La thèse s'articule autour de la conception et l'analyse du Chaudron Magique, un jeu sérieux, en Réalité Mixte (RM), pour enseigner les fractions à des élèves (de 9 à 12 ans). Ce jeu est le fruit d'une collaboration étroite avec des didacticiens de mathématiques, des enseignants et leurs élèves. Il constitue une extension numérique d’un jeu commercialisé, l’Atelier des Potions, qui a été créé par un didacticien des mathématiques lors de sa thèse. Grâce à l'utilisation de la Réalité Mixte, notre objectif est d’améliorer la compréhension des différentes représentations des fractions, qui sont particulièrement complexes, et de rendre leur apprentissage plus engageant.
Cette thèse apporte deux principales contributions scientifiques. La première est une démarche de recherche collaborative et itérative inspirée du Design-Based Research (DBR) et des méthodes agiles. Elle vise à trouver de nouvelles façons d’utiliser les technologies innovantes, telles que la RM, au service de la pédagogie. La seconde contribution est un modèle de conception de jeux sérieux en RM. Ce modèle propose notamment un cadre structuré pour prendre en compte les contraintes organisationnelles inhérentes à l’usage d’applications numériques en classe, optimiser l’usage du matériel disponible et réduire les coûts de développement, tout en intégrant les objectifs pédagogiques à atteindre.

Le Chaudron Magique offre une variété d'exercices ludiques conçue pour renforcer la compréhension des fractions représentées comme des positions sur une droite numérique. Le jeu est enrichi de rétroactions instantanées et d'outils d'aide pour promouvoir l'autonomie des élèves.
L’évaluation des impacts de ce jeu a été réalisée lors d’expérimentations menées auprès de 228 élèves. Le jeu a notamment révélé un potentiel pour l'apprentissage des fractions. Les expériences ont aussi montré une augmentation de l'autonomie et une réduction du stress chez les élèves, grâce aux fonctionnalités interactives et les éléments immersifs du jeu.
Nos résultats corroborent l'intérêt de la démarche de recherche collaborative proposée pour l’usage de la RM pour l’apprentissage des fractions, celle-ci pouvant également être pertinente pour d’autres technologies et objectifs pédagogiques impliquant différentes représentations d’un concept ou d’une notion. En outre, les résultats valident la pertinence du modèle de conception de jeux sérieux en RM proposé. Celui-ci s’appuie notamment sur un processus de transposition d’un jeu de plateau traditionnel en expérience immersive en RM. Ce processus, qui vise à conserver le côté tangible de certains objets physiques du jeu, tout en ajoutant des possibilités d’augmentation numérique, peut s’adapter à tout type de jeu de plateau pédagogique.
Mots clé : Fraction, réalité mixte, jeux sérieux, anxiété mathématique, apprentissage.