Contexte de la thèse
Domaine de recherche : EIAH, Serious Games et Learning Games
Les ordinateurs sont des objets qui sont de plus en plus présents dans la vie humaine. Cette technologie nous donne accès à toutes sortes d’informations qui nous facilitent ou encore améliorent notre vie en général. Au point de vue de l’éducation, l’ordinateur occupe une grande place. On l’utilise pour les traitements de textes, les recherches, les logiciels ou encore, pour faire des exercices de mise en application d’une théorie spécifiée par le professeur dans des environnements bien spécifiques. Cette nouvelle vague d’environnements est appelée : les EIAH. Le sigle EIAH signifie « Environnement Informatique pour l’Apprentissage Humain ». Il couvre une diversité de travaux et de systèmes. Leur point commun est la mise en relation d’une intention didactique et d’un environnement informatique. C’est un domaine de recherche pluridisciplinaire : pédagogie, didactique, psychologie cognitive, sciences de l’éducation et informatique sont les disciplines directement concernées, ainsi que l’ergonomie ou les sciences de l’information et de la communication. Il s’intéresse à la conception d’environnements spécifiques pour favoriser l’apprentissage dans de nombreux domaines et dans des contextes très variés (en présence ou à distance, individuel ou collaboratif, etc.) (Tchounikine 2002) Depuis quelques années ont émergé des recherches plus spécifiquement orientées vers la conception de jeux sérieux ou « Serious Games ». Ces derniers définis comme un défi cérébral contre un ordinateur impliquant le respect de règles précises, et s’appuyant sur le divertissement pour atteindre des objectifs liés à diverses formations. (Zyda 2005) En fait, dès son plus jeune âge, l’homme utilise naturellement le jeu comme un moyen pédagogique pour contribuer à son développement affectif, sensoriel, moteur, cognitif, intellectuel et social (Gaussot 2002). Ce procédé est repris par les enseignants dans les écoles maternelles et primaires pour enseigner les mathématiques, l’histoire, l’art, la musique ou les langues étrangères (Brougere 2005). Cette approche pédagogique vise à utiliser l’attractivité et l’engagement inhérents au jeu pour catalyser l’attention des élèves et les engager dans leurs propres apprentissages (Dondlinger 2007). Par le biais du jeu, les apprenants deviennent des acteurs centraux de leur formation contrairement à la position passive qu’ils occupent la plupart du temps dans l’enseignement traditionnel. De plus, l’apprenant se retrouve engagé émotionnellement dans le jeu, ce qui facilite l’imprégnation de ses actions et décisions dans sa mémoire. Le jeu peut donc être utilisé avantageusement pour faciliter l’apprentissage de certaines compétences pour lesquelles les méthodes d’enseignement traditionnelles ne se montrent pas satisfaisantes (Federation of American Scientist 2006; Mayo 2007). Ces jeux sont connus sous le nom de « Jeux Educatifs » ou « Educational Game», ils appartiennent à une sous classe des Serious Games, dans lesquels, les caractéristiques du jeu sont utilisées pour favoriser les mécaniques d’apprentissage. Nous évoquons une classification des jeux sérieux dans la deuxième partie de ce manuscrit (Cf. Partie II § 1.5) Le contexte dans lequel nous avons mené nos travaux de thèse hérite des deux domaines précédemment cités : les « EIAH » et les « Serious Games ». Nous nous intéressons plus précisément aux jeux éducatifs, en proposant un jeu pour améliorer l’apprentissage des notions algorithmiques. Le jeu proposé constitue une brique (ludique dans notre cas) dans un environnement (EIAH) interactif à exécution adaptative.
Domaine d’application : L’apprentissage des notions algorithmiques
L’apprentissage de l’algorithmique et les fondamentaux de la programmation est une phase primordiale dans le cursus des étudiants en informatique. Toutefois, cet apprentissage pose de réelles difficultés particulièrement chez les étudiants novices. En réalité, les cours de programmation sont généralement considérés comme difficiles et ont souvent les taux d’abandon les plus élevés (Robins et al. 2003b). Les spécificités de ces difficultés et les causescorrespondantes sont au cœur de la recherche, de nombreuses raisons sont pointées, et plusieurs études ont été menées pour reconnaître les caractéristiques des programmeurs novices: Principalement, les méthodes d’enseignement traditionnelles reposent généralement sur des conférences, la syntaxe spécifique des langages de programmation, et l’échec à attirer et à motiver les apprenants afin qu’ils s’impliquent dans les activités de programmation (Lahtinen et al. 2005; Schulte & Bennedsen 2006) En outre, les langages de programmationutilisés habituellement dans les classes de programmation sont de nature professionnelle (C, C ++, C # et Java), ils ont une syntaxes étendue et complexe, ce qui rend l’apprentissage difficile pour les débutants (Jenkins 2002; Motil & Epstein 2000). Une autre préoccupation est la difficulté des élèves avec des concepts abstraits: savoir comment concevoir une solution à un problème, le subdiviser en sous-problème plus simple, et concevoir des situations d’erreur hypothétiques pour tester et trouver les erreurs, (Esteves et al. 2008) et des difficultés dans la compréhension même des concepts les plus fondamentaux (Lahtinen et al. 2005; Miliszewska & Tan 2007) comme les variables, les types de données ou les adresses mémoire, surtout que ces concepts abstraits ne disposent pas d’analogies directes dans la vie réelle (Lahtinen et . al., op cit .; Miliszewska & Tan, op cit).
Problématique scientifique, hypothèses et objectifs de recherche
Dans cette partie nous allons étudier les solutions proposées dans la littérature afin de résoudre les problèmes précédemment cités . Nous identifions les problèmes qui persistent et formalisons notre objectif de recherche.
L’apprentissage de l’algorithmique et les fondamentaux de la programmation. De nombreuses solutions technologiques tentent de résoudre ces problèmes en fournissant des environnements qui facilitent les tâches d’exécution et qui offrent des mécanismes de visualisation, mais qui ont échoué dans d’autres aspects, tels que le manque de motivation et l’incapacité de représenter correctement de manière compréhensible les concepts complexes de programmation (Henriksen & Kölling 2004). De ce fait, une nouvelle vague d’environnements éducatifs ont émergé, appelés « MacroWorlds » , où les apprenants glissent et déposent des blocks graphiques pour créer un programme. Ces environnements offrent une meilleure visualisation des concepts, mais les étudiants, surtout les novices continuent à faire face à des problèmes importants dans les cours de programmation informatique (Lahtinen et al. 2005; Ragonis & Ben-Ari 2005). Le manque de motivation et le manque de méthodes appropriées qui guident les élèves dans la compréhension des concepts complexes ne sont que deux des problèmes les plus évidents qui doivent encore être surmontés avec succès (Pears et al. 2007).
Notre contexte de travail concerne les Environnements Informatique d’Apprentissage Humain. Un environnement éducatif offre une grande variété de sources d’informations et de services pour répondre aux besoins des apprenants, leur permettant ainsi de prendre une part active dans le processus d’enseignement. Malgré les avantages évidents de cette approche, il y a cependant certaines difficultés. (Boticario et al. 2000) Une des principales préoccupations relative à ces environnements est la diversité des apprenants. Il est constaté, depuis longtemps, que les apprenants diffèrent les uns des autres. (Towle & Halm 2005) Certains apprenants ont besoin d’une image avant d’être pleinement satisfaits de leur compréhension, alors que d’autres sont plus à l’aise avec des explications textuelles. Certains apprenants veulent des instructions détaillées avant de tenter une nouvelle tâche, tandis que d’autres veulent sauter directement et essayer par eux-mêmes. Certains apprenants sont désireux d’offrir la réponse à n’importe quelle question, tandis que d’autres ne participent que lorsqu’on leur demande.
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Table des matières
Partie I INTRODUCTION
Chapitre I: Problématique et objet de recherche
1 Introduction
2 Contexte de la thèse
2.1 Domaine de recherche : EIAH, Serious Games et Learning Games
2.2 Domaine d’application : L’apprentissage des notions algorithmiques
3 Problématique scientifique, hypothèses et objectifs de recherche
3.1 Hypothèse liée à l’objectif 1 : Jouer pour apprendre
3.2 Hypothèse liée à l’objectif 2 : individualiser le contenu pour favoriser l’apprentissage
4 Démarche et organisation de la thèse
4.1 Démarche de recherche
4.2 Organisation du manuscrit
5 Conclusion
Partie II ETUDE EXPLORATOIRE ET STRUCTURANTE
Chapitre II: État de l’art sur les jeux sérieux
1 Introduction
2 Le jeu : objet d’étude complexe
2.1 Définir le Serious Game
2.2 Origines et histoire de l’oxymore « Serious Game »
2.3 Champs d’application du Serious Game
2.4 Différence entre Serious Game et Jeu Vidéo
2.5 Classification des Serious Games
3 Le jeu et la formation
3.1 Apprentissage par le jeu : Concept général
3.2 Mise en perspective du jeu avec les principales théories d’apprentissage et méthodes pédagogiques
4 Jeux vidéo et apprentissage de la programmation
4.1 Problèmes liés à l’apprentissage de la programmation
4.2 Environnements informatiques pour l’apprentissage de la programmation
4.3 Jeux sérieux pour l’apprentissage de la programmation
5 Synthèse
6 Conclusion
Chapitre III: Les environnements adaptatifs et l’adaptation dans les jeux
1 Introduction
2 Système interactif adaptatif
2.1 Notion d’interactivité
2.2 Notion d’adaptation
2.3 Exécution adaptative d’une application interactive
3 Adaptation et techniques d’adaptation dans les jeux ludiques et sérieux
3.1 Objectif de l’adaptation
3.2 Adaptation dans les jeux ludiques
3.3 Adaptation dans les jeux sérieux
3.4 Processus d’adaptation
3.5 Technique d’adaptation
3.6 Synthèse et discussion générale
4 Conclusion
Partie III CONTRIBUTIONS, EXPERIMENTATION ET RESULTATS
Chapitre IV: Proposition d’une méthode d’apprentissage de l’algorithmique en utilisant les jeux sérieux
1 Introduction
2 Cadrage du jeu sérieux
2.1 Classement des jeux vidéo par genre
2.2 Popularité des genres de jeux vidéo auprès des apprenants
3 Contraintes et spécifications
3.1 La double scénarisation
3.2 Jeu et motivation de l’apprenant
4 Mécanismes de jeu
4.1 Mécaniques de base proposés
5 Présentation des prototypes réalisés
5.1 Conception et réalisation du premier prototype
5.2 Conception et réalisation du deuxième prototype
6 Conclusion
Chapitre V: Gestion des scénarios pédago-ludiques dans un jeu sérieux
1 Introduction
2 Méthode de description du scénario pédagogique
3 Méthode de gestion du scénario pédagogique
3.1 Système d’aide à la décision multicritères
4 Méthode de description du scénario ludique
4.1 Caractéristiques d’une mission de jeu
5 Méthode de gestion du scénario ludique (phase de réalisation)
5.1 La sélection des ressources (missions de jeu)
6 Proposition d’une architecture système pour la gestion de la double scénarisation dans un jeu sérieux
6.1 Relation entre le scenario d’apprentissage et le scénario de jeu
6.2 Exemple de fonctionnement
7 Conclusion
Chapitre VI: Evaluation et validation des hypothèses
1 Introduction
2 Contexte et protocole expérimental
3 Résultats Pré-expérimentation
4 Résultats Post-expérimentation
5 Synthèse de l’expérimentation
6 Conclusion
Partie IV CONCLUSION
Chapitre VII: Bilan et perspectives
1 Bilan du travail réalisé
2 Perspectives
Bibliographie
ANNEXES
