Apprendre, c’est avant tout une question de mémoire : si un élève ne retient pas ce qui a été vu en classe, il n’apprend pas. Mais le matériel à apprendre ne s’enregistre pas directement dans la mémoire : il doit d’abord transiter dans une mémoire temporaire qui sert de porte d’entrée pour la mémoire à long terme.
Cette mémoire de travail ne peut contenir qu’un nombre limité d’informations : environ 7 pour un adulte, et un peu moins pour un enfant (la taille exacte dépendant de l’age et de la personne). Or, si on demande à la mémoire de travail de retenir plus d’informations qu’elle ne peut en contenir, elle surcharge : l’élève mémorise mal, à des difficultés à réfléchir, et l’apprentissage est long et laborieux.
Diverses études ont montré que la capacité de la mémoire de travail à 5 ans est un bon indicateur de la réussite scolaire ultérieure, sans compter qu’il existe une forte corrélation entre faible capacité de la mémoire de travail et échec scolaire. Mais qu’on se rassure : la théorie de la charge cognitive donne des recommandations pour éviter de saturer la mémoire de travail des élèves. Ces recommandations concernent :
le choix et la création de supports pédagogiques ;
les exercices de mathématiques et de physique ;
l’utilisation d’exemples travaillés ;
la structuration du cours.
Exemples travaillés
La mémoire de travail a une grande influence lors de la résolution d’exercices. Globalement, les novices et les experts ont tendance à résoudre les problèmes différemment : les novices réfléchissent et utilisent diverses stratégies mentales de résolution de problèmes, tandis que les experts résolvent les problèmes par analogie avec des problèmes déjà résolus. Les stratégies des novices vont souvent saturer la mémoire de travail, tandis que les experts sont relativement économes.
Les chercheurs en ont conclu qu’il fallait faire précéder les exercices par des exemples travaillés. Ces exemples travaillés sont des exemples d’exercices que le professeur résout devant les élèves : durant ces exemples, le professeur pense à haute voix, montre explicitement comment il résout le problème, montre bien quelles sont les étapes de résolution et comment il les enchaîne, il explicite ses raisonnements, etc.
Une fois ces exemples mémorisés, ils pourront être réutilisés pour des problèmes futurs, évitant ainsi le recours à des stratégies de résolution de problèmes gourmandes en mémoire de travail. De plus, les exemples travaillés ont tendance à moins saturer la mémoire de travail que les exercices.
Sweller and Cooper ont testé l’efficacité des exemples travaillés dans de nombreuses expériences, qui comparaient deux groupes d’élèves : un groupe passait directement aux exercices après le cours, tandis que l’autre avait droit à de nombreux exemples travaillés.Ces études montrent que les exemples travaillés sont très efficaces.
De plus, une étude réalisée dans le secondaire, en France, a montré que les meilleurs enseignants font en moyenne 24 minutes d’exemples travaillés, tandis que les plus mauvais font dans les 11 minutes.
Par contre, on observe que ces exemples travaillés finissent par ne plus avoir d’effets au-delà de 15 à 20 exemples travaillés : les nouveaux exemples sont alors redondants avec ceux déjà mémorisés. En conséquence, les exemples travaillés doivent être suivis d’exercices autonomes.
Les expériences montrent aussi qu’utiliser des exemples partiellement travaillés est assez efficace. On peut utiliser ces exemples partiellement travaillés pour faire une meilleure transition entre exemples travaillés et exercices.
Exercices de mathématiques et de physique
Certains exercices forcent l’élève à utiliser des stratégies de résolution de problème qui surchargent la mémoire de travail. Ces exercices sont des exercices qui demandent de trouver une série d’étapes permettant de passer d’un état initial à un état final. Par exemple, on pourrait citer cet exercice :
Un train part d’une gare A, pour aller à une gare B. Ce train part de la gare A à une vitesse de 50 km/h. Il arrive à la gare B à une vitesse de 100 km/h. Sur le trajet, son accélération est constante. La durée du trajet est de 2 heures. Trouvez la distante parcourue lors du trajet.
Généralement, les élèves novices tentent de planifier la suite d’étape nécéssaire pour résoudre l’exercice en partant du but, tandis que les experts partent des données initiales du problème. La stratégie utilisée par les élèves novices va utiliser intensémment la mémoire de travail, qui surcharge.
Pour éviter cela, il est recommandé de donner des exercices qui ne saturent pas la mémoire de travail, afin que l’élève mémorise un maximum d’exercice dont il pourra réutiliser ultérieurement les résultats. Pour cela, on peut modifier le format des exercices.
Par exemple, l’exercice suivant :
y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez la valeur de z.
doit être modifié en :
y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez le maximum de valeurs.
Autre exemple, l’exercice suivant :
Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrés durant 25 secondes. Claculez la distance parcourue à l’instant t + 5 minutes.
Doit être reformulé comme ceci :
Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrés durant 25 secondes. Trouvez un maximum de valeurs.
La pratique d’exercices de ce genre permet à l’élève d’apprendre à utiliser une méthode de résolution de problème moins gourmande : cela permet de mieux résoudre des exercices conventionnels par la suite.
Des expériences ont comparé deux groupes d’élèves de même niveau qui recevaient des exercices de géométrie : un groupe avait un énoncé sans but, et l’autre un exercice conventionnel. On entrainait les deux groupes d’élèves, chacun avec un type bien précis d’exercice, et on comparait les résultats avec des exercices conventionnels tout ce qu’il y a de plus normaux. D’autres expériences complémentaires ont été faites, encore une fois sur des exercices de géométrie, montrant encore l’efficacité de cette stratégie. D’autres études ont testé l’efficacité de cette technique sur des exercices de physique. La différence était en faveur du groupe sans but dans tous les cas.
Structuration du cours
La théorie de la charge cognitive recommande aussi de segmenter le matériel à apprendre en petites unités notionnelles, présentées séquentiellement, qui ne saturent pas la mémoire de travail. Ces petites unités notionnelles sont assemblées progressivement pour donner des concepts de plus en plus complexes. Le résultat est le plus souvent une progression qui va du « simple » au « complexe », et dont la granularité est nettement plus fine que celle obtenue habituellement.
Cette structuration des explications doit aussi s’appliquer lors des exemples travaillés : il vaut mieux résoudre l’exercice pas à pas, en utilisant de petites étapes très simples. Il est aussi recommandé d’utiliser une telle structuration pour enseigner les procédures de résolution de problèmes.
De même, chaque concept un peu complexe doit être découpé en plusieurs sous-concepts, vus les uns après les autres. Une fois ces sous-concepts présentés, le professeur explique comment ces sous-concepts s’assemblent et interagissent entre eux, pour former le concept final.
Supports pédagogiques
Cette théorie recommande évidemment de choisir des documents pédagogiques qui ne sont pas trop chargés, et qui contiennent relativement peu d’informations. Mais la façon dont sont présentées les informations joue aussi un grand rôle.
Par exemple, la redondance est déconseillée : il est par exemple déconseillé de présenter un texte à la fois sous forme écrite et orale sur un écran d’ordinateur.
De plus, un bon document pédagogique ne doit pas disperser les informations : si jamais plusieurs informations doivent être traitées simultanément, elles doivent être présentées simultanément. Pour donner un exemple, il vaut mieux intégrer du texte dans un schéma que d’ utiliser une légende.
L’usage de documents visuels est aussi vivement conseillée. Il est depuis longtemps constaté expérimentalement que les informations sont mieux retenues quand elles se basent sur du visuel. Cela peut passer par l’utilisation de schémas au tableau, de dessins, de diagrammes, de projections Power Point, ou d’autres techniques du genre.
Idéalement, il est recommandé de mixer documents visuels et document écrits : la mémoire de travail est en effet composée de différents sous-systèmes spécialisés, un pour le visuel et un pour le verbal, dont on peut cumuler les capacités.
Guy Grave
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موضوع: Comment ne pas saturer la mémoire de vos élèves 
الجمعة سبتمبر 12, 2014 3:49 pm