Psychologie cognitive pour l'enseignant/Faire des liens

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Il parait relativement intuitif que la mémoire a de tout temps été impliquée dans l'apprentissage scolaire. On en garde souvent une image assez caricaturale, limitant son influence à l'apprentissage par cœur de faits décontextualisés, et au bachotage intensif qui précède souvent les examens. En réalité, la mémoire est plus intelligente qu'il n'y parait, celle-ci intervient dans les processus mentaux de plus haut niveau, tel que la créativité, la résolution de problèmes, ou le raisonnement. Ces compétences requièrent en effet d'appliquer des connaissances acquises dans des contextes relativement variés, d'utiliser de manière flexible ce que l'on sait. Mais comme l'a dit le renommé psychologue Sternberg, auteur de la théorie triarchique de l'intelligence : "On ne peut appliquer ce qu'on connaît de manière judicieuse si l'on n'a rien à appliquer". Si la connaissance ne suffit pas à devenir "intelligent", elle est un prérequis nécessaire à toute forme d'expertise. Beaucoup de théories, qui visent à expliquer des processus mentaux élaborés tels que créativité, compréhension de textes, raisonnement, résolution de problème, esprit critique et autres processus intellectuels, donnent une grande importance au stock de connaissances emmagasiné. Certains scientifiques vont même plus loin et réduisent la performance en toute tâche à une simple application de connaissances, celles-ci fondant l'intelligence. Selon Yates, "Tout ce qui est intelligence n'est qu'application et adaptation de petites unités de connaissances, qui, au total, produisent une cognition complexe.".

Cela est bien illustré par les expériences qui étudient l'expertise, à savoir la compétence supérieure qu'on les experts dans un domaine. Ces expériences concernent des domaines divers, qui vont du jeu d'échec au développement informatique, en passant par le diagnostic médical, l'expertise des joueurs professionnels de sports collectifs, l'expertise des professeurs de physique, etc. Ces études montrent que les connaissances acquises par les experts leur permettent d'utiliser des méthodes de raisonnement plus efficaces que les novices. Là où un novice procédera par essais et erreurs, un expert procédera par analogie avec des situations ou classes de problèmes connues et maîtrisées. Là où un novice formulera un grand nombre d'hypothèses peu pertinentes avant de les vérifier une par une, un expert pourra directement réfuter certaines hypothèses rapidement en récupérant des contre-exemples dans sa mémoire. Mais ces méthodes de raisonnement et de réflexion par analogie, remémoration de contre-exemples, et bien d'autres, demandent que l'expert ait fait siennes un grand nombre de connaissances et d'exemples.

De plus, ces connaissances doivent être relativement flexibles, dans le sens où elles peuvent s'appliquer à un nombre assez varié de situations et de problèmes. Pour qu'il y ait transfert entre deux situations, celles-ci doivent avoir quelque chose en commun, qu'il s'agisse d'un concept, d'une catégorie, de propriétés partagées, ou autre. Ainsi, la catégorisation d'un objet dans une catégorie connue permet de faire des inférences et des déductions. Par exemple, si vous savez qu'un chien a un estomac, c'est parce que vous savez qu'un chien est un mammifère, et que tous les mammifères ont un estomac. Et à ce petit jeu, les catégories ont un pouvoir inférentiel particulièrement élevé. Le transfert par analogie est une autre forme de transfert de ce type, qui a une grande importance dans certaines matières, notamment en mathématiques ou en physique.

Comme on le voit, les connaissances à la base du transfert sont des connaissances relativement générales, abstraites, flexibles. Elles sont de plus relativement bien intégrées entre elles, et sont aussi reliées à de nombreuses connaissances concrètes, comme des exemples, des situations vécues d'expériences, etc. Le but de l'apprentissage est de permettre à l'élève d'acquérir des concepts qui capturent un large spectre de situations, seules connaissances réellement "rentables". Comme indice qui tend à valider cette hypothèse, on peut citer l'étude de Sexton et Poling (1973) : celle-ci montre que les élèves qui ont de mauvais résultats voient ce qu'on tente de leur apprendre comme un ensemble de connaissances séparées, non-reliées, non-structurées, alors que les élèves avec de bons résultats relient celles-ci et les intègrent dans des structures, des classifications, des analogies.

