Denise Sutter Widmer

Thèse

Conception et évaluation d’un jeu vidéo en algèbre : apprentissage, motivation et usage de la visualisation dans un environnement aux représentations multiples

Mon travail de thèse a été soutenu au mois de janvier 2017. Il peut être consulté dans les archives ouvertes de l'Université de Genève.

Le jeu sérieux "Algebra Mystery", conçu et développé dans le cadre de cette thèse, est accessible sur le web à http://tecfalabs.unige.ch/algebra_mystery/.

Résolution de problème et mise en équation à l'aide d'une représentation concrète

 

Résumé de la thèse

 

Ma thèse s’inscrit dans le domaine de recherche des jeux sérieux et des représentations externes multiples. Elle 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 coeur 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 ont sous-tendu ce travail. Un premier objectif était 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 était 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 cherchait à mettre en évidence des profils motivationnels d’élèves, présents en amont du jeu, et d’évaluer dans quelle mesure ceux-ci pouvaient être mis en relation avec l’engagement et l’expérience de jeu ainsi qu'avec l’apprentissage réalisé à travers le jeu. Un quatrième objectif visait à 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, aboutissait à une meilleure compréhension de certaines notions et concepts mathématiques et facilitait le passage d’une représentation externe à l’autre lors de la mise en équation d’un problème. Enfin, un cinquième objectif concernait les stratégies individuelles de jeu et d’autorégulation de l’apprentissage. Il s’agissait 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 avait aussi pour ambition de mettre en évidence des stratégies de jeu et d’apprentissage plus ou moins efficaces et d’évaluer dans quelle mesure la manière de jouer avait 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 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 oeuvre 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.