Thesis
Reference
Conception et évaluation d'un jeu vidéo en algèbre : apprentissage, motivation et usage de la visualisation dans un environnement aux
représentations multiples
SUTTER WIDMER, Denise
Abstract
Cette thèse s'inscrit dans le domaine de recherche des jeux sérieux et des représentations externes multiples. Un jeu destiné à l'apprentissage de l'algèbre élémentaire, portant sur la résolution d'équations et la mise en équation d'un problème algébrique, a été développé puis évalué auprès de jeunes élèves âgés de 13 à 15 ans. Sa conception s'est appuyée sur l'identification préalable de différentes caractéristiques d'environnements d'apprentissage ludiques, susceptibles de promouvoir l'engagement des apprenants et un apprentissage complexe mobilisant des représentations externes (texte, équation, représentation concrète du problème). Les résultats ont mis en évidence un impact différencié du jeu sur l'engagement et l'apprentissage des apprenants-joueurs qui dépendait du niveau antérieur de connaissance des apprenants, de leur profil motivationnel au début du jeu, de l'usage de différents outils d'aide et de visualisation ainsi que des stratégies de jeu et d'autorégulation de l'apprentissage mises en œuvre.
SUTTER WIDMER, Denise. Conception et évaluation d'un jeu vidéo en algèbre : apprentissage, motivation et usage de la visualisation dans un environnement aux représentations multiples. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2017, no. FPSE 664
URN : urn:nbn:ch:unige-963780
DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:96378
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:96378
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Section des Sciences de l’Education
Sous la direction de Mireille Bétrancourt et Nicolas Szilas
Conception et évaluation d’un jeu vidéo en algèbre : Apprentissage, motivation et usage de la visualisation dans un
environnement aux représentations multiples
THESE
Présentée à la
Faculté de psychologie et des sciences de l’éducation de l’Université de Genève
pour obtenir le grade de Docteur en Sciences de l’Education
par
Denise SUTTER WIDMER de
Genève Thèse No 664
GENEVE
Janvier 2017
Numéro d’étudiante : 85-314-599
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Remerciements
Voilà un long périple qui s’achève. La barque sur laquelle je me suis embarquée il y a six ans est finalement arrivée à bon port malgré les vagues plus ou moins grosses qu’il a fallu surmonter en chemin... Si j’ai réussi à garder le cap, c’est en grande partie grâce au soutien et à la présence de nombreuses personnes qui ont contribué à la réalisation de ma thèse. Je tiens à les remercier ici chaleureusement.
Je remercie tout particulièrement mes deux co-directeurs de thèse, Nicolas Szilas et Mireille Bétrancourt, pour leur accompagnement et soutien dans la direction de la thèse. Toujours disponibles et accueillants dans leurs bureaux respectifs, positifs et confiants, ils m’ont guidée tout au long de ce périple. Leurs conseils judicieux et remarques pertinentes furent très précieux. Nicolas attentif à ce que je n’oublie pas la dimension « jeu » et les questions de « conception » dans ma thèse ; Mireille répondant toujours avec patience à mes questions d’ordre méthodologique et statistique.
Je tiens aussi à remercier vivement Jean-Luc Dorier, membre de ma commission de thèse, sans doute insuffisamment sollicité sur les questions d’ordre didactique mais toujours disponible et à l’écoute quand il le fallait. Merci pour toutes les relectures et commentaires du manuscrit.
Je remercie chaleureusement Erica de Vries et Eric Sanchez qui ont accepté de faire partie de mon jury de thèse. C’est pour moi un honneur de les compter parmi les membres de mon jury.
Merci bien sûr à Nicolas Habonneau qui a pris en charge tout le développement du logiciel et l’aspect graphique. Sa bonne humeur et son humour furent très précieux durant toute la phase de la thèse dédiée à la conception et au développement d’Algebra Mystery. Malheureusement, il est reparti dans ses chères terres normandes.
Un grand merci à Gabriel Thullen, qui a accompagné le projet durant toute la première année de conception et de développement du jeu. En tant qu’enseignant en mathématique et en informatique au Collège des Colombières, il a fait profiter le projet de son expertise dans l’enseignement de l’algèbre élémentaire. Les échanges très réguliers et nombreux que nous avons eus ensemble ont été extrêmement utiles pour la conception du logiciel et son adaptation au public-cible. Je le remercie de m’avoir « prêté » ses élèves pour tester les premiers prototypes du logiciel.
J’adresse toute ma gratitude à la direction du Cycle d’orientation des Colombières, à M. Frank Burnand, qui m’a ouvert chaleureusement les portes de son collège. Je remercie évidemment l’équipe d’enseignants en mathématique de cet établissement qui m’a accueillie avec beaucoup de générosité et accepté que j’intervienne dans ses classes : merci à Tania Tinguely, Manuela Jaudon, Salvatore Tempone, Lucien Popescu et Laurent Rey, ainsi qu’à leurs élèves qui ont accepté de
« jouer le jeu » en participant à cette recherche !
A tous mes collègues de Tecfa, j’adresse un grand merci. Leur écoute, leurs conseils, leur soutien m’ont été très précieux. Merci pour tous les moments d’échange chaleureux qui ont égrené ces années de thèse. Merci en particulier à Claire, Kalli et Andreaa (de la section des Sciences de
iv l’Education) pour leur soutien durant les moments difficiles de la thèse. Mais aussi merci à tous les autres, aux jeunes doctorants Vincent, Juliette, Julien, Sergio, Mattia, ainsi qu’à François, Gaëlle, Daniel, Stéphane, Urs, Sandra, Giulia, et à Marcos reparti au Brésil, qui contribuent, ou ont contribué, à l’esprit innovant, pétillant et bienveillant de l’unité TECFA.
Merci également à mes amis proches qui m’ont soutenue et ne m’en ont pas voulue pour toutes les invitations déclinées durant les derniers mois de la thèse. Je pense en particulier à Maya et Yves, Anne et Vincent, Nicole, Catherine V., et à l’équipe de marcheuses du lundi soir (Catherine L., Diane) qui me donnait l’énergie dont j’avais besoin pour le reste de la semaine.
Je tiens évidemment aussi à remercier toute ma famille. Mes parents, Elisabeth et Franz, mon frère Marc, et Brigitte sa femme, qui m’ont entourée de leur affection et de leur soutien. C’est aussi avec beaucoup d’émotion que je remercie mes beaux-parents, Christiane et Charles, ainsi que Marianne, et ma belle-sœur Aude, qui furent présents et soucieux de mon bien-être durant ce long périple. Un grand merci en particulier à Charles qui a accepté, sans trop avoir le choix, de relire attentivement ma thèse et de corriger mon texte.
Enfin, je dédie cette thèse à mes enfants, Claire et Florian qui m’ont donné le courage d’arriver au bout de ce long voyage. Je les remercie du fond du cœur pour leur présence, leur patience quand je manquais de disponibilité, et pour tous les moments partagés ensemble.
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Résumé
Cette thèse s’intéresse à la conception et à l’évaluation d’environnements d’apprentissage motivants et ludiques, intégrant des représentations externes multiples (REMs).
La question de la motivation et de l’engagement est au cœur du choix d’un jeu sérieux. Concevoir un environnement qui parvient à récupérer au profit d’un apprentissage le pouvoir motivationnel des jeux paraît d’autant plus pertinent lorsque celui-ci relève d’un domaine disciplinaire dans lequel une partie des apprenants a de la peine à s’engager. Néanmoins, le défi à relever est de taille s’agissant de l’algèbre élémentaire étant donné la complexité de ce champ des mathématiques, qui comporte de nombreuses difficultés pour les apprenants et intègre des représentations externes multiples.