On voit ainsi qu'apprendre, mémoriser, n'est pas une activité purement mécanique comme peut l'être l'apprentissage par cœur. Il s'agit d'un véritable processus intellectuel, fortement lié à la compréhension, à l'abstraction. Ce principe se retrouve non seulement dans le processus d'apprentissage, mais aussi dans le fonctionnement même de la mémoire, qui enregistre le sens des choses. Mais alors, qu'en est-il du par cœur, représentation iconique de l'acte de mémoriser ? Et bien aussi bizarre que cela puisse paraître, il s'agit de la pire technique de mémorisation qui soit ! Non, ce n'est pas une erreur, même si l'intuition nous fait croire le contraire. La réalité est que si l'apprentissage par cœur fonctionne sur de courtes périodes de temps, ses résultats à long-terme sont relativement catastrophiques. Relire ses cours, revoir les connaissances apprises a peu d'effet sur la mémoire, si tant est qu'il en ait. Mais pour comprendre pourquoi, il faut comprendre plus en détail ce que signifie mémoriser. Car ce terme "mémoriser" n'est pas utilisé dans la science moderne de la mémoire. Celui-ci correspond en réalité à un ensemble de processus mnésiques qui font intervenir des mémoires différentes. Car oui, la mémoire n'est pas une entité unique et est en réalité un ensemble relativement disparate de mémoires au fonctionnement fort différent.

La mémoire : une capacité multiple[modifier | modifier le wikicode]

Diverses observations ont montré que la mémoire n'était pas une structure unique, tout humain disposant de plusieurs sous-mémoires. Les expériences proviennent surtout de l'observation de patients cérébrolésés. Le cas le plus spectaculaire est celui des amnésiques qui ont perdu toute possibilité de former de nouveaux souvenirs ou d’apprendre de nouvelles connaissances, sans que leur mémoire antérieure à la lésion soit touchée. Le cas le plus connu est celui du patient Henry Mollaison, dont l'observation a révolutionné les neurosciences et les conceptions sur le fonctionnement de la mémoire. Pour soigner ses graves crises d'épilepsie, ce patient s'est vu retirer une partie de son cerveau, nommée l'hippocampe. Suite à cette opération, Henry Mollaison avait perdu toute possibilité de former de nouveaux souvenirs ou d'apprendre de nouveaux faits : il oubliait tout après quelques secondes. Mais pour tout ce qu'il avait appris quelques années avant son opération, sa mémoire était parfaitement intacte. Si sa capacité à former de nouveaux souvenirs était déficiente, les souvenirs et connaissances acquises n'étaient pas touchées. Par la suite, diverses observations ont permis d'améliorer notre vision de la mémoire.

Les sous-types de mémoires[modifier | modifier le wikicode]

De nos jours, les scientifiques font la distinction entre trois grandes catégories de mémoires : la mémoire sensorielle, la mémoire à court-terme et la mémoire à long-terme. Les deux premières sont des mémoires temporaires, qui mémorisent des informations pour une durée limitée, qui ne dépasse pas quelques secondes ou quelques minutes.

Ce schéma montre les trois mémoires, sensorielles, à court-terme et de long-terme. Il montre aussi les échanges entre ces différentes mémoires et les processus mis en jeu.

