People with motor disabilities have a limitation or a loss of capacity carrying out activities considered as normal for human beings. This may incline the relationship with the society and thus it is essential for these people to undergo therapeutic treatments. However, rehabilitation is a tedious process that often fails due to that patients drop treatment. For this reason, this thesis investigates if music in a serious game for rehabilitation can make the experience to become more engaging and, accordingly, whether positive experiences from playing such a game can encourage the rehabilitation process of a patient i.e. to make the rehabilitation process less tedious for the patient. The results, based on a pilot study conducted in a rehabilitation center, indicates that this is the case and further research on the matter is suggested.

This project starts with the idea to develop a game to train people in evacuation drills. The game has to allow people to learn evacuation plans. To do it, the core aspect to be considered is the transfer of spatial knowledge from a virtual environment. Hence in this study, the transfer of spatial knowledge has been evaluated. In particular, the acquisition from a virtual environment has been compared between head mounted display and desktop display. 26 subjects have participated in the experiment. They have been divided in two groups: the first group played the game with a desktop display, the second group played with a head mounted display. The collected data and feedback underline that it is possible to acquire spatial knowledge from a virtual environment, and that participants who used a desktop display obtain more nformation than participants who used head mounted display.

This thesis studies the acquisition of spatial knowledge, through the use of virtual reality, and the role that audio can have in this type of learning. Two versions of a simulator were developed, one with the presence of audio and the other one without. 26 participants, divided into two groups (one group per version), were tested the simulator. The goal is to understand if the version with audio would lead to greater learning than the other. The results show that there was no difference between the groups and that they have learned in the same way. Both groups have subjects who suffered nausea or dizziness, with a greater presence in the group with the audio. Future work could consider trying to reduce the problem of these symptoms to have a clearer analysis.

Les Serious Games (SGs) sont des dispositifs de formation de plus en plus utilisés dans les différents secteurs de l’éducation initiale et continue. Dans le cadre de cette thèse, notre objectif est de concevoir, d’abord, et développer, ensuite, un SG pour la formation et l’évaluation des personnels travaillant en environnement aseptique. Nous présenterons dans ce travail de recherche les approches théoriques qui sont à l’origine de la démarche de conception. Nous en viendrons à la définition d’un modèle unitaire et holistique (PEGADE) qui décrit le processus collaboratif et optimal de conception des SGs et qui s’articule autour d’une nouvelle figure professionnelle, le Pedagogical Game Designer (PGD). Une étude de l’efficacité sera réalisée pour comprendre dans quelle mesure un développement des compétences via le SG est possible et quelle est sa plus-value par rapport aux méthodes traditionnelles de formation pour les mêmes matières. Nous proposerons également une évolution de la théorie du conflit instrumental sur laquelle cette thèse s’appuie qui sera à l’origine d’une nouvelle méthode d’analyse de l’utilisabilité des dispositifs d’apprentissage utilisant les technologies informatiques. / Serious games (SGs) are a very widespread training and evaluation device, employed in different sectors of school and adult education. In this study we aim to design and develop a SG for training and evaluating personals working in aseptic environment. We will present in this research the theoretical basis needed for that design process. We will define a holistic and united model (PEGADE), which describes the collaborative and optimal process to conceive SGs and which is constructed around a new professional figure, the Pedagogical Game Designer (PGD). A study of the effectiveness will be performed in order to understand how competences can be developed through the SG and which are the differences between this device if compared with traditional training used for similar purposes. We will propose as well an evolution of the instrumental conflict theory, which is one of the foundations of this thesis. That one will constitute the basic for a new method of usability test applied to every learning tool using ICTs.

