Génération de scénarios pédagogiques dans les jeux sérieux

Un serious game est un jeu conçu dans un objectif autre que le seul divertissement. Dans cette thèse, nous nous intéressons à un type particulier des jeux sérieux : les jeux d'apprentissage. Il s'agit de jeux qui rendent l'apprentissage plus attractif et amusant à travers des défis ludiques qui suscitent la motivation et l'engagement des apprenants. Dans ce cadre, la problématique de la thèse porte sur la génération automatique des scénarios pédagogiques dans les jeux d'apprentissage. Il s'agit ainsi d'appréhender l'intégration du scénario pédagogique avec le jeu vidéo dans le cadre d'un jeu d'apprentissage. Par scénario pédagogique, nous entendons une suite d'activités pédagogiques, intégrées dans un jeu ludique, permettant à l'apprenant d'atteindre un ou plusieurs objectifs pédagogiques. L'objectif de notre recherche est de définir des modèles de représentation et de raisonnement permettant la génération adaptative de scénarios pédagogiques qui peuvent être utilisés dans des jeux sérieux, en particulier dans les jeux d'apprentissage. Les scénarios ici doivent tenir compte du profil de l'utilisateur, ses objectifs d'apprentissage ainsi que ses traces d'interaction. Ces dernières sont utilisées pour mettre à jour le profil de l'utilisateur et de faire évoluer les connaissances du domaine. Le modèle de représentation de connaissances proposé permet d'organiser les connaissances du domaine dans une architecture à trois couches : concepts du domaine, ressources pédagogiques et ressources du jeu. Pour chacune de ces couches, la thèse propose une formalisation adaptée. Cette organisation générique permet de faire évoluer les éléments d'une couche donnée sans remettre en cause les éléments des autres couches. Egalement, elle permet de mettre en relation les mêmes connaissances du domaine avec différents jeux. Quant au modèle de génération de scénarios, il recense trois étapes successives. Premièrement, à partir du profil de l'utilisateur et de ses objectifs pédagogiques, on génère un scénario conceptuel. Il s'agit de sélectionner un certain nombre de concepts, parmi l'ensemble des concepts de la première couche, permettant de satisfaire les concepts cibles. Ces derniers représentent les objectifs pédagogiques de l'utilisateur. Le scénario conceptuel est ensuite transformé en scénario pédagogique. Pour cela, il s'agit de sélectionner pour chaque concept du scénario conceptuel une ou plusieurs ressources en relation avec celui-ci. Cette sélection tient compte du modèle de présentation et des connaissances d'adaptation. Le premier permet de structurer les ressources pédagogiques en fonction de leur type. Les connaissances d'adaptation permettent de fixer le niveau de difficulté pour chaque ressource du scénario pédagogique. La troisième et dernière étape consiste à mettre en relation les ressources du scénario pédagogique avec les ressources de jeux en tenant compte du modèle de jeu. En se basant sur les différents modèles de représentation et de raisonnement proposés, nous avons développé la plate-forme GOALS (Generator Of Adaptive Learning Scenarios). Il s'agit d'une plate-forme, générique et accessible en ligne, permettant la génération de scénarios pédagogiques adaptatifs. Cette plate-forme a été utilisée dans le cadre d'un jeu sérieux pour l'évaluation et la rééducation des troubles cognitifs dans le cadre du projet FUI CLES (Cognitive Linguistic Elements Stimulation). Afin de valider nos contributions, nous avons mené plusieurs évaluations dans le cadre du projet CLES. L'objectif de ces évaluations est, d'une part, de valider les modèles du générateur de scénarios, d'autre part, d'étudier l'impact des scénarios GOALS sur l'apprentissage des apprenants. Pour ces deux objectifs, nous avons proposé deux protocoles d'évaluation. Ces protocoles ont été mis en œuvre dans le cadre de deux expérimentations sur le terrainA serious game is a game whose principal objective is other than only entertainment. In this thesis, we are interested in a particular type of serious games: the learning games. These games make the learning process more attractive and amusing through fun-based challenges that increase the motivation and engagement of learners. In this context, this thesis focuses on the problem of the automatic generation of pedagogical scenarios in the learning games. It is thus a question of apprehending the integration of a pedagogical scenario with computer games within the context of learning games. By pedagogical scenario, we mean a suite of pedagogical activities, integrated in a learning game, allowing a learner to achieve one or more pedagogical objectives. The objective of our research is to define representation and reasoning models allowing the generation of adaptive pedagogical scenarios which can be used in serious games, in particular the learning games. The generated scenarios should take into account the user’s profile, pedagogical goals and also his interaction traces. The traces get used to update the user profile and to evolve the domain knowledge. The proposed knowledge representation model allows organizing the domain knowledge in three-layer architecture: the domain concepts layer, the pedagogical resources layer and the game resources layer. For each of these layers, we have proposed an adapted formalization. The generic organization of knowledge allows evolving the elements of a layer without changing or affecting the elements of other layers. Similarly, it allows putting into relation the same domain knowledge with different games.As for the scenario generation model, it comprises of three successive steps. Firstly, starting from the user profile and his pedagogical objectives, it generates a conceptual scenario. This consists in selecting a certain number of concepts, among the domain concepts of the first layer, allowing satisfying the targeted concepts. These targeted concepts represent the pedagogical objectives of the user. The conceptual scenario is then transformed into the pedagogical scenario. For this, it requires to select for each concept in the conceptual scenario one or many pedagogical resources in relation with the concept in question. This selection takes into account the presentation model and the adaptation knowledge. The former allows structuring the pedagogical resources according to their type. The adaptation knowledge allows setting the difficulty level for each pedagogical resource in the pedagogical scenario. The third and final step consists in putting into relation the pedagogical resources of the pedagogical scenario with the game resources keeping into account the game model. On the basis of the proposed models of representation and reasoning, we have developed the platform GOALS (Generator Of Adaptive Learning Scenarios). It is a platform, generic and accessible on-line, allowing the generation of adaptive pedagogical scenarios. This platform has been used in the context of a serious game for the evaluation and reeducation of cognitive troubles within the context of the FUI project CLES (Cognitive Linguistic Elements Stimulations). To validate our contribution, we have conducted several evaluations in the context of project CLES. The objective of these evaluations is two-fold; firstly, to validate the scenario generator models, secondly, to study the impact of the scenarios generated by GOALS on the learning of users. For these two objectives, we have proposed two evaluation protocols. These protocols have been put into practice in the context of two field experiment