Diagramme des cas d'utilisation 55

III. Conclusion 57

I. Introduction 58

II. Cahier des charges 58

III. les outils et le langage utilisés 58

III.1. Java Server Pages 58

III.2. Tomcat 60

III.3. Protégé 61

III.4. Jena 61

IV. Implémentation 62

IV. 1. Edition de l'ontologie et génération du code OWL 62

IV. 1.1. Choix d'un langage de spécification 62

IV. 1.2. Normalisation des noms de l'ontologie 63

IV.1.3. Les étapes de l'édition 63

IV. 1.4. Schéma résumant la phase de l'opérationnalisation 72

IV.2. Exploitation de code OWL dans un programme JAVA 72

IV.2.1. Suivi de session 74

IV.2.2. Architecture de l'application développée 75

V. La démarche suivie pour l'annotation des documents 75

VI. Exécution de l'application 75

VI. 1. Images d'exécution de l'application 77

VI. 1.1 Annotation d'un module 77

VI. 1.2. Annotation d'un enseignant 78

VI.1.3. Annotation d'un document 79

VI. 1.4. Recherche de documents 82

VI.2. Intégration de l'application sur la plate forme « Plone » 87

VII. Avantage de l'application 89

VIII. Conclusion 90

Conclusion générale 91

Fig I.1 : Exemple de représentation sous forme de graphe 11

Fig II.1 : Processus de construction d'une ontologie 32

FigIII. 1 : Représentation hiérarchique de l'ontologie 53

Fig.III.2 : Diagramme de classes UML 54

Fig.III.3 : phase d'ontologisation 55

Fig.III.4: Diagramme des cas d'utilisation 56

Fig.IV. 1: Exemple d'un programme JSP 59

Fig.IV.2 : Exécution d'un JSP 60

Fig.IV.3 : La page d'accueil de site http://jena.sourceforge.net/ 61

Fig.IV.4 : La documentation associé avec Jena 2-3 62

Fig.IV.5 : Lancement de Protégé 63

Fig.IV.6 : Choix de type de projet 64

Fig.IV.7 : Choix d'un espace des noms 64

Fig.IV.8 : Choix d'un langage 65

Fig.IV.9 : Page d'édition 65

Fig.IV. 10 : Création des classes 66

Fig.IV.11 : Les champs à remplir 66

Fig.IV.12 : Ajout d'une propriété 67

Fig.IV.13 : Spécification des contraintes de cardinalité 67

Fig.IV.14: Ajout d'une relation 68

fig.IV. 15 : Ajout de la relation inverse 68

Fig.IV.16 : Enregistrement de projet 69

Fig.IV.17 : un fragment de code OWL généré 70

Fig.IV. 18 : Génération de la documentation 71

Fig.IV.19 : Documentation de l'ontologie 71

Fig.IV.20 : Phase de l'opérationnalisation 72

Fig.IV.21 : Installation de JDK 1.4.2 73

Fig.IV.22: Ajout de la librairie Jena 73

Fig.IV.23 : Ajout de JDK 1.4.2 74

Fig.IV.24 : Architecture de l'application 75

Fig.IV.25 : Installation de serveur Tomcat 76

Fig.IV.26 : Emplacement de l'application 76

Fig.IV.27 : Annotation d'un module 78

Fig.IV.28: Annotation d'un enseignant 78

Fig.IV.29 : Affectation d'un module à un enseignant 79

Fig.IV.30 : Saisie de login de l'enseignant 79

Fig. IV.3 1: choix d'un module 80

Fig.IV.32 : Choix de type de document à annoter 80

Fig.IV.33 : préparation à la génération de formulaire d'acquisition des métadonnées 81

Fig.IV.34 : Annotation d'un support de cours 81

Fig.IV.35 : écran de recherche de document 82

Fig.IV.36: Recherche d'un support de cours 82

Fig.IV.37: Recherche d'un support de cours (suite)

83

Fig.IV.38: Recherche d'un support de cours (suite)

.83

Fig.IV.39 : Recherche d'un support de cours (suite)

84

Fig.IV.40 : Recherche d'un support de cours (suite)

84

Fig. IV.41: Recherche d'un support de cours (suite)

85

Fig.IV.42 : Lancement de la recherche de l'URI

85

Fig.IV.43 : Résultat de la recherche

86

Fig.IV.44 : Espace administrateur

87

Fig.IV.45 : Espace enseignant

88

Fig.IV.46: Espace étudiant

89

Introduction générale

A sa création par Tim Berners Lee, au début des années 90, l'objectif du Web était de permettre à tout internaute d'accéder et de partager un grand volume d'information sur le net. Le langage HTML a constitué une très bonne solution pour la mise en forme aisée et rapide de document en ligne, et très rapidement le Web a atteint ses objectifs.

Jusqu'ici on dispose d'un grand volume d'information, mais sans aucune maîtrise de contenu, le résultat est que l'utilisateur du Web gaspille une grande partie du son temps à examiner un grand nombre de page Web en cherchant ce qui lui convient, car le Web ne fournit pas un service dans ce sens.

C'est à partir de ce constat que les travaux du World Wide Web Consortium ont été orientés vers l'amélioration du Web afin de fournir de l'information pertinente aux utilisateurs, et de les décharger d'une grande partie de leurs tâches.

Le Web sémantique est donc la solution, cette nouvelle vision du Web consiste à rendre les ressources Web non seulement compréhensibles par les humains mais également par des machines, pour réaliser cette objectif le W3C commence à se doter de nouveaux langages et outils plus performants : XML, RDF, OWL ... etc.

Partant de séparation de contenu et de présentation grâce à XML, à la description des ressources Web par RDF, à la possibilité de faire des raisonnements par OWL, le Web sémantique commence à être une réalité et tout un axe de développement est ouvert.

Rendre le Web sémantique, est aussi munir les agents logiciel d'une certaine intelligence et donc d'une connaissance pour qu'ils puissent travailler en coopération avec l'homme.

Le Web sémantique a fait recourt à l'ingénierie des connaissances, pour disposer d'un outil de représentation des connaissances adéquat et il paraît que les ontologies étaient les plus adaptés pour un tel contexte. Une ontologie est un système conceptuel qui permet le partage de connaissances entre humains et ordinateurs et entre ordinateurs.

1

Les propriétés clés de l'architecture du Web Sémantique (sens partagé commun, métadonnées traitables par les machines), apparaissent suffisamment puissantes pour résoudre le problème de recherche d'information pertinente, celui d'adaptation et de personnalisation des contenus, ainsi que le problème d'intégration des sources de données hétérogènes.

De ce fait le Web Sémantique est considéré comme une plateforme adéquate pour implémenter un système e-learning, du moment qu'il fournit tous les moyens pour le développement d'ontologies permettant l'annotation du matériel d'apprentissage.

Cadre du projet

Notre projet se situe à l'intersection du Web sémantique avec le domaine d'enseignement à distance. Il ne s'agit pas cependant de développer tout un environnement de formation à distance, ou de couvrir toutes les utilisations d'ontologies dans ce domaine.

Le but de notre projet est de concevoir une ontologie pour annoter et rechercher des documents pédagogiques sur une plate forme d'enseignement à distance.

Travail à réaliser

Notre projet vise le développement d'une application qui permet l'annotation et la recherche de documents pédagogiques en exploitant les métadonnées qui les décrivent, pour réaliser notre objectif on va se servir des nouvelles technologies du Web sémantique.

Notre travail va se dérouler en trois grandes étapes :

1- Concevoir une ontologie d'application qui décrit les documents pédagogiques utilisés pour l'enseignement universitaire.

2- Se baser sur le vocabulaire fournis par l'ontologie pour annoter un ensemble de document de notre choix.

3- Effectuer la recherche des documents, on se basant sur leurs métadonnées. 2

Web sémantique

Ontologies & e-learning

Conception

Implémentation

1

Web sémantique

«The Semantic Web is an extension of the current web in which information is given well-defined meaning, better enabling computers and people to work in cooperation»

Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila The Semantic Web, Scientific American, May 2001

Introduction

Le Web Sémantique constitue un environnement dans lequel les humains et les machines vont communiquer selon une base sémantique .Une des caractéristiques principales est la compréhension partagée basée sur un squelette d'ontologie.

Le Web sémantique, en fait, est une architecture composée, il se base sur plusieurs technologies, spécifications et normes (ontologies, XML, RDF, RDFS, OWL).

Dans ce chapitre on va présenter ce qui est le Web sémantique, ainsi que ses langages et ses applications.

I. Insuffisance du Web actuel

Sur Internet on peut accéder à un grand volume d'information, ce qu'on considère depuis quelques années, insuffisant car on s'est rendu compte qu'il n'y a pas un réel partage de connaissance.

Une recherche d'information sur le Web repose sur l'utilisation de mots ou de phrases incluses dans des documents, ce qui conduit à des résultats non pertinents car on ne dispose d'aucune information de nature sémantique à propos du contenu.

II. Web sémantique, quoi de nouveau ?

Pour rendre le Web sémantique, il faut que toutes les ressources Web soient décrites par des

3

 

Web sémantique

Ontologies & e-learning

Conception

Implémentation

métadonnées, ce qui permet aux machines une meilleure exploitation de ces ressources.

On peut définir les métadonnées comme "des données relatives à des données" traitables par une machine [1], pour le cas des documents pédagogiques, le contenu des documents sont les données, et les informations relatives aux auteurs, à leurs champs d'intérêt, à leurs objectifs pédagogiques sont des métadonnées.

Par ressource on désigne tout ce qu'on peut trouver sur le Web: par exemple des documents, ou même une composante d'une autre ressource plus grande; par exemple un paragraphe spécifique d'un document

IV. Langage du Web sémantique

IV.1. le World Wide Web Consortium (W3C)

Fondé en 1994, pour développer les protocoles nécessaires à l'évolution du Web, c'est un consortium international qui regroupe de nombreux professionnels de l'industrie, du service, de la recherche et de l'enseignement partageant les mêmes objectifs d'évolution et de stabilisation à long terme des technologies du Web.

IV.2. Architecture du Web sémantique L'architecture du Web Sémantique proposée par W3C s'appuie sur une pyramide de langages :

Au niveau le plus bas se trouvent les données brutes codées par le standard Unicode, ces données possèdent une adresse URI (Uniforme Ressource Identifier) qui permet d'attribuer un identifiant unique à chaque ressource.

Ces données peuvent être structurées grâce à un langage de balises tels que XML (eXtensible Markup language). La syntaxe XML peut être considérée comme un premier niveau de sémantique, elle permet aux utilisateurs de structurer les données en fonction de leur contenu sans rien dire de la signification des structures.

Pour attribuer une signification à cette structure et relier d'une façon pertinente les différents éléments, Tim Berners-Lee propose le standard RDF (Resource Description Framework) comme standard de représentation, standard développée par le W3C.

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Web sémantique

Ontologies & e-learning

Conception

Implémentation

Ce langage a pour but de donner une organisation plus structurée des informations présentes sur le Web à travers une description sémantique des données fournies par XML [2].

La signification sémantique des données XML représentées par RDF est largement insuffisante pour assurer une bonne distinction des différents concepts, il faut qu'on puisse définir les concepts les uns par rapport aux autre, ce qui est possible avec RDFS et OWL.

IV.3. Langage XML

Actuellement, Internet est un simple moyen d'accès à du texte et à des images. Il n'existe pas de normes pour la recherche intelligente, l'échange de données, la présentation adaptable. Internet doit être plus qu'un espace d'accès à des informations et une norme d'affichage. Il doit définir une norme de gestion de l'information, une manière commune de représenter les données afin que les logiciels puissent plus facilement rechercher, déplacer, afficher et manipuler des informations. Le HTML en est incapable car il s'agit d'un format qui décrit l'affichage d'une page Web; il ne représente pas les données [3].

C'est à partir de ce constat que le W3C a mis en place la norme XML; XML fait Recommandation du W3C depuis le 10 février 1998, ce langage est un métalangage facilitant l'élaboration de langages à balises spécialisés.

Au départ, voilà une petite comparaison entre HTML et XML:

· HTML définit le format de mise en page (affichage ou impression) d'un document, alors que XML en définit la structure, le contenu, indépendamment de la mise en page. Les documents XML ont un DTD (Document Type Definition), les documents HTML n'en ont pas.

· La grammaire de HTML est fixe, définie par le standard, avec ses mots réservés et ses structures entre balises (tags). XML, au contraire, permet de définir n'importe quelle structure dans la mesure où elle est arborescente, avec notamment les balises que l'on veut. On peut ainsi définir des structures standard au niveau d'une profession, des DTD standards ont été définis pour l'automobile, la chimie, les banques, les mathématiques, etc.

· Les documents HTML ont une structure séquentielle avec un en-tête (header) et un corps (body). Les documents XML, eux, sont des hiérarchies [4].

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Conception

Implémentation

 

IV.3.1. Document XML

Une source de données est un document XML si elle est « bien formée », c'est à dire si elle correspond parfaitement à la spécification de XML.

Un document XML est représenté sous la forme d'un fichier texte structuré en éléments, à l'aide de balises éventuellement imbriquées.

En en-tête du document doit figurer un « prologue », une déclaration qui identifie le document comme un document XML. Ce prologue indique la version de XML employée, le codage de caractères, et si le document est associé à une DTD ou s'il est autonome.

Il existe un élément particulier : l'élément « racine », encore appelé « élément document ».

Cette racine doit contenir tous les autres éléments du document et ne peut apparaître qu'une fois dans un document XML.

A travers un exemple on va essayer de donner un aperçu général sur la structure d'un document XML, cependant on ne peut couvrir tout le détail du XML.

<?xml version=' 1.0' encoding="ISO-8859- 1"?>

<catalogue>

<stage id="XMLpres">

<intitule>XML et les bases de données</intitule>

<prerequis> connaître les langages SQL et HTML</prerequis> </stage>

</catalogue>

 

IV.3.2. Document XML valide

En XML, des DTD (Document Type Definitions) peuvent accompagner un document.

Elles définissent essentiellement les règles qui lui sont propres, telles que les éléments présents et la relation structurelle existant entre eux.

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Un document bien formé est dit valide lorsqu'il respecte une structure type définie dans une DTD.

Une DTD est un composant optionnel du prologue XML, elle peut être interne ou externe.

Elle est interne lorsque sa définition se trouve dans le document XML lui même, et si elle se trouve dans un autre fichier elle est donc externe.

Si on associe une DTD externe à l'exemple précédent on doit ajouter dans le prologue la balise suivante:

<!DOCTYPE catalogue SYSTEM "DTDexterne.dtd">

Voici le fichier DTDexterne.dtd:

<!ELEMENT catalogue (stage)*>

<!ELEMENT stage (intitule,prerequis)> <!ELEMENT intitule(#PCDATA)>

<!ELEMENT prerequis (#PCDATA | xref)*> <!ELEMENT xref EMPTY>

<ATTLIST stage id ID #REQUIRED>

 

· Un catalogue est constitué de 0 jusqu'à N stages (utilisation de *).

· Le symbole #PCDATA indique que l'élément intitule peut contenir toute les données XML.

· Un stage est constitué de deux éléments qui sont 'intitule' et 'prerequis'

· La balise <ATTLIST stage id ID #REQUIRED>

Sert à déterminer les attributs de l'élément stage, ici il y a un seul qui est "id", on a

spécifié qu'il est de type ID, cela veut dire que la valeur qu'il peut prendre est un symbole commençant par une lettre, et contient des lettres ,des chiffres, des caractères « - » , « _ », « . »,et « : ».

· Le symbole #REQUIRED indique que la valeur de l'attribut id doit être spécifié par l'auteur de document.

· Le symbole EMPTY désigne un élément vide. NB: Le symbole "| " se lit "et/ou", et le symbole "," veut dire "et".

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Implémentation

 

Cependant, la DTD peut figurer dans le document XML lui même en incluant dans le prologue l'ensemble des déclarations de la DTD comme suit:

<?xml version='1 .0'?>

<!DOCTYPE catalogue[

<!ELEMENT catalogue (stage)*>

<!ELEMENT stage (intitule,prerequis)> <!ELEMENT intitule(#PCDATA)>

<!ELEMENT prerequis (#PCDATA | xref)*> <!ELEMENT xref EMPTY>

<ATTLIST stage id ID #REQUIRED> ]>

</catalogue>

<catalogue>

<stage id="XMLpres">

<intitule>XML et les bases de données</intitule>

<prerequis> connaître les langages SQL et HTML</prerequis> </stage>

 

IV.3.3. Espace des noms

Un document peut utiliser plusieurs DTD à la fois ce qui peut conduire à des ambiguïtés, c'est le cas où deux éléments appartenants à deux DTD différentes, portent le même nom.

La solution est de préfixer le nom de l'élément par l'espace des noms auquel il appartient. IV.3.4. Feuilles de style

Un document XML peut être transformé en utilisant des feuilles de style XSLT (eXtensible Stylesheet Language Transformation) en un nouveau document : fichier XML, évidemment, mais également tout autre format texte (pages html, fichier PDF, etc.).

IV.3.5. Parseur XML

Un parseur XML vérifie le format et la validité de document XML, et offre la possibilité à un programme d'accéder au contenu de document.

Le parseur XML lit le document XML, et déclenche des événements contenants des informations sur la ligne lue. Par exemple, lorsqu'il rencontre des balise d'ouverture ou de fermeture.

XML offre deux interfaces de programmation (API) qui sont SAX (Simple API for XML) et DOM (Document Object Model).

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On se basant sur les évènements déclenchés par le parseur, on peut écrire un programme dans l'API SAX qui extrait les données qui nous intéresse.

On peut gérer le document XML autrement, grâce à l'API DOM qui s'articule autour d'une représentation hiérarchique du document XML.

IV.3.6. Avantage de XML

Le XML présente beaucoup d'avantages, on peut citer:

· Recherche plus significative

Les données peuvent être balisées de façon très précise en XML. Ainsi un utilisateur peut spécifier qu'il cherche des livres de `William Chekspir' plutôt que des livres qui parlent sur `William Chekspir'. En effectuant la même recherche et si le contenu n'est pas décrit en XML on aura comme réponse les deux types de livres simultanément.

· Vues multiples sur les données

En XML on décrit les données et non pas la manière dont elles seront affichés, ainsi les mêmes données peuvent avoir différentes représentations selon les préférences des utilisateurs.

· Traitement et manipulation de données en local

Les données au format XML, une fois transmises au client, peuvent être analysées, modifiées et manipulées en local, le traitement étant réalisé par les applications clientes.

· Interopérabilité

Des données provenant de plusieurs sources peuvent être intégrées et manipulées par différentes applications.

IV.3.7. Limitations du XML

C'est vrai qu'on peut définir nos propres balises en XML, mais ces balises restent compréhensibles par des humains et non plus par des machines.

Par exemple une machine ignore ce qui est un auteur dans une balise XML :<auteur>, et ne peut savoir quelle relation peut exister entre les concepts personne et auteur.

On ne peut exprimer par XML que des hiérarchies simples de données.

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IV.4. Langage RDF et RDFS

IV.4.1. RDF (1999)

Norme de description de ressources du Web proposée par le W3C, comme son nom l'indique, RDF (Ressource Description Framework) est un métalangage servant à encadrer la description de ressources, permettant de rendre plus "structurée" l'information nécessaire aux moteurs de recherche et, plus généralement, nécessaire à tous outil informatique analysant de façon automatisée des pages Web.

IV.4.1.1. Définition d'URI (Uniform Ressource Identifier)

Dans la perspective de rendre le Web sémantique, les choses doivent être clairement identifiées, sans quoi il n'est pas possible de partager l'information. La notion de personne fournit un bon exemple:il existe des dizaines de `François Martin' en France; comment décrire l'un d'eux sur le web, sans risquer de le confondre avec d'autres. La solution proposé par le web sémantique est d'associer un identifiant unique à chaque chose:il s'agit de l'URI. [5]

On peut créer n'importe quelle métadonnée sur n'importe quelle ressource du moment où on connaît son URI. On peut choisir les URL (Uniform Ressource Locator) comme des URI.

IV.4.1.2. Syntaxe RDF

RDF permet de formaliser des connaissances sous forme de triplets RDF .chaque triplet est constitué d'un sujet ,d'un prédicat et d'un objet, un ensemble de tels triplets est appelé graphe RDF.

Un objet peut être une ressource, un littéral (Une ressource référencé par une URI), ou une simple chaîne ou tout autre type de données primitif défini par XML.

Sur le graphe on représente les noeuds par des ovales, les feuilles par des rectangles et Les arrêtes sont étiquetés par des prédicats.

Ainsi si on prend l'énoncé suivant:

"http :// www.iutc3.uniacen.fr/serge/présentation-2003-06-19.pdf " a pour auteur

" http://www.iutc3.unicaen.fr/serge/", le nom de l'auteur est "serge Stinckwich ".

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Dans cet énoncé le sujet est bien" http://www.iutc3.uniacen.fr/serge/présentation-2003-06- 19.pdf",le prédicat est "a pour auteur", l'objet est " http://www.iutc3.unicaen.fr/serge/", qui représente lui même un sujet dans un deuxième triplet où le prédicat est "nom" et l'objet est

" serge Stinckwich ".

Voici la représentation de l'énoncé sous forme d'un graphe :

http://www.iutc3.uniacen.fr/serge/présentation-2003-06-19.pdf

ref Auteur

http://www.iutc3.unicaen.fr/serge/

Nom

Serge Stinckwich

Fig I.1 : Exemple de représentation sous forme de graphe RDF repose sur la syntaxe XML, ainsi notre énoncé sera écrit comme suit :

<?xml version=" 1.0"?>

<rdf:Description about=" http://www.iutc3 .unicaen.fr/serge/presentation-2003-06- 19.pdf">

<refAuteur ressource=" http://www.iutc3 .unicaen.fr/serge/"/>

</rdf:Description>

<rdf:Description about=" http://www.iutc3 .unicaen.fr/serge/">

<nom>Serge Stinckwich</nom>

</rdf:Description> </rdf:RDF>

 

IV.4.2. RDFS (2000)

L'objectif de RDF est de proposer un cadre formel de définition de métadonnées, sans préjuger des vocabulaires et syntaxes utilisés pour écrire ces métadonnées. Un schéma RDF avec des concepts de bases peut offrir cette capacité en utilisant des classes de ressources.

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RDFS (Ressource Description Framework Schema) ajoute à RDF la possibilité de définir des hiérarchies de classes et de propriétés dont l'applicabilité et le domaine de valeurs peuvent être contraints à l'aide des attributs rdfs:domain et rdfs:range, une classe est instanciée par l'utilisation de l'attribut rdf:type. [2]

Voici un exemple qui défini une classe « herbivore », et qui instancie de cette classe une ressource " http://www.ontoknowledge.org/Definedclass " , et la définie comme sous classe de la classe "animal":

<rdfs:Class rdf:ID="herbivore">

<rdf:type rdf:resource=" http://www.ontoknowledge.org/#DefinedClass"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#animal"/>

</rdfs:Class>

 

Voici un autre exemple qui utilise les attributs rdfs:domain et rdfs:range pour désigner que la propriété "frère de" est une fonction qui a pour domaine les individus de la classe "homme" et pour image les individus de la classe "humain" :

<rdf:Property rdf:ID="frère_de" > <rdfs:domain rdf:resource="#homme"/> <rdfs:range rdf:resource="#humain"/> </rdf:Property>

 

IV.5. Le langage OWL

IV.5.1. Les ontologies

Tout un chapitre sera consacré aux ontologies, mais une petite définition sera utile pour la compréhension du reste du chapitre.

Une ontologie est une représentation structurée des connaissances d'un domaine, sous forme d'un réseau de concepts reliés entre eux par des liens sémantiques.

Les recherches sur les ontologies sont essentielles pour la réalisation du Web sémantique. En
effet une fois construite et acceptée par une communauté particulière, une ontologie doit traduire

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un certain consensus explicite et un certain niveau de partage, qui sont essentiels pour permettre l'exploitation des ressources Web par différentes applications ou agent logiciels. [6]

Pour représenter les ontologies le W3C propose un standard qui est le OWL (Ontology Web Language).

IV.5.2. Présentation du OWL

OWL est tout comme RDF un langage XML profitant de l'universalité syntaxique du XML. OWL offre la possibilité d'écrire des ontologies Web.

Il ajoute la possibilité de faire la comparaison entre des propriétés et des classes: identité, équivalence, contraire, symétrie, cardinalité, transitivité, disjonction, etc.

OWL permet de définir un vocabulaire extrêmement riche, ce qui donne aux machines une plus grande capacité de manipulation du contenu Web.

Le W3C a doté OWL de trois sous langages offrant des capacités d'expression croissantes et c'est selon les besoins qu'on choisit le langage qui convient.

· OWL Lite est le sous langage de OWL le plus simple, il est destiné à représenter des hiérarchies de concepts simples.

· OWL DL est plus complexe que le précédent, il est fondé sur la logique descriptive d'ou son nom (OWL Description Logics) .Il est adapté pour faire des raisonnements, et il garantit la complétude des raisonnement et leurs décidabilité.

· OWL Full est la version la plus complexe du OWL, destiné aux situations ou il est important d'avoir un haut niveau de capacité de description, quitte à ne pas pouvoir garantir la complétude et la décidabilité des calculs liés à l'ontologie. [7]

IV.5.3. Document OWL

Les ontologies OWL se présentent sous forme de fichiers texte, avec extension <<.owl>>ou <<.rdf>>. L'intégralité du vocabulaire de OWL provient de l'espace de nom de OWL, http://www.w3.org/2002/07/owl#.

OWL repose sur RDF et RDFS, et ajoute notamment des nouvelles balises.

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IV.5.4. Structure d'une ontologie en OWL

Cette partie indique les principaux éléments constituant une ontologie OWL. IV.5.4.1. Espace de nommage

Afin de pouvoir employer des termes dans une ontologie, il est nécessaire d'indiquer avec précision de quels vocabulaires ces termes proviennent. C'est la raison pour laquelle, une ontologie commence par une déclaration d'espace de nom contenue dans une balise rdf:RDF.

Supposons que nous souhaitons écrire une ontologie sur une population de personnes ou, d'une manière plus générale, sur l'humanité. Voici la déclaration d'espace de nom qui pourrait être employée :

<rdf:RDF

xmlns = " http://domain.tld/path/humanite#"

xmlns:humanite= " http://domain.tld/path/humanite#" xmlns:base = " http://domain.tld/path/humanite#" xmlns:vivant = " http://otherdomain.tld/otherpath/vivant#" xmlns:owl = " http://www.w3.org/2002/07/owl#"

xmlns:rdf = " http://www.w3.org/1 999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:rdfs = " http://www.w3.org/2000/0 1/rdf-schema#" xmlns:xsd = " http://www.w3.org/2001/XMLSchema#">

 

Les deux premières déclarations identifient l'espace de nommage propre à l'ontologie que nous sommes en train d'écrire. La première déclaration d'espace de nom indique à quelle ontologie se rapporter en cas d'utilisation de noms sans préfixe dans la suite de l'ontologie. La troisième déclaration identifie l'URI de base de l'ontologie courante.

La quatrième déclaration signifie simplement que, au cours de la rédaction de l'ontologie humanité, on va employer des concepts développés dans une ontologie vivant, qui décrit ce qu'est un être vivant.

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Les quatre dernières déclarations introduisent le vocabulaire d'OWL et les objets définis dans l'espace de nommage de RDF, du schéma RDF et des types de données du Schéma XML.

IV.5.4.2. En-tête d'une ontologie

A la suite de la déclaration d'espaces de nom, un en-tête décrivant le contenu de l'ontologie courante. C'est la balise owl:Ontology qui permet d'indiquer ces informations :

<owl:Ontology rdf:about="">

<rdfs:comment>Ontologie décrivant l'humanité</rdfs:comment> <owl:imports rdf:resource=" http://otherdomain.tld/otherpath/vivant"/> <rdfs:label>Ontologie sur l'humanité</rdfs:label>

 

IV.5.4.3. Eléments du langage

Cette partie ne va pas reprendre toutes les finesses de OWL Lite, OWL DL et OWL Full, mais uniquement les plus importantes.

> Les classes

Une classe définit un groupe d'individus qui sont réunis parce qu'ils ont des caractéristiques similaires. L'ensemble des individus d'une classe est désigné par le terme « extension de classe », chacun de ces individus étant alors une « instance » de la classe. Les trois versions d'OWL comportent les mêmes mécanismes de classe, à ceci près que OWL FULL est la seule version à permettre qu'une classe soit l'instance d'une autre classe (d'une méta classe). A l'inverse, OWL Lite et OWL DL n'autorisent pas qu'une instance de classe soit elle-même une classe.

