Dossier : Des jeux en classe, c'est sérieux ? (I) / 1. Définir et concevoir des jeux sérieux

"Mecagenius" : apprendre et former au génie mécanique

Michel Galaup, université Toulouse 2, UMR EFTS, michel.galaup@univ-tlse2.fr,

Thomas Rodsphon,

Olivier Baptista,

Catherine Lelardeux, université Jean-François-Champollion, Serious Game Research Lab, catherine.lelardeux@univ-jfc.fr,

Pierre Lagarrigue, université Jean-François Champollion, Serious Game Research Lab, Institut Clément-Ader, pierre.lagarrigue@univ-jfc.fr.

Mecagenius est un jeu sérieux conçu selon les besoins d'enseignants de génie mécanique, construit autour de compétences identifiées dans les curricula et les référentiels de formations professionnelles, et dont l'objectif est l'acquisition de compétences spécifiques.

Introduction et cible

Mecagenius est un jeu sérieux en génie mécanique qui s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche et de développement mené par l'université Champollion en collaboration avec l'institut Clément-Ader (génie mécanique), l'Institut de recherche en informatique de Toulouse, l'UMR EFTS (didactique) et en partenariat avec la société KTM Advance - industriel reconnu dans le secteur du e-Learning et du jeu sérieux en France. Initié fin 2007 à l'université Champollion, suite à la réalisation d'un simulateur de machine-outil à commande numérique (MouV : machine-outil virtuelle), ce jeu sera disponible au début du second trimestre 2012 (http://mecagenius.univ-jfc.fr/).

De la découverte d'un atelier de fabrication à l'optimisation d'une production sur machine-outil à commande numérique, Mecagenius offre plus de deux cents activités scénarisées couvrant trois niveaux de formation allant des techniciens d'usinage aux ingénieurs. Ce jeu est multijoueurs et accessible sur Internet. C'est un outil de formation adapté aux jeunes et aux enseignants, et utilisable dans différents contextes de formation.

Mecagenius ambitionne donc d'enseigner les concepts clé du génie mécanique à travers le jeu : c'est un compagnon virtuel d'apprentissage par l'action. Il peut s'adapter à différents niveaux d'enseignement, du lycée à l'université ou en école d'ingénieur. Il peut être utilisé par un joueur qui ne possède aucune expérience en génie mécanique, comme par un joueur possédant un haut niveau d'expertise.

Les objectifs visés par ce projet sont multiples : par exemple la capitalisation de l'expérience des experts métiers en vue de son transfert aux juniors ; attirer les jeunes dans des formations qualifiantes qui souffrent d'un déficit d'image de marque ; et promouvoir un secteur d'activité porteur d'emploi - aéronautique et espace notamment.

Identification des savoirs à enseigner et des compétences

Le choix et l'organisation des contenus disciplinaires, ici des contenus de génie mécanique, occupent donc une place cruciale dans la conception de Mecagenius. L'objectif étant d'être diffusé dans les institutions scolaires de différents niveaux, l'identification des contenus a été réalisée au travers de l'analyse de curricula existants. Le génie mécanique étant enseigné dès la classe de seconde, les curricula analysés débutent à ce niveau et se poursuivent jusqu'aux écoles d'ingénieurs. Ce travail a été effectué en collaboration avec des enseignants de génie mécanique qui ont apporté leur expertise à cette sélection. Pour être en prise avec les différents enseignements institutionnels de génie mécanique, ce jeu sérieux est aussi construit à partir des référentiels de formations initiale et continue (fiches de certificats de qualification paritaire de la métallurgie de l'UIMM). Des experts en génie mécanique ont mis en correspondance les différentes compétences pour les intégrer dans le jeu.

L'analyse des besoins des enseignants

Mecagenius ayant pour vocation d'être utilisé dans le cadre de formations, la prise en compte de la composante enseignant du système didactique s'avère cruciale. L'objectif a été de recenser les besoins exprimés par les enseignants afin de concevoir un jeu sérieux adapté à leurs attentes. Ce travail d'analyse approfondie a permis d'identifier les points critiques et les principales difficultés rencontrées par les enseignants de génie mécanique dans leur pratique ordinaire. Nous avons choisi de procéder par entretien auprès d'un échantillon représentatif d'enseignants de génie mécanique : lycée, IUT, université, INSA et ENI.

Elaboration des contenus pédagogiques scénarisés

La phase d'analyse des pratiques industrielles et des besoins des enseignants a fait apparaître la nécessité de mettre en oeuvre un certain nombre d'activités de référence (palper une référence, régler une machine-outil à une précision donnée, ordonnancer des opérations d'usinage, etc.). Il a donc été décidé d'utiliser ces activités de référence comme élément constitutif du jeu et de concevoir Mecagenius comme un jeu de rôle scénarisant un ensemble de mini-jeux au sein d'un scénario narratif global.

Du point de vue de l'architecture fonctionnelle, Mecagenius est construit de manière modulaire autour d'un moteur de jeu de type RPG (role playing game) sur lequel sont greffés des mini-jeux (voir figure ci-dessous). Chaque mini-jeu met en oeuvre une compétence principale et, éventuellement, plusieurs compétences secondaires.

Exemples de mini-jeux.

