Psychologie cognitive pour l'enseignant/Changement conceptuel

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Les élèves ont souvent tendance à oublier ce qu'ils ont vu durant leur scolarité, et il n'est pas rare que les élèves ne se souviennent plus avoir appris telle ou telle connaissance. On a vu que cet oubli peut provenir d'un mauvais encodage, l'information apprise étant isolée dans la mémoire, reliée à peu d'indices de récupération. Mais il existe un autre raison à cette inaccessibilité : l’interférence, qui se décline en deux versions : l interférence pro-active où d'anciennes connaissances empêchent la mémorisation de nouvelles idées, et l'interférence rétro-active où des connaissances récentes ont tendance à favoriser l'oubli d'anciennes informations.

Conceptions erronées[modifier | modifier le wikicode]

L'interférence rétro-active permet de remplacer des connaissances inadaptées ou obsolètes par des connaissances plus récentes. Elle permet d'oublier nos erreurs pour les remplacer par la correction appropriée. Mais l'interférence pro-active va jouer contre cet oubli de connaissances inadaptées. Dans de nombreuses situations, des connaissances antérieures inadaptées ne s'oublient pas, elles se cristallisent, et empêchent la compréhension de nouvelles idées. Dans la littérature anglaise, ces connaissances antérieures inadaptées sont appelés des misconceptions, ce que l'on peut traduire en français par conceptions erronées ou, plus simplement, par idées fausses.

Les idées fausses peuvent être des généralisations abusives, ou des analogies boiteuses. Dans ce cas, il y a transfert d'apprentissage, mais un transfert qui empêche l'apprentissage. L'exemple le plus classique : les faux amis en anglais ! Demandez ce que veut dire actually en anglais à un élève qui ne connaît pas ce mot : il vous répondra "actuellement", alors que actually veut dire "en fait". Autre exemple, prenons un débutant en programmation qui aborde les notions de variable et de fonction : ces deux concepts sont très différents des concepts de variables et de fonction abordés en mathématique, mais l'étudiant aura tendance à faire le transfert. Comme quoi, il faut bien faire attention quand on utilise des analogies : il faut clairement montrer que les analogies sont limitées et qu'elles ne doivent pas être prises au pied de la lettre.

Mais dans d'autres cas, plus rares, ces idées fausses sont des idées reçues, des connaissances naïves tirées de l'expérience. Généralement, quand un élève arrive à l'école, il a derrière lui plusieurs années durant lesquelles il s'est construit des modèles implicites du monde, sur les quantités, le poids et la chute des corps, les nombres, etc. Cet apprentissage par découverte "naturel", dans lequel l'enfant apprend seul, entraine naturellement l'apparition d'idées fausses. Laisser un élève construire son savoir, par découverte autonome, peut ainsi lui faire générer des idées fausses qui parasiteront son apprentissage future.

Chose intéressante, certaines idées fausses sont récurrentes, présentes chez un très grand nombre d'élèves. Par exemple, n'importe quel élève assez jeune croira que les corps tombent dans le vide à une vitesse qui dépend de leur poids (alors qu'en fait, tous les corps tombent à la même vitesse dans le vide). Pour donner un exemple similaire, je vais citer une expérience faite par Laurence Viennot sur des élèves de terminale S, de DEUG (oui, l’étude date...), et de maîtrise. Elle leur a posé la question suivante : "quand on lance une balle en l'air, quelles forces s’appliquent quand celle-ci monte et descend, frottements mis à part ?". Près de 55% des élèves de terminale et 33% des étudiants de DEUG pensaient qu'il y avait deux forces, une qui faisait tomber la balle (pesanteur), et une autre qui faisait se mouvoir la balle contre la gravité. Ils utilisaient un modèle de force naïf, qui relie fortement la force à la vitesse. En réalité, il n'y a qu'une seule force : la pesanteur... Pourtant, ces étudiants connaissaient la définition technique d'une force et savaient l'utiliser dans des exercices académiques. Mais dans la situation de l'interrogation, c'était l'idée reçue qui était la plus accessible et qui prenait le dessus.

Autre exemple, un peu plus complexe : le courant électrique est souvent mal compris. Par exemple, si vous posez la question suivante aux élèves : "on branche une dizaine d'ampoules en série, et une autre dizaine en parallèle : quel est le montage qui éclaire le mieux ?", les élèves répondront souvent que ce sera le montage série : les élèves pensent que le courant ne se séparera pas en deux (ce qui arrive avec les bifurcations dans le montage parallèle), ce qui est faux. Le problème dans ce cas précis, provient de la conception erronnée du courant électrique comme un ensemble matériel produit par la pile à débit constant.

