Actuellement, avec l’essor de l’informatique ubiquitaire, un intérêt grandissant est porté à l’exploitation du contexte de l’utilisateur pour une adaptation des applications et de leur contenu à ses besoins et activités en temps réel, dans divers domaines (tourisme, maisons intelligents, hôpitaux). De cet intérêt résulte bon nombre de projets traitant la définition et l’élaboration de modèles de contexte et de plateformes de gestion dudit contexte. Dans le cadre du projet GéoÉduc3D, l’utilisation du contexte pour l’amélioration de l’aspect immersif et interactif de jeux éducatifs revêt un intérêt certain. Ce cadre applicatif (jeux éducatifs, réalité augmentée, téléphones intelligents) est complètement différent et amène la question de l’interopérabilité peu abordée dans les précédents travaux. Nos travaux ont donc pour objectif de concevoir et d’implémenter une solution informatique dédiée à l’acquisition et à la diffusion de contexte spatial dans un environnement multi-joueurs sur et pour des téléphones intelligents. Dans ce but, nous proposons tout d’abord une nouvelle définition et une modélisation du contexte spatial adapté à notre cadre particulier. Ensuite, nous présentons l’architecture d’un système orienté service pour la gestion de cette information contextuelle. Afin de tester notre approche, un prototype de service Web a été élaboré selon trois fonctions principales : récupération des informations auprès des téléphones intelligents ; enregistrement des données dans la base de données et interrogation flexible en mode synchrone ou asynchrone des données. Ce travail de recherche ouvre ainsi la voie à la conception et au développement d’applications de jeux éducatifs, destinées à n’importe quel type de téléphone intelligent, sensible au contexte spatial des joueurs dans un environnement multi-joueurs. / Currently, with the rise of ubiquitous computing, one is growing interest in using the user context, for adapting applications and their contents to users’ needs and activities in real time, in different fields (tourism, smart homes, and hospitals). Many projects dealing with the definition and context models and management platforms have emerged. In the GeoEduc3D project, exploiting the context to improve the immersive and interactive aspects of interactive educational games is to be explored. This particular application framework (serious games, augmented reality, smart phones) is completely different and brings the issue of interoperability, which was not really addressed in previous work. Therefore, our work aims to design and implement a solution dedicated to the acquisition and dissemination of spatial context in a multi-players environment on and for smart phones. For this purpose, we first propose a definition and modeling of spatial context. Then we define the architecture of a service-oriented system for managing that information. To test our approach, a Web service prototype was developed according to three main functions: retrieving information from smart phones, storing data in the database and query flexible synchronous or asynchronous data. This research opens the way for the design and development of context-aware serious games applications for any type of smart phone, in a multiplayer environment.

Les applications Web en général ont connu d’importantes évolutions technologiques au cours des deux dernières décennies et avec elles les habitudes et les attentes de la génération de femmes et d’hommes dite numérique. Paradoxalement à ces bouleversements technologiques et comportementaux, les logiciels d’enseignement et d’apprentissage (LEA) n’ont pas tout à fait suivi la même courbe d’évolution technologique. En effet, leur modèle de conception est demeuré si statique que leur utilité pédagogique est remise en cause par les experts en pédagogie selon lesquels les LEA actuels ne tiennent pas suffisamment compte des aspects théoriques pédagogiques. Mais comment améliorer la prise en compte de ces aspects dans le processus de conception des LEA? Plusieurs approches permettent de concevoir des LEA robustes. Cependant, un intérêt particulier existe pour l’utilisation du concept patron dans ce processus de conception tant par les experts en pédagogie que par les experts en génie logiciel. En effet, ce concept permet de capitaliser l’expérience des experts et permet aussi de simplifier de belle manière le processus de conception et de ce fait son coût. Une comparaison des travaux utilisant des patrons pour concevoir des LEA a montré qu’il n’existe pas de cadre de synergie entre les différents acteurs de l’équipe de conception, les experts en pédagogie d’un côté et les experts en génie logiciel de l’autre. De plus, les cycles de vie proposés dans ces travaux ne sont pas complets, ni rigoureusement décrits afin de permettre de développer des LEA efficients. Enfin, les travaux comparés ne montrent pas comment faire coexister les exigences pédagogiques avec les exigences logicielles. Le concept patron peut-il aider à construire des LEA robustes satisfaisant aux exigences pédagogiques ? Comme solution, cette thèse propose une approche de conception basée sur des patrons pour concevoir des LEA adaptés aux technologies du Web. Plus spécifiquement, l’approche méthodique proposée montre quelles doivent être les étapes séquentielles à prévoir pour concevoir un LEA répondant aux exigences pédagogiques. De plus, un répertoire est présenté et contient 110 patrons recensés et organisés en paquetages. Ces patrons peuvent être facilement retrouvés à l’aide du guide de recherche décrit pour être utilisés dans le processus de conception. L’approche de conception a été validée avec deux exemples d’application, permettant de conclure d’une part que l’approche de conception des LEA est réaliste et d’autre part que les patrons sont bien valides et fonctionnels. L’approche de conception de LEA proposée est originale et se démarque de celles que l’on trouve dans la littérature car elle est entièrement basée sur le concept patron. L’approche permet également de prendre en compte les exigences pédagogiques. Elle est générique car indépendante de toute plateforme logicielle ou matérielle. Toutefois, le processus de traduction des exigences pédagogiques n’est pas encore très intuitif, ni très linéaire. D’autres travaux doivent être réalisés pour compléter les résultats obtenus afin de pouvoir traduire en artéfacts exploitables par les ingénieurs logiciels les exigences pédagogiques les plus complexes et les plus abstraites. Pour la suite de cette thèse, une instanciation des patrons proposés serait intéressante ainsi que la définition d’un métamodèle basé sur des patrons qui pourrait permettre la spécification d’un langage de modélisation typique des LEA. L’ajout de patrons permettant d’ajouter une couche sémantique au niveau des LEA pourrait être envisagée. Cette couche sémantique permettra non seulement d’adapter les scénarios pédagogiques, mais aussi d’automatiser le processus d’adaptation au besoin d’un apprenant en particulier. Il peut être aussi envisagé la transformation des patrons proposés en ontologies pouvant permettre de faciliter l’évaluation des connaissances de l’apprenant, de lui communiquer des informations structurées et utiles pour son apprentissage et correspondant à son besoin d’apprentissage. / Web applications in general have experienced significant technological developments over the last two decades and with them the habits and expectations of the generation of men and women called The Digital Generation. Paradoxically to these technological and behavioral changes, e-learning software (ELS) does not quite follow the same curve of technological change. Indeed, its design model remained so static that its pedagogical usefulness is questioned by pedagogical experts who say that current ELS does not take sufficient account of educational theory. So how to improve the inclusion of pedagogical requirements in the ELS design process? There are several approaches to designing robust ELS. However the use of pattern concept in this design process is of great interest to both educational experts as well as experts in software engineering. The pattern concept allows ones to capitalize on the experience of ELS design experts and also simplifies the software design process, thus also reducing the design process cost. A comparison of patterns-based ELS design processes in the litterature has shown that there is no collaboration framework for the ELS design team, that is to say, educational specialists and software engineers. There is also a lack of important steps in the proposed software life cycles which may not be rigorously described to allow the design of efficient ELS. Finally patterns used in the design process of ELS meet either educational or software requirements but not both. As a solution, this thesis proposes a design approach to designing pattern-based ELS suited to Web technologies. More specifically, this thesis primarily proposes a pattern-based systematic approach, showing what should be the sequential steps for designing an ELS that meets pedagogical requirements. Furthermore this thesis also proposes a repository of 110 patterns that are used in the approach. These patterns can easily be found using the pattern search guide proposed in this thesis. The design approach was validated with two application examples to conclude that firstly the ELS design approach is realistic and secondly, that the patterns are valid and functional. The proposed ELS design approach is original and differs from those found in the literature as it is entirely based on the pattern concept. The approach also allows the ELS engineer to take into account the educational requirements. It is generic because it is independent of any hardware or software platform. However, the process of educational requirements translation is still not very intuitive nor very straight forward. Further work must be done to complete the results obtained, in order to bring usable artifacts from pedagogical requirements to software engineers. A pattern-based metamodel for ELS design that will allow the definition of a typical modeling language for ELS design, or the development of a more intelligent method for patterns search in a large directory is also considered. Adding patterns that will help adding a semantic layer at the ELS could be considered. This semantic layer will not only adapt pedagogical scenarios but will also automates the process of adaptation to the needs of a particular student. Finally another futherwork that can be addressed is how the transformation of proposed patterns in ontologies that can help facilitate the assessment learner’s knowledge in order to provide him structured and useful information for his learning process.

Le modèle d'élaboration de la base de données suggéré dans cette recherche s'inscrit dans le domaine de la planification de l'enseignement. Il fait partie de l'un des quatre domaines d'activités distincts encore que connexes formant la technologie de l'éducation identifiés par Eraut (1972): - La préparation et l'emploi de matériel pédagogique; - l'application du savoir concernant l'enseignement et 1 'apprentissage; - la planification, la mise au point et l'application des programmes; - l'organisation du personnel, des ressources et des activités pédagogiques. Le modèle d'élaboration de la base de données dont nous traitons, implique la préparation et l'emploi de matériel pédagogique dispensé par ordinateur, dans un contexte d'enseignement individualisé, avec l'assurance que ce moyen sera au service de l'enseignant et non pas le contraire. L'objectif principal de notre recherche est de montrer qu'il est possible d'appliquer au domaine de l'enseignement assisté par ordinateur des connaissances développées pour l'élaboration des bases de données, de telle sorte que l'ordinateur puisse guider l'étudiant en fonction d'un champ de connaissances structurées, et non pas uniquement en fonction d'une réaction pré-déterminée à une réponse de l'élève, anticipée ou prévue par l'auteur. À cet effet, nous développerons un modèle d'organisation des données faisant partie d'un ensemble, dans une mémoire d'ordinateur, qui optimise chacun des éléments de l'ensemble en vue de créer un système d'enseignement assisté par ordinateur. L'ensemble, pour tout enseignant, c'est l'année scolaire. Le modèle d'élaboration de la base de données qui est proposé ici est une combinaison de deux domaines dans le but de développer un système d'enseignement assisté par ordinateur qui réponde aux attentes de l'enseignant. L'un de ces domaines est celui de la gestion, plus particulièrement celui des systèmes d'information aux fins de gestion, qui fournissent des résultats aidant les gestionnaires à la prise de décision. Nous utiliserons ici l'analyse par réseaux de Forrester (1961). L'autre domaine est celui du design pédagogique tel que proposé par Gagné et Briggs (Brien, 1981). Notre modèle est appliqué ici à la préparation de leçons individualisées en mathématiques, devant être dispensées par ordinateur; l'auteur peut partir d'un matériel original ou encore d'un matériel déjà existant, en autant que certaines conditions préalables soient remplies. Il permet d'identifier tous les éléments qui devront être présents à l'intérieur de la machine et qui devront également fonctionner en parallèle lors du déroulement de la leçon. C'est ici que l'analyse par réseaux fournira un outil de travail pour arriver à les identifier. Notre modèle n'implique pas nécessairement l'utilisation de l'ordinateur pour dispenser toutes les leçons d'un cours; l'ampleur de l'utilisation est laissée à la discrétion de l'enseignant. Il permet d'ajouter en tout temps des leçons, aussi bien que d'en retrancher, compte tenu qu'il permet d'obtenir une image des données qui se trouvent à l'intérieur de la mémoire de l'ordinateur. Pour parvenir à déterminer quel sera le contenu des leçons et quelle importance a un comportement visé dans tout l'ensemble de l'année scolaire, nous utiliserons le design pédagogique proposé par Gagné et Briggs (Brien, 1981), et plus particulièrement, les hiérarchies d'apprentissage. Le premier chapitre de cette recherche permet de situer celle-ci parmi les autres recherches effectuées dans le domaine des applications pédagogiques de l'ordinateur et ainsi préciser notre point de départ. Dans le second chapitre, nous présentons le modèle d'élaboration de la base de données pour un système d'enseignement assisté par ordinateur. Nous décrivons celui-ci en termes d'étapes pour lesquelles une série de tâches doivent être effectuées. Au troisième chapitre, nous traitons un cas pratique d'enseignement assisté par ordinateur appliqué à un contexte d'enseignement individualisé; nous appliquons le modèle d'élaboration de la base de données présenté au chapitre précédent et détaillons le travail effectué à chaque étape. La mise à l'essai du modèle opérationnalisé est présentée au quatrièmé chapitre; le dernier chapitre fait part des résultats obtenus lors de la mise à l'essai du modèle opérationnalisé, en comparaison avec un autre système dont certaines variables d'activité et certaines accumulations ont été retirées. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2015

Un rapport de l’Organisation de coopération et de développement économique (OCDE, 2006), souligne que « ces dernières années, le nombre d’étudiants en sciences et en technologie a augmenté en valeur absolue, mais a diminué en valeur relative ». Charland (2003) cite Fourez qui annonçait en 1994 que « les cours de sciences étaient souvent vus par les élèves, mais aussi par les enseignants, comme un simple processus de transmission de contenu, ce qui a eu pour effet d’entraîner une baisse de motivation et d’intérêt quant aux questions scientifiques ». Dans le même article, on propose une solution qui consisterait à « contextualiser » l’enseignement des sciences et à les rendre plus signifiantes pour les élèves. Klopfer et Squire (2007), quant à eux, proposent le Mobile Learning en tant que modèle d’apprentissage prometteur. Parmi les recherches innovatrices dans ce domaine, il y a le projet GéoÉduc3D de l’Université Laval. La présente étude vise à poser un regard sur des énoncés théoriques pouvant être retenus dans le développement d’un scénario pédagogique destiné à un jeu sérieux sur plateforme mobile. Le développement de la une pensée critique sera ciblé dans un contexte de résolution de problèmes à caractère environnemental chez nos élèves de quatrième secondaire, dans les classes de Science et technologie, poursuivant ainsi certaines visées du Programme de formation de l’école québécoise.