Computer games are highly immersive, engaging, and motivating learning environments. By providing a tutorial at the start of a new game, players learn the basics of the game's underlying principles as well as practice how to successfully play the game. During the actual gameplay, players repetitively apply this knowledge, thus improving it due to repetition. Computer games also challenge players with a constant stream of new challenges which increase in difficulty over time. As a result, computer games even require players to transfer their knowledge to master these new challenges. A computer game consists of several game mechanics. Game mechanics are the rules of a computer game and encode the game's underlying principles. They create the virtual environments, generate a game's challenges and allow players to interact with the game. Game mechanics also can encode real world knowledge. This knowledge may be acquired by players via gameplay. However, the actual process of knowledge encoding and knowledge learning using game mechanics has not been thoroughly defined, yet. This thesis therefore proposes a theoretical model to define the knowledge learning using game mechanics: the Gamified Knowledge Encoding. The model is applied to design a serious game for affine transformations, i.e., GEtiT, and to predict the learning outcome of playing a computer game that encodes orbital mechanics in its game mechanics, i.e., Kerbal Space Program. To assess the effects of different visualization technologies on the overall learning outcome, GEtiT visualizes the gameplay in desktop-3D and immersive virtual reality. The model's applicability for effective game design as well as GEtiT's overall design are evaluated in a usability study. The learning outcome of playing GEtiT and Kerbal Space Program is assessed in four additional user studies. The studies' results validate the use of the Gamified Knowledge Encoding for the purpose of developing effective serious games and to predict the learning outcome of existing serious games. GEtiT and Kerbal Space Program yield a similar training effect but a higher motivation to tackle the assignments in comparison to a traditional learning method. In conclusion, this thesis expands the understanding of using game mechanics for an effective learning of knowledge. The presented results are of high importance for researches, educators, and developers as they also provide guidelines for the development of effective serious games. / Computerspiele stellen attraktive, spannende und motivierende Lernumgebungen dar. Spieler erlernen zu Spielbeginn die grundlegenden Spielregeln und wenden dieses Wissen während des Spielablaufs an. Dadurch wird das dem Spiel zu Grunde liegende Wissen durch Wiederholung geübt und verinnerlicht. Durch einen konstanten Fluss an neuen Herausforderungen, die in ihrer Schwierigkeit ansteigen, müssen Spieler das Wissen auf neue Szenarien übertragen. Innerhalb eines Computerspiels sind Spielmechaniken für eine Anwendung als auch Demonstration des Spielwissens verantwortlich. Die Spielmechaniken regeln den Spielablauf, in dem sie die Spieleraktionen definieren, die virtuelle Umgebung generieren und die Herausforderungen des Spiels festlegen. Das in den Spielmechaniken kodierte Wissen kann jedoch auch der realen Welt entstammen. In diesem Fall entwickeln Spieler Kompetenzen, die später auch in der Realität Anwendung finden können. Das Kodieren von Wissen in Spielmechaniken und der damit einhergehende Lernprozess wurde allerdings noch nicht genau theoretisch erfasst. Diese Dissertation versucht diese Forschungslücke zu schließen, indem ein theoretisches Model der Wissenskodierung in Spielmechaniken entworfen wird: das Gamified Knowledge Encoding. Dieses Model wird sowohl für das Design einer Lernanwendung für das Wissen der Affinen Transformationen, GEtiT, als auch zur Vorhersage von Lerneffekten eines Computerspiels, Kerbal Space Program, herangezogen. In einer Usability-Studie wird sowohl die Anwendbarkeit des Modells für ein effektives Spieldesign als auch das Gesamtdesign von GEtiT bewertet. Das Lernergebnis, das beim Spielen von GEtiT und Kerbal Space Program erzielt wird, wird in vier weiteren Nutzerstudien überprüft. Die Studien validieren den Einsatz des Gamified Knowledge Encoding Models zur Entwicklung von computerspielbasierten Lernumgebungen und die Vorhersage von Lerneffekten. GEtiT und Kerbal Space Program erzielen ein ähnliches Lernergebnis bei einer höheren Motivation im Vergleich zu einer traditionellen Lernmethode. Als Endergebnis erweitert das präsentierte Forschungsprojekt das generelle Verständnis über die Verwendung von Spielmechaniken für ein effektives Lernen. Die präsentierten Ergebnisse sind von großer Bedeutung für Forscher, Pädagogen und Entwickler, da sie auch Richtlinien für die Entwicklung effektiver Serious Games hervorbringen.