La mémoire sensorielle nous permet de percevoir les choses, dans le sens où elle conserve temporairement ce que nous venons de voir ou d'entendre durant quelques millisecondes, le temps que nous y prêtions attention. Elle est subdivisée en plusieurs mémoires : les fameuses mémoires auditives, visuelles, et kinesthésiques auxquelles il est parfois fait allusion dans divers écrits de vulgarisation. Mais ces mémoires s'éloignent grandement du portrait qui en est fait dans la vulgarisation grand-public. Elle peuvent retenir une quantité d'informations sensorielles (sons, images, sensations tactiles) pour une durée de rétention inférieure à 2/3 secondes. Un certain traitement automatique est effectué sur le contenu de ces mémoires, qu'il s'agisse de processus de détection des contours d'objets pour la mémoire visuelle, des processus de détection de la tonalité ou de l’intensité sonore pour la mémoire auditive, etc. L'attention, notre capacité à nous concentrer, va faire un tri parmi le contenu de ces mémoires sensorielles pour n'en retirer que les informations essentielles. Nous ne détaillerons pas plus ces mémoires sensorielles, celles-ci étant peu utiles lors de l'apprentissage.

La mémoire à court-terme stocke un nombre limité d'informations durant quelques secondes ou quelques minutes. Elle permet par exemple de mémoriser un numéro de téléphone avant de le composer, mais cette information sera oubliée une fois le numéro composé. Cependant, c'est aussi cette mémoire qui nous permet de comprendre ce que raconte votre interlocuteur dans une conversation, ou qui permet de faire des calculs complexes qui demandent de garder à l'esprit des résultats temporaires. Divers traitements prennent place dans cette mémoire à court-terme, toute manipulation d'une idée impliquant systématiquement cette mémoire à court-terme. C'est pour cela qu'on l'appelle aussi la mémoire de travail. Cette mémoire est extrêmement importante lors de l'apprentissage, sa capacité étant un facteur limitant pour de nombreux apprentissages. Diverses théories pédagogiques prennent en compte cette mémoire de travail, et donnent des conseils assez intéressants aux enseignants.

Ces deux mémoires temporaires sont à opposer à la mémoire à long-terme, qui correspond à la mémoire du langage courant. Il s'agit d'une mémoire de longue ou moyenne durée, qui conserve des informations très longtemps après les avoir apprises. Elle stocke des souvenirs, connaissances, et habiletés très résistantes à l'oubli. Pour faire simple, celle-ci est subdivisée en deux grands sous-ensembles : une mémoire déclarative pour les faits, concepts et souvenirs ; et une mémoire procédurale pour nos habitudes et automatismes acquis. Ces deux mémoires vont nous intéresser dans la suite de ce cours. La mémoire déclarative sera LA pierre angulaire de ce cours, vu que celle-ci contient les connaissances conceptuelles acquises lors de la scolarité. Mais la mémoire procédurale a aussi son rôle à jouer, certains automatismes devant être acquis à l'école, notamment en ce qui concerne la lecture, l'écriture, le calcul, et d'autres contenus.

Encodage, stockage et récupération[modifier | modifier le wikicode]

Les informations transitent d'une mémoire à l'autre, de la mémoire sensorielle à la mémoire à court-terme, avant d'arriver à la mémoire à long-terme. Mais ce chemin est semé d'embûches qui peuvent perturber la mémorisation proprement dite. Le premier obstacle est le transfert de la mémoire sensorielle vers la mémoire à court-terme. Seuls les choses auxquelles nous prêtons attention passent dans la mémoire à court-terme, le reste ayant peu de chances d'être pris en compte (sauf dans quelques rares exceptions qui ne nous intéressent pas ici). Se concentrer, faire attention est donc une première étape pour apprendre. La suivante est de faire passer les connaissances de la mémoire à court-terme vers la mémoire à long-terme : c'est ce qu'on appelle l'encodage. Une fois l'encodage effectué, les connaissances apprises sont dans un état relativement labile, et ne sont pas forcément bien ancrées dans la mémoire. Elles vont subir une phase de consolidation, qui va les rendre nettement moins sensible à l'oubli. Une fois encodée, l'information peut alors être rappelée : on peut s'en souvenir et réutiliser cette connaissance. La facilité de ce rappel est absolument primordiale : c'est ce qui fait que nous allons oublier quelque chose, ne pas s'en rappeler au moment opportun et donc, ne pas appliquer cette connaissance de manière flexible.

S'il y a peu à dire sur l'attention, ce n'est pas le cas pour l'encodage, la consolidation et le rappel. Ces processus sont extrêmement dépendants l'un de l'autre, aussi il est bon de les présenter plus ou moins ensemble. L'intérêt de détailler ces processus est de comprendre pourquoi les élèves oublient, ou pourquoi ils ne peuvent pas réutiliser leurs connaissances dans des contextes opportuns, les deux situations ayant la même cause : une incapacité à récupérer l'information en mémoire. Des pratiques pédagogiques diverses peuvent se déduire des mécanismes liés à l'encodage et à la consolidation. Autant dire que ce que nous allons aborder est de première importance pour la pratique pédagogique.

La récupération : rappel et reconnaissance[modifier | modifier le wikicode]

Le sens commun veut que l'oubli soit la traduction d'un effacement de l'information mémorisée. L'information aurait ainsi été encodée, puis aurait disparue du cerveau par on ne sait quel mécanisme. Mais quelques expériences ne vont clairement pas dans ce sens. Ces expériences comparent deux formes de rappel distincts à encodage équivalent. Elles demandent à des sujets d'apprendre quelque chose (une liste de mots, une carte géographique, ou n'importe quelle connaissance qu'elle soit simple, complexe, abstraite, ou autre), avant de les interroger sur ce qu'il en ont retenu. Ces sujets sont divisés en deux groupes. Le premier doit réciter les informations apprises : on dit qu'il doit effectuer un rappel libre. L'autre doit reconnaître les informations de la liste parmi des pièges, des informations qui n'étaient pas dans la liste à apprendre : il s'agit d'un test de reconnaissance. Parfois, on ajoute un groupe qui doit réciter les informations apprises, mais qui reçoit des indices sur le matériel appris : il s'agit d'un teste de rappel indicé.

On observe alors que la reconnaissance est nettement plus facile que le rappel indicé, qui est lui-même plus facile que le rappel libre. C'est la preuve que les sujets peuvent se rappeler de plus d'informations si on leur donne des indices ou qu'on leur présente l'information apprise sous le nez. C'est le signe que les sujets n'arrivaient pas à récupérer certaines informations dans le cas du rappel libre, mais peuvent y arriver avec des indices ou un test de reconnaissance. Les informations n'étaient pas oubliées, elles étaient juste inaccessibles. La seule explication possible est que l'oubli provient d'un raté du processus de rappel, comme quand on a un mot sur le bout de la langue. Reste à expliquer pourquoi, d'où viennent ces différences entre reconnaissance et rappel.

Une mémoire organisée en réseau[modifier | modifier le wikicode]

L'explication de ce phénomène repose sur l'organisation des connaissances en mémoire. La mémoire à long-terme est (au moins en partie) intégralement constituée d'un réseau de connaissances, reliées entre elles par des relations. Par exemple, un mot est associé au concept qui porte ce nom, plusieurs idées sont reliées entre elles par un lien logique, etc. L'ensemble de nos connaissances est mémorisé dans un gigantesque réseau de concepts, réseau qui mémorise le sens des choses, les liens entre concepts.