Plusieurs objectifs sous-tendent ce travail. Un premier objectif est d’identifier les caractéristiques d’un jeu propice à l’apprentissage et de s’appuyer sur celles-ci lors de la conception et du développement d’un jeu portant sur la résolution de problèmes algébriques simples. Un deuxième objectif est d’étudier et de comprendre les liens entre motivation, engagement, flow, immersion, facilités et/ou difficultés rencontrées dans le jeu, et apprentissage. Un troisième objectif est de mettre en évidence des profils motivationnels d’élèves, présents en amont du jeu, et d’évaluer dans quelle mesure ceux-ci peuvent être mis en relation avec l’engagement et l’expérience de jeu ainsi que l’apprentissage réalisé à travers le jeu. Un quatrième objectif est d’évaluer dans quelle mesure la représentation visuelle de concepts mathématiques, le recours à une représentation concrète d’un problème abstrait (M. Vogel et al., 2007) et la mise en correspondance de deux registres de représentation (Ainsworth, 1999b, 2006; Duval, 1993), selon deux modalités distinctes, aboutit à une meilleure compréhension de certaines notions et concepts mathématiques et facilite le passage d’une représentation externe à l’autre lors de la mise en équation d’un problème. Enfin, un cinquième objectif concerne les stratégies individuelles de jeu et d’autorégulation de l’apprentissage. Il s’agit d’identifier les stratégies déployées par les apprenants-joueurs pour comprendre les mécanismes du jeu et atteindre de manière efficiente les objectifs d’apprentissage et de jeu. Ce travail cherche aussi à mettre en évidence des stratégies de jeu et d’apprentissage plus ou moins efficaces et d’évaluer dans quelle mesure la manière de jouer a un impact sur l’expérience de jeu, les performances dans le jeu et l’apprentissage.
Pour répondre à nos différentes questions, différents types de données ont été relevés : celles-ci proviennent de questionnaires auto-administrés, de tests algébriques, des logs du jeu et de l’analyse de captures vidéo du jeu.
Nous présentons brièvement les principaux résultats de cette thèse par rapport à nos cinq problématiques :
1) Le jeu a eu un impact différencié sur les apprenants, indépendamment de la version du jeu, aussi bien du point de vue des performances dans le jeu que des gains d’apprentissage qui en ont découlé. L’impact du jeu sur l’évolution des scores au post-test est tributaire de facteurs tels que le niveau de connaissance antérieur des élèves, la manière dont les outils
vi d’aide et de guidage sont exploités ainsi que des stratégies déployées pour surmonter les obstacles rencontrés dans la prise en main du jeu et dans l’apprentissage des concepts mathématiques.
2) Les apprenants-joueurs qui ont le sentiment d’avoir expérimenté un état que nous avons qualifiés comme étant proche du flow sont parvenus à résoudre un plus grand nombre de problèmes que les autres apprenants mais n’ont pas obtenu de meilleurs résultats dans les tests algébriques du post-test. Le lien entre le flow et l’apprentissage n’est pas établi dans notre recherche. L’émergence d’émotions négatives chez certains apprenants-joueurs, telle que la frustration, a empêché l’émergence d’un état proche du flow.
3) Quatre profils motivationnels ont pu être dégagés suite à l’application d’une méthode statistique de regroupement (CAH). Les profils mis en évidence révèlent des attentes et des motivations variées chez les joueurs qui se sont traduites par des comportements d’engagement distincts dans le jeu. Les apprenants-joueurs plutôt intéressés par le contenu didactique, quel que leur soit sentiment de confiance à l’égard des mathématiques, ont bien plus bénéficié du jeu sérieux que les apprenants motivés essentiellement par la perspective de jouer.
4) Le recours à différents supports de visualisation et à une représentation concrète du problème à résoudre n’a été bénéfique pour l’avancement dans le jeu et l’apprentissage que dans certaines conditions, en fonction de l’usage des outils de visualisation et du niveau antérieur de connaissances des élèves. Différentes explications sont émises dans ce travail pour comprendre ces résultats. Ils mettent notamment en avant les difficultés inhérentes à l’utilisation des REMs et à l’appropriation d’un nouvel environnement d’apprentissage.
5) L’analyse des captures vidéo a mis en évidence différentes stratégies de jeu et d’autorégulation de l’apprentissage en réponse aux feedbacks du système ; les moyens mis en œuvre pour arriver à la maîtrise de l’environnement de jeu varient grandement d’un apprenant-joueur à l’autre. Les résultats dévoilent également un éventail d’usages autour de l’exploitation des outils de visualisation. Certains usages apparaissent comme ayant été bien plus efficaces que d’autres.
Des recommandations en matière de conception des jeux sérieux et d’environnements d’apprentissage intégrant des représentations multiples, ainsi qu’en matière de guidage des élèves et de l’utilisation des jeux sérieux en contexte scolaire (scénarisation) viennent conclure cette recherche.
Mots-clés : jeux sérieux, apprentissage, représentations externes multiples, motivation, engagement, flow, expérience de jeu, stratégies de jeu, autorégulation.
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Table des matières
1. Introduction ... 2
Partie I Cadre théorique ... 6
2. Jeu et apprentissage ... 8
2.1. Définition du jeu ... 8
2.2. Bref historique des serious games ... 10
2.3. Terminologie ... 12
2.3.1. Jeux sérieux et gamification ... 13
2.3.2. Jeux sérieux et simulation ... 13
2.4. Caractéristiques des jeux vidéo favorisant la motivation et l’apprentissage ... 14
2.4.1. Buts et règles ... 15
2.4.2. Interactivité, feedbacks et contrôle ... 16
2.4.3. Niveau optimal de défi et progression dans le jeu ... 18
2.4.4. Monde imaginaire, récit ... 19
2.4.5. Curiosité ... 20
2.5. Potentialité des jeux vidéo et pédagogiques pour l’apprentissage ... 21
2.5.1. Jeux vidéo ... 21
2.5.2. Jeux vidéo pédagogiques ... 24
2.6. Efficacité des jeux vidéo pédagogiques : que nous dit la recherche ? ... 25
2.6.1. Comparaison avec d’autres méthodes d’enseignement ... 25
2.6.2. Caractéristiques de jeux efficaces pour l’apprentissage ... 27
2.6.3. Contexte pédagogique d’utilisation des jeux ... 29
2.7. Paradoxes et limites des jeux vidéo pédagogiques ... 29
2.8. Réflexion, transfert et jeu ... 31
2.9. Questions ouvertes ... 34
3. Motivation et engagement des apprenants-joueurs ... 36
3.1. Motivation en contexte d’apprentissage ... 36
3.2. Motivation et jeu sérieux ... 40
3.3. Engagement en contexte scolaire ... 42
3.4. Engagement dans les jeux sérieux ... 43
3.5. Liens entre motivation, engagement et apprentissage autorégulé ... 45
3.6. Immersion, engagement dans les jeux et effet sur l’apprentissage ... 46
3.7. Questions ouvertes ... 48
4. Représentations externes multiples (REMs) ... 50
4.1. Introduction ... 50
4.2. Formes des représentations multiples dans un environnement numérique ... 52
4.3. Apports des représentations externes multiples ... 54
4.3.1. Fonctions des représentations multiples ... 55
4.3.2. Registres de représentations sémiotiques dans l’activité mathématique ... 57
4.4. Difficultés liées à l’utilisation de représentations externes et multiples ... 59
4.5. Aides à la mise en relation des représentations externes multiples ... 63
viii
4.5.1. Quand la conversion est-elle vraiment utile et sous quelle forme ? ... 64
4.5.2. Supplantation d’opérations mentales : l’apport d’une représentation concrète . 65 4.6. Questions ouvertes ... 68
5. Un apprentissage complexe et abstrait : le cas de l’algèbre élémentaire . 70 5.1. Algèbre comme objet et outil ... 70
5.2. Sources de signification de l’algèbre ... 70
5.3. Mise en équation et résolution de problèmes algébriques ... 71
5.3.1. L’algèbre comme outil dans la résolution de problèmes ... 71
5.3.2. Les difficultés dans la résolution de problèmes ... 73
5.4. Eléments didactiques d’aide à la conceptualisation et à l’apprentissage en mathématique ... 76
5.4.1. Interactions avec le milieu ... 77
5.4.2. Situations et activités ... 78
5.5. Des outils technologiques au service de l’apprentissage de l’algèbre élémentaire ... 79
6. Questions de recherche ... 82
Partie II Conception d’Algebra Mystery ... 84
7. Principes de conception ... 87
7.1. Intégration d’un contenu pédagogique dans un jeu ... 87
7.2. Formes d’intégration intrinsèque ... 91
8. Conception générale ... 94
8.1. Contraintes théoriques ... 94
8.2. Contraintes contextuelles ... 95
8.2.1. Public-cible ... 95
8.2.2. Contexte scolaire ... 97
8.3. Objectifs pédagogiques et didactiques du jeu ... 98
8.4. Activités et progressivité des apprentissages ... 100
8.5. Contexte fictionnel et principes de jeu ... 102
8.6. Apprentissage du jeu (sérieux) ... 104
9. Conception détaillée ... 108
9.1. Storyboard ... 109
9.2. Introduction ... 110
9.3. Les portes ... 111
9.3.1. Représentation de l’équivalence ... 113
9.3.2. Simplification de l’équation ... 116
9.3.3. Equations générées ... 118
9.3.4. Minuteur ... 119
9.3.5. Système d’aide pour les portes ... 120
9.4. L’affaire des tableaux volés ... 123
9.5. Les ficelles ... 124
9.5.1. Données du problème ... 126
ix
9.5.2. Représentation concrète du problème ... 127
9.5.3. Manipulation du paquet et ficelage ... 128
9.5.4. Ficelles inconnues et connues ... 129
9.5.5. Rétroactions lors du ficelage ... 135
9.5.6. Mise en équation et correspondance avec le paquet ... 138
9.5.7. Résolution de l’équation et transmission des solutions ... 141
9.5.8. Système d’aide pour les ficelles ... 144
9.6. Scores ... 147
10. Conception itérative ... 150
10.1. Modalités de conception et d’évaluation dans la phase de développement ... 151
10.2. Dimensions évaluées ... 152
10.3. Première phase de tests ... 154
10.4. Deuxième phase de tests ... 159
11. Synthèse ... 161
Partie III Etude empirique ... 162
12. Méthode ... 164
12.1. Participants ... 164
12.2. Conditions expérimentales ... 165
12.3. Matériel ... 165
12.3.1. Environnement d’apprentissage ... 165
12.3.2. Matériel d’accompagnement ... 167
12.3.3. Questionnaires sur la motivation et l’expérience de jeu ... 167
12.3.4. Tests algébriques ... 169
12.3.5. Traces relevées durant le jeu et captures vidéo ... 172
12.3.6. Autres données ... 172
12.4. Procédure ... 173
12.5. Traitement des données et calcul de scores ... 174
13. Hypothèses ... 176
13.1. Apport du jeu pour l’apprentissage et la motivation ... 176
13.2. Apport de la visualisation et des représentations externes à l’apprentissage .... 177
13.3. Impact des déterminants motivationnels ... 177
13.4. Manière de jouer et performance dans le jeu ... 178
14. Résultats ... 180
14.1. Le jeu pour apprendre ... 180
14.1.1. Scores globaux ... 180
14.1.2. Scores aux différentes parties du test algébrique ... 183
14.1.3. Gain d’apprentissage ... 186
14.1.3.1.Niveau de connaissance antérieur ... 187
14.1.3.2.Dispersion des scores ... 189
14.1.4. Synthèse ... 192
14.2. Exploration de l’impact de l’utilisation du jeu sur les scores ... 192
x
14.2.1. Degré et vitesse de progression dans le jeu ... 193
14.2.2. Recours aux tutoriaux ... 196
14.2.3. Utilisation du bouton Visualiser/Vérifier ... 199
14.2.4. Synthèse ... 200
14.3. Effet du jeu sur la motivation intrinsèque, le flow et l’apprentissage ... 201
14.3.1. Appréciation de l’activité, flow et apprentissage ... 202
14.3.2. Difficultés objectives et ressenties et appréciation du jeu ... 204
14.3.3. Difficultés objectives et ressenties et apprentissage ... 205
14.3.4. Synthèse ... 207
14.4. Apport de la visualisation et des représentations multiples ... 207
14.4.1. Effet de la visualisation de l’équivalence ... 207
14.4.2. Effet d’une représentation concrète interactive 3D ... 209
14.4.3. Effet de l’explicitation des liens entre deux registres de représentations ... 210
14.4.3.1.Niveau de connaissance antérieur et utilisation du bouton Visualiser/Vérifier ... 212
14.4.3.2.Lien entre le nombre d’équations posées dans le jeu et le score au post-test 213 14.4.4. Effet du recours à d’autres outils de visualisation ... 214
14.4.5. Synthèse ... 216
14.5. Influence des déterminants motivationnels ... 217
14.5.1. Facteurs motivationnels issus de l’ACP ... 217
14.5.2. Profils motivationnels d’élèves et jeu ... 220
14.5.3. Profils motivationnels et apprentissage ... 223
14.5.4. Synthèse ... 225
14.6. Manières de jouer : stratégies de jeu et d’apprentissage ... 227
14.6.1. Comportement dans le jeu selon la progression dans les apprentissages ... 227
14.6.2. Stratégies de jeu et d’apprentissage ... 229
14.6.2.1.Trois profils de joueurs-apprenants ... 231
14.6.2.2.Problèmes d’utilisabilité des ficelles ... 234
14.6.2.3.Stratégies de régulation des actions et de l’apprentissage ... 238
14.6.2.4.Processus d’écriture et de ficelage ... 244
14.6.2.5.Usages des outils de visualisation ... 247
14.6.2.6.Evolution des usages des outils de visualisation ... 252
14.6.3. Synthèse ... 254
15. Discussion ... 256
15.1. Jeu et apprentissage ... 257
15.1.1. La résolution d’équations ... 257
15.1.2. La résolution de problèmes algébriques ... 259
15.1.3. Freins à l’apprentissage ... 261
15.1.4. Transfert des connaissances ... 263
15.2. Motivation, flow et apprentissage ... 264
15.3. Visualisation et représentations multiples ... 267
15.3.1. Visualisation dynamique de l’équivalence ... 267
15.3.2. Représentation concrète et mise en équation d’un objet 3D ... 268
xi
15.3.3. Visualisation des correspondances entre deux représentations externes ... 273
15.4. Caractéristiques individuelles des apprenants-joueurs et apprentissage ... 276
15.4.1. Profils motivationnels ... 277
15.4.2. Stratégies de jeu et d’autorégulation de l’apprentissage ... 279
15.5. Limites de l’étude ... 282
16. Conclusion ... 284
16.1. Contribution du travail et perspectives de recherches ... 284
16.1.1. Apports théoriques pour la conception des jeux sérieux et des REMs ... 284
16.1.2. Apports méthodologiques ... 287
16.1.3. Apports pratiques : recommandations et pistes pour une intégration en contexte scolaire ... 288
16.2. Pistes supplémentaires pour de futures recherches ... 290
Partie IV Bibliographie ... 292
Partie V Annexes ... 308
Annexe 1. Consignes et directives au pré-test et au post-test ... 310
Annexe 2. Canevas d’entretien avec les enseignants ... 312
Annexe 3. Valeurs des données des problèmes de ficelles ... 313
Annexe 4. Aide-mémoire (version Visualiser) ... 314
Annexe 5. Questionnaires pré-test et post-test pour les tests de conception ... 315
Annexe 6. Questions débattues en classe lors du test de conception ... 317
Annexe 7. Consignes pour la phase de jeu (communiquées oralement) lors des tests de conception ... 318
Annexe 8. Logs du jeu ... 319
Annexe 9. Codage des données du pré-test et du post-test algébrique ... 322
Annexe 10. Exemple d’un jeu complet de questionnaires et de tests algébriques (Laura, élève Peu confiante) ... 328
Annexe 11. Matrices complètes des composantes après rotation pour les aspects motivationnels et l’expérience de jeu (ACP) ... 337
Annexe 12. Descriptif de trois sessions de jeu selon le degré de compréhension des élèves (notes prises lors de l’analyse des captures vidéo) ... 339
Annexe 13. Usages des outils de visualisation (notes prises lors de l’analyse des 27 captures vidéo) ... 351
xii
Index des Figures
Figure 1. Fonctions des représentations multiples (Ainsworth, 1999b) ... 55
Figure 2. Structure de la représentation en fonction de la conceptualisation (Duval, 1993) ... 58
Figure 3. Capture d’écran d’une supplantation complète (M. Vogel et al. 2007) ... 67
Figure 4. Passage du langage naturel au langage algébrique en s’aidant d’une représentation concrète du problème ... 95
Figure 5. Ecran d'accueil d'Algebra Mystery ... 110
Figure 6. Exemple d'un code d'accès généré pour l’une des portes ... 111
Figure 7. Saisie de la solution dans le code d'ouverture de la porte ... 112
Figure 8. Représentation de la mécanique des règles d'équivalence ... 114
Figure 9. Fonctionnement du système en cas de non respect de l'équivalence ... 115
Figure 10. Feedback du système en cas d'oubli des parenthèses ... 116
Figure 11. Membres cliquables en vue d'une simplification de l'équation ... 117
Figure 12. Fenêtre secondaire prévue pour les calculs ... 117
Figure 13. Affichage de l'aide-mémoire lors de trois erreurs consécutives ... 118
Figure 14. Minuteur et écoulement du temps ... 119
Figure 15. Message d'encouragement prodigué au joueur avant qu’il ne tente de franchir une nouvelle fois une porte après un insuccès ... 120
Figure 16. Extraits du tutoriel vidéo de la porte 3 ... 121
Figure 17. Aide contextuelle pour les portes ... 122
Figure 18. Le laboratoire ... 123
Figure 19. Le message envoyé par la police instruisant l'affaire ... 124
Figure 20. L’interface pour résoudre l’énigme des ficelles ... 125
Figure 21. Exemple type du premier problème de ficelles ... 126
Figure 22. Rotation du paquet virtuel ... 128
Figure 23. Sélection de points d'ancrage pour la pose d'une inconnue. ... 130
Figure 24. Ficelle « inconnue » (longueur) posée sur la face avant du paquet ... 130
Figure 25. Ficelles de longueur inconnue posées sur le paquet ... 131
Figure 26. Méthode de « collage » des ficelles connues ... 132
Figure 27. Ficelles connues découpées ... 133
Figure 28. Affichage des données lors du survol de la souris ... 134
Figure 29. Affichage des données sur le paquet suite à l'activation du bouton Etiquettes ... 134
Figure 30. Ficelles connues inadaptées ... 135
Figure 31. Ficelage du nœud ... 135
Figure 32. Ficelle inconnue trop longue à gauche et trop courte à droite par rapport à la largeur 136 Figure 33. Paquet ficelé sans inconnue(s) ... 137
Figure 34. Détérioration progressive du paquet lors de corrections successives ... 138
Figure 35. Espace dédié à l'écriture de l'équation ... 139
Figure 36. Exemple d’une équation contenant tous les éléments attendus ... 139
Figure 37. Deux exemples de visualisation de la (non) correspondance des données entre le paquet et l'équation (Version Visualiser) ... 140
Figure 38. Test de correspondance dans la version Vérifier ... 141
xiii Figure 39. Signalement de l'impossibilité de résoudre l'équation en raison d’une donnée
manquante ... 141
Figure 40. Interface des ficelles pour la résolution de l'équation ... 142
Figure 41. Première étape conseillée dans la simplification de l'équation ... 142
Figure 42. Interface pour la transmission des solutions ... 143
Figure 43. Saisie des solutions et affichage automatique sur l’autre face du paquet ... 144
Figure 44. Extraits du tutoriel vidéo des ficelles ... 145
Figure 45. Aides contextuelles pour les ficelles ... 147
Figure 46. Score communiqué au joueur à la sortie de la 3ème porte ... 148
Figure 47. Scores obtenus à l'issue de la résolution du premier problème et en fin de jeu ... 149
Figure 48. Calendrier des phases de test d’Algebra Mystery ... 152
Figure 49. Version des portes testée lors de la première phase de tests ... 155
Figure 50. Version des ficelles testée lors de la première phase de tests ... 157
Figure 51. Version d’Algebra Mystery testée durant la deuxième phase de test ... 159
Figure 52. Représentation de l’absence d’équivalence dans les deux versions du jeu ... 166
Figure 53. Visualisation de la correspondance entre le ficelage et l’équation ... 166
Figure 54. Problème 1 du pré-test et du post-test (données en italique entre parenthèses) ... 170
Figure 55. Problème 2 du pré-test et du post-test (données en italique entre parenthèses) ... 171
Figure 56. Evolution de la moyenne du score total aux tests algébriques selon la condition expérimentale et pour le groupe de contrôle ... 182
Figure 57. Evolution des scores moyens aux six équations selon la condition expérimentale et pour le groupe de contrôle ... 184
Figure 58. Evolution des scores moyens au problème 1 selon la condition expérimentale et pour le groupe de contrôle ... 185
Figure 59. Evolution des scores moyens au problème 2 selon la condition expérimentale et pour le groupe de contrôle ... 186
Figure 60. Distribution des élèves selon les gains d’apprentissage, la condition expérimentale et pour le groupe de contrôle ... 190
Figure 61. Utilisation du bouton Visualiser vs Vérifier et gain d’apprentissage au problème 2 : fréquence et courbe quadratique ... 200
Figure 62. Utilisation du bouton Visualiser vs Vérifier et gain d’apprentissage au problème 2 selon le niveau de connaissance des apprenants (fréquence et courbe quadratique) ... 212
xiv
Index des Tableaux
Tableau 1. Méthode de mise en équation et de résolution ... 74
Tableau 2. Items du questionnaire motivationnel précédant la phase de jeu ... 167
Tableau 3. Items du questionnaire de mesure de la qualité de l’expérience de jeu, de l’appréciation de l’activité et du sentiment d’avoir appris ... 168
Tableau 4. Equations à résoudre au pré-test et au post-test ... 170
Tableau 5. Moyenne des scores et écarts-types selon la condition expérimentale et en comparaison avec le groupe de contrôle ... 181
Tableau 6. Moyennes et écart-types au pré-test et post-test selon la classe ... 182
Tableau 7. Test de Mann-Whitney : Equations au post-test (comparaison condition contrôle / condition Jeu) ... 184
Tableau 8. Gains d’apprentissage selon la condition expérimentale : moyennes et écart-types .. 187
Tableau 9. Gain d’apprentissage aux six équations selon le niveau des élèves au pré-test ... 188
Tableau 10. Gain d’apprentissage au problème 1 selon le niveau des élèves au pré-test ... 188
Tableau 11. Gain d’apprentissage au problème 2 selon le niveau des élèves au pré-test ... 189
Tableau 12. Gains d’apprentissage : pourcentage d’apprenants ayant progressé, reculé ou stagné dans les scores ... 191
Tableau 13. Nombre d’apprenants-joueurs avant régressé, stagné ou progressé entre le pré-test et le post test aux différents critères d’évaluation du problème 2 ... 191
Tableau 14. Temps passé sur les problèmes et nombre de problèmes résolus : moyennes et écarts- types ... 193
Tableau 15. Corrélations entre les résultats aux différents tests algébriques (tous groupes confondus) ... 194
Tableau 16. Temps passé dans les portes et gains d’apprentissage aux six équations selon le niveau de connaissance antérieur (corrélations) ... 195
Tableau 17. Nombre de problèmes de ficelles résolus et gains d’apprentissage au problème 2 selon le niveau de connaissance antérieur (corrélations) ... 196
Tableau 18. Recours aux tutoriaux vidéo dans la condition Jeu : moyennes et écart-types ... 197
Tableau 19. Appréciation de l’activité, flow et apprentissage (corrélations) ... 203
Tableau 20. Difficultés dans le jeu : corrélations avec l’appréciation de l’activité et le flow ... 204
Tableau 21. Sentiment de difficulté : corrélations avec l’appréciation de l’activité et le flow .... 205
Tableau 22. Sentiment de difficulté et apprentissage (corrélations) ... 206
Tableau 23. Tests du chi-carré et statistiques descriptives de l’utilisation de la méthode de résolution par équivalence au pré-test et au post-test ... 209
Tableau 24. Prise en compte des proportions d’un volume dans l’écriture de l’équation selon le nombre d’équations posées dans le jeu : score moyen et écart-type (sur une échelle de 4 points) ... 210
Tableau 25. Mise en équation du problème 2 au pré-test et au post-test : nombre de cas et tests du chi-carré. ... 211
Tableau 26. Fréquence d’utilisation du bouton Vérifier /Visualiser, scores moyens et écarts-types au problème 2 selon la version du jeu et le niveau des élèves au pré-test ... 213
xv Tableau 27. Score moyen au problème 2, gains d’apprentissage et écarts-types par groupe de jeu
selon l’état d’avancement dans le jeu ... 214 Tableau 28. Utilisation du bouton Etiquettes selon le niveau de connaissance des apprenants et la
version du jeu et corrélation partielle avec le score au post-test du problème 2 ... 215 Tableau 29. Analyse en composantes principales sur les aspects motivationnels ... 218 Tableau 30. Analyse en composantes principales sur l’expérience de jeu ... 219 Tableau 31. Moyenne annuelle en mathématique et score au pré-test selon les profils d’élèves :
moyennes et écart-types ... 221 Tableau 32. Qualité de l’expérience de jeu selon les profils d’élèves : moyennes et écart-types 222 Tableau 33. Comportement dans le jeu selon les profils d’élèves : moyennes et écart-types ... 223 Tableau 34. Scores au pré-test et au post-test selon le profil motivationnel de la condition Jeu :
moyennes et écart-types ... 224 Tableau 35. Comportement dans le jeu selon le profil des joueurs : moyennes, écart-types, et
corrélation avec les différences de scores entre le pré-test et le post-test. ... 228 Tableau 36. Caractéristiques des joueurs-apprenants selon leur degré de compréhension des
ficelles ... 230 Tableau 37. Statistiques descriptives des scores au problème 2 selon le degré de compréhension
du jeu des joueurs-apprenants ... 233 Tableau 38. Combinaison d’outils au 1er problème : nombre d’utilisations du bouton Visualiser ou Vérifier / bouton Etiquettes / Souris selon le degré de compréhension et la version du jeu ... 248 Tableau 39. Evolution de l’utilisation des différents outils de visualisation (bouton Visualiser ou
Vérifier / bouton Etiquettes / Souris) du groupe des élèves ayant compris le
fonctionnement du jeu ... 253
Index des Extraits
Extrait 1. Description d’une séquence sur le placement du nœud sur le paquet. Suite d’actions répétées et annulées. (Guy(i)) ... 239 Extrait 2. Description d’une séquence d’actions sur la pose de ficelles connues sur des segments
de ficelles inconnues. Méthode par essai-erreur (Adrien(i)). ... 240 Extrait 3. Description de l’ensemble des actions menées lors du ficelage du paquet et de la mise en équation du premier problème par Katia(c) ... 242 Extrait 4. Description de l’ensemble des actions menées lors du ficelage du paquet et de la mise en équation du deuxième problème (Katia(c)) ... 244 Extrait 5. Processus d’écriture de l’équation par Laura(c) ... 245 Extrait 6. Processus d’écriture de l’équation et recours au bouton Résoudre l’équation (Pierre(i))
... 246 Extrait 7. Combinaison des outils Vérifier et Etiquettes (Laura(i)) ... 250
Introduction
2
1. Introduction
Forcément, c’est pas drôle un problème.
D’ailleurs ils réagissent souvent quand on dit « On va faire un autre problème » :
« Oh, encore ! ». Et puis si on dit « une autre activité », ça change.
Julia1, enseignante de 10ème LS Cette thèse s’inscrit dans le domaine de recherche des jeux sérieux. L'intérêt grandissant pour les jeux vidéo pédagogiques dans différents champs disciplinaires (sciences de l’éducation, psychologie, informatique) est lié au succès phénoménal, à l’échelle planétaire, des jeux vidéo depuis le début des années 2000. Les jeux constituent, dans un grand nombre de cas, un outil motivationnel pour entrer dans une activité et y rester engagé. Conçus pour atteindre des objectifs pédagogiques, les jeux sérieux apparaissent comme des environnements susceptibles d’attirer et de conserver l’intérêt des apprenants-joueurs tout au long des actions menées dans le jeu.
Différents auteurs s'interrogent cependant sur la capacité des jeux à engager l'apprenant dans un apprentissage complexe, qui ne se limite pas à l'acquisition de connaissances procédurales ou à la maîtrise des compétences spécifiques pour mener à bien les actions du jeu (Egenfeldt-Nielsen, 2005 ; Habgood, 2007). Des questions autour des conditions du transfert des connaissances acquises dans le jeu dans des contextes différents se posent également (Egenfeldt-Nielsen, 2005 ; Klawe, 1998). Les éléments de conception d’un jeu favorables à l'apprentissage ne sont pas encore clairement établis (R. E. Mayer, 2014b). Dans cette perspective, un des enjeux de cette thèse est d’identifier les caractéristiques d’un jeu propice à l’engagement des élèves dans un apprentissage qui va au-delà d'un traitement superficiel des informations intégrées dans le jeu, et de les traduire dans un jeu destiné à l’apprentissage de la résolution de problèmes algébriques simples.
La question de la motivation et de l’engagement est au cœur du choix d’un environnement d’apprentissage ludique. Les jeux vidéo sont considérés comme étant intrinsèquement motivants mais le restent-ils lorsqu’un objectif pédagogique devient l’objectif principal du jeu ? Les liens entre motivation, engagement, flow, immersion, difficultés rencontrées dans le jeu et apprentissage sont complexes et les mécanismes encore peu connus. On peut se demander si le plaisir éprouvé durant le jeu favorise l’apprentissage ou si une immersion trop forte risque d’entraver l’acquisition de nouvelles connaissances et en limiter le transfert (Habgood, 2007; Egenfeldt-Nielsen, 2005). Ce sont quelques-unes des questions qui seront explorées à travers l’évaluation d’un jeu conçu pour l’apprentissage de l’algèbre élémentaire. Nous nous demanderons aussi si des facteurs individuels d’ordre motivationnel, présents en amont du jeu, tels que le sentiment d’efficacité personnelle en algèbre ou l’intérêt pour l’activité de jeu proposée, influencent les comportements des joueurs et ont une incidence sur leur engagement et leur apprentissage.
1 Les prénoms des enseignants ont été modifiés.
Introduction
3
En choisissant comme domaine de connaissance la mise en équation d’un problème algébrique, notre thèse se situe, par ailleurs, dans le champ de recherche des représentations multiples. La mise en équation d’un problème algébrique implique le passage entre deux types de représentations externes : texte et équation. De nombreuses études et recherches ont mis en évidence les difficultés liées à la conversion de registres de représentations (Ainsworth, 1999b, 2006; Duval, 1993). Le passage du langage textuel au langage abstrait des mathématiques représente un défi pour de nombreux élèves. Un autre enjeu de cette thèse est de voir comment la traduction d’un problème algébrique en équation peut être favorisée en recourant à une représentation concrète du problème selon le principe de supplantation (Salomon, 1983; M. Vogel, Girwidz, & Engel, 2007) et en explicitant visuellement les liens entre les représentations. Il s’agira ensuite de vérifier que les différents outils ont eu l’effet attendu sur l’apprentissage des apprenants dans la mise en équation de problèmes.
La résolution de problèmes algébriques implique, par ailleurs, de savoir comment résoudre une équation en utilisant la méthode de résolution par équivalence. Une partie du jeu visera à consolider cette connaissance considérée comme un prérequis et à inscrire le principe des règles d’équivalence dans la mécanique du jeu.
Notre thèse s’intéressera, en outre, aux stratégies de jeu et d’apprentissage que les apprenants- joueurs mettent en place pour atteindre les objectifs de jeu. L’analyse de captures vidéo de sessions de jeu aura pour but de donner des éléments d’informations à ce sujet. Nombre de recherches sur les environnements de représentations multiples interactifs s’appuient sur des résultats globaux ou agrégés et négligent d’étudier les stratégies individuelles d’autorégulation (Mory, 2004) qui pourraient renseigner sur l’effet des rétroactions des systèmes de représentations externes sur les activités cognitives déployées par les apprenants dans ce type d’environnement.
Précisons que nous nous plaçons dans une perspective cognitiviste qui rend compte de l'activité mentale de l'élève lors de la mobilisation de ses connaissances et considérons aussi que l'apprentissage est un processus de construction des connaissances qui se réalise dans l'interaction entre l'apprenant et son environnement, et qu’il est en partie sous l’influence de déterminants motivationnels.
Le plan de cette thèse s’aligne sur nos questions de recherche et nos hypothèses. La partie I pose le cadre théorique qui comprend quatre volets. Le premier volet (chapitre 2) s’ouvre sur l’intérêt que représentent les jeux pour l’apprentissage et la motivation, notamment en raison de certaines caractéristiques des jeux vidéo dits de qualité. Nous nous appuierons sur les résultats de différentes recherches empiriques et méta-analyses pour confirmer ou nuancer le potentiel des jeux vidéo pédagogiques. Dans le deuxième volet (chapitre 3) nous traitons des liens étroits qui unissent motivation, engagement et apprentissage. Nous évoquerons au chapitre 4 l’apport des représentations multiples dans la construction des connaissances, leurs différentes fonctions, et les difficultés liées à la conversion entre représentations. Nous aborderons l’apprentissage de l’algèbre élémentaire au chapitre 5 et chercherons à mettre en évidence les éléments sur lesquels nous appuyer pour faciliter la construction de concepts mathématiques chez les apprenants. Nos questions de
Introduction
4
recherche (chapitre 6), en lien avec ces différents champs théoriques, viennent clore cette première partie de la thèse.
La partie II de la thèse est consacrée à la conception du jeu Algebra Mystery. Les principes qui ont guidé la réalisation du jeu sont présentés et justifiés ; de surcroît, les caractéristiques du jeu sont dépeintes en détail. La conception générale a cherché à répondre à des questions relevant de contraintes d’ordre théorique aussi bien que contextuel. Nous nous sommes particulièrement intéressée à la manière de faciliter la conversion de représentations sémiotiques par l’intégration d’une représentation concrète interactive et la mise à disposition des apprenants de différents outils de visualisation qui rendent explicites les liens entre les représentations. Le cycle itératif de conception et les différents tests menés durant le développement du jeu sont également décrits et analysés dans cette partie de la thèse.
L’étude empirique est décrite dans la partie III de la thèse. Elle a été menée en condition quasi- expérimentale et a permis de tester nos différentes hypothèses de travail. Le but de cette étude était d’une part d’évaluer l’effet du jeu sur l’apprentissage et la motivation des élèves et de mettre en évidence l’impact des représentations et outils de visualisation sur l’apprentissage des apprenants, et, d’autre part, de déterminer l’influence de déterminants motivationnels sur l’expérience de jeu et l’apprentissage des joueurs-apprenant ainsi que d’identifier leurs stratégies de jeu et d’autorégulation de l’apprentissage. Les résultats présentés au chapitre 14 sont repris et discutés au chapitre 15. Nous aborderons aussi au chapitre 15 quelques-unes des limites de notre étude empirique.
Dans la conclusion (chapitre 16), nous mettrons en évidence les principales contributions de ce travail. Nous évoquerons différentes recommandations d’usages d’Algebra Mystery, en particulier les mesures d’accompagnements à envisager pour améliorer l’efficacité d’un jeu sérieux en contexte scolaire. Des pistes d’améliorations dans la conception des jeux pédagogiques seront également proposées. Nous terminerons en esquissant quelques perspectives pour de futures recherches.
Introduction
6
Partie I
Cadre théorique
Introduction
7
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
8
2. Jeu et apprentissage
Le jeu libre et organisé est le support de beaucoup d’apprentissages lors du développement de l’enfant, qu’il s’agisse de reproduire une certaine réalité ou de créer une fiction à travers le jeu symbolique (Piaget, 1964), de la découverte et de l’affirmation de sa personnalité, du développement psychomoteur et cognitif (Frost, Wortham, & Reifel, 2008), ou de la gestion de sa relation avec les autres aussi bien dans l’enfance qu’à l’adolescence (Lee & Peng, 2006). Les jeux occupent une place centrale dans la genèse des connaissances chez les enfants (Piaget, 1978). Ils sont le lieu de l'émergence de connaissances nouvelles en engageant les enfants dans un travail cognitif. A travers le jeu, les enfants acquièrent des stratégies d’accommodation et d’assimilation.
Les jeux leur permettent d'imiter les comportements adultes, d'exercer leurs habiletés motrices dès la petite enfance. Chez les adolescents des pays développés, les jeux vidéo participent aujourd’hui à la construction de l’identité individuelle et sociale en autorisant l’exploration et l’incarnation d’une multitude de personnages et en faisant vivre une activité sociale qui contribue au sentiment d’appartenance au groupe (Konijn & Bijvank, 2009). La forme et la fonction des jeux et de leurs règles se modifient avec l’âge (Piaget, 1978) : le jeu symbolique, libre, improvisé, exploratoire (paidea) fait progressivement place aux jeux formalisés, aux règles relativement strictes (ludus) (Caillois, 1958).
Dans le cadre de notre démarche, nous nous concentrerons sur le ludus, c'est-à-dire essentiellement sur des jeux structurés, réglés et finalisés. Notre attention portera sur des jeux qui intègrent des objectifs pédagogiques clairement identifiés, autrement dit des jeux destinés spécifiquement à l’apprentissage même si, comme nous l’avons vu, le jeu en général joue un rôle dans le développement des connaissances des enfants. Les jeux pédagogiques restant en principe des jeux, nous commencerons dans ce chapitre par définir ce que nous entendons par « jeu » avant de clarifier la terminologie complexe et variée des jeux dont la vocation première est pédagogique.
L’apprentissage intégré dans un jeu nous intéresse essentiellement en raison de la capacité des jeux vidéo à engager fortement le joueur. Nous mettrons en évidence les caractéristiques des jeux vidéo susceptibles de favoriser l’engagement des apprenants et d’être bénéfiques pour l’apprentissage.
Nous verrons quelles sont les formes d’apprentissage réalisables dans les jeux et la manière d’apprendre dans un jeu en fonction de ce qu’en dit la théorie, mais aussi en nous appuyant sur les résultats de différentes études empiriques et méta-analyses. Les résultats mitigés de nombreuses recherches portant sur l’évaluation des jeux pédagogiques appellent à la prudence quant à l’engouement existant aujourd’hui à leur propos. Nous nous interrogerons sur les tensions pouvant surgir entre jeu et apprentissage lorsqu’ils sont réunis dans un environnement commun.
2.1. Définition du jeu
Les définitions du jeu sont multiples et ne se recoupent pas forcément. Nous adoptons la définition du jeu proposée par Salen et Zimmerman (2004, p. 81) : « A game is a system in which players engage in artificial conflict, defined by rules, that results in a quantifiable outcome ». Elle est suffisamment large pour s’appliquer à un large éventail de jeux structurés et elle contient des
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
9
éléments pertinents pour la conception et l’évaluation d’un jeu destiné à l’apprentissage. Cette définition a été construite à partir de définitions provenant de champs disciplinaires divers.
Dans la définition de Salen et Zimmerman, le jeu régi par des règles formelles se conçoit comme un système dans lequel des éléments du jeu, des objets concrets (pions dans un jeu d’échec, par exemple) ou virtuels (pièces magiques dans Mario, par exemple), interagissent entre eux et avec le joueur dans l’espace du jeu. Les signes, qu’ils aient la forme d’objets concrets ou symboliques, font référence à des objets du monde réel qui prennent leur signification dans les relations qu'ils entretiennent dans le contexte du jeu (Szilas & Acosta, 2011). Cette approche sémiologique du système du jeu permet de considérer que dans un jeu destiné à l'apprentissage, deux système de signes sont présents, l'un relevant du domaine d’enseignement, l'autre du jeu proprement dit (Szilas
& Sutter Widmer, 2009). Leur articulation au sein du système global et complexe qu’est un jeu pédagogique n’est pas évidente car ces deux sous-systèmes répondent à des logiques qui ne se recoupent pas forcément. Nous reviendrons dans les chapitres consacrés à la conception d’un jeu sérieux (partie II) sur les différentes manières d’envisager l’articulation et l’intégration d’un contenu pédagogique dans un jeu.
La notion d’artificiel, présente dans la définition de Salen et Zimmerman, est commune à beaucoup d’autres définitions (par exemple, Caillois, 1958; Crawford, 1982; Huizinga, 1951). Le monde du jeu et ses significations propres forment un « cercle magique » (Huizinga, 1951) protecteur. La mise en œuvre du jeu « s’accomplit dans un temps et dans un espace expressément circonscrits » (Huizinga, 1951, p. 31), séparés de la vie réelle, et donne l’illusion, pour certains types de jeu d’actions et d’aventure, de pouvoir réaliser des actions dangereuses sans porter atteinte à son intégrité (Crawford, 1982) et sans se soucier des conséquences de son activité sur le monde « non ludique ». Les joueurs peuvent jouer pour le seul plaisir que procure le jeu, se montrer inventifs et créatifs dans le respect des règles qui structurent le jeu, et prendre des risques. Dans le cadre d’un jeu destiné à l’apprentissage, n’avoir d’autre but que le plaisir de jouer peut paraître antinomique avec des objectifs pédagogiques clairement énoncés et censés être transférables hors du monde du jeu. C’est le contexte d’utilisation du jeu qui va alors être déterminant pour préserver le sentiment que le jeu est un espace de liberté où les actions n’ont pas d’incidence directe sur le monde non ludique (Kellner, 2007).
Une autre spécificité des jeux est qu’ils engagent le joueur dans un conflit qui peut prendre différentes formes. La confrontation peut se situer entre le joueur et la mécanique du jeu (ex : le jeu de cartes Le solitaire), entre le joueur et un autre joueur incarné par un être humain ou un ordinateur qui s’appuie sur un algorithme pour prendre des décisions (ex : le jeu d’échecs), ou entre deux équipes de joueurs (ex : League of Legends). Le conflit émerge de la présence d’obstacles, qu’ils soient dynamiques, humains ou contrôlés par l’ordinateur, qui empêchent les joueurs de facilement atteindre leur but (Sauvé, Renaud, Kaufman, & Marquis, 2007) et qui vont constituer un défi à relever. La coopération apparaît lorsque des joueurs formant une équipe s’allient contre une autre équipe pour gagner le jeu ou, dans les jeux dits coopératifs, lorsque tous les joueurs surmontent conjointement les obstacles du jeu pour atteindre un objectif commun. A partir du moment où le défi n’apparaît plus comme tel aux yeux des joueurs, le jeu devient vite ennuyeux.
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
10 La présence de règles est constitutive des jeux formalisés. Les règles décrivent les relations qui prévalent entre les joueurs et l’environnement de jeu. Elles définissent leur marge d’action en spécifiant ce qu’ils peuvent faire ou non dans le jeu, comment jouer et gagner le jeu. Des règles émergent en grande partie l’expérience de jeu (experience of play), où play s’entend comme une composante de tous les jeux (games) et non en tant qu’activité plus libre (play) et moins organisée que le jeu (game) comme c’est le cas dans l’approche typologique. Dans un certain nombre de jeux vidéo, les règles ne sont pas explicitement exposées aux joueurs. C’est à travers les interactions avec le jeu que ces derniers parviennent à les saisir. Ils adaptent les choix qu’ils font en fonction de leur compréhension croissante des enjeux du jeu. Enfin, pour être qualifié de jeu, au sens de ludus, celui-ci doit aboutir à un résultat quantifiable, ce qui le distingue du jeu libre (paidea). Le jeu est défini par un but prédéterminé qui est la fin du jeu, matérialisé par l'obtention d'un score ou par le fait d'avoir gagné ou perdu le jeu.
A la définition de Salen et Zimmerman, nous ajoutons un aspect qui nous semble important dans un contexte d’apprentissage, celui de l’émotion suscitée par les jeux (Kapp, 2012; Koster, 2005).
La palette d’émotions que peuvent ressentir les joueurs en jouant ou à l’issue du jeu, en raison d’une victoire ou d’une défaite, est une raison pour laquelle les jeux sont source d’engagement et de motivation. En provoquant une réponse émotionnelle, les jeux poussent à la réflexion et encouragent l’action (R. E. Mayer, 2014b). Nous retiendrons donc comme définition que le jeu est un système dans lequel les joueurs entrent dans un conflit artificiel, défini par des règles, qui aboutit à des résultats quantifiables et qui suscite des émotions.
Les attributs de base d’un jeu (système, monde artificiel, conflit, règles, résultat quantifiable, réactions émotionnelles) se retrouvent dans les jeux vidéo. Ceux-ci ont toutefois des spécificités qui leur sont propres (Salen & Zimmerman, 2004). Ils se caractérisent par l’interactivité et un feedback immédiat, en continu, répondant aux actions des joueurs, en fonction d'un ensemble de règles préprogrammées, par la manipulation d'informations multiples (textes, images, son, animations, etc.), par l'automatisation de systèmes complexes, qui rend difficile la modification des règles de jeu par le joueur et sa compréhension des mécaniques internes du jeu, par la génération d’un nombre varié de situations, par le stockage d’informations, et enfin, pour un certain nombre de jeux vidéo, par la possibilité de constituer des réseaux de communication de très grande dimension. Tous ces éléments sont susceptibles de faciliter et d'élargir la palette des apprentissages réalisables à travers un jeu.
La définition de ce qu’est un jeu ne se limite cependant pas aux attributs et propriétés du jeu. Il y a une part de subjectivité, mais aussi de social et culturel dans la perception et la représentation que l’on a d’un jeu. La signification attribuée au jeu relève donc aussi d’une construction sociale (Salen
& Zimmerman, 2004).
2.2. Bref historique des serious games
Les jeux destinés à l’apprentissage existaient bien avant l’apparition des jeux pédagogiques sur support informatique. Déjà dans les années 60, les universités, écoles et entreprises recouraient à des Business Games, jeux de rôle ou jeux de société adaptés, pour enseigner aux élèves des techniques de management (Marfisi-Schottman, 2012). Au début des années 70, le livre éponyme
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
11 d’Abt (1987) sur les jeux sérieux cherche à démontrer tout le potentiel que peuvent représenter des jeux destinés prioritairement à l’apprentissage dans divers secteurs. Il donne une définition des Serious Games toujours contemporaine : « games that [...] have an explicit and carefully throught- out educational purpose and are not intended to be played primarily for amusement » (p. 9). Abt donne des exemples variés d’utilisation de jeux sérieux en classe, aussi bien en sciences « dures » qu’en sciences sociales et humaines, et étend le champ potentiel d’application des jeux sérieux au monde de la formation professionnelle, de l’industrie et du gouvernement, notamment en tant qu’aide à la planification et à la résolution de problèmes. Bien qu’il ait lui-même travaillé sur le développement de jeux de simulation, il ne réduit pas les jeux sérieux aux jeux informatisés. Il intègre dans sa définition les jeux de rôle et les jeux de société, voire les jeux en plein air.
La sortie de son livre coïncide avec la conception et le développement de jeux vidéo explicitement éducatifs destinés à un public d’apprenants. En 1974 sort le fameux Oregon Trail qui plonge le joueur dans l’épopée de la conquête de l’Ouest. Il marque la naissance d’une vague de jeux consacrés à l’éducation qui va proliférer des années 70 aux années 90 parallèlement à la commercialisation des premiers jeux vidéo (pour un historique des jeux vidéo « sérieux » depuis les années 50, voir Alvarez et al. (2010)). Les termes Edutainment et Edugame sont inventés dans les années 80 pour distinguer les jeux éducatifs des jeux vidéo destinés au simple divertissement.
Ils désignent les premiers logiciels ludo-éducatifs qui s’adressent alors principalement à un public d’enfants. Le ludo-éducatif véhicule l’image de logiciels privilégiant le contenu pédagogique au détriment du jeu. Les activités ludiques ne représentent souvent qu’un simple habillage pour rendre l’apprentissage plus attrayant, le plus souvent au détriment des effets positifs escomptés sur l’engagement des apprenants (Moreno-Ger, Burgos, Martínez-ortiz, Luis, & Fernández-manjón, 2008).
Cependant, les jeux vidéo pédagogiques ne visent pas que le secteur de l’éducation. D’autres domaines comme la défense, la publicité et la santé sont également concernés dès les années 70.
Leur champ d’application s’étend progressivement à d’autres secteurs comme la politique, l’écologie, le commerce et la communication. Ces jeux peuvent être considérés comme les ancêtres des Serious Games actuels et certains les qualifient d’ailleurs de Retro Serious Games (Alvarez &
Djaouti, 2010). Dans le domaine de la défense, PANTHER, un jeu de combat de tank en 3D développé en 1975, est un des titres les plus connus à l’époque. Il s’agit d’une simulation informatique qui tournait sur la plateforme PLATO, un réseau informatique utilisé par la communauté universitaire. Il faut attendre 2002 pour que la notion de Serious Games soit réactualisée et officialisée lors de la publication du livre blanc de Benjamin Sawyer et David Rejeski Serious Games : Improving Public Policy with Game Based Simulations (2002). Le qualificatif de Serious Games s’applique dès lors exclusivement aux jeux sur support informatique. L’essor de l’industrie des jeux vidéo à partir du début des années 2000, qui met sur le marché des produits de plus en plus complexes, accompagne le développement des jeux sérieux. Ceux-ci vont bénéficier des innovations technologiques et ressorts ludiques des nouveaux jeux vidéo tout en cherchant à tirer parti de l’engouement suscité par ces derniers.
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
12 2.3. Terminologie
Les appellations sont nombreuses pour désigner des jeux vidéo à vocation pédagogique dans la communauté scientifique internationale : Serious games, educational Games, simulation games, edutainement, digital game-based learning, immersive learning simulations, learning games, social impact games, training games, games for change, persuasive games, computer games for learning, video games for learning, alternative purpose games, etc. La diversité des termes utilisés témoigne d’un domaine en pleine expansion et d’un foisonnement d’expériences avec les jeux. Il n’y a cependant pas de définition arrêtée pour chacune de ces appellations. Le terme de jeu sérieux, par exemple, très à la mode actuellement, a aujourd’hui une acception très large. La définition la plus générale est celle de Michael et Chen (2006) qui considèrent comme jeux sérieux tous les jeux dont la finalité première n’est pas le simple divertissement (« A serious game is a game in which education (in its various forms) is the primary goal, rather than entertainment » p.17). D’autres auteurs, comme Zyda (2005) ou Alvarez et al. (2010) sont plus précis dans leur définition des jeux sérieux en spécifiant à quoi fait référence la dimension « sérieuse » du jeu et évoquent en particulier l’apprentissage, l’enseignement, la formation professionnelle, la santé, la communication et les politiques publiques.
Pour notre part, par souci de simplification et pour ne pas alourdir le texte, nous utiliserons de manière interchangeable certaines appellations comme jeu (vidéo) pédagogique, jeu sérieux et jeu destiné à l’apprentissage, pour désigner, en lien avec notre objet d’étude, des jeux sur support informatique qui visent à entraîner un changement mesurable dans les connaissances scolaires et les compétences cognitives des apprenants. Nous nous intéressons aux jeux qui ont été conçus avec l’intention d’amener les apprenants à construire des connaissances en lien avec des objectifs pédagogiques prédéfinis et qui peuvent être évalués. L’apprentissage qui en résulte est donc directement lié à ces objectifs, et se distingue des bénéfices que peuvent apporter sur un plan cognitif l’utilisation de certains types de jeux vidéo comme l’amélioration de la perception visuelle pour les adeptes des jeux de tir à la première personne et de la rotation mentale 2D grâce aux jeux de puzzle de type Tetris (voir à ce sujet la revue de la littérature de R. E. Mayer (2014b)) ou encore le développement de la réflexion stratégique (Blumberg & Ismailer, 2009), qui n’ont pas été prévus par leurs concepteurs comme les objectifs premiers de ces jeux.
Dans la terminologie retenue pour désigner les jeux destinés à l’apprentissage, nous n’incluons pas les jeux vidéo commerciaux utilisés à des fins pédagogiques mais dont la finalité première est le divertissement. Cette pratique de détournement des jeux vidéo de l’intention originelle de leur concepteur est désignée par certains sous le vocable « Serious gaming » (Alvarez & Djaouti, 2010).
Civilization, par exemple, fait partie des jeux qui ont été intégrés dans l’enseignement en histoire et géographie, alors qu’il n’a pas été conçu au départ pour être utilisé en contexte scolaire. L’impact positif du Serious Gaming sur l’engagement des élèves a été relevé par différents chercheurs (Squire, 2004). Il est difficile néanmoins d’évaluer d’un point de vue pédagogique l’efficacité de jeux qui n’ont pas été pensés au départ pour atteindre des objectifs pédagogiques précis et explicites et qui ne prennent pas en considération dans leur conception une scénarisation basée sur des principes pédagogiques. Dans ces jeux vidéo les buts éducatifs sont indirects plutôt que directs et les concepts abordés sont souvent simplifiés à outrance.
Cadre théorique - Jeu et apprentissage
13 2.3.1. Jeux sérieux et gamification
A la différence du Serious Gaming qui recourt aux jeux vidéo pour atteindre des objectifs pédagogiques non prévus au départ par leurs concepteurs, la gamification ou « gameful design » consiste à ajouter délibérément des éléments de jeu dans un contexte autre que celui du jeu (Deterding & Dixon, 2011) dans le but de motiver, d’accroître l’activité de l’utilisateur et de provoquer des émotions. Des applications gamifiées ont fait leur apparition dans des domaines aussi divers que la finance, la santé, la publicité, le développement durable, les informations. La gamification se distingue de la conception d’un jeu sérieux dans la mesure où il ne s’agit pas de développer un jeu à part entière mais de se greffer sur une application existante qui n’est pas un jeu, à laquelle on va ajouter des attributs ludiques. Dans cette approche, un des problèmes majeurs revient à déterminer quels éléments, mécaniques de jeux, patterns ou principes sont représentatifs des jeux et peuvent s’avérer pertinents dans le cadre d’un processus de gamification sachant qu’un jeu au sens strict du terme est plus que la somme de ses différentes composantes. La réponse n’est pas simple puisque des éléments souvent considérés comme importants dans les jeux, tels que le contrôle ou le feedback immédiat, ne sont pas présents dans tous les types de jeux, qu’il s’agisse, par exemple, des jeux de chance pour la première caractéristique ou des jeux de stratégie pour la seconde.
Pour certains auteurs comme Kapp (2012), l’ajout d’éléments de gamification, n’est pas anodin ou secondaire comme le suggèrent d’aucuns qui voient dans la gamification uniquement un facteur d’engagement ; la gamification peut non seulement promouvoir la motivation mais aussi l’apprentissage en utilisant des éléments comme la tolérance à l’erreur (vies multiples et secondes chances accordées) ou des feedbacks immédiats qui informent le joueur sur son état d’avancement dans le jeu et la validité de ses actions. Dans cette perspective, la frontière entre jeux sérieux et gamification n’est pas toujours facile à établir. D’autant plus que pour certains auteurs, l’addition d’une simple règle informelle ou d’un but commun défini par un groupe de joueurs peut transformer une application gamifiée en jeu à part entière, selon la perception subjective qu’en ont ses utilisateurs (Deterding & Dixon, 2011).
2.3.2. Jeux sérieux et simulation
Un autre point nous semble important à aborder par rapport à la terminologie des jeux sérieux. Il se rapporte à la distinction entre jeu et simulation. Jeux et simulations sont très proches et il n’est donc pas toujours évident de les distinguer l’un de l’autre. Certains auteurs prétendent que tous les jeux sont des simulations (Kirkley, Kirkley, & Heneghan, 2007), mais qu’inversement toutes les simulations ne sont pas des jeux. Même si de nombreux jeux contiennent un moteur de simulation, jeux et simulations font référence à des concepts différents.
Nous avons défini préalablement le jeu comme étant un système soumis à des règles qui met en scène une situation fictive ou artificielle dans laquelle le joueur est confronté à des obstacles, qui suscite de l’émotion et dont le but est d’être victorieux et/ou, s’il s’agit d’un jeu pédagogique, d’acquérir de nouvelles connaissances. Le jeu relève aussi d’une définition subjective en fonction des émotions ressenties et de la motivation qu’il suscite.