> Déclaration de classe

La déclaration d'une classe se fait par le biais du mécanisme de « description de classe », qui se présente sous diverses formes. Une classe peut ainsi se déclarer de six manières différentes :


· l'indicateur de classe

La description de la classe se fait, dans ce cas, directement par le nommage de cette classe. Une classe « humain » se déclare de la manière suivante :

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<owl:Class rdf:ID="Humain" />

Il est à noter que ce type de description de classe est le seul qui permette de nommer une classe. Dans les cinq autres cas, la description représente une classe dite « anonyme », crée en plaçant des contraintes sur son extension.

~ l'énumération des individus composant la classe

Ce type de description se fait en énumérant les instances de la classe, à l'aide de la propriété owl:oneOf :

<owl:Class>

<owl:oneOf rdf:parseType="Collection"> <owl:Thing rdf:about="#Damien" /> <owl:Thing rdf: about="#Olivier" /> <owl:Thing rdf: about="#Philippe" /> <owl:Thing rdf:about="#Xavier" /> <owl:Thing rdf:about="#Yves" /> </owl:oneOf>

</owl:Class>

 

Si ce mécanisme est utilisable avec OWL DL et OWL FULL, il ne fait cependant pas partie de OWL Lite.


· La restriction de propriétés

La description par restriction de propriété permet de définir une classe anonyme composée de toutes les instances de owl:Thing qui satisfont une ou plusieurs propriétés.

Ces contraintes peuvent être de deux types : contrainte de valeur ou contrainte de cardinalité.

Une contrainte de valeur s'exerce sur la valeur d'une certaine propriété de l'individu (par exemple, pour un individu de la classe Humain, sexe = Homme), tandis qu'une contrainte de cardinalité porte sur le nombre de valeurs que peut prendre une propriété (par exemple, pour un individu de la classe Humain, aPourFrere est une propriété qui peut ne pas avoir de valeur, ou avoir plusieurs valeurs, suivant le nombre de frères de l'individu. La contrainte de cardinalité

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portant sur aPourFrere restreindra donc la classe décrite aux individus pour lesquels la propriété aPourFrere apparaît un certain nombre de fois).

Enfin, les descriptions par intersection, union ou complémentaire permettent de décrire une classe par l'intersection, l'union ou le complémentaire d'autres classes déjà définies, ou dont la définition se fait au sein même de la définition de la classe courante .

Dans l'exemple on définit une nouvelle classe qui est l'intersection de la classe collection avec la restriction de la classe etudiantsENST sur les étudiants ayant deux frères:

<owl:Class>

<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection">

<owl:Class rdf: about="#etudiantsENST" />

<owl:Restriction>

<owl:onProperty rdf:resource="#aPourFrere" />

<owl:cardinality rdf:datatype="&xsd;nonNegativeInteger"> 2

</owl:cardinality>

</owl:Restriction >

</owl:intersectionOf>

</owl:Class>

 

> Héritage

Il existe dans toute ontologie OWL une superclasse, nommée Thing, dont toutes les autres classes sont des sous-classes. Ceci nous amène directement au concept d'héritage, disponible à l'aide de la propriété subClassOf :

<owl:Class rdf:ID="Humain">

<rdfs:subClassOf rdf:resource="&etre;#EtreVivant" /> </owl:Class>

<owl:Class rdf:ID="Homme">

<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Humain" />

 

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</owl:Class>

<owl:Class rdf:ID="Femme">

<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Humain" />

</owl:Class>

Enfin, il existe également une classe nommée noThing, qui est sous-classe de toutes les classes OWL. Cette classe ne peut avoir aucune instance.

> Les instances de classe

La définition d'un individu consiste à énoncer un « fait », encore appelé « axiome d'individu ». On peut distinguer deux types de faits :

~ les faits concernant l'appartenance à une classe

La plupart des faits concernent généralement la déclaration de l'appartenance d'un individu à une classe et les valeurs de propriété de cet individu. Un fait s'exprime de la manière suivante :

<Humain rdf:ID="Pierre">

<aPourPere rdf:resource="#Jacques" /> <aPourFrere rdf:resource="#Paul" /> </Humain>

 

Le fait écrit dans cet exemple exprime l'existence d'un Humain nommé « Pierre » dont le père s'appelle « Jacques », et qu'il a un frère nommé « Paul ».

On peut également instancier un individu anonyme en omettant son identifiant :

<Humain>

<aPourPere rdf:resource="#Jacques" /> <aPourFrere rdf:resource="#Paul" /> </Humain>

 

Ce fait décrit, dans ce cas, l'existence d'un Humain dont le père se nomme « Jacques » et qui a un frère nommé « Paul ».

~ les faits concernant l'identité des individus

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Une difficulté qui peut éventuellement apparaître dans le nommage des individus concerne la non-unicité éventuelle des noms attribués aux individus. Par exemple, un même individu pourrait être désigné de plusieurs façons différentes.

C'est la raison pour laquelle OWL propose un mécanisme permettant de lever cette ambiguïté, à l'aide des propriétés owl:sameAs, owl:diffrentFrom et owl:allDifferent.

L'exemple suivant permet de déclarer que les noms « Louis_XIV » et « Le_Roi_Soleil » désignent la même personne.

<rdf:Description rdf:about="#Louis_XIV"> <owl:sameAs rdf:resource="#Le_Roi_Soleil" /> </rdf:Description>

 

> Les propriétés

Maintenant que l'on sait écrire des classes OWL, il ne manque plus que la capacité à exprimer des faits au sujet de ces classes et de leurs instances. C'est ce que permettent de faire les propriétés OWL.

OWL fait la distinction entre deux types de propriétés :

· les propriétés d'objet permettent de relier des instances à d'autres instances

· les propriétés de type de donnée permettent de relier des individus à des valeurs de données.

Une propriété d'objet est une instance de la classe owl:ObjectProperty, une propriété de type de donnée étant une instance de la classe owl:DatatypeProperty. Ces deux classes sont elles même sous-classes de la classe RDF rdf:Property.

La définition des caractéristiques d'une propriété se fait à l'aide d'un axiome de propriété qui, dans sa forme minimale, ne fait qu'affirmer l'existence de la propriété

<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourParent" />

Cependant, il est possible de définir beaucoup d'autres caractéristiques d'une propriété dans un axiome de propriété.

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> Définition d'une propriété

Afin de spécifier une propriété, il existe différentes manières de restreindre la relation qu'elle symbolise. Par exemple, si on considère que l'existence d'une propriété pour un individu donné de l'ontologie constitue une fonction faisant correspondre à cet individu un autre individu ou une valeur de donnée, alors on peut préciser le domaine et l'image de la propriété. Une propriété peut également être définie comme la spécialisation d'une autre propriété.

<owl:ObjectProperty rdf:ID="habite"> <rdfs:domain rdf:resource="#Humain" /> <rdfs:range rdf:resource="#Pays" /> </owl:ObjectProperty>

Dans l'exemple ci-dessus, la propriété habite a pour domaine la classe Humain et pour image la classe Pays : elle relie des instances de la classe Humain à des instances de la classe Pays. Dans le cas d'une propriété de type de donnée, l'image de la propriété peut être un type de donnée, de Schéma XML.

Par exemple, on peut définir la propriété de type de données anneeDeNaissance :

<owl:Class rdf:ID="dateDeNaissance" />

<owl:DatatypeProperty rdf:ID="anneeDeNaissance"> <rdfs:domain rdf:resource="#dateDeNaissance" /> <rdfs:range rdf:resource="&xsd;positiveInteger"/> </owl:DatatypeProperty>

Dans ce cas, anneDeNaissance fait correspondre aux instances de la classe de dateDeNaissance des entiers positifs .On peut également employer un mécanisme de hiérarchie entre les propriétés, exactement comme il existe un mécanisme d'héritage sur les classes :

<owl:Class rdf:ID="Humain" />

<owl:ObjectProperty rdf:ID="estDeLaFamilleDe"> <rdfs:domain rdf:resource="#Humain" />

<rdfs:range rdf:resource="#Humain" />

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</owl:ObjectProperty> <owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere">

<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#estDeLaFamilleDe" />

<rdfs:range rdf:resource="#Humain" />

...

</owl:ObjectProperty> </owl:Class>

La propriété aPourFrere est une sous propriété de estDeLaFamilleDe, ce qui signifie que toute entité ayant une propriété aPourFrere d'une certaine valeur a aussi une propriété estDeLaFamilleDe de même valeur.

> Caractéristiques des propriétés

En plus de ce mécanisme d'héritage et de restriction du domaine et de l'image d'une propriété, il existe divers moyens d'attacher des caractéristiques aux propriétés, ce qui permet d'affiner grandement la qualité des raisonnements liés à cette propriété.

Parmi les caractéristiques de propriétés principales, on trouve la transitivité, la symétrie, l'inverse, etc. L'ajout d'une caractéristique à une propriété de l'ontologie se fait par l'emploi de la balise type :

<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourPere"> <rdfs:domain rdf:resource="#Humain" /> <rdfs:range rdf:resource="#Humain" /> </owl:ObjectProperty>

<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere">

<rdf:type rdf:resource="&owl; SymmetricProperty" />

<rdfs:domain rdf:resource="#Humain" /> <rdfs:range rdf:resource="#Humain" /> </owl:ObjectProperty>

<Humain rdf:ID="Pierre">

<aPourFrere rdf:resource="#Paul" />

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<aPourPere rdf:resource="#Jacques" /> </Humain>

L'Humain Pierre a pour frère Paul, de même que (symétrie) l'Humain Paul a pour frère Pierre.
Par contre, si Pierre a pour père Jacques, l'inverse n'est pas vrai (aPourPere n'est pas symétrique).

V. Travaux du Web sémantique et domaines d'application

V.1. Recherche d'information

Le Web sémantique cherche à atteindre une certaine maîtrise des contenus, afin de fournir des réponses pertinentes aux utilisateurs.

A titre d'exemple, un enseignant qui cherche un document de type « course» aura certainement une réponse pertinente du moment qu'il peut exprimer qu'il cherche un document de type « course » , est que tout les document ont une métadonnée « type de document» qui provient de l'ontologie qui décrit les documents pédagogique ; ce n'est pas le cas si la requête a été lancé sur un moteur de recherche classique, qui va retourné des documents contenant le mot « course » et ceux qui contiennent le mot « of course».

La recherche d'information fait partie de la plus part des applications Web, on peut citer : le e-learning, le e-commerce, ... etc.

V.2. l'adaptation /personnalisation

Au travers d'Internet, un nombre potentiellement infini de services et de documents est accessible à tous les usagers. La plupart des services et documents fournis actuellement sur Internet proposent 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. [6]

C'est le cas dans un système e-learning, on cherche à adapter le contenu d'apprentissage aux préférences des apprenants, et de donner la possibilité aux enseignants de réutiliser un contenu, de le combiner avec un autre pour construire un nouveau document.

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Tout cela peut être possible si le contenu et la structure des documents utilisés pour la formation, sont décrits par le biais des ontologies et si on arrive à avoir des standards de modèles utilisateur/utilisation sous formes d'ontologies.

V.3. Intégration des sources de données hétérogènes

Le but d'intégration des sources de données hétérogènes, est d'offrir aux utilisateurs une vision homogène du système qui les utilise .Le e-commerce présente un très bon exemple des domaines qui peuvent bénéficier d'une telle amélioration.

Avant, l'utilisateur était obligé d'interroger lui même ces source de données, chacune avec son langage de requête ; des travaux ont été faits dans le cadre de Web pour construire des systèmes homogènes en se basant sur une des deux approches:l'approche médiateur et l'approche entrepôts de données.

Le Web sémantique réutilise l'approche médiateur, tout en ajoutant une ontologie qui va fournir un vocabulaire commun, qui sera utilisé pour interroger le système.

Un médiateur va interroger les sources de données, et répondre à la requête lancée par l'utilisateur, en utilisant également les termes de l'ontologie.

VI. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté la nouvelle vision du Web sémantique, qui vient pour améliorer l'exploitation des ressources sur le Web, on ajoutant des métadonnées traitables par machine.

Nous avons présenté comment la norme XML a construit un premier niveau sémantique, qui est à la base des langages RDF, RDFS et OWL qui permettent l'écriture des métadonnées décrivant les ressources Web.

On a aussi parler de quelques travaux du Web sémantique, et de comment l'usage des ontologies en particulier, permet d'améliorer la recherche d'information, l'adaptation, personnalisation des contenus et encore l'intégration du sources de données hétérogènes, chose qui va satisfaire les utilisateurs de la plupart des applications Web dans différents domaines et y compris le

e-learning.

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Ontologies are formal and consensual specifications of conceptualizations that provide a shared
understanding of a domain, an understanding that can be communicated across people and
application systems.
(Fensel D., Ontologies: A Silver Bullet for knowledge
Management and Electronic Commerce ,Springer ,
Berlin-Heidelberg-New York, 2004)

I. Introduction

La démarche du Web sémantique consiste à ajouter des métadonnées aux ressources Web qui décrivent leurs contenus et leurs fonctionnalités, ces métadonnées doivent s'appuyer sur des ontologies afin de pouvoir être partagés et munies d'interprétations opérationnelles. Les ontologies constituent l'une des bases les plus importantes de l'approche Web sémantique pour le e-learning.

Ce chapitre contient une présentation de la notion d'ontologie, une description des méthodologies et des outils d'ingénierie ontologique suivie par une exploration de l'apport des ontologies aux systèmes e-learning.

II. Les ontologies II.1. Historique sur l'ontologie

L'ingénierie de connaissances (IC) a longtemps été considérée comme le domaine de prédilection du développement d'expertise en conception de système à base de connaissances. Malgré le fait que l'ingénierie des connaissances ait contribué à accroître cette expertise en l'organisant dans une perspective computationnelle, certains membres de la communauté de l'intelligence ont éprouvé le besoin de passer à une ingénierie s'appuyant plus solidement sur des fondements théoriques et méthodologiques, afin d'améliorer la conception des systèmes intelligents ;historiquement, l'ingénierie ontologique (IO) a émergé de l'ingénierie des connaissances l'ingénierie ontologique permet de spécifier la conceptualisation d'un système,

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c'est à dire, de lui fournir une représentation formelle des connaissances qu'il doit acquérir, sous la forme de connaissances déclaratives exploitables par un agent. Ainsi, l'exploitation par un mécanisme d'inférence, d'une représentation de type déclarative telle que l'ontologie, tout en suivant les règles d'inférence définie dans cette ontologie, est la source de l'intelligence de système.

L'ingénierie de connaissances a ainsi donné naissance à l'ingénierie ontologique, où l'ontologie est l'objet clé sur lequel il faut se pencher. La nécessité d'une ontologie et d'une ingénierie ontologique des systèmes à base de connaissances commence à être comprise et accepté. [8]

II.2. Notion d'ontologie

Le mot « Ontologie » vient du grec : ontos pour être et logos pour univers. C'est un terme philosophique introduit au XIXème siècle qui caractérise l'étude des êtres dans notre univers.

En informatique, plusieurs définitions ont été données à l'ontologie :

En 1993, Gruber propose sa définition : « An ontology is an explicit specification of a conceptualization »

En 1997, Borst modifia légèrement la définition de Gruber en énonçant que: « Une ontologie est définie comme étant une spécification formelle d'une conceptualisation partagé »

Ces deux définitions ont été expliquées par Studer et ses collègues comme suit : Conceptualisation réfère à un modèle abstrait d'un phénomène dans le monde, en ayant identifiés les concepts appropriés à ce phénomène.

Explicite signifie que le type de concepts utilisés et les contraintes liés à leur usage sont définis explicitement.

Formel réfère au fait qu'une ontologie doit être traduite en langage interprétable par une machine.

Partagé réfère au fait qu'une ontologie capture la connaissance consensuelle,c'est-à-dire non réservée à quelques individus,mais partagée par un groupe ou une communauté.[8]

Le domaine de l'ontologie attire l'attention parce qu'une ontologie fournit :

1) une structure conceptuelle de base à partir de laquelle il est possible de développer des systèmes à base de connaissances qui soient partageables, et réutilisables.

2) l'interopérabilité entre les sources d'information et de connaissances.

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Considérons les différences entre deux types d'ontologies : une ontologie orientée Web sémantique, et une ontologie orientée concept. Une ontologie orienté concept traite les concepts fondamentaux du monde cible qui demandent à être examinés en profondeur tandis qu'une ontologie orienté Web sémantique est un vocabulaire lisible par ordinateur qui définit la signification des métadonnées ; elle est utilisée principalement pour réaliser l'interopérabilité sémantique entre les ressources informationnelles grâce aux métadonnées. Ce type d'ontologies peut être qualifiée d'ontologie de surface, puisqu'elle ne traite pas nécessairement de la structure conceptuelle profonde du monde cible. [9]

Pour mieux saisir la notion d'ontologie on présente ici ce qui est la différence entre une ontologie et une base de connaissance et entre une ontologie et une hiérarchie de classes dans le paradigme orienté objet.

II.2.1. Différence entre ontologie et base de connaissance

Farquhar en 1997 lors d'un forum de discussion sur l'ontologie propose que plus la réponse aux questions suivantes soit positive, plus c'est ontologique que base de connaissance:

« Est ce que cela exprime la connaissance consensuelle d'une communauté de gens ? Est-ce que les gens l'utilisent comme une référence de termes définis avec précision ? Est-ce que le langage utilisé est suffisamment expressif pour que les gens puissent dire ce qu'ils veulent dire ? Est-ce que cela peut être utilisé pour de multiples cas de résolution de problèmes ? Est-ce que c'est stable ? Est-ce que cela peut être utilisé pour résoudre une variété de différents types de problèmes ? Est-ce que cela peut être utilisé comme pont de départ pour construire de multiples types d'applications incluant une base de connaissances, un schéma de base de données ou un programme orienté objet ? ».

Cela veut dire qu'une différenciation claire entre « ontologie » et « base de connaissances» devrait se faire à partir de son rôle, une ontologie fournit un système de concepts qui sont utilisées pour construire une base de connaissances par-dessus ; par conséquent, une ontologie peut être une spécification de la conceptualisation du monde cible que se fait l'ingénieur qui construit la base de connaissances, donc un méta système d'une base de connaissances traditionnelle.

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II.2.2. Différence entre ontologie et hiérarchie de classes

Au niveau supérieur, la méthodologie de développement d'une ontologie et celle d'une hiérarchie orientée objet sont similaires. Cependant au niveau inférieur, l'ontologie se concentre sur les aspects déclaratifs tandis que la hiérarchie orientée objet se concentre sur les aspects reliés à la performance. Par conséquent, la différence essentielle entre les deux est que l'ontologie exploite la représentation déclarative, tandis que le paradigme orienté objet est intrinsèquement procédural, la signification d'une classe, d'une relation entre des classes, ainsi que les méthodes sont intégrées de façon procédurale.

Dans le paradigme ontologique les descriptions sont faites de façon déclarative, ce qui permet au système de modifier son comportement en modifiant la connaissance qu'il possède. [9]

II.3. Composantes d'une ontologie

Les connaissances décrivant un domaine on utilisant la notion d'ontologie sont représentés par
les cinq éléments suivants : Les concepts, les relations, les axiomes, les fonctions et les instances.

· Concept

Les concepts peuvent être une pensée, un principe, une notion profonde. Ils sont appelées aussi termes ou classes de l'ontologie, selon Gomez Pérez ces concepts peuvent être classifiés selon plusieurs dimensions :

1) niveau d'abstraction (concret ou abstrait).

2) Atomicité (élémentaire ou composée).

3) Niveau de réalité (réel ou fictif).

· Relation

Les relations d'une ontologie désigne les différentes interactions et corrélations entre les concepts de l'ontologie ces relations englobent les associations suivantes :

Sous classe de (spécification ou généralisation), partis de (agrégation ou composition), associé a, instance de, est un ... etc.

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· Axiome

Les axiomes sont utilisés pour décrire les assertions de l'ontologie qui seront considérés après comme vrais, cette détermination a pour but de définir les significations des composants d'ontologie, les contraintes sur les valeurs des attributs, et les arguments de relations.

· Fonction Elles constituent des cas particuliers de relation, dans laquelle un élément de la relation, le nième

est défini en fonction des n-1 éléments précédents.

· Instance

C'est une définition extensionnelle de l'ontologie, par exemple les individus « Amina » et « Saloua » sont des instances du concept «personne». [2]

II.4. Classification des ontologies

Les ontologies peuvent être classifiées selon plusieurs dimensions. Parmi celles-ci, nous en examinerons quatre :

II.4.1. Typologie selon l'objet de conceptualisation

Par rapport à l'objet de la conceptualisation de l'ontologie, quatre catégories au moins peuvent être identifiées :

· Ontologie d'application

Contrairement a l'ontologie de domaine, l'ontologie d'une application donnée ne peut pas être réutilisée pour d'autre application, elle sert a décrire des conceptualisations de domaine spécifique à l'application en question.

· Ontologie de domaine

Ces ontologies peuvent être réutilisées pour plusieurs applications qui touchent un domaine, elle concerne la description et la définition des connaissances d'un domaine à la qu'elle l'application désirée appartienne.

· Ontologie générique (ontologie de haut niveau)

Cette ontologie a l'objectif d'exprimer les connaissances acceptables par différents domaines, elle permet de catégoriser les choses du monde, par exemple, les relations, les actions, l'espace, le temps, etc.

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· Ontologie de représentation des connaissances (méta ontologie) Elle décrit les concepts utilisés par les langages de représentation des ontologies. II.4.2. Typologie selon le niveau de détail de l'ontologie

par rapport au niveau de détail utilisé lors de la conceptualisation de l'ontologie en fonction de l'objectif opérationnel envisagé pour l'ontologie, deux catégories au moins peuvent être identifiées :

· Granularité fine

On parle sur ce niveau lorsque les ontologies sont très détaillées, ou possèdent un vocabulaire plus riche capable d'assurer une description détaillée des concepts pertinents d'un domaine ou d'une tâche. Ce niveau de granularité peut s'avérer utile lorsqu'il s'agit d'établir un consensus entre les agents qui l'utiliseront.

· Granularité large

Correspondant à un vocabulaire moins détaillé comme par exemple dans les scénarios d'utilisation spécifiques où les utilisateurs sont déjà préalablement d'accord à propos d'une conceptualisation sous -jacente. Les ontologies de haut niveau possèdent une granularité large, compte tenu que les concepts qu'elles traduisent sont normalement raffinés subséquemment dans d'autres ontologies de domaine ou d'application.

II.4.3. Typologie selon le niveau de complétude

Par rapport au niveau de complétude, trois catégories au moins peuvent être identifiées :

· Niveau sémantique

Tous les concepts (caractérisés par un terme/libellé) doivent respecter les quatre principes différentiels :

> communauté avec l'ancêtre.

> différence (spécification) par rapport à l'ancêtre.

> communauté avec les concepts frères (situés au même niveau).

> différence par rapport au concepts frères (sinon il n'aurait pas lieu de le définir).

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Ces principes correspondent à l'engagement sémantique qui assure que chaque concept aura un sens univoque. Deux concepts sémantiques sont identiques si l'interprétation du terme à travers les quatre principes différentiels aboutit à un sens équivalent.

· Niveau référentiel

Outre les caractéristiques énoncées au niveau précédent, les concepts référentiels (ou formels) se caractérisent par un terme dont la sémantique est définie par une extension d'objets. L'engagement ontologique spécifie les objets du domaine qui peuvent être associés aux concepts, conformément à sa signification formelle. Deux concepts formels sont identiques s'ils possèdent la même extension.

· Niveau opérationnel

Outre les caractéristiques énoncées au niveau précédent, les concepts du niveau opérationnel ou computationnel sont caractérisés par les opérations qu'il est possible de leur appliquer pour générer des inférences (engagement computationnel).deux concepts opérationnels sont identiques s'ils possèdent le même potentiel d'inférence.

II.4.4. Typologie selon le niveau de formalisme

Par rapport au niveau du formalisme de représentation du langage utilisé pour représenter les ontologies, on distingue des ontologies:

· informelles :dans un langage naturel (sémantique ouverte).

· semi informelles : dans un langage naturel structuré et limité.

· semi formelles :dans un langage artificiel défini formellement.

· formelles : dans un langage artificiel contenant une sémantique formelle. [2] II.5. Principes de construction des ontologies

Le processus de construction d'ontologies, appelé ingénierie ontologique, peut être décrit selon les principes qui le gouvernent, et les méthodologies et les outils qui le soutiennent.

II.5.1. Principes

Il existe un ensemble de critères et de principes qui ont fait leurs preuves dans le développement des ontologies et qui peuvent être résumés comme suit :

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· Clarté et objectivité (Gruber)

L'ontologie doit fournir la signification des termes définis en fournissant des définitions objectives ainsi qu'une documentation en langue naturelle.

· Complétude (Gruber)

Une définition exprimée par des conditions nécessaires et suffisantes est préférée à une définition partielle (définie seulement par une condition nécessaire et suffisante).

· Cohérence (Gruber)

Une ontologie cohérente doit permettre des inférences conformes à ces définitions.

· Extensibilité ontologique maximale (Gruber)

De nouveaux termes généraux et spécialisés devraient être inclus dans l'ontologie d'une façon qui n'exige pas la révision des définitions existantes (des définitions sur mesure).

· Principe de distinction ontologique (Borgo)

Les classes dans une ontologie devraient être disjointes.

· Distance sémantique minimale (Arpirez)

Il s'agit de la distance minimale entre les concepts enfants de mêmes parents. Les concepts similaires sont groupés et représentés comme les sous classes d'une classe, et devraient être définis en utilisant les même primitives, considérant que les concepts qui sont moins similaires sont représentés plus loin dans la hiérarchie.

· Normalisation des noms (Arpirez) Ce principe indique qu'il est préférable de normaliser les noms autant que possible.

Cet ensemble de critères et de processus est généralement accepté pour guider le processus d'ingénierie ontologique. [8]

II.6. Processus de construction

Le processus de construction d'une ontologie exploitable au sein d'un système informatique repose sur deux étapes : l'ontologisation et l'opérationnalisation.

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· L'ontologisation consiste à construire une ontologie conceptuelle. Construire une ontologie signifie qu'on a l'intention de fournir une description du monde cible qui soit libre ou aussi libre que possible, face à cette tâche l'ingénieur ontologique considère les différentes sources de connaissance: des glossaires de termes, d'autres ontologies, des textes, d'interviews d'experts, etc.

· L'opérationnalisation consiste à coder l'ontologie conceptuelle obtenue à l'aide d'un langage de représentation de connaissances opérationnel (doté de mécanismes d'inférences).

Ontologisation

 

Opérationnalisation

 

Thesaurus, glossaires, Ontologies, cours, Textes, experts, etc.

 
 
 
 
 
 

Ontologie Opérationnelle

 
 
 

Ontologie Conceptuelle

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Fig II.1. Processus de construction d'une ontologie

Il est à noter que ce processus n'est pas linéaire et que de nombreux allers-retours sont a priori nécessaires pour développer une ontologie opérationnelle adaptée aux besoins.

II.7. Méthodologies de construction

II.7.1. Méthode de Uschold et King «1995 »

Ils ont proposé la première méthode d'ingénierie "générale", résultat de leurs travaux de construction d'ontologies dans le domaine de la gestion des entreprises. Initialement, cette méthode reposait sur quatre étapes :

- Identifier le but et la portée de l'ontologie.

- Construire l'ontologie : capturer les connaissances, coder, réutiliser et intégrer des ontologies existantes.

- Évaluer l'ontologie.

- Documenter l'ontologie.

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II.7.2. Méthode de Uschold et King «1996 »

Distinguent trois possibilités pour identifier les concepts qui seront présents dans l'ontologie :

- On part des concepts les plus génériques que l'on déclinera en concepts de plus en plus spécifiques. Il s'agit d'une approche de haut en bas (ou TOP DOWN).

- On part au contraire, de concepts spécifiques que l'on organise avec des concepts plus génériques. C'est une approche de bas en haut (ou BOTTOM UP).

- Identifier les concepts les plus importants (pas forcément spécifiques ou génériques) et partir de ceux-ci pour trouver les concepts plus génériques et plus spécifiques dont on aura besoin. Cette approche part du milieu vers les extrémités (ou MIDDLE OUT).

Dans la pratique, il n'y a pas d'approche purement « TOP DOWN » ou « BOTTOM UP » surtout lorsqu'une ontologie déjà existante est réutilisée.

II.7.3. Méthode de Bernaras et al «1996 »

Elle est conditionnée au développement d'une application. Elle repose sur trois points :

- Spécifier l'application basée sur l'ontologie en particulier les termes à collecter et les tâches à effectuer en utilisant cette ontologie.

- Organiser les termes en utilisant les méta catégories : concepts, relations, attributs, etc.

- Affiner l'ontologie et la structurer selon des principes de modularisation et d'organisation hiérarchiques.

II.7.4. Méthode SENSUS de Swartout et al «1997 »

Commence par la réutilisation d'une vaste ontologie commune dans laquelle les concepts pertinents sont repérés afin d'extraire le squelette initial de la future ontologie. L'ontologie initiale se comporte comme une charnière entre les différentes ontologies développées.

II.7.5. Méthode de Assenac-Grilles et al « 2000 »

La méthodologie de construction d'une ontologie à partir de texte proposée par Aussenac-Gilles insiste sur l'étape de conceptualisation.

II.7.6. Méthode de Bachimont « 2000 »

Propose de déterminer le sens d'un concept (noeud) dans l'arbre ontologique (taxonomie). Cette

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méthode s'articule sur quatre principes :

- Le principe de communauté avec le père. - Le principe de différence avec le père.

- Le principe de différence avec les frères.

- Le principe de communauté avec les frères.

II.7.7. Méthode OntoSpec de Kassel « 2002 »

Développée par l'équipe IC de LARIA d'Amiens repose sur la notion d'axe sémantique groupant les sous concepts d'un concept selon les caractéristiques impliquées dans la définition de leur différentiation.

Malgré le nombre important de méthodes et de démarches proposées, à l'heure actuelle on en compte une trentaine, aucune n'a pu s'imposer. Ces méthodologies peuvent porter sur l'ensemble du processus et guider l'ontologiste sur toutes les étapes de la construction d'ontologies. [2]

II.8. Environnements et outils de modélisation

Plusieurs environnements d'ingénierie ontologique ont été développés afin de systématiser l'ingénierie des ontologies. Les plus connus, selon Gomez-Pérez (2000), sont :

· ONTOLINGUA.

· ONTOSAURUS.

· ODE.

· PROTÉGÉ .

II.8.1. ONTOLINGUA

Développé à l'Université de Stanford, le serveur Ontolingua est le plus connu des environnements de construction d'ontologies , il consiste en un ensemble d'outils et de services qui supportent la construction en coopération d'ontologies, entre des groupes séparés géographiquement.

II.8.2. ONTOSAURUS

Développé à l'Information Science Institut de l'Université de Southern California. Ontosaurus
consiste en un serveur utilisant LOOM comme langage de représentation des connaissances, et
en un serveur de navigation créant dynamiquement des pages HTML qui affichent la hiérarchie

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de l' ontologie ; le serveur utilise des formulaires HTML pour permettre à l'usager d'éditer l'ontologie.

II.8.3. ODE

Développé au laboratoire d'Intelligence Artificielle de l'Université de Madrid. Les principaux avantages de ODE (Ontology Design Environment) sont le module de conceptualisation pour construire des ontologies et le module pour construire des modèles.

II.8.4. PROTÉGÉ

Développé au département d'Informatique Médicale de l'Université Stanford ; C'est un outil qui permet :

- la construction des ontologies ;

- la personnalisation des formulaires d'acquisition des connaissances ; - la génération automatique de code OWL, RDFS.

III. Les ontologies pour le e-learning

En Juin 2000 la commission européenne définit le e_learning comme : « l'utilisation des nouvelles technologies multimédias et de l'Internet, pour améliorer la qualité de l'apprentissage en facilitant l'accès à des ressources et des services, ainsi que les échanges et la collaboration à distance ». Le e-learning et comme tout autre services sur le Web peut bénéficier de la nouvelle vision du Web sémantique tout en reposant particulièrement sur le potentiel des ontologies.

Cette partie sera consacrée à illustrer l'apport des ontologies aux systèmes e-learning, mais au départ on présentera quelques notions relatives au domaine du e-learning.

III.1. Définitions

III.1.1. Objet pédagogique

Un objet pédagogique, ou Learning Object (LO), peut être défini comme "toute entité, sur un support numérique ou non, pouvant être utilisée pour l'apprentissage, l'enseignement ou la formation".Pour Yolaine Bourda et Marc Hélier, "les objets pédagogiques peuvent être, par exemple, des transparents, des notes de cours, des pages Web, des logiciels de simulation, des programmes d'enseignement, des objectifs pédagogiques, etc.". [2]

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Un objet pédagogique peut être réutilisé pour différentes fins. Par exemple, un exercice peut bien servir dans une série de TD que dans le cadre d'un examen.

III.1.2. Profil utilisateur

Il s'agit d'un ensemble de données persistantes qui caractérisent un utilisateur ou un groupe d'utilisateurs particuliers. Un tel modèle peut contenir des caractéristiques sur les connaissances, les préférences, les centres d'intérêts, etc.. d'un utilisateur. [6]

III.1.3. Plate forme de formation

Une plate-forme de formation est un logiciel qui assiste la conduite des formations à distance. Elle est basée sur des techniques de travail collaboratif et regroupe les outils nécessaires aux trois principaux acteurs de la formation : apprenant, tuteur, administrateur. Une plate forme utilise des moyens de travail et de communication : visioconférence, e-mail, forums, chats, etc.

L'usage de ces systèmes est relativement standard, le tuteur crée des parcours de formation, incorpore des ressources pédagogiques et effectue un suivi des activités des apprenants. L'apprenant, peut consulter en ligne ou télécharger les contenus pédagogiques, effectuer des exercices, s'auto-évaluer et transmettre des travaux à son tuteur pour les corriger. Les apprenant et les tuteurs communiquent individuellement ou en groupe, et peuvent créer des thèmes de discussion. L'administrateur, de son côté, assure l'installation et la maintenance du système. [2]

Aujourd'hui il existe plusieurs choix concernant les plates formes de formation, on peut citer : Plone, Gannisha, Cartable électronique... etc.

III.2. Besoin des systèmes e-learning

On aborde ici les différents besoins d'un système e-learning, ainsi que le rôle des ontologies à satisfaire ces besoins :

III.2.1. Besoin en archivage et recherche

Une application e-learning est mise en ligne via l'utilisation du Web. Compte tenu de la diversité
et la croissance exponentielle des ressources pédagogiques utilisées dans le cadre d'une
formation de type e-learning, il est de plus en plus difficile de trouver les documents

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pédagogiques pertinents. Une application e-Learning partage donc le même problème de pertinence avec le Web lorsque les apprenants veulent accéder au savoir mis à leur disposition. [2]

L'approche basée sur la recherche d'informations dans la ressource même est limitée d'une part, par l'absence de certaines informations qui ne sont pas généralement contenues dans la ressource et d'autre part, par la nature multimédia des ressources : la plupart des ressources de type image ou son ne contiennent pas d'information textuelle.

La communauté du e-learning a convenu d'utiliser des métadonnées. Les métadonnées fournissent un ensemble commun de balises qui peuvent être appliquées à n'importe quelle ressource, ce qui permet aux organisations de décrire, indexer et rechercher leurs ressources.

V' Des métadonnées basées sur les ontologies

Dans la perspective du Web sémantique, qui est en voie de devenir une assise pour les environnements de formation à distance, les ontologies offrent de façon spécifique une sémantique riche, mieux que toute autre méthode de représentation des connaissances connue.

Dans une problématique de recherche d'un contenu pédagogique sur une plate forme d'enseignement, reposer sur le vocabulaire conceptuel définit dans une ontologie peut aider à améliorer la précision de cette recherche en évitant des ambiguïtés au niveau terminologique et en autorisant des inférences diminuant le bruit et augmentant la pertinence.

Prenons l'exemple simple d'une conversation entre un étudiant et un enseignant : - « Vous pouvez me conseiller un livre sur les équations différentielles ? »

- « Il y a le manuel de cours du professeur Carman sur l'analyse à la bibliothèque. » - « Merci »

Dans une conversation aussi banale, l'étudiant a généralisé sa requête au concept de « livre », qui représente la catégorie la plus abstraite recouvrant toutes les informations de réponses acceptables pour lui. L'enseignant, sans même y prêter réellement attention, a utilisé sa taxonomie de concepts pour en déduire qu'un « manuel de cours » est un « livre », que les équations différentielles » font partie de « l'analyse » et que par conséquent sa réponse est pertinente. Le fait que la taxonomie soit partagée apparaît implicite puisque le professeur suppose que sa réponse sera comprise et qu'elle est effectivement. [10]

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De plus la définition et l'utilisation d'une ontologie, sont une réponse pour résoudre les problèmes de variabilité linguistique en permettant de contextualiser la requête, c'est-à-dire en lui associant une sémantique précise et bien définie. [11]

III.2.2. Besoin de partage

Le problème de compréhension commune dans le e-learning survient sur plusieurs niveaux orthogonaux qui décrivent les différents aspects d'usage des documents :

· Lors de la création du contenu

La probabilité que deux auteurs de contenus expriment différemment le même concept est très élevée. En d'autres termes, chacun peut fournir le contenu mais en utilisant des mots-clés différents. Par exemple, le premier peut utiliser le mot « auteur » alors que le deuxième utilise le terme « créateur » pour référencer un acteur qui a fournit une ressource d'apprentissage.

· Lors de l'accès et la recherche du contenu par un utilisateur

Il existe un problème concernant les mots-clés à employer pour faire la recherche du matériel d'apprentissage. [12]

V' Un vocabulaire commun basé sur les ontologies

La construction d'une ontologie se fait par la voie d'un consensus, et représente ainsi la compréhension partagée a priori d'un groupe ou d'une communauté, au lieu, comme c'est le cas dans la plupart des systèmes, de reposer sur une signification donnée par quelques individus ou par une autorité, à laquelle tous doivent s'ajuster. [8]

De ce fait les fournisseurs de contenu d'apprentissage et les apprenants seront en quelque sorte sur la même longueur d'onde (un vocabulaire commun) et peuvent ainsi mieux partager le matériel

III.2.3. Besoin en réutilisation des objets pédagogiques

Devant le volume de plus en plus croissant des documents pédagogiques disponible sur le net, peu d'objets pédagogiques sont réutilisables. La recherche et la sélection des fragments de texte pertinents, des figures, des exercices, à partir d'un document dans l'objectif de leurs réutilisation dans un nouveau document est devenu presque impossible, de ce fait il est nécessaire que les

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concepteurs des documents pédagogiques aient à leurs disposition un moyen d'accès rapide et flexible aux objets pédagogiques pertinents.

V' Indexation des documents pédagogiques à base d'ontologie

Un document pédagogique doit être indexé selon une ontologie de domaine et une autre pédagogique :

· L'indexation domaine de document pédagogique vise à indexer par les concepts du domaine les fragments qui y font référence. Une ontologie de domaine permet de réutiliser des modélisations déjà faites, construire des cours cohérents à partir d'un même ensemble de concepts

· L'indexation selon le point de vue pédagogique permet d'associer à l'objet pédagogique un objectif, un type de tâche d'apprentissage, une opération d'enseignement... etc. Une ontologie pédagogique permet de marquer et réutiliser des objets pédagogiques présentant des propriétés pédagogiques déjà répertoriées.

III.2.4. Besoin en personnalisation et adaptation

Un système de e-learning est destiné à une communauté des utilisateurs qui n'ont pas les mêmes attentes, connaissances, compétences, centres d'intérêts, etc. Ils ne sont capables de comprendre ou d'accepter que des documents dont l'organisation, le contenu et la présentation, soient adaptées à leurs besoins.

y' Une ontologie qui prit en compte les caractéristiques des utilisateurs

L'indexation des documents pédagogiques doit prendre en compte les caractéristiques des utilisateurs, afin de pouvoir fournir pour chacun le contenu qui correspond à son profil.

Par exemple à partir des connaissances acquises par un utilisateur dans un domaine particulier et des connaissances nécessaires à la compréhension d'une ressource, on peut juger de la pertinence de cette ressource et en informer l'utilisateur. [10]

III.3. Exemples d'utilisation des ontologies

Nous décrivons dans cette section quelques exemples d'utilisation d'ontologies dans des systèmes de formation e-learning :

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III.3.1. IMAT (Integrating Manuals And Training)

IMAT repose sur l'utilisation d'ontologies pour la conception de manuels de formation à partir de manuels constructeurs dans le domaine technique de la maintenance. Pour réutiliser les versions numériques des manuels techniques fournis par les constructeurs, ceux-ci sont découpés en un ensemble de fragments indexés selon des ontologies génériques, des ontologies domaines et autres pédagogiques. Les fragments indexés sont à la disposition des formateurs pour une recherche rapide et flexible basée sur les ontologies. [13].

III.3.2. QBLS (Question Based Learning System)

Pour l'étudiant, QBLS est un outil d'aide à la résolution de questions de Travaux Dirigés (TD) reliées aux connaissances clés du cours (les notions, les thèmes, et le sujet de cours), des accès aux fiches contenant les connaissances utiles sont conseillées pour répondre aux questions. QBLS est un moyen d'inciter les étudiants à aller chercher activement les connaissances. Dans cette optique, QBLS utilise une ontologie pédagogique selon laquelle le document de cours est vu comme un réseau de fiches (définition, exemple, formalisation, précision) et de ressources abstraites (thème, notion, sujet de cours), où chaque ressource abstraite réfère une ou plusieurs fiches [2].

III.3.3. VIUM (Projet de repérage et de visualisation du modèle de l'apprenant)

Dans le cadre de ce projet, un outil de repérage et de visualisation, VIUM, a été conçu pour permettre à l'utilisateur de sélectionner un concept central sur l'écran. Une ontologie est utilisée pour s'assurer que les concepts les plus proches sémantiquement sont visibles. Cette sélection de concepts rendus visibles est une partie essentielle de la visualisation qui assiste les apprenants dans l'exploration de domaines comprenant des centaines de concepts. La tâche particulière ici, est de montrer à un utilisateur ce qu'une ontologie computationnelle permet d'inférer à partir d'informations comme l'évaluation de l'apprenant sur sa propre connaissance [2].

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IV. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons présenté la notion d'ontologie, ainsi que plusieurs méthodes et outils de l'ingénierie ontologique, de plus on a montré l'apport des ontologies aux systèmes elearning, de même on a fait allusion à quelques projets e-learning, qui ont été réalisé à base des ontologies.

De notre part, prenant en considération les caractéristiques et les avantages que présentent les ontologies, on a réalisé un travail qui s'articule autour d'une ontologie dans une perspective de construction d'un vocabulaire partageable pour l'annotation et la recherche de documents pédagogiques.

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Implémentation

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Conception

I. Introduction

Ce chapitre sera consacré à la présentation de l'ontologie qu'on a conçue dans le cadre de ce projet, la conception a été faite en reposant sur une méthodologie tout en suivant le processus de construction des ontologie, ce chapitre présente la première phase appelée ontologisation, la deuxième phase qui est l'opérationnalisation sera abordé dans le chapitre Implémentation.

II. Conception de l'ontologie de l'application II.1. Choix d'une méthodologie de construction

Pour construire l'ontologie d'application, la méthode développée par [Bernaras et al, 1996] a été utilisée, elle repose sur trois étapes :

· Spécifier l'application basée sur l'ontologie en particulier les termes à collecter et les tâches à effectuer en utilisant cette ontologie.

· Organiser les termes en utilisant les méta catégories : concepts, relations, attributs, etc.

· Affiner l'ontologie et la structurer selon des principes de modularisation et d'organisation hiérarchiques.

Ce choix peut être justifié par deux raisons :

· Cette méthode est conditionnée au développement d'une application, en d'autres termes elle est adaptée à la construction des ontologies d'application plutôt que des ontologies de domaines.

· Elle s'articule autour d'un ensemble de termes qui doit être transformé en une ontologie. Dans le cas de notre projet, on disposait au début d'un ensemble de termes qui sont couramment utilisés dans le milieu d'enseignement universitaire. A titre d'exemple on peut citer: enseignant, module, support du cours, série de TD, série de TP... etc.

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~ Etape1 : préciser l'application basée sur l'ontologie

L'ontologie sera construite dans l'esprit de fournir un vocabulaire conceptuel, qui permet l'annotation des documents pédagogiques, ensuite une application de recherche de documents par leurs métadonnées sera développée.

· Etape 2 et 3 : de la collecte des termes à l'affinement de l'ontologie

On ne peut pratiquement dissocier les étapes de construction d'une ontologie, car il s'agit d'un processus non linéaire, plusieurs allers-retours ont été fait lors du développement de l'ontologie de ce projet, pour les raisons suivantes :

> Il n'était pas possible de savoir dés le départ, que les termes collectés sont suffisants pour répondre à l'objectif pour lequel l'ontologie a été construite, on a ajouter des nouveaux termes lorsque c'était nécessaire, tout de même on a retirer des termes qu'on a jugés inutiles.

> Il n'était pas toujours facile de prédire qu'un terme va jouer le rôle d'une classe ou

celui d'un attribut, plusieurs modifications ont été effectuées dans ce sens.

Pour représenter l'ontologie conceptuelle réalisée, on a construit :

> Une liste de concepts. > Une liste d'attributs. > Une liste de relations. > Une représentation hiérarchique des concepts.

> Un diagramme de classe en UML.

II.2. Respect des principes de construction

· Clarté et objectivité [Gruber93] : pour répondre à ce principe, tous les termes utilisés dans cette ontologie ont été associés par des définitions.

· Complétude [Gruber93] : pour répondre à ce principe les définitions des concepts et des relations de notre ontologie ont été associés par des conditions nécessaires, d'autres ont été associés par des conditions nécessaires et suffisantes, mais bien sure selon la possibilité de définir ces conditions.

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· Extensibilité ontologique maximale [Gruber93] : la définition d'un terme n'explique que le terme lui-même, sa définition ne peut être la même que celle d'un terme plus général, ou d'un terme plus spécialisé.

· Principe de distinction ontologique [borgoA196] : les concepts dans cette ontologie sont suffisamment disjoints.

· Distance sémantique minimale [ArpirezA198]: il y a une distance minimale entre les concepts enfants de même parents.

II.3. Présentation de l'ontologie conceptuelle

Dans tous les tableaux qui suivent « est un » désigne une condition nécessaire, « si et seulement si» désigne une condition nécessaire et suffisante

II.3.1. Liste des concepts

Dans le tableau qui suit on va présenter les concepts de l'ontologie ainsi que leurs définitions et leurs sur concepts :

Concept

Sur concept

Définition du concept

Document pédagogique

Concept d'application

un document pédagogique est un concept

d'application, il peut être : un support du cours, une série de TD ou de TP, un diaporama, un examen, un corrigé d'une série de TD ou d'un examen.

Support du cours

Document pédagogique

un support du cours est un document

pédagogique il regroupe des connaissances liées à un module.

un support du cours est composé d'au moins un chapitre.

Série de TD

Document pédagogique

une série de TD est un document pédagogique qui
a pour but l'application des notions présentées
dans un cours, elle est destinée à être préparé par

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les étudiants.

une série de TD est composé de un ou plusieurs exercices.

Série de TP

Document pédagogique

une série de TP est un document pédagogique,
dans lequel l'enseignant demande aux étudiants

de développer une(des) application(s)

informatique(s), ou de réaliser une(des)
expérience(s)....

une série de TP est composée de deux parties :

partie initiation de TP et partie travail à faire.

Diaporama

Document pédagogique

un diaporama est un document pédagogique, dont le contenu est présenté de manière moins détaillé, créé à l'aide d'un logiciel et présenté à partir d'un ordinateur.

un diaporama est composé de un ou plusieurs diapositifs.

Examen

Document pédagogique

un examen est un document pédagogique qui a pour objectif l'évaluation des étudiants.

un examen est composé de un ou plusieurs exercices.

Corrigé d'examen

Document pédagogique

le corrigé d'un examen est un document

pédagogique qui fournit le corrigé type d'un
examen qui a déjà été déroulé.

le corrigé d'un examen est composé de un ou

plusieurs exercices corrigés.

Corrigé de série de TD

Document pédagogique

le corrigé d'une série de TD est un document

pédagogique qui fournit le corrigé type d'une série de TD déjà proposé.

le corrigé contient un ou plusieurs exercices

corrigés.

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Enseignant

Concept d'application

un enseignant est un concept d'application, c'est la personne responsable de la tâche d'enseignement dans un processus de formation.

Module

Concept d'application

un module est un concept d'application, il

regroupe des connaissances liés à une spécialité et adapté à un certain niveau et un certain cycle.

Chapitre

Concept d'application

un chapitre est un concept d'application, il est le composant de base d'un support du cours il regroupe un ensemble de connaissance nécessaires pour la compréhension du module.

un chapitre est composé d'un ou plusieurs

paragraphes.

Paragraphe

Concept d'application

un paragraphe est un concept d'application, il est le composant de base d'un chapitre, d'un diapositif, de la partie initiation dans une série de TP.

Chaque paragraphe regroupe des connaissances plus élémentaires, nécessaires pour la compréhension d'un chapitre, d'un diapositif, de la partie : initiation dans une série de TP.

Un paragraphe peut contenir une ou plusieurs figures.

Figure

Concept d'application

une figure est un concept d'application.

une figure est la représentation graphique de la connaissance.

Une figure peut apparaître dans un paragraphe, dans un exercice ou dans un exercice corrigé.

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Exercice

Concept d'application

un exercice est un concept d'application.

Un exercice est un problème que l'étudiant doit résoudre, ou particulièrement un travail pratique qu'il doit réaliser.

Un exercice est le composant de base d'une série de TD, d'un examen et de la partie travail à faire dans une série de TP.

Un exercice peut contenir une ou plusieurs

figures.

Exercice corrigé

Concept d'application

un exercice corrigé est un concept d'application il représente la solution d'un exercice.

Un exercice corrigé est le composant de base d'un corrigé d'examen ou d'un corrigé de série de TD.

Un exercice corrigé peut contenir une ou plusieurs figures.

Diapositif

Concept d'application

un diapositif est un concept d'application, il est

le composant de base d'un diaporama.

un diapositif est composé de un ou plusieurs paragraphes.

Partie initiation de TP

Concept d'application

la partie initiation d'un TP est un concept

d'application ; c'est la première partie dans une série de TP, où l'enseignant doit expliquer le sujet de TP, et décrire les outils qui seront utilisés pour réaliser le travail si nécessaire.

la partie initiation est composée de un ou

plusieurs paragraphes.

Partie travail à faire de TP

Concept d'application

la partie travail à faire est un concept

d'application ; c'est la deuxième partie dans une série de TP ; c'est la partie où l'enseignant doit préciser le travail que l'étudiant doit réaliser.

47

 

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Conception

Implémentation

la partie travail à faire est composée de un ou plusieurs exercices.

II.3.2. Liste des attributs

Dans le tableau qui suit on va présenter pour chaque concept ses attributs, et s'il a des attributs hérités d'un concept père.

Concept

Hérite les attributs

de concept

Attributs

Commentaires

Document pédagogique

 

URI

Par URI on désigne le chemin d'accès au document(URL).

Format

Par format on désigne, le format numérique du document (PDF, Word, HTML, PPT)

Langue

 

Date de création

 

Année universitaire

 

Université

 

Faculté

 

Département

 

Support du

cours

Document pédagogique

Mots clés

 

Série de TD

Document pédagogique

Numéro de série de TD

 

Série de TP

Document pédagogique

Numéro de série de TP

 

Titre de série de TP

 

48

 

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Conception

Implémentation

Diaporama

Document pédagogique

Titre de diaporama

 

Mots clés de diaporama

Examen

Document pédagogique

Numéro d'examen

 

Date d'examen

 

Type d'examen

Par type d'examen on désigne s'il est un ECD, EMD, un examen de synthèse, ou de rattrapage.

Corrigé d'examen

Document pédagogique

Numéro de corrigé d'examen

 

Corrigé de

série de TD

Document pédagogique

Numéro Corrigé de

série de TD

 

Enseignant

 

Nom de l'enseignant

 

Prénom

Email

Module

 

Nom de module

 

Spécialité

 

Niveau

1ere , 2eme , 3eme , 4eme,5eme année

Cycle

Cycle court ou long.

Module avec TD

Est-ce que c'est un module avec des séances de TD

Module avec TP

Est-ce que c'est un module avec des séances de TP

49

 

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Implémentation

 
 

Volume horaire

Total entre cours, TD et TP

Chapitre

 

Numéro de chapitre

 

Titre de chapitre

 

Paragraphe

 

Numéro de paragraphe

 

Titre de paragraphe

 

Sous titres

 

Figure

 

Numéro de figure

 

Titre de figure

 

Type de figure

Type de figure : tableau, image, etc.

Exercice

 

Numéro d'exercice

 

Exercice corrigé

 

Numéro d'exercice

corrigé

 

Diapositif

 

Numéro de diapositif

 

Partie

initiation de

TP

 

Numéro de la partie

initiation

 

Titre de la partie

initiation

 

Partie travail à faire de TP

 

Numéro de la partie

travail à faire

 

Titre de la partie travail à faire

 

II.3.3. Liste des relations

Dans le tableau qui suit on va décrire les relations qui existent entre les différents concepts de l'ontologie.

50

 

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Implémentation

Relation

Prédécesseur

Successeur

Définition

Enseigne

Enseignant

Module

Un enseignant enseigne un module

Pendant une année universitaire, si et
seulement si
il est chargé de cours et

quand il rédige des documents

pédagogiques concernant ce module

Est auteur

Enseignant

Document pédagogique

Un enseignant est auteur d'un document
pédagogique, si et seulement si c'est lui

qui l'a écrit.

Concerne

Document pédagogique

Module

Un document pédagogique concerne un
module si et seulement si il est rédigé (a

été rédigé) par (qui était) l'enseignant de ce module, et lorsqu'il l'utilise (l'avait utilisé) pour enseigner ce module à ses étudiants.

Est Composé de chapitres

Support du cours

Chapitre

Un support du cours contient au moins un chapitre.

Est Composé de paragraphes

Chapitre

Paragraphe

Un chapitre contient au moins un

paragraphe

Contient des

figures

Exercice

Figure

Un exercice peut contenir une Ou plusieurs figures.

Contient des

figures

Exercice corrigé

Figure

Un exercice corrigé peut contenir une

Ou plusieurs figures.

Contient des

figures

Paragraphe

Figure

Un paragraphe peut contenir une Ou plusieurs figures.

51

 

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Conception

Implémentation

Est composé

d'exercices

Série de TD

Exercice

Une série de TD contient au moins un exercice.

A pour corrigé

Série de TD

corrigé de série

de TD

Une série de TD a au plus un corrigé.

Est composé

d'exercice corrigé

Corrigé de série de

TD

Exercice corrigé

Un corrigé de série de TD contient au moins un exercice corrigé.

Est composé

d'exercices

Examen

Exercice

Un examen contient au moins un

exercice.

A pour corrigé

Examen

Corrigé d'examen

Un examen a au plus un corrigé.

Est composé

d'exercices

corrigés

Corrigé d'examen

Exercice corrigé

Le corrigé d'un examen contient au moins un exercice corrigé.

Est composé

d'une partie

initiation

Série de TP

Partie initiation

de TP

Une série de TP contient une et une seule partie initiation.

Est composé

d'une partie

travail

Série de TP

Partie travail à

faire de TP

Une série de TP contient une et une seule partie travail à faire.

Est composé de

paragraphes

Partie initiation de

TP

Paragraphe

La partie initiation de TP contient au moins un paragraphe

Est composé

d'exercices

Partie travail à faire de TP

Exercice

La partie travail à faire de TP contient

au moins un exercice

Est composé de

diapositif

Diaporama

Diapositif

Un diaporama contient au moins un diapositif

Est composé de

paragraphe

Diapositif

Paragraphe

Un diapositif contient au moins un

paragraphe.

52

 

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Conception

Implémentation

II.3.4. Représentation hiérarchique des concepts

FigIII.1: Représentation hiérarchique de l'ontologie

53

 

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Implémentation

II.3.5. Diagramme UML

Fig.III.2 : Diagramme de classes UML

54

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Implémentation

II.4. Schéma résumant la phase de l'ontologisation de l'ontologie

Le schéma suivant résume la phase de l'ontologisation, qui est la première phase dans le processus de construction des ontologies :

Termes condidats

Documents Pédagogiques

Spécification de l'application basée sur l'ontologie

Révision de l'ontologie

Organisation des termes en concepts, attributs et relations

Liste des concepts

Liste des attributs Liste des relations

Hiérarchie de

concepts

Ontologie conceptuelle

+

Affinement de
l'ontologie

Diagramme de classes en UML

Fig.III.3 : phase d'ontologisation

II.5. Diagramme des cas d'utilisation

Notre application est orientée vers trois utilisateurs : l'administrateur, les enseignants et les étudiants.

Les différentes tâches que peut effectuer chaque type d'utilisateur, sont illustrées sur le diagramme des cas d'utilisation suivant

55

 

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Conception

Implémentation

Rechercher des documents

Consulter la documentation de
l'ontologie

Etudiant

Annoter un document

Modifier l'annotation d'un
document

Supprimer l'annotation d'un
document

Enseignant

Annoter un enseignant

Annoter un module

Modifier l'annotation
d'un module

Administrateur

Modifier l'annotation d'un
enseignant

Supprimer l'annotation d'un
module

Supprimer l'annotation
d'un enseignant

Fig.III.4: Diagramme des cas d'utilisation

56

 

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Conception

Implémentation

III. Conclusion

Dans ce chapitre on a présenté les différentes phases par lesquelles on a passé pour réaliser la conception de l'ontologie de ce projet, où on a suivi la méthode développée par [Bernaras et al, 1996], et on a présenté le résultat de la conception sous forme d'une liste de concepts, une liste de relations et une autre des attributs en plus d'une représentation hiérarchique et une autre sous forme d'un diagramme UML, et pour présenter les fonctionnalités de chacun des acteurs de notre application on a utilisé un diagramme de cas d'utilisation.

La prochaine étape consiste à rendre cette ontologie opérationnelle c'est-à-dire exploitable par un ordinateur, c'est ce qu'on va présenter dans le prochain chapitre, en plus du détail de réalisation de l'application de ce projet.

57

 

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Implémentation

4

Implémentation

I. Introduction

Dans ce chapitre nous allons présenter le travail d'implémentation qu'on a fait, qui consistait premièrement à l'édition de notre ontologie sous le langage OWL, suivi par son exploitation dans une application d'annotation et de recherche de documents pédagogiques qui a été développée en JSP, et en fin l'intégration de l'application développée dans la plate forme PLONE.

Avant de s'attarder sur le détail de réalisation le cahier des charges qui nous a été soumis au début du projet sera présenté.

II. Cahier des charges

· L'ontologie doit être implémenté avec les technologies du Web sémantique (OWL, RDF/S, etc.).

· L'ontologie doit être édité avec l'éditeur d'ontologies « protégé 3.1.1 » et le programme qui la manipule doit être codé en « JSP ».

· L'application développée doit être intégrée dans la plate forme PLONE.

· L'application développée doit permettre principalement l`annotation et la recherche de documents à partir de leurs descriptions, fournis par l'ontologie développée.

III. les outils et le langage utilisés III.1. Java Server Pages

Les Java Server pages (JSP) constituent la technologie Java de pages actives, la technologie JSP est bâtie sur la technologie des servlets.

58

 
 

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Implémentation

 

L'API JSP fait partie de J2EE (Java 2 Entreprise Edition), elle donne aux développeurs les moyens de développer des applications Web de façon simple et puissante.

JSP permet de séparer la logique programmatique (le code java) de la présentation (les balises HTML), voici un exemple :

<html> <head>

<title>FactoriellesJSP</title> </head>

<body>

<h1>Table des factorielles</h1>

<%

int fact = 1;

{

fact = fact * i;

out.println(i + "! = " + fact);%><br> <%}%>

</body> </html>

for(int i=1 ;i<=7;i++)

Balises HTML

Code Java

Résultat de l'exécution

Fig.IV.1: Exemple d'un programme JSP > Exécution d'une page JSP

Une page JSP s'exécute selon l'algorithme suivant :

59

 
 

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Implémentation

 

Fig.IV.2 : Exécution d'un JSP

Un conteneur de JSP (JSP container) fournit les services réseaux par lesquels les requêtes et les réponses sont émises, il décode également les requêtes et formate les réponses dans le format approprié. Tous les conteneurs doivent supporter le protocole HTTP.

III.2. Tomcat

Tomcat est le conteneur web le plus utilisé, il est open source gratuit et multi plateformes (écrit en Java) et il est Téléchargeable sur http://jakarta.apache.org/tomcat.

Tomcat possède deux modes de fonctionnement : > Autonome (standalone) :

Tomcat est aussi un serveur Web, il est capable de servir des pages HTML et d'exécuter des Servlets et des JSP.

> Collaboratif (in-process et out-of-process)

Tomcat peut s'installer comme une extension d'un serveur Web (Apache, Microsoft IIS ou Netscape NetServer), ce qui permet des meilleures performances pour le service des pages HTML.

60

 
 

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Implémentation

 

III.3. Protégé

Éditeur d'ontologie open source disponible à l'adresse http://protege.standford.edu , développé au département d'Informatique Médicale de l'Université de Standford.

L'éditeur d'ontologie « Protégé version 3.1.1 », a été utilisé pour éditer l'ontologie de ce projet dans l'objectif de générer automatiquement le code OWL correspondant, ainsi que pour générer une documentation HTML pour notre ontologie.

Il est à noter que « Protégé » offre bien sure beaucoup de fonctionnalités, et on n'en a pas certainement tous utilisés.

III.4. Jena

Jena est disponible à l'adresse : http://jena.sourceforge.net/ .

Jena est un ensemble d'outils (une API) open source développé par HP Labs semantic Web programme ,permettant de lire et de manipuler des ontologies décrites en RDFS ou en OWL et d'y appliquer certains mécanismes d'inférences.

Pour notre projet on utilisé la version 2.3 qui était la version la plus récente de Jena au début de notre projet.

Fig.IV.3 : La page d'accueil de site http://jena.sourceforge.net/

61

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Implémentation

 

Fig.IV.4 : La documentation associé avec Jena 2-3

IV. Implémentation

IV.1. Edition de l'ontologie et génération du code OWL

La première étape de l'implémentation était bien l'édition de l'ontologie avec « Protégé ». IV.1.1. Choix d'un langage de spécification

RDFS paraissait insuffisant pour coder l'ontologie de ce projet, dans la mesure où il ne permet pas d'exprimer des contraintes de cardinalité, c'est pour cette raison que notre choix a été orienté vers OWL.

L'ontologie de ce projet a été codée exactement en « OWL DL », pour les raisons :

> OWL Lite ne permet d'exprimer que des contraintes simples de cardinalité 0 ou 1, tandis que OWL DL permet d'exprimer des cardinalités multiples.

> OWL Full offre un plus haut niveau d'expressivité que demande l'ontologie de ce projet, tandis que OWL DL offre un niveau d'expressivité assez suffisant.

En plus, le codage d'une ontologie sous format OWL présente l'avantage de rendre cette ontologie réutilisable, grâce à l'utilisation des propriétés d'équivalence, de disjonction entre les concepts et entre les relations.

62

 
 

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Implémentation

 

IV.1.2. Normalisation des noms de l'ontologie

Les caractéristiques suivantes d'éditeur d'ontologie affectent le choix de la convention de nomination :

· Le système a-t-il le même espace de nomination pour les classes, attributs et instances ? C'est à- dire, permet-il d'avoir une classe et un attribut ayant le même nom

· Le système est-il sensible à la casse ?

· Quels délimiteurs le système autorise-t-il pour les noms ? C'est-à-dire, les noms peuvent-ils Contenir des espaces, des virgules, etc. ?

L'éditeur d'ontologie « Protégé version 3.1.1 » avec lequel l'ontologie de ce projet a été éditée, maintient un espace de nommage unique pour les classes, attributs et instances. Il est sensible à la casse, et il ne permet l'apparition des espaces dans les noms, les délimiteurs autorisés sont bien « _ » et «-».

C'est pour ces considérations que les noms déjà présentés dans l'ontologie conceptuelle ont été légèrement modifiés, lors de leurs éditions sous « Protégé ».

IV.1.3. Les étapes de l'édition

Dans ce qui suit nous allons présenter comment nous avons édité l'ontologie de ce projet, à partir de lancement de « Protégé » jusqu'à la génération du code OWL et de la documentation HTML correspondante.

1) lancement de « Protégé 3.1.1» sous Windows XP :

Fig.IV.5 : Lancement de Protégé

2) création d'un nouveau projet avec précision respectivement de type de projet, d'espace des noms, de langage avec lequel sera édité l'ontologie :

63

 

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Implémentation

Choisir

OWL files (.owl or .rdf)

Fig.IV.6 : Choix de type de projet

Protégé propose un espace des noms

Fig.IV.7 : Choix d'un espace des noms

64

 

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Conception

Implémentation

Choisir OWL DL comme langage

Fig.IV.8 : Choix d'un langage

3) Après avoir spécifier les propriétés de projet la page suivante s'affiche, c'est sur cette page qu'on édite l'ontologie :

Champ des concepts Champ des commentaires

Champ des propriétés

Fig.IV.9 : Page d'édition

4) Commencer à éditer les classes, les définitions de classes, les propriétés, les relations et les relations inverses tout en spécifiant les contraintes de cardinalités :

65

 

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Conception

Implémentation

Création d'une Sous classe de `'OWL : Thing»

Fig.IV.10 : Création des classes

Sous concepts

Sur concept

Nom de concept

Ajouter des propriétés

Ajouter des relations

Définition de concept

Fig.IV.11 : Les champs à remplir

66

 

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Conception

Implémentation

Domaine

Nom de la propriété

Type de propriété

Valeurs permises

Fig.IV.12 : Ajout d'une propriété

Contraintes de cardinalités

Fig.IV.13 : Spécification des contraintes de cardinalité

67

 

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Conception

Implémentation

Domaine

Nom de la relation

Image

Relation inverse

Fig.IV.14: Ajout d'une relation

Nom de la relation inverse

Domaine

Image

fig.IV.15 : Ajout de la relation inverse

68

 

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Conception

Implémentation

5) Après avoir terminer l'édition de l'ontologie, on sauvegarde le projet :

Spécifier un nom pour le fichier OWL

Spécifier un nom pour le projet, et un emplacement

Spécifier un format

<owl:Ontology rdf:about="">

<owl:imports rdf:resource=""/> Concept

Chapitre

</owl:Ontology>

Définition de concept

<owl:Class rdf:ID="chapitre">

<rdfs:comment rdf:datatype=" http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">

un chapitre est un concept d'application, il est le composant de base d'un support du cours il regroupe un ensemble de connaissance nécessaires pour la compréhension du module.

un chapitre est composé d'un ou plusieurs paragraphes. </rdfs :comment>

<rdfs:subClassOf>

<owl:Restriction>

<owl:minCardinality rdf:datatype=" http://www.w3 .org/200 1 /XMLSchema#int"

Relation inverse de Est_composé_chapitre

>1</owl:minCardinality>

69

Fig.IV.16 : Enregistrement de projet Voici un fragment de code OWL généré :

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Conception

Implémentation

<owl:onProperty>

<owl:ObjectProperty rdf:ID="inverse_of_est_compose_chapitre"/> </owl:onProperty>

</owl:Restriction>

</rdfs:subClassOf>

<rdfs:subClassOf>

<owl:Restriction> <owl:onProperty>

<owl:DatatypeProperty rdf:ID="num_chapitre"/>

</owl:onProperty>

<owl:cardinality rdf:datatype=" http://www.w3.org/2001/XMLSchema#int" >1</owl:cardinality>

</owl:Restriction>

</rdfs:subClassOf>

<rdfs:subClassOf>

<owl:Restriction>

<owl:cardinality rdf:datatype=" http://www.w3.org/2001/XMLSchema#int" >1</owl:cardinality>

<owl:onProperty>

Propriété num_chapitre

Fig.IV.17 : un fragment de code OWL généré

6) Finalement, on génère la documentation HTML de l'ontologie :

70

 

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Conception

Implémentation

Génération de la documentation

Fig.IV.18 : Génération de la documentation

La page suivante fait partie de la documentation généré, elle correspond à la classe « Support de cours »:

Fig.IV.19 : Documentation de l'ontologie

71

 

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Conception

Implémentation

IV.1.4. Schéma résumant la phase de l'opérationnalisation

Génération du code OWL

Ontologie Edition de l'ontologie

conceptuelle

Code
OWL

Ontologie opérationnelle

Fig.IV.20 : Phase de l'opérationnalisation

IV.2. Exploitation de code OWL dans un programme JAVA

Après avoir générer le code OWL correspondant à notre ontologie on a été très vite confronté au problème de son exploitation dans un programme JAVA, surtout que peu d'articles sont ceux qui parlent de détail d'implémentation chose qui nous a demandé plus d'effort pour trouver une solution.

En consultant quelques documents [14] et [15], on s'est rendu compte qu'il existe une API appelée Jena qui sert de lien entre un code OWL et un programme JAVA et que Plus de 70% des applications de Web sémantique sont développées en Jena.

Après avoir répondre à la question « comment exploiter le code OWL avec Java », il fallait résoudre un autre problème car tout simplement lorsqu'on a testé Jena sous JBuilder7 elle n'a pas fonctionné, le problème était dans la version de JDK (JAVA Development Kit) qui a été la version « 1.3.1 » et dans la version du serveur Web JSP « Jakarta Tomcat » qui a été la version « 3.3 » il était indispensable qu'on passe à des versions plus récentes.

On a testé Jena avec « JDK version 1.4.2 » et avec « Tomcat version 4.0 » et ça très bien marché, en ce qui concerne le serveur Tomcat, JBuilder7 est muni de la version « 4.0 » tandis que pour le « JDK 1.4.2 » il fallait qu'on le télécharge à partir de site http://java.sun.com.

72

 

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Implémentation

1) Installation de JDK 1.4.2 :

Fig.IV.21 : Installation de JDK 1.4.2

2) Pour la configuration des JDKs et des Librairies avec JBuilder7, il faut aller au menu Tools/configure librairies et Tools/configure JDKs

Ajouter Jena

Fig.IV.22: Ajout de la librairie Jena

73

 

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Conception

Implémentation

Ajouter JDK
1.4.2

Fig.IV.23 : Ajout de JDK 1.4.2

IV.2.1. Suivi de session

Le protocole HTTP est un protocole non connecté (on parle aussi de protocole sans états) cela signifie que chaque requête est traitée indépendamment des autres et qu'aucun historique des différentes requêtes n'est conservé.

Il s'agit donc de maintenir la cohésion entre l'utilisateur et la requête, c'est-ce qu'on appelle « suivi de session ».

Il existe 3 méthodes pour garantir le suivi de session :

1) utilisation des cookies.

2) réécriture d'URL.

3) utilisation des champs de formulaire "hidden".

Pour notre application, on a travaillé avec des champs "hidden", car c'était pour nous une méthode simple ce qui ne veut pas dire qu'elle est forcément la meilleure solution.

74

 

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Implémentation

IV.2.2. Architecture de l'application développée

Internet/Intranet

Serveur

Environnement d'exécution

API JENA

SERVEUR
WEB

Tomcat

Réponse

Documents

Code OWL

Niveau2 : Applicatif

Niveau3 : Données

Client

Requête (http)

Navigateur Web

Niveau1 : Présentation

Fig.IV.24 : Architecture de l'application

V. La démarche suivie pour l'annotation des documents La démarche qu'on a suivi pour annoter les documents consistait à :

> Ajouter les métadonnées décrivant un document au fichier OWL qui code l'ontologie d'application.

> Stocker les documents dans un emplacement précis (dans notre cas le dossier nommé « My ») sur le serveur.

> Gérer l'accès aux documents grâce au métadonnée « URI ».

VI. Exécution de l'application

La dernière étape de ce projet était de faire exécuter notre application en dehors de son environnement de développement « JBuilder7 », de manière qu'elle sera intégrable sur la plate forme « PLone », pour réaliser ça on a :

75

 

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Implémentation

> Installer le serveur « Tomcat version 4.1» sur le port « 8086 » au lieu du port «8080 » pour le faire cohabiter avec le serveur de la plate forme « Plone » qui réside sur le port « 8080 » :

Port 8086

Fig.IV.25 : Installation de serveur Tomcat > Placer notre application sous le répertoire « Webapps » de Tomcat :

Notre application

Fig.IV.26 : Emplacement de l'application

76

 

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Implémentation

> Problème rencontré

Durant l'exécution de notre application, et en particulier en exécutant les JSP faisant appel à Jena, un problème a survenu sur le serveur Tomcat.

Après avoir faire quelques recherches sur le net pour déterminer la cause du problème, et plus exactement en consultant les FAQ (Frequently Asked Questions) de Jena, on s'est rendu compte qu'il s'agit d'un problème de version du parseur XML « Xerces» de Tomcat, qui était une version plus ancienne que celle requise par Jena, problème qui n'était pas posé sous JBuilder7.

Pour résoudre ce problème il fallait qu'on change le fichier « xmlParserAPIs.jar», ainsi que le fichier « xercesImpl.jar » qui se trouvent sous le répertoire « endorsed » de Tomcat, par ceux associés avec Jena.

VI.1. Images d'exécution de l'application

Dans ce qui suit nous allons présenter quelques captures d'écran d'exécution de notre application, mais avant de commencer en voici quelque remarques :

> La génération des identificateurs des enseignants des modules, et tous les individus de l'ontologie est automatique ce qui décharge l'administrateur ainsi que les enseignants de gérer eux même les identificateurs qui doivent être unique pour chaque individu.

> La recherche est insensible à la casse.

> Un champ vide dans une requête implique que l'utilisateur accepte toute valeur possible pour ce champ.

> Pour tester sur le format de certains champs : les champs numérique, champ de date etc. on a utiliser quelque « Java Script».

Les images suivantes présentent un scénario complet de l'utilisation de notre application, afin de mieux expliquer son fonctionnement:

VI.1.1 Annotation d'un module

L'administrateur effectue l'annotation d'un module, qu'il soit le module « Logique pour l'IA », qui est un module de 5 ING informatique, option « Intelligence Artificielle » ayant pour identificateur « module_1 » :

77

 

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Conception

Implémentation

Module Logique pour l'IA

Fig.IV.27 : Annotation d'un module VI.1 .2. Annotation d'un enseignant

*L'administrateur effectue l'annotation d'une enseignante, qu'elle soit Melle « Ghebghoub Ouafia » ayant pour identificateur (login) «enseignant_1 » :

Le choix des modules se fait sur un autre écran

Enseignante
Ghebghoub Ouafia

Fig.IV.28: Annotation d'un enseignant

78

 

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Conception

Implémentation

* l'administrateur affecte le module « Logique pour l'IA » à « Melle : Ghebghoub Ouafia » :

Liste des modules non encore affectés

Fig.IV.29 : Affectation d'un module à un enseignant

VI.1.3. Annotation d'un document

*Un enseignant commence à annoter un document par saisir son login :

Login de
l'enseignant

Fig.IV.30 : Saisie de login de l'enseignant

79

 

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Conception

Implémentation

*L'enseignant doit choisir un module parmi ceux qu'il enseigne :

Choix de module Logique pour l'IA

Fig.IV.31: choix d'un module

*L'enseignant doit préciser le type de document qu'il veut annoter :

Choix d'un support
de cours

Fig.IV.32 : Choix de type de document à annoter

80

 

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Conception

Implémentation

*L'enseignant doit préciser les caractéristiques de sont support de cours (nombre de chapitre, de paragraphe par chapitre..), afin qu'on lui génère automatiquement un formulaire d'acquisition de métadonnées :

Un cours avec un chapitre, un paragraphe et sans figure.

Fig.IV.33 : préparation à la génération de formulaire d'acquisition des métadonnées

*L'enseignant doit maintenant annoter son document :

2005/2006

http://localhost:8086/projetfinal/my/cours.pdf

Logique propositionnelle&Logique des prédicats

Fig.IV.34 : Annotation d'un support de cours

81

 

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VI.1.4. Recherche de documents

*Une recherche de document commence à cet écran, ce dernier permet grâce aux boutons « ? » de passer vers d'autres écrans pour lancer des requêtes à propos de document, de l'auteur de document et de module que concerne ce document :

Fig.IV.35 : écran de recherche de document

*Un utilisateur cherche un document de type support de cours, qui a été rédigé à l'année universitaire « 2005/2006 »

2005/2006

Support de cours

Fig.IV.36: Recherche d'un support de cours

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*Toujours dans la même requête, l'utilisateur passe vers un autre écran où il spécifie qu'il cherche un support de cours ayant pour mots-clés « Logique propositionnelle »:

Logique propositionnelle

Fig.IV.37: Recherche d'un support de cours (suite)

*Le résultat de la requête sera envoyé vers la page de départ :

Support_cours_1

Fig.IV.38: Recherche d'un support de cours (suite)

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* Si encore il veut continuer sa requête en cherchant un auteur particulier :

L'utilisateur spécifie le nom et le prénom de
l'enseignant

Fig.IV.39 : Recherche d'un support de cours (suite)

* L'identificateur de l'enseignant qui correspond à sa requête sera envoyé aussi à la page initiale :

Fig.IV.40 : Recherche d'un support de cours (suite)

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*de plus il cherche un document concernant un module particulier, il passe à l'écran suivant :

Logique pour l'IA

Fig.IV.41: Recherche d'un support de cours (suite)

* Une fois terminer, il lance la recherche de l'URI de document qui correspond à sa requête : Rappelons nous « un support de cours avec un mot clés «logique propositionnelle », rédigé à l'année universitaire « 2005/2006 » par un enseignant ayant pour nom « Ghebghoub » et pour prénom « Ouafia » et qui concerne un module ayant pour nom « logique pour l'IA », et pour niveau «cinquième année » et qui est un module de cycle « long » qui est sans TD et sans TP.

Lancer la recherche de
l'URI

Fig.IV.42 : Lancement de la recherche de l'URI

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*Le résultat de la recherche est bien le document ayant pour URI

« http://localhost : 8086/projetfinal/cours.pdf », par un simple clique sur le lien le document se visualise :

Le résultat de la recherche

Fig.IV.43 : Résultat de la recherche

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VI.2. Intégration de l'application sur la plate forme « Plone »

L'intégration de notre application sur la plate forme Plone, consistait à ajouter des lien dans L'espace de travail réservé à chacun des acteurs vers les tâche qui lui sont propres :

> L'administrateur

Fig.IV.44 : Espace administrateur

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> L'enseignant

Fig.IV.45 : Espace enseignant

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> Les étudiants

Fig.IV.46: Espace étudiant

VII. Avantage de l'application

Pour terminer on présente ici les avantages de notre application de recherche qui est basée sur une ontologie, par rapport à une recherche plein texte:

y' Elle permet de contextualiser les requêtes à titre d'exemple : Au lieu de lancer la requête « SQL+base de données », on précise mieux : « SQL concernant le module base de données ».

y' Elle permet la recherche par des données qui ne font pas nécessairement partie de document : comme les informations relatives à l'auteur de document, à la date de création, etc.

y' Elle permet de faire des requêtes plus complexes à titre d'exemple :

« Quel est le document ayant le format « HTML » rédigé par l'enseignant qui a rédigé un autre document « x ». (exploitation des relations définis dans l'ontologie)

De plus le fait que notre application est basée sur une ontologie cela présente l'avantage de partage d'un même vocabulaire entre les différents types d'utilisateurs de l'application ce qui améliore et facilite la recherche de documents.

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VIII. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté les détails d'implémentation de l'application de ce projet ; On a utilisé pour la réalisation de notre application :

-Système d'exploitation : Windows XP

-Outil de développement : Protégé-3.1.1, JBuilder7

- Machine virtuelle JAVA : J2SDK version 1.4.2.

-Serveur Web JSP: Tomcat 4.x.

- Les bibliothèques : Jena version 2.3 et Servlet/JSP version 2.3/1.2 (inclus dans Tomcat 4.x).

L'application développée a été intégrée sur la plate forme « Plone», elle est destinée pour trois types d'utilisateur : administrateur, enseignants, étudiants et elle permet l'ajout, la modification et la suppression des annotations relatives aux enseignants, aux modules et aux documents, et elle permet principalement la recherche de document à partir de leurs descriptions (métadonnées) basées sur une ontologie.

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Conclusion générale

Tout au long de ce mémoire, nous avons présenté ce qui est le Web sémantique et sur quoi il repose en terme de normes et de langages, et nous avons abordé aussi la notion d'ontologie et l'apport des ontologies dans un contexte Web sémantique.

Le travail qu'on a réalisé dans le cadre de ce projet tire part de l'ingénierie ontologique et de domaine de Web sémantique, il avait pour objectif la conception d'une ontologie pour fournir un vocabulaire conceptuel permettant l'annotation et la recherche de documents sur une plate forme d'enseignement à distance.

Et pour implémenter l'application de ce projet on s'est servit d'un ensemble de technologies proposées par la communauté du Web sémantique (OWL, protégé, Jena..).

On considère que nous avons réussi à réaliser une grande part des objectifs de ce projet, et que nous avons fait les bons choix concernant les outils d'implémentation, de ce fait notre travail constituera une très bonne piste pour d'autres projets avenir.

Cependant notre travail n'est pas parfait et il peut être amélioré sur plusieurs axes, et ce qu'on propose est de :

-Concevoir d'autres ontologies et de les faire combiner avec la notre afin d'enrichir le vocabulaire utilisé pour l'annotation et la recherche.

-Tester la possibilité de raisonnement offerte par le langage OWL.

-Réutiliser cette ontologie dans une plate forme basée sur les techniques du Web sémantique -Utiliser cette ontologie dans la réalisation d'un éditeur de documents.

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OWL : Web Ontology Langage.

RDF : Ressource Description Framework, permet de présenter des données et des méta

données.

RDFS : RDF Schéma, permet de définir des vocabulaires RDF.

DTD : Document Type Definition. HTML : HyperTexte Markup Language. OWL DL : OWL Description Logics. XML : eXtensible Markup Language. HTTP: HyperText Transfer Protocol. DOM : Document Object Model.

SAX : Simple API for XML.

W3C : World Wide Web Consortium.

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers.

API : Interface de Programmation d'Application.

URI : Uniform Ressource Identifier. URL : Uniform Ressource Locator.

EAO : Enseignement Assisté par Ordinateur.

EIAO : Enseignement Intelligemment Assisté par Ordinateur.

FOAD : Formation Ouverte et A Distance. IA : Intelligence Artificielle.

IC : Ingénierie des Connaissances.

IMAT: Integrating Manuals And Training. ODE : Ontology Design Environment.

TD : Travaux Dirigés.

TP : Travaux Pratiques.

XSLT : Extensible Stylesheet Language Family Transformations.

JSP : Java Server Page.

UML : Unified Model Langage. E-learning : Electronic learning.. E-commerce : Electronic commerce.

FAQ: Frequently Asked Questions. SQL :Structured Query Langage. JDK : JAVA Development Kit.

[1] Les applications de XML à la production d'objets pédagogiques interactifs.

[2] Benayache Ahcene (2005) Construction d'une mémoire organisationnelle de formation et évaluation dans un contexte e-learning : le projet MEMORAe

[3] Pourquoi le XML ? :www.microsoft.com/france/msdn/xml/whyXml.mspx

[4] Daniel Martin (1999) Stockage et interopérabilité en XML.

[5] Cours sur le Web Sémantique : www.greyc.ensicaen.fr/~chris/Cours_ws_cp_2005.htm

[6] Jean Charlet, Philippe Laublet, Chantal Reynaud (2003) Action spécifique 32 CNRS / STIC: Web sémantique : Rapport final

[7] Xavier Lacot (2005) Introduction à OWL, un langage XML d'ontologies Web.

[8] Sticef.org (2003) Apport de l'ingénierie ontologique aux environnements de formation à distance

[9] Sticef.org (2004) Le rôle de l'ingénierie ontologique dans le domaine des EIAH.

[10] Ouafia Ghebghoub, M .Djoudi, M,Ibn mouhammed (Congrès AIPU, Monastir Tunisie du 15 au 18 Mai 2006) Ontologies et web sémantique en enseignement à distance.

[11] Jean-Yves FORTIER (Octobre 2001) Construction d'une ontologie pour gérer la documentation d'un centre de recherche

[12] Sabri Boutemedjet (2004) Web Sémantique et e-Learning.

[13] Cyrille Desmoulins, Monique Grandbastien (2000) .Des ontologies pour indexer des documents techniques pour la formation professionnelle

[14] Rahmani Anas, Mallouli Wissam, Iben Said Anis (2004-2005) Utilisation d'une ontologie distribuée sur des Pockets PC pour la gestion d'un cabinet médical

[15] Marc Herlin : Introduction à Jena Le framework Java pour le Web sémantique.