Cette thèse, réalisée dans le cadre d’un projet de recherche pluridisciplinaire financé par le Ministère de l’Économie, de l’Industrie et de l’Emploi, étudie le fonctionnement de systèmes didactiques scolaires et universitaires dans un contexte d’apprentissage médiatisé par un serious game dédié au génie mécanique appelé Mecagenius®. Les travaux ont pour parti contribué à produire des outils de conception de ce serious game et à étudier les usages didactiques de professeurs et d’élèves dans des classes de lycée, d’IUT et d’université. Le processus de conception et d’évaluation s'est appuyé sur trois études emboitées relevant de programmes épistémologique, didactique et cognitif. Les résultats ont permis de rendre compte de l’usage didactique de Mecagenius® dans des classes ordinaires à travers la manière dont les professeurs l’utilisent et d'identifier les stratégies d’études individualisées mises en œuvre par des élèves contrastés selon leur position d'excellence dans la classe. La recherche met en évidence des usages contrastés d'intégration de l'artefact à la pratique des enseignants allant de modalités transmissives à des formes de genèse instrumentale spécifiques leur permettant, au fil des interactions avec les élèves, d'utiliser le serious game en plus ou moins grande adéquation avec les choix didactiques ayant présidé à sa conception. Du côté des élèves, les résultats pointent des stratégies différentielles pouvant contribuer pour les meilleurs au développement de compétences spécifiques de génie mécanique ; les plus faibles n'étant pas en mesure de dépasser les obstacles à l’apprentissage rencontrés dans le jeu. La conclusion envisage des pistes pour la formation des enseignants relative à l’usage des serious games en classe. / This thesis, as part of a multidisciplinary research project financed by the Ministry of Economy, Industry and Employment, examines the process of educational systems using a serious game dedicated to mechanical engineering called Mecagenius® in schools and universities. The study partly contributed to produce engineering tools of that serious game and explore how students and teachers used it in high school, IUT and university classes. The design and evaluation process relied on three related studies based on epistemological, cognitive and didactic programs. The findings report on the didactic use of Mecagenius® in regular classes and identify individualized learning strategies implemented by students according to their contrasting level of excellence in the classroom. The research highlighted differences in the way teachers integrated the artifact to their teaching methods ranging from transmissive to specific forms of instrumental genesis allowing them over the interactions with students, to use the serious game in ways that are nearly consistent with the educational choices that led to its design. Concerning students, the results showed different strategies that could help high skilled students in acquiring specific skills on Mechanical Engineering but could not help the weakest ones to go through the learning obstacles encountered in the game. The conclusion is about ways to train and support teachers with use of serious games in classroom.

L’objectif de cette thèse de doctorat est d’étudier les mécanismes en jeu dans les comportements informationnels lors de la prise de conscience de la situation afin d’en dégager des leviers permettant d’orienter ces comportements. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du développement du Serious Game 3DVOR, dispositif dédié à la gestion des risques au bloc opératoire. Dans un premier temps, nous avons filmé puis analysé 6 situations d’opération chirurgicale sans complication et avons observé les comportements informationnels des opérateurs du bloc lors d’une simulation numérique d’un cas complexe de chirurgie. Enfin nous avons élaboré un scénario permettant d’interagir avec des partenaires virtuels afin d’observer l’impact de leurs actions sur les stratégies informationnelles d’un apprenant. Nous avons analysé les données recueillies au regard de la littérature sur la conscience de la situation, particulièrement le modèle d’Endsley (1995). Nos résultats montrent que les comportements informationnels varient selon l’expertise des opérateurs et l’ambiguïté de la situation. Les experts adaptent leurs stratégies lorsque la situation ne leur est pas familière et varient leurs sources d’informations pour mettre à jour leur représentation de la situation. Enfin, nous avons montré que l’engagement de partenaires, même virtuels, modifient les stratégies de traitement de l’information des apprenants face à un dispositif de formation numérique. / This doctoral thesis aims at investigating the mechanisms playing a role in both human information behavior and situation awareness in order to develop pedagogical levers that could guide those behaviors. The work we present is part of an industrial project for the development of a serious game named 3DVOR, this game is targeting the risk management education within the operating room. First, we filmed 6 surgical operations that did not present any complications, then we created a simulation of a complex case of surgery to observe the informational behaviors of each member of the surgical team. Last, we elaborated a scenario allowing a learner to interact with virtual partners in order to observe the impact of their actions on the learners’ informational strategies. We analyzed the data in view of the literature on situation awareness and the Endsley’s model. Our results show that the information behaviors vary according to the expertise of the operators and the ambiguity of the situation. Experts adapt their strategies when the situation does not seem familiar and vary their sources of information to update their mental representation of the current situation. Finally, we showed that the engagement, even of virtual partners, modify the learners’ strategies of information processing while using a digital learning software.

Les enfants de moins de 6 ans avec asthme présentent des exacerbations fréquentes et sévères conduisant à de nombreuses consultations aux urgences et hospitalisations. Éduquer les parents à prendre en charge précocement les exacerbations d’asthme de leurs enfants pourrait permettre de réduire ces recours aux soins. Les serious games représentent un outil intéressant dans ce cadre du fait de l’apprentissage actif et expérientiel qu’ils promeuvent. L’objectif de cette thèse était de concevoir et développer un serious game permettant aux parents d’enfants de moins de 6 ans avec asthme de s’entraîner à prendre en charge une exacerbation d’asthme débutant à domicile. La revue systématique de la littérature que nous avons menée n’a identifié aucun serious game à destination des parents d’enfants avec asthme. Pourtant nous avons montré que ces parents étaient prêts à utiliser de tels outils. Les comportements des parents au cours d’une exacerbation d’asthme de leur enfant ont été observés au cours d’une étude de simulation, et analysés afin de définir les objectifs pédagogiques et le contenu du serious game. La meilleure manière d’utiliser le futur serious game en temps limité a également fait l’objet d’une étude comparant deux stratégies (répéter trois fois le même scénario d’exacerbation versus utiliser trois scénarios différents). L’ensemble de ces résultats, alliés à ceux de la littérature déjà existante, ont permis de développer le simulation game « Effic’Asthme » selon une approche fondée sur les preuves. La dernière étape correspondra à l’évaluation d’Effic’Asthme via une étude randomisée contrôlée multicentrique. / Asthma in preschool children (5 years or younger) is characterized by severe and frequent exacerbations, leading to high rates of emergency department visits and hospital admissions. Teaching parents the early management of asthma exacerbations at home might reduce healthcare use. Serious games, because they allow active and experiential learning, represent an interesting way to train parents on the management of asthma exacerbations. The objective of this PhD thesis was to design and develop a serious game to teach parents of preschool children the management of asthma exacerbations starting at home. We conducted a systematic review of serious games for asthma education which revealed that no serious game had been developed for parents. Yet, we showed using questionnaires that parents were ready to use serious games for their education. Parents’ behavior during asthma exacerbations of their children were observed during a simulation study using a pediatric high-fidelity manikin, and analyzed to establish the educational objectives and the content of the serious game. Another study compared two different strategies (repeating the same scenario three times or using three different scenarios of asthma exacerbations) to teach the management of asthma exacerbations in a short, 30-minutes training. Altogether, these results combined with those of the literature allowed the development of the simulation game “Effic’Asthme” following an evidence-based approach. The usefulness of “Effic’Asthme” will be evaluated through a multicentric randomized controlled study.

L'évolution des besoins et des exigences des apprenants vis-à-vis de la formation professionnelle continue en entreprise requiert des solutions de formation efficaces et motivantes. Dans le contexte socio-technologique actuel, l'utilisation du jeu dans la formation paraît une piste intéressante. Ce travail de thèse, réalisé en partenariat avec la société Symetrix, s'intéresse au soutien des concepteurs pédagogiques. Nous avons tout d'abord mené une étude exploratoire et structurante de domaines liés à l'intégration du jeu dans la formation. Ensuite, nous nous sommes focalisés sur les Learning Role-Playing Games, dispositifs spécifiques de formation utilisant le jeu, pour lesquels nous proposons des modèles visant à assister les concepteurs dans la création, la mutualisation et la réutilisation de solutions. Nous proposons notamment de centrer la réflexion sur l'usage de ressorts de jeu et de guider la formalisation des scénarios à l'aide d'un système de notation visuel intégré à des outils d'assistance. Ces propositions ont fait l'objet de deux expérimentations, l'une s'appuyant sur un prototype tangible d'outil d'assistance (cartes à jouer) et l'autre sur un environnement informatique. / Learners' needs and demands about long-life professional training have changed, thus requiring efficient and motivating training solutions. In the present-day socio-technological context, the use of game for training appears as an interesting answer. This PhD work (conducted in partnership with the company SYMETRIX) deals with the support of pedagogical designers. First, we have conducted an exploratory and structuring study about topics related to the use of game for training. Then, we have focused on specific training programs using game: Learning Role-Playing Games (LRPG). We propose models aiming at supporting designers in the creation, sharing and reuse of this kind of programs. One of our proposals aims at centering the reflection on the use of game principles. Another proposal consists in guiding the formalization of LRPG scenarios thanks to a visual language implemented in design support tools. Two experimental studies have been performed to test these proposals: the first one was based on the use of a cards-based design support tool; the second one used a computer-based environment.

... This paper presents a serious game in which players assess digital technologies’ impact on organizational performance and employee well-being, enabling to collect data about intercultural differences between people’s decisions. Serious games are games designed to acquire knowledge or skills through playful applications (Dörner, Göbel, Effelsberg, & Wiemeyer, 2016) but enable to collect data from collective activities while playing the game.Applying the serious game in an educational context, the aims of the serious game are twofold: 1. To educate players about evaluating the impact of technological solutions on multiple objectives of employee well-being and organizational performance. 2. To investigate intercultural diferences in people’s choices between traditional and technological solutions concerning organizational performance and employee well-being. [Aus: Introduction]