On trouve un grand nombre de conceptions erronnées du genre, dans l'enseignement de la physique : un kilo de plomb est plus lourd qu'un kilo de plume (confusion poids densité), si une fusée spatiale dans le vide qui coupe ses moteurs va freiner (mauvaise compréhension du principe d’inertie), les corps tombent dans le vide à une vitesse qui dépend de leur poids, etc. Même chose avec les mathématiques ou d'autres domaines. Par exemple, beaucoup d'élèves de primaire, qui n'ont pas encore vu les fractions et décimaux, pensent qu'une division entre deux nombres donne un résultat plus petit que le dividende, ou qu'une multiplication donne toujours un résultat plus grand que le multiplieur et multiplicande. Ne parlons pas des jeunes enfants qui croient que le jour et la nuit sont causés par la rotation de la Terre autour du Soleil (pour les moins jeunes), que les quatre saisons proviennent de l'éloignement de la terre par rapport au soleil, ou que les premiers humains ont cohabité avec les dinosaures. En conséquence, il vaut mieux connaître ces idées reçues pour les corriger, et prendre les devants. Mais se contenter de corriger ces conceptions erronées ne suffit pas à les faire disparaître.

Changement conceptuel[modifier | modifier le wikicode]

Les conceptions erronées ne disparaissent pas de l'esprit après correction et peuvent ainsi interférer avec l'information valide nouvellement acquises. Quand on cherche à accéder à l'information voulue en mémoire, la conception erronée va entrer en compétition avec l'information valide. Cela a été plus ou moins montré dans l'étude de Andrew Shtulman et Joshua, publiée dans le journal cognition. Dans leur étude, 200 cobayes devaient dire si des affirmations étaient vraies ou fausses le plus rapidement possible, les temps de réaction étant mesurés. Parmi ces affirmations, certaines étaient conçues de manière à évoquer des conceptions erronées : "la Lune produit de la lumière", "1/13 est plus grand qu'1/30", "les atomes sont principalement composés de vide", "un kilo de plomb pèse plus qu'un kilo de plumes", etc. Bilan : les temps de réaction et le taux d'erreur étaient plus élevés pour les affirmations qui évoquaient des conceptions erronées.

Cet effet d'interférence est de confirmé par des observations d'imagerie cérébrale. Dans une étude[1], les chercheurs analysaient le cerveau de deux groupes de cobayes lors de la résolution d'exercices d’électricité : un groupe était constitué de novices, et un autre d'experts en électricité. Ces deux groupes devaient résoudre deux types d'exercices : certains étaient conçus de manière à forcer l'utilisation d'une conception erronée, et les autres non. Cette étude montre que chez le novice, les informations incohérentes avec la conception erronée sont d'abord interprétées par le cerveau comme des erreurs et sont passés sous le tapis : les zones du cerveau chargés de la détection de la surprise s'activent, avant de laisser la place aux zones du cerveau activés lors du désintérêt. En somme, notre esprit n'aime pas remettre en cause ce qu'il sait déjà. Par contre, les zones du cerveau qui s'activaient chez les experts étaient celles dévolues à l' inhibition : cette inhibition est la capacité à empêcher le rappel d'une connaissance depuis la mémoire à long terme. En clair, la conception erronée était encore présente dans le cerveau des experts, mais le cerveau se chargeait d’en empêcher le rappel et l'utilisation.

Implications pédagogiques[modifier | modifier le wikicode]

Première recommandation : il faut éviter l'apparition de conceptions erronées, et faire en sorte que les connaissances des élèves soient d'emblée les plus fiables possibles. Toute connaissance apprise à un niveau donnée d'étude doit être conçue pour ne pas interférer avec des apprentissage ultérieurs. Les simplifications outrancières dans les premières années d'études sont en effet très préjudiciables pour la progression future. Les pédagogies actives sont aussi une catastrophe de ce point de vue : les élèves procèdent par séries d'essais et d'erreurs, il existe un risque que les erreurs soient mémorisées avec la connaissance correcte. La progression devient très lente si les élèves assimilent des connaissances boiteuses, des erreurs de compréhension et des erreurs procédurales.

Seconde recommandation : il ne faut pas laisser l'erreur s'installer. Les conceptions erronées que forment l'élève au cours de son apprentissage doivent être corriger au plus vite, avant d'être inscrites dans la mémoire à long terme. Pour cela, le professeur doit réserver sur chaque cours une période de feedback, qui permet aux élèves d'identifier leurs erreurs de compréhension et de les corriger. Dans cette phase, le professeur va tester les élèves avec des questions de compréhension, voire par une série d'interrogations écrites. La solution privilégiée est l'utilisation massive d'interrogation écrites fréquentes.

Références[modifier | modifier le wikicode]

  1. Étude des mécanismes cérébraux liés à l'expertise scientifique en électricité à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle