Thèse Année : 2024

Design of serious games in mixed reality : application to fractions

Conception de jeux sérieux en réalité mixte : application à l’apprentissage des fractions

Sofiane Touel
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1499783
  • IdRef : 282911103

Résumé

This PhD thesis focuses on the design and analysis of The Magic Cauldron, a Mixed Reality (MR) serious game for teaching fractions to students (9 to 12 years old). The game was designed in close collaboration with experts in Math didactics, Math teachers and their students. This game was designed as a digital extension of a commercial board game, The potions workshop, originally created by an expert in Math didactics during this PhD. By using Mixed Reality, the objective is to help students understand the multiple representations of fractions, which are particularly complex to grasp, and make their learning experience more engaging.The PhD thesis offers two main scientific contributions. The first is a collaborative and iterative research approach, inspired by Design-Based Research (DBR) and Agile methodologies, which aims at discovering new ways to employ new technologies, such as MR, to support education goals. The second contribution is a design model for MR serious games. This model provides a structured framework to address organizational constraints inherent to the use of digital applications in classrooms, to optimize the use of available equipment and reduce development costs, while incorporating the target educational goals.The Magic Cauldron offers a variety of game levels designed to strengthen understanding of fractions, represented as positions on a number line. The game offers instant feedback and support tools to promote student autonomy. The assessment of the game’s impact was conducted through experiments involving 228 students. The game revealed significant potential for learning fractions. The experiments also indicated an increase in student autonomy and a reduction in stress, attributed to the interactive features and immersive elements of the game. Our results corroborate the value of the collaborative research approach proposed for the use of MR in learning fractions, which may also be relevant to other technologies and pedagogical objectives involving different representations of concepts or notions. Moreover, the results validate the relevance of the proposed MR serious game design model. This process, which aims to preserve the tangible side of certain physical objects in the game, while adding the potential for digital augmentation, can be adapted to any type of educational board game.
La thèse s'articule autour de la conception et l'analyse du Chaudron Magique, un jeu sérieux, en Réalité Mixte (RM), pour enseigner les fractions à des élèves (de 9 à 12 ans). Ce jeu est le fruit d'une collaboration étroite avec des didacticiens de mathématiques, des enseignants et leurs élèves. Il constitue une extension numérique d’un jeu commercialisé, l’Atelier des Potions, qui a été créé par un didacticien des mathématiques lors de sa thèse. Grâce à l'utilisation de la Réalité Mixte, notre objectif est d’améliorer la compréhension des différentes représentations des fractions, qui sont particulièrement complexes, et de rendre leur apprentissage plus engageant. Cette thèse apporte deux principales contributions scientifiques. La première est une démarche de recherche collaborative et itérative inspirée du Design-Based Research (DBR) et des méthodes agiles. Elle vise à trouver de nouvelles façons d’utiliser les technologies innovantes, telles que la RM, au service de la pédagogie. La seconde contribution est un modèle de conception de jeux sérieux en RM. Ce modèle propose notamment un cadre structuré pour prendre en compte les contraintes organisationnelles inhérentes à l’usage d’applications numériques en classe, optimiser l’usage du matériel disponible et réduire les coûts de développement, tout en intégrant les objectifs pédagogiques à atteindre.Le Chaudron Magique offre une variété d'exercices ludiques conçue pour renforcer la compréhension des fractions représentées comme des positions sur une droite numérique. Le jeu est enrichi de rétroactions instantanées et d'outils d'aide pour promouvoir l'autonomie des élèves. L’évaluation des impacts de ce jeu a été réalisée lors d’expérimentations menées auprès de 228 élèves. Le jeu a notamment révélé un potentiel pour l'apprentissage des fractions. Les expériences ont aussi montré une augmentation de l'autonomie et une réduction du stress chez les élèves, grâce aux fonctionnalités interactives et les éléments immersifs du jeu.Nos résultats corroborent l'intérêt de la démarche de recherche collaborative proposée pour l’usage de la RM pour l’apprentissage des fractions, celle-ci pouvant également être pertinente pour d’autres technologies et objectifs pédagogiques impliquant différentes représentations d’un concept ou d’une notion. En outre, les résultats valident la pertinence du modèle de conception de jeux sérieux en RM proposé. Celui-ci s’appuie notamment sur un processus de transposition d’un jeu de plateau traditionnel en expérience immersive en RM. Ce processus, qui vise à conserver le côté tangible de certains objets physiques du jeu, tout en ajoutant des possibilités d’augmentation numérique, peut s’adapter à tout type de jeu de plateau pédagogique.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04921181 , version 1 (30-01-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04921181 , version 1

Citer

Sofiane Touel. Conception de jeux sérieux en réalité mixte : application à l’apprentissage des fractions. Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain. Le Mans Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024LEMA1035⟩. ⟨tel-04921181⟩
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