Nom du mini-jeuRôleFonction
Les porte-outilsconfirméAssocier l'image d'un porte-outil à sa désignation.
Les équipementsdébutantTrier les équipements : outils, porte-outils, porte-pièces.
Toucher-piècedébutantUtiliser une machine-outil de type tour et palper la face avant de la pièce à 10 µm près.
Le roi de la prefconfirmé
  • Utiliser une fraiseuse et palper la face latérale de la pièce à 5 µm près en un minimum de coups.
  • Calculer la coordonnée du vecteur prise de référence.
Opération Fabexpert
  • Associer les surfaces aux opérations.
  • Associer la bonne désignation d'outil pour chacune des opérations.
  • Ordonnancer les opérations nécessaires à la fabrication d'une pièce.
Procédés d'usinagedébutantClasser les outils et les pièces en fonction du protocole d'usinage.
Code Cinematikconfirmé
  • Piloter une machine-outil à l'aide du directeur de commande.
  • Retrouver son code cinématique.
L'as de la fabexpertFabriquer une série de pièces conformes dans un temps limité.

Utilisation des mécanismes traditionnels du jeu vidéo

Dans le but d'immerger le joueur dans le jeu, un univers fictif et ludique a été imaginé à partir du contexte réel d'une industrie de génie mécanique.

L'univers du jeu Mecagenius se situe dans un futur relativement éloigné. La race humaine est partie vivre ailleurs dans l'espace. De nombreux vaisseaux-mères parcourent ainsi la galaxie à la recherche de planètes à terra-former, afin d'en faire des colonies humaines. Le joueur incarne un apprenti ingénieur échoué avec son vaisseau sur une planète inconnue. Sa mission consiste à remettre en état l'aéroglisseur grâce auquel il pourra voyager sur la planète où il se trouve. Pour cela, il est confronté à un certain nombre de missions qui le conduisent à réaliser des mini-jeux lui permettant de gagner des équipements et des matériaux, de manière à fabriquer des pièces pour réparer des éléments du vaisseau.

Par ailleurs, afin d'activer les ressorts de motivation liés au jeu, le jeu met en scène un espace d'achat-vente - où le joueur peut s'équiper en outils ou en matériaux -, un inventaire, un classement des joueurs avec un système de scores, un niveau d'expérience, un arbre des talents, etc.

Le positionnement des récompenses comme prérequis d'un mini-jeu permet de masquer les parcours pédagogiques préétablis, tout en incitant le joueur à progresser dans le jeu.

Usage et évaluation

Mecagenius a été conçu pour s'adapter à différents contextes d'enseignement. Il permet d'introduire un nouveau concept, de s'entraîner et d'évaluer une compétence. Il peut être utilisé en présentiel, à distance ou dans les contextes de formation hybride. L'enseignant a la possibilité de proposer à la classe le jeu complet. Ce dernier s'appuie sur un parcours pédagogique pré-établi que l'ensezignant peut paramétrer en partie. Il peut aussi opter pour un accès par activité permettant à chacun de gérer à sa guise une progression pédagogique.

Une recherche en didactique a notamment évalué comment des étudiants aux prises avec Mecagenius mobilisent ou non des savoirs. Pour rendre compte du parcours de l'élève, un outil informatique permettant le repérage de différents indices de stratégie de jeu a été implémenté. L'étude et l'analyse de ces traces informatiques a permis de mieux comprendre les dynamiques d'apprentissage au regard des objets de savoir visés initialement dans la conception. Le repérage de quelques indices des stratégies de jeu utilisées est aussi un élément qu'offre l'analyse de ces traces. Ainsi, l'évaluation permet de rendre compte de l'évolution des compétences et des traits génériques de l'action des élèves, pour fournir des informations aux acteurs du système didactique. Enfin, ces données permettent, à partir des difficultés rencontrées par les élèves et les enseignants, d'améliorer les mini-jeux initialement conçus afin de les rendre plus performants. L'étude a impliqué des enseignants de génie mécanique et différents groupes d'étudiants au cours de plusieurs séances.

Les jeux prennent en compte les erreurs et difficultés rencontrées par les élèves et les enseignants et Mecagenius fournit les informations à l'enseignant au regard des erreurs pointées.

Conclusion et perspectives

Nous avons décrit les éléments principaux de la conception de Mecagenius. Cet outil a été conçu selon les besoins d'enseignants de génie mécanique et construit autour de compétences identifiées dans les curricula et les référentiels de formations professionnelles.

Le jeu Mecagenius. (c) D.R.

L'objectif étant l'acquisition de compétences spécifiques, Mecagenius a été évalué en situation et grâce à l'analyse des traces on a pu mieux comprendre les différences de dynamique d'apprentissage au regard des objets de savoir visés. Il possède une architecture modulaire permettant à l'enseignant de suivre la progression des élèves en fournissant des indicateurs de suivi, de paramétrer une partie du parcours pédagogique scénarisé et de lui laisser un accès granulaire à chacune des activités. Mecagenius offre un apprentissage interactif, attrayant et motivant qui invite les élèves à participer activement. Des essais en classe et des recherches menées se dégage l'idée centrale que ce jeu participe à l'acquisition de connaissances disciplinaires et au développement de compétences variées, car à la fois méthodologiques, stratégiques et sociales ; de nouveaux outils sont en cours d'élaboration pour travailler ces compétences-là.

Le jeu Mecagenius. (c) D.R.

Argos, n°49, page 29 (07/2012)
Argos - "Mecagenius" : apprendre et former au génie mécanique