Efficacité du jeu et du jeu de simulation sur l’apprentissage des sciences

Introduction

Il ne fait aucun doute que les jeux et simulations éducatifs peuvent être un moyen d’enseignement pertinent (Radoff 2011 cité par Cheng et al. 2014). De par leur aspect intrinsèquement motivant et engageant, ils apparaissent, pour plusieurs, comme un cadre idéal à l’apprentissage (Clark et al. 2011 et Lim 2008 cités par Cheng et al. 2014). Puisqu’un des rôles essentiels de l’école est la préparation des élèves au marché du travail, de plus en plus de projecteurs se braquent sur l’enseignement des sciences. En effet, de récentes recherches montrent que plus de 70 % des meilleurs emplois au Canada nécessitent une formation en science et technologie (École branchée 2013).

Ceci étant dit, il apparait important de se poser la question suivante : dans quelle mesure les jeux et les simulations éducatifs sont-ils efficaces pour favoriser l’apprentissage des sciences chez les élèves ?

Pour étayer mon argumentaire, j’effectuerai une recension de six publications récentes (de 2012 à 2015) dont le thème central est l’efficacité du jeu ou du jeu de simulation sur l’apprentissage des sciences. D’abord, je présenterai des études de cas où l’intégration du jeu dans le désign pédagogique s’est soldée par une amélioration des résultats obtenus par les élèves. Ensuite, je détaillerai deux modèles d’aménagement pédagogique qui encadrent l’utilisation du jeu en classe pour en maximiser l’effet positif, notamment en misant sur la collaboration. Puis, finalement, je déclinerai le concept d’apprentissage tout en tentant de démontrer que les jeux et les jeux de simulations peuvent contribuer au développement de l’élève.

Développement

Premièrement, il existe dans la recherche plusieurs études de cas dans lesquelles on signale que les élèves ayant eu accès au jeu pendant la phase d’apprentissage obtiennent de meilleurs résultats aux examens, comparativement à ceux qui n’ont pas joué. Deux articles sont particulièrement intéressants à cet égard : An educational game for learning human immunology: What do students learn and how they perceive? de Meng‑Tzu Cheng, TzuFen Su, Wei‑Yu Huang et Jhnin‑Hao Chen (2014) et Becoming a Chemist through Game‑based Inquiry Learning: The Case of Legends of Alkhimia de Yam San Chee et Kim Chwee Daniel Tan (2012).

Cheng, Su, Huang et Chen (2014) ont développé un jeu, Humunology, dont l’objectif vise l’acquisition de certaines connaissances liées au système immunitaire humain. D’abord, ils ont cherché à vérifier si le jeu avait eu un effet positif sur les résultats à l’examen. Puis, pour mieux comprendre l’incidence du jeu sur l’apprentissage, ils ont mesuré plusieurs variables relatives aux deux dimensions de l’apprentissage selon eux (les connaissances et les processus cognitifs). Les chercheurs stipulent que les élèves ayant appris en jouant à Humunology ont de façon significative mieux réussi à l’examen que ceux qui n’y avaient pas joué. Aussi, dans le domaine des connaissances, les statistiques révèlent que les élèves du groupe expérimental ont mieux performé que ceux du groupe contrôle, plus particulièrement en matière de connaissances procédurales. Puis, au chapitre des processus cognitifs, les élèves ayant joué ont à nouveau brillé plus que ceux qui n’ont pas joué, et ce de manière encore plus marquée lorsque venait le temps d’appliquer des concepts.

Chee et Tan (2012) ont, pour leur part, créé le jeu Legends of Alkhimia dont l’objectif est l’apprentissage de concepts de chimie. Les chercheurs ont évalué l’effet du jeu sur l’apprentissage à l’aide d’un post‑test, ce qui leur a permis de comparer les résultats obtenus par les deux groupes (expérimental et contrôle). Ils ont d’abord démontré, en ce que qui concerne les savoirs pratiques (dans cette étude, comment séparer une solution), que le groupe expérimental a mieux performé que le groupe contrôle; pour ce qui est des concepts théoriques, les résultats obtenus sont identiques.

Bref, il existe dans la littérature des preuves empiriques établissant que le jeu peut être utile à l’apprentissage. Par contre, nous devons nous pencher sur le contexte ou le désign pédagogique dans lequel on a employé ces jeux. En effet, en lisant ces études en détail, on constate que les jeux n’ont pas été intégrés seulement comme soutien à l’apprentissage (au même titre qu’il est possible de le faire avec une autre ressource médiatique), mais qu’ils ont été introduits au cœur même de la séquence d’enseignement, de façon soigneusement planifiée. Ainsi, serait‑il possible d’affirmer que ce n’est pas le jeu en soi qui exerce une influence directe sur l’apprentissage, mais bien les pratiques innovantes qui entourent son usage en classe ?

Deuxièmement, on retrouve deux modèles de désign pédagogique centrés sur le jeu qui semblent prometteurs et qui misent, entre autres, sur la collaboration. En effet, dans Becoming a Chemist through Game‑based Inquiry Learning: The Case of Legends of Alkhimia (2012), les auteurs Yam San Chee et Kim Chwee Daniel Tan décrivent l’approche Performance‑Play‑Dialog (PPD), et dans Designing a collaborative learning game: Its validation with a turn‑taking control scheme in a primary science unit (2012), Yavuz Akpinar et Mehmet Turan développent un schème d’apprentissage basé sur le jeu à tour de rôle [traduction].

Dans le modèle PPD, Chee et Tan (2012) stipulent que pour bien servir la performance (l’apprentissage), il importe de maintenir un équilibre entre les phases de jeu et les phases de dialogue. Selon ce modèle, les élèves développent leur compréhension du monde scientifique en manipulant la réalité dans le jeu (ex. des laboratoires virtuels), puis en participant activement à des discussions avec les autres membres du groupe. Selon les auteurs, « le jeu provoque le dialogue, alors que le dialogue donne du sens au jeu » (p. 185). Retenons que, selon ce modèle, une grande partie de l’apprentissage s’effectue donc en mode collaboratif. Tel que mentionné plus tôt, Chee et Tan (2012) ont expliqué que, dans un milieu où l’approche PPD est appliquée, les élèves ont obtenu de meilleurs résultats que ceux du groupe contrôle.

Akpinar et Turan (2012), quant à eux, misent sur une collaboration étroite entre les membres d’une dyade afin de promouvoir l’apprentissage. En effet, les chercheurs ont élaboré un modèle basé sur le jeu à tour de rôle dont les lignes directrices ont pour objectif d’encourager autant les interactions entre le joueur et le jeu que les interactions entre les joueurs, tout en s’assurant que le rôle des membres de l’équipe soit explicite et la charge de travail équilibrée. Ainsi, la collaboration est balisée et, selon les auteurs, cela améliore d’autant plus la compréhension des concepts scientifiques; notamment lorsque les élèves discutent, se confrontent et finalement en arrivent à un consensus sur l’action à accomplir dans le jeu. Akpinar et Turan ont montré que les élèves qui ont eu recours à ce schéma de jeu ont mieux performé à l’examen postintervention que les élèves qui ont joué individuellement.

Dans le même ordre d’idées, dans Patterns of Physics Reasoning in Face‑to‑Face and Online Forum Collaboration Around a Digital Game (2015), Van Eaton, Clark et Smith indiquent que les interactions en ligne ont dépassé de façon significative, sur le plan du niveau cognitif, les interactions face à face. En effet, les élèves avaient l’occasion de collaborer pour la résolution de casse‑têtes qui faisait intervenir des concepts de la physique newtonienne et les chercheurs ont recensé et codifié toutes les interventions. Après analyse, les auteurs mentionnent que « dans les forums en ligne, les élèves employaient trois fois plus souvent un raisonnement formel de physique que dans les interactions en vis‑à‑vis » [traduction] (p. 9).

Dans la recension des écrits présentée précédemment, on perçoit clairement que la collaboration joue un rôle important dans la structuration des connaissances et donc dans l’apprentissage. Le jeu éducatif peut donc être exploité comme moteur à l’entraide entre les élèves. Les chercheurs soulignent l’importance de bien planifier le travail collaboratif afin que les élèves en bénéficient au maximum. Ces deux approches, PPD et le jeu à tour de rôle, sont efficientes et les développeurs de jeux éducatifs devraient tenir compte du désign pédagogique dans leur conception de manière à promouvoir leur utilisation. Ceci étant dit, même si ces articles portent sur l’apprentissage (ou la compréhension) et la performance des élèves, ces concepts sont rarement décrits en détail, ce qui peut compliquer l’interprétation des résultats de recherche.

Troisièmement, Chee et Tan (2014) proposent d’évaluer globalement la performance d’un élève et définissent ce terme comme étant le développement de sa compréhension de la matière et de son identité. Ils reprennent les travaux de Bell (2008), Schechner (2006) et Benwell et Stokoe (2006) pour décliner la performance en quatre éléments. D’abord, elle est constitutive [traduction], car elle est établie et attestée selon certaines actions. Ensuite, elle est épistémique [traduction], car c’est une façon pour celui qui en fait usage de se définir et se connaitre. Puis, elle est critique [traduction], car elle est un moyen pour le performeur d’affirmer un savoir, mais également de lui fournir l’occasion de créer des savoirs. Finalement, elle constitue aussi une forme d’identité, car elle confère une valeur et un statut social à celui qui en fait la démonstration. Les auteurs concluent aussi que dans la performance, le jeu peut aider au développement des quatre dimensions, notamment en faisant passer le processus d’apprentissage de la troisième à la première personne.

Dans Games as a Platform for Student Participation in Authentic Scientific Research (2014), Rikke Magnussen, Sidse Damgaard Hansen, Tilo Planke et Jacob Fris Sherson exposent qu’un des facteurs les plus motivants du jeu qu’ils ont conçu, Quantum Moves, est la participation des élèves à une recherche scientifique véritable. Il s’agit, dans ce genre de jeu basé sur l’externalisation ouverte, d’une forme ultime de changement de perception; l’élève passe du statut d’auditeur, celui qui reçoit le contenu via un dispositif d’enseignement, à celui d’acteur, celui qui crée la connaissance scientifique. Ce type de jeu appuie donc tous les éléments de la performance tels que décrits plus tôt.

Par contre, Chee et Tan (2014) n’intègrent pas dans leur définition de la performance les critères d’intérêt et d’attitude envers les sciences. L’auteure Venita Holmes (2012) dans New Digital Energy Game, the Use of Games to Influence Attitudes, Interests, and Student Achievement in Science apporte des éléments de réponse supplémentaires. En effet, la chercheure a voulu évaluer comment ce jeu a pu contribuer, pour 391 élèves du secondaire, à l’apprentissage des sciences et au développement de l’intérêt et des attitudes scientifiques. L’auteure conclut en spécifiant que l’intérêt pour les sciences a augmenté après avoir joué, ce qui a mené à un changement d’attitude face à la science.

Conclusion

En conclusion, il est manifeste que le jeu éducatif et le jeu de simulations peuvent avoir un effet positif sur l’apprentissage des sciences. Plusieurs études, citées dans le texte, montrent nettement le lien entre l’intégration du jeu dans une séquence pédagogique et l’amélioration de la performance des élèves. Par contre, plus que l’utilisation du jeu en tant que tel, il est important de se questionner sur les facteurs, ou les conditions gagnantes de la ludification de l’apprentissage. Outre la qualité des jeux, leur intégration doit être réfléchie et les enseignants doivent considérer la collaboration comme une alliée. À ce sujet, des approches comme le Play‑Performance‑Dialogue (PPD) et le Turn‑Taking control scheme semblent prometteuses, car elles explicitent la notion de performance tout en misant sur la collaboration selon des lignes directrices précises. Aussi, apparait‑il fondamental d’évaluer l’impact du jeu sur l’élève et non seulement sur ses résultats scolaires. En somme, comme tout moyen d’enseignement, l’intégration du jeu en classe doit se faire de manière réfléchie : en sélectionnant les jeux les plus pertinents; en fixant des objectifs clairs et réalistes; en planifiant minutieusement la séquence pédagogique; et en préconisant l’approche la plus pertinente quant au curriculum à l’étude.

Références

Akpina, Y. et Turan M. (2012). Designing a collaborative learning game: Its validation with a turn‑taking control scheme in a primary science unit. Education and Science. 37(163), 254-267. Repéré à http://egitimvebilim.ted.org.tr/index.php/EB/article/download/1241/352

Chee, Y. S. et Tan K.C.D. (2012). Becoming Chemists through Game‑based Inquiry Learning: The Case of Legends of Alkhimia. Electronic Journal of e‑Learning. 10(2), 185‑198. Repéré à https://web.a.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?vid=3&sid=5dc1c75b-e37c-4ff6-8fb6-f716a692b861%40sessionmgr4002&hid=4109

Cheng, T.-M., Su, T., Huang, W.-Y. et Chen J.-H. (2014). An educational game for learning human immunology: What do students learn and how do they perceive? British Journal of Educational Technology. 45(5), 820-833. doi :10.111/bjet.12098

École branchée (2013). Un rapport sur l’apprentissage des sciences illustre le fardeau économique que représente l’abandon des cours de sciences au secondaire. Repéré à http://www.ecolebranchee.com/2013/10/11/un-rapport-sur-lapprentissage-des-sciences-illustre-le-fardeau-economique-que-represente-labandon-des-cours-de-sciences-au-secondaire/

Holmes (2012). New Digital Energy Game, the Use of Games to Influence Attitudes, Interests, and Student Achievement in Science. 9 pages. Repéré à http://files.eric.ed.gov/fulltext/ED536550.pdf

Magnussen, R., Hansen D. S., Planke, T. et Sherson, F. J. (2014). Games as a Platform for Student Participation in Authentic Scientific Research. The electronic Journal of e-learning. 12(3), 259‑270. Repéré à https://web.b.ebscohost.com/ehost/pdfviewer/pdfviewer?vid=3&sid=26b2bc2c-c29a-4a0a-9c2a-3e1d4e3d4327%40sessionmgr113&hid=118

Van Eaton, G., Clark, B. D. et Smith, E.B. (2015). Patterns of Physics in Face-to-Face and Online Forum Collaboration Around a Digital Game. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology, 3(1), 1-13. Repéré à http://ijemst.com/pdfgoster.php?file=depo/pdfs/pdf_3_2015_1.pdf

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