La recherche sur la mémoire dite sémantique (celle des concepts et des faits) a longtemps mis l'accent sur une forme d'organisation bien précise : les classifications. Les concepts seraient ainsi classés dans des hiérarchies de catégories, spécifiques à un domaine ou une discipline. On peut voir le tout comme un système de poupées russes : les catégories plus spécifiques sont incluses, emboîtées dans les catégories plus générales du niveau supérieur de la hiérarchie. Les concepts les plus concrets sont situés près de la base de la hiérarchie et les plus abstraits en haut. On peut préciser que les exemples sont intégrés dans ces hiérarchies : ils sont situés tout en bas et sont vus comme des catégories très spécialisées. Une telle hiérarchie est appelée une structure cognitive. Elle relie des concepts en faisant appel à trois types différents de relations :

  • les hyperonymies vont relier les catégories à des catégories plus générales, qui englobent la catégorie de base : le concept « Cocker » sera relié au concept « Chien », le concept « Chat » sera relié au concept « Animal », etc ;
  • les hyponymies vont relier chaque catégorie à ses catégories dérivées, les catégories plus concrètes qu'on obtient en spécialisant la catégorie avec l'ajout de propriétés : la catégorie « félins » sera reliée aux concepts de « chat », « tigre », « lion », « panthère », etc ;
  • les relations structurales, qui relient les catégories et exemples à leurs propriétés : c'est grâce à ces relations qu'on sait qu'un oiseau peut voler, qu'un canari est jaune, et ainsi de suite.

Un des premiers modèles de la mémoire sémantique, le modèle de Collins et Quillian se basait exclusivement sur de telles structures cognitives. Celui-ci dit que les propriétés peuvent être communes. Par exemple, les concepts « oiseau » et « canari » partagent les propriétés suivantes : les deux peuvent voler, ont des plumes, des ailes, etc. Cela vient du fait qu'un canari est un oiseau, et qu'il hérite donc des propriétés communes à tous les oiseaux : toute sous-catégorie hérite des propriétés des catégories plus générales auxquelles elle est reliée. Le modèle gère ces propriétés héritées en ajoutant une hypothèse : l'économie cognitive. Cette hypothèse dit que seules les propriétés spécifiques à un concept sont reliées à celui-ci : les propriétés héritées d'un concept plus générales sont reliées uniquement au concept le plus général, mais pas aux autres concepts. Par exemple, les propriétés « peut voler », « a des ailes », « a des plumes » seront reliées au concept « oiseau », mais pas au concept « canari ». Ce mécanisme évite les duplications inutiles de propriétés.

Organisation des classifications en mémoire.

Néanmoins, il est vite apparu que cette organisation rigide ne suffisait pas à rendre compte des résultats expérimentaux. Les structures cognitives ne sont pas forcément aussi bien organisées, même si les classifications sont réellement des formes d’organisation courantes en mémoire sémantique. De plus, on sait aujourd'hui que d’autres formes de relations existent, qu'il s'agisse de relations de causalité entre évènements, de relations qui permettent de localiser des objets, et bien d'autres encore. Ces relations sont regroupées, par convention, dans un ensemble extrêmement hétérogène appelé relations thématiques. Ces relations, avec les relations taxonomiques (catégorielles), permettent de former une représentation de situations ou d'évènements.

De plus, certains chercheurs considèrent que ce réseau conceptuel doit être complété par d'autres réseaux complémentaires, qui mémorisent non pas des connaissances, mais des informations sensorielles, visuelles, auditives, etc. Par exemple, la théorie du double-codage stipule que la mémoire contiendrait un réseau verbal, qui mémorise des concepts et des faits, et un réseau visuel, qui mémoriserait des images mentales ou des représentations visuelles. Cette théorie a été inventée pour expliquer les différences de mémorisation entre concepts concrets et abstraits. Expérimentalement, il est observé que les concepts concrets sont plus faciles à retenir que les concepts abstraits. Cela viendrait du fait que les concepts concrets sont généralement visualisables, contrairement aux concepts abstraits. On peut s'imaginer mentalement à quoi ressemble un chat, alors qu'il est plus difficile de donner une representation des concepts de liberté ou de justice (sauf par métaphore ou analogie). Ainsi, les concepts concrets seraient représentés dans les deux sous-réseaux, tandis que les concepts abstraits le seraient uniquement dans le réseau verbal. La redondance des concepts concrets/imaginables les rendrait plus mémorables. Nous verrons quelles sont les conséquences pédagogiques dans le chapitre sur les supports pédagogiques.

Indices de récupération et activation diffusante[modifier | modifier le wikicode]

Les tests de reconnaissances présentent directement l'information à rappeler. En conséquence, la reconnaissance d'un item va automatiquement activer celui-ci en mémoire. Il s'agit donc d'un accès direct à l'information mémorisée. Elle se base purement sur un processus de familiarité, qui permet de reconnaître des choses connues. Il s'agit d'un processus relativement primitif, qui rate rarement. Par contre, le rappel libre ou indicé ne présentent pas l'information à rappeler et n'activent pas directement l'information. L'information va devoir être retrouver dans la mémoire, grâce à un processus de recherche de l'information en mémoire. Ce processus de recherche parcourt le réseau mnésique de proche en proche, en partant des concepts déjà activés, jusqu’à trouver le concept voulu. Les associations d'idées sont autant de routes qui permettent d’accéder à l'information, de s'en rappeler.

Activation diffusante

Pour simplifier, le processus de reconnaissance "active" les connaissances : plus l'activation est forte, plus la probabilité de rappel/reconnaissance est grande. Cette activation se propage dans le réseau sémantique à travers les relations, ce qui peut déclencher le rappel des informations voisines : on parle d'activation diffusante. Si un concept reçoit de l'activation en provenance de plusieurs relations, les activations propagées s'additionnent, facilitant d'autant plus le rappel ultérieur. Ainsi, plus un concept a un grand nombre de voisins dans ce réseau, plus il peut être rappelé facilement : chacun des voisins peut servir de voie d'accès.

C'est ce qui explique que donner des indices facilite le rappel d'une information que l'on croyait avoir oubliée : l'activation des indices se propage jusqu'à la connaissance à rappeler, et s'additionne à l'activation déjà présente. D'ailleurs, tout mécanisme de rappel, aussi subtil soit-il, fait intervenir des indices. La reconnaissance de tel indice les active, les transformant en point de départ pour l'activation. Ces points de départ sont appelés des indices de récupération. Ce mécanisme est tellement efficace que Proust a écrit un livre rien qu'à partir de la perception d'une seule odeur, c'est vous dire ! On peut faire une analogie avec un moteur de recherche. Quand vous cherchez quelque chose sur le net, vous tapez des mots-clés dans le moteur de recherche, et celui-ci récupère les informations sur le web en fonction de ces mots-clés. Ces mots-clés sont au web ce que les indices de récupération sont à notre mémoire. Mais l'analogie s’arrête là : les moteurs de recherche actuels ne fonctionnent absolument pas comme notre mémoire.

Ce mécanisme permet de se souvenir de connaissances, mais il rend aussi la mémoire "intelligente", dans le sens où certaines déductions consistent en une simple recherche en mémoire. Ces inférences sont surtout des inférences catégorielles, qui impliquent un jugement avec des catégories, à savoir les questions du type "est-ce que X possède la propriété Y ?". Ces déductions sont extrêmement courantes, non seulement dans la vie courante, mais aussi en milieu scolaire. On peut illustrer comment la mémoire permet de répondre à ces questions, avec l'exemple qui va suivre. Supposons qu'on demande à un sujet si un chat a des poumons. Le fait est qu'avoir des poumons n'est pas forcément une propriété intrinsèque au concept de "chat", mais est une propriété de concepts plus généraux, comme le concept de "mammifère" ou de "vertébré". Or, l'activation du concept "Chat" activera automatiquement les catégories superordonnées, permettant d’accéder aux propriétés héritées des concepts plus généraux. Par exemple, un enfant saura qu'un chat a des poumons parce qu'il sait qu'un chat est un mammifère et que les mammifères ont des poumons. En clair : l'activation diffusante dans une structