Wolfram|Alpha, le Web sémantique à son meilleur

Jean-Luc Trussart, conseiller technopédagogique au Cégep régional de Lanaudière à L’Assomption, explore le potentiel et l’impact pédagogique du moteur de recherche Wolfram|Alpha et du Web sémantique. Il retrace les impacts de l’évolution d’Internet sur l’apprentissage et l’enseignement en donnant des exemples d’applications pédagogiques de Wolfram|Alpha tout en soulevant les enjeux liés à l’intégration de l’outil en classe.

Table des matières

1. État de la question
   1. Les effets de l’évolution d’Internet sur la classe
   2. Avantages pédagogiques et pratiques du recours au Web sémantique
2. Dans la pratique
   1. Applications pédagogiques
   2. Enjeux
   3. Conclusion
3. Références utiles
   1. Référence proposée par le Centre de documentation collégiale

État de la question

Internet est devenu omniprésent dans les salles de classe du réseau d’enseignement collégial et la quantité d’information disponible ne cesse de croître. Dans cette mouvance, les applications du Web sémantique tentent d’automatiser l’organisation et la présentation des données à l’aide d’algorithmes imaginés par l’humain. Ces innovations permettent aux utilisateurs de mieux comprendre la sémantique (le sens) de l’information.

Le moteur de recherche Wolfram|Alpha, lancé en 2009 par le mathématicien Stephen Wolfram, représente bien les fondements et les caractéristiques de ce concept. Il permet d’obtenir rapidement un résumé factuel d’un concept, d’une équation ou d’une donnée, établit des liens entre certaines données trouvées et propose une liste de sources crédibles pour appuyer son analyse. Bien que le service ne soit actuellement que disponible en anglais, la traduction du service dans d’autres langues, dont le français, est prévue.

L’intégration pédagogique d’un tel outil au niveau collégial engendre inévitablement des impacts sur les méthodes pédagogiques de l’enseignant et sur les stratégies d’apprentissage de l’étudiant. Ce dossier explorera les effets de l’utilisation des outils du Web sémantique sur l’apprentissage et l’enseignement en présentant un bref survol des impacts de l’évolution d’Internet, passés et présents, sur la classe. Par la suite, les avantages, les applications pédagogiques et les enjeux liés au Web sémantique seront abordés en utilisant le cas concret du moteur de recherche Wolfram|Alpha.

Les effets de l’évolution d’Internet sur la classe

Avant d’approfondir le potentiel pédagogique du Web sémantique, il importe de retracer les principaux impacts, passés et présents, de l’évolution d’Internet sur la classe. Cet historique, non exhaustif, a pour but de contextualiser l’émergence du Web sémantique en enseignement et en apprentissage. Il n’a pas la prétention de dresser une analyse complète des impacts de chaque période.

Le Web informationnel

L’apparition des moteurs de recherche (Altavista, 1995; Yahoo, 1995 et Google, 1998) forge la « toile de l’information » où chaque contenu est organisé par le biais de liens et d’hyperliens. Internet offre à l’étudiant l’accessibilité à du contenu de partout dans le monde, dans toutes les langues et ce, au moment qu’il le désire. La quantité d’information permet à l’enseignant de proposer des activités d’apprentissage de recherches et de revues de presse à l’étudiant pour l’amener à développer ses compétences de recherche, de sélection, d’organiser et de présentation de l’information.

Le Web collaboratif

Au début des années 2000, l’émergence des réseaux sociaux (MySpace, 2003; Linkedin, 2003 et Facebook, 2004) et des blogues/microblogues  (WordPress, 2001 et Twitter, 2006) a permis aux internautes d’échanger, d’interagir, de partager et de publier facilement du contenu sur le Web, sans qu’il soit nécessaire d’avoir des connaissances avancées en programmation. De plus, des sites collaboratifs, tels que les encyclopédies en ligne (Wikipédia, 2001), les sites de partage (YouTube, 2005) ou les marques-pages sociaux (Delicious, 2003, Digg, 2004 et Diigo, 2006), ont permis de répertorier les ressources du Web 1.0. Au plan pédagogique, les réseaux sociaux ont permis de démocratiser la publication sur le Web, de connecter la classe au monde extérieur et de faciliter la télécollaboration entre les étudiants. L’étudiant peut ainsi partager ses créations et obtenir une rétroaction de son enseignant, de ses pairs ou du public sur les travaux qu’il réalise.

Figure 1 – Symbole de fil RSS (source : Wikipédia)

Le Web sémantique

Le Web sémantique peut se définir comme la mise en relation de l’information pour permettre aux ordinateurs de comprendre la sémantique (le sens) de l’information. Les données sont organisées par les humains ou par l’ordinateur de façon automatisée. L’ordinateur se voit confier la tâche d’associer, de traiter et de publier les informations en plus de permettre à l’utilisateur d’afficher les résultats selon une présentation personnalisée et structurée. Ainsi, on distingue deux types de processus informatisés : l’agrégation et la curation de contenu. L’agrégation de contenu consiste à s’abonner à diverses sources d’informations organisées automatiquement à l’aide de source de données. Les lecteurs de fils RSS (Google Reader, 2005 et Netvibes, 2005) ou le moteur de recherche Wolfram|Alpha s’apparente à ce type de traitement automatisé des données. La curation de contenu est […] une pratique qui consiste à sélectionner, éditorialiser et partager les contenus les plus pertinents du Web pour une requête ou un sujet donné. Les services de curation (Scoop.it, 2009 et  Pearltrees, 2008) permettent au curateur de réorganiser le contenu sélectionné sur un thème et de le proposer à ses lecteurs. En classe, le Web sémantique permet à l’étudiant et à l’enseignant d’accéder à un ensemble de connaissances organisées, par différents acteurs, à l’aide de l’ordinateur. Ainsi, l’enseignant peut valider la crédibilité des contenus agrégés ou des curateurs et effectuer à son tour une agrégation ou une curation de contenu à partir de sources pertinentes.

L’Internet des objets

Cette évolution du Web représente l’extension d’Internet à des choses et à des lieux dans le monde réel. Ce prolongement d’Internet permet de générer une « réalité augmentée » en ajoutant des codes ou des adresses URL aux objets ou aux lieux. L’information stockée dans les codes peut être traitée par des dispositifs mobiles sans fil. Par exemple, les codes QR (1999) sont des codes bidimensionnels qui permettent de stocker du texte ou des liens.  Les capteurs (GPS, sensoriels ou autres) installés sur les individus d’une espèce ou sur un territoire permettent de transmettre des données qui seront traitées et organisées par des systèmes informatiques. Cet accès à des données en temps réel permet à l’étudiant de mieux se représenter les réalités et les concepts vus en classe. Pour l’enseignant, ces nouveaux outils lui permettent de planifier des démonstrations appelées à être plus contextualisées et plus efficientes.

Figure 2 – Code QR de Wikipédia (source : Wikipédia)

Avantages pédagogiques et pratiques du recours au Web sémantique

Les outils du Web sémantique présentent plusieurs avantages pédagogiques, tant pour l’étudiant que pour l’enseignant. La section suivante identifiera des usages pédagogiques potentiels du Web sémantique en classe.

Accéder facilement et rapidement à de l’information de qualité

Tout d’abord, l’utilisateur a un accès instantané à une base factuelle et organisée de connaissances et à une médiagraphie de sources crédibles. Cette accessibilité réduit le temps de recherche et d’organisation de l’information pour permettre à chacun de passer plus rapidement à l’analyse et l’interprétation des données.

Mobiliser des apprentissages plus complexes

À l’aide des données disponibles, l’enseignant peut amener l’étudiant à développer des habiletés cognitives plus complexes et se concentrer à proposer à l’étudiant des outils pour traiter l’information. L’évaluation des apprentissages pourra se concentrer davantage sur les habiletés d’analyse, de création et d’évaluation. Suite à l’émergence d’outils tels que Wolfram|Alpha, l’enseignant pourra prévoir une adaptation des activités d’apprentissage et d’évaluation qui font appel aux habiletés de mémorisation ou de compréhension.

Concrétiser les apprentissages

La mise en relation des données par les outils informatiques permet également à l’étudiant de mieux se représenter des concepts abstraits. L’affichage visuel et dynamique des données à l’aide des graphiques, schémas, images ou tableaux permet à l’étudiant de conceptualiser les concepts ou les données qui peuvent lui paraître plus abstraits. Ces outils permettent également à l’enseignant d’obtenir facilement des supports visuels pour appuyer son enseignement.

Figure 3 – Diagramme de phases et représentation 3D d’une molécule de méthane (source : Wolfram|Alpha)

Établir des liens

Enfin, l’outil permet à l’étudiant d’analyser les résultats générés et associés par sa recherche afin d’établir des liens, de comparer les données ou d’en dégager des tendances. L’outil établit déjà certains liens (comparaison, corrélation, cause à effet) entre les données. Par exemple, on peut comparer des édifices (Buji Khalifa avec l’Empire State Building) ou deux indicateurs statistiques (le PIB et l’IDH du Canada).

Figure 4 – Comparaison du Produit intérieur brut (PIB) et de l’indice du développement humain du Canada (source : Wolfram|Alpha)

Dans la pratique

Applications pédagogiques

La section suivante permettra d’explorer des exemples d’opportunités pédagogiques qu’offre l’outil Wolfram|Alpha. Pour ce faire, des cas concrets de résultats de recherches appliquées à différentes disciplines seront présentés. Cet exercice permettra d’identifier les types de connaissances accessibles ainsi que les applications pédagogiques possibles. Il est à noter que les exemples sélectionnés ont pour but de survoler quelques fonctionnalités de l’outil et ne représentent qu’une infime partie des possibilités de ce dernier. Pour apprécier l’ensemble des fonctionnalités offertes, le lecteur est fortement encouragé à consulter la riche liste d’exemples disponible sur le site de Wolfram|Alpha.

Mathématiques

En mathématiques, l’entrée d’une dérivée ou d’une équation algébrique permet à l’étudiant d’accéder à la représentation graphique, aux étapes de résolution, aux formes alternatives, aux racines numériques et autres. Le moteur de recherche est également capable de résoudre automatiquement des équations. Ainsi, l’étudiant obtient rapidement tous les outils pour valider les problèmes que l’enseignant lui soumet et lui permet de s’attaquer à la compréhension du processus plutôt que simplement s’intéresser au résultat.

Figure 5 – Dérivé d’une fonction avec affichage des graphiques et des étapes de résolutions (source : Wolfram|Alpha)

Sciences

En sciences, l’étudiant accède à une application structurée des principes théoriques. Par exemple, en physique, les équations soutenant un concept et les relations entre les différentes variables s’affichent automatiquement. En biologie, la taxonomie d’une espèce et ses caractéristiques sont disponibles. Enfin, en chimie, la représentation des molécules ou la résolution d’équations chimiques peuvent être générées. L’outil permet à l’étudiant de concrétiser les concepts plus abstraits présentés par l’enseignant.

Figure 6 – Résolution d’une équation chimique (source : Wolfram|Alpha)

Sciences humaines

Wolfram|Alpha peut également fournir des statistiques et des données utilisables dans l’ensemble des disciplines de ce champ d’études.  Par exemple, on peut afficher le portrait, l’état et l’évolution d’un indice boursier, d’un indicateur économique, d’un indicateur statistique, ou encore d’une organisation internationale. Chaque donnée peut être comparée avec une autre donnée semblable, et ce, à même l’outil. Les données factuelles à jour et la médiagraphie rattachées à ceux-ci peuvent compléter l’information disponible dans les encyclopédies.

Figure 7 – Carte dynamique de l’Indice de développement humain (source : Wolfram|Alpha)

Langues

Bien que l’outil soit actuellement disponible uniquement en anglais, la recherche d’un mot permet d’obtenir sa définition, sa prononciation, son origine, la fréquence d’utilisation à travers l’histoire, les mots de la même famille, le champ lexical et enfin, les questions de mots croisés associées. Il est également possible d’entrer une quantité de mots, de page ou de paragraphe afin d’identifier la longueur du texte en caractères ou en pages, le temps approximatif de lecture et d’écriture.

Figure 8 – Fréquence d’utilisation du mot Ski dans l’histoire (source : Wolfram|Aplha)

Figure 9 – Les résultats de la recherche de « 2000 mots » (source : Wolfram|Aplha)

Arts

Wolfram|Alpha permet également de décrire une couleur en déclinant ses différentes représentations (RGB, Hexadécimal, HTML, Pantone…), sa position dans le cercle chromatique, son utilisation dans les logos de compagnies connus, les couleurs liées ainsi que sa position dans le spectre des couleurs. Il est également possible d’obtenir des informations relatives à l’identification d’une œuvre, sa structure (nombre d’actes, de scènes et de personnages, phrases), son nombre de mots, les mots ou expressions les plus fréquemment utilisés, le poids relatif du dialogue de chaque personnage, le nombre d’apparences de ces derniers ainsi que le poids relatif de chaque acte.

Figure 10 – Fréquence d’apparition des personnages dans la pièce Macbeth (source : Wolfram|Alpha)

Enjeux

Devant un tel outil, le premier réflexe des enseignants peut être de bloquer le site aux étudiants à l’aide des filtres Internet disponibles. Malheureusement, ces filtres sont facilement contournables et il est difficile de bloquer des applications tierces sur les dispositifs mobiles ou les ordinateurs personnels des étudiants. Comme avec les médias sociaux, il semble plus judicieux d’éduquer les étudiants à se servir adéquatement de l’outil que de l’interdire en classe (comme le propose Mario Asselin dans son article « Et si les filtres Internet dans les écoles envoyaient le mauvais signal? »).

L’accès instantané aux résultats de recherche organisés de Wolfram|Alpha peut profiter à l’apprentissage de l’étudiant. En effet, les tâches reliées à l’acquisition et la mobilisation de connaissances peuvent s’avérer plus rapides et efficaces par l’accès instantané à des informations organisées sémantiquement. Cependant, cet avantage peut s’atténuer, voire devenir nuisible dans un contexte d’évaluation des apprentissages. L’évaluation des connaissances déclaratives (définir un concept par exemple) et de certaines connaissances procédurales (reproduire une démarche de résolution de problème par exemple) est difficilement adaptable à un tel outil. À l’inverse, l’évaluation des compétences profite de cet outil en permettant à l’étudiant d’accéder aux connaissances déclaratives et à une médiagraphie pertinente. L’enseignant devra réfléchir aux adaptations possibles de ses activités d’évaluations pour profiter de l’outil au lieu d’être confronté à ce dernier.

Pour s’adapter à cette nouvelle réalité, l’enseignant pourra proposer des activités d’apprentissage et d’évaluation axées sur la motivation de l’étudiant ou l’apprentissage actif et complexifier progressivement le niveau cognitif des tâches proposées, en offrant un défi adapté à l’étudiant.  Ainsi, en utilisant des niveaux taxonomiques plus élevés (évaluer et créer au lieu de mémoriser ou comprendre), l’enseignant pourrait amener l’étudiant à mobiliser les savoirs et les savoir-faire générés par l’outil au lieu de vérifier l’acquisition des connaissances ou bien proposer des résolutions problèmes complexes, adaptés à son niveau.

Ces outils influencent également les compétences informationnelles de l’étudiant et les démarches de recherches utilisées. L’étudiant se doit d’exploiter efficacement ses compétences afin de maximiser l’utilisation de l’outil. Bien que l’outil puisse accélérer les processus de recherche, de sélection, de traitement et d’organisation de l’information, l’étudiant doit être en mesure d’établir lui-même la sémantique des données pour les assimiler. L’enseignant peut puiser dans les habiletés du Profil TIC pour outiller l’étudiant à bien utiliser l’outil afin de développer les compétences informationnelles de recherche, de traitement, d’organisation et de présentation de l’information.

Enfin, les travaux sur la génération C témoignent de l’utilisation de plus en plus importante des dispositifs mobiles par les étudiants. L’arrivée des téléphones intelligents, tablettes et autres dans la classe fait en sorte que l’accessibilité aux outils du Web sémantique est accrue. L’intégration de l’outil en classe est susceptible d’être réalisée par l’étudiant, avant même que l’enseignant ait eu le temps d’adapter sa pratique.

Conclusion

Le Web sémantique et ses outils représentent une opportunité intéressante pour les enseignants dans plusieurs disciplines. Ce dossier a permis de constater les effets de l’évolution d’Internet sur la classe et plus précisément les outils du Web sémantique comme Wolfram|Alpha. Ce dossier a également démontré que l’intégration d’un tel outil en classe se doit d’être planifiée afin de bien outiller l’étudiant, de soutenir le développement de ses compétences et de favoriser sa réussite. L’enseignant devra réfléchir à la pertinence et à l’efficacité des activités pédagogiques proposées aux étudiants afin de bien intégrer l’outil. Pour ce faire, quelques suggestions ont été avancées dans ce texte. L’enseignant pourra aussi s’intéresser aux outils d’intégration des TIC déjà disponibles et consulter son conseiller technopédagogique au besoin. Bonne expérimentation!

Références utiles

• Vitrine technologie-éducation. Le Web 3.0, Web sémantique ? (Baladodiffusion) [en ligne] http://ntic.org/reseau-tic/episode-31-decouverte/ [Page consultée le 23 août 2012]
  Baladodiffusion présentant les opportunités que pourrait offrir le web sémantique en éducation.
• Wolfram, Stephen. Wolfram|Alpha Personal Analytics for Facebook [en ligne] http://blog.wolframalpha.com/2012/08/30/wolframalpha-personal-analytics-for-facebook/ [Page consultée le 9 septembre 2012]
  Stephen Wolfram présente la fonction d’analyse personnelle afin de traiter les profils Facebook. Par cet article, le créateur de Wolfram|Alpha illustre l’ampleur et la diversité du traitement de données que l’outil est en mesure d’effectuer.
• World Wide Web Consortium (W3C). Semantic Web. [En ligne] http://www.w3.org/standards/semanticweb/ [page consultée le 23 aout 2012]
  Le W3C a pour mission de développer le plein potentiel du Web. Pour ce faire, il établit des standards pour les développeurs et propose des principes directeurs. Le web sémantique fait partie intégrante de la vision de l’organisme quant à la gestion des données et des services web. Bien que cette page soit très technique, elle permet de cerner les principes soutenant le concept du web sémantique.

Référence proposée par le Centre de documentation collégiale

• Focus. WTF is semantic Web and why should I care. (Infographie) [en ligne] http://www.un-a-un.com/wp-content/uploads/2011/03/semantics.jpg [Page consultée le 29 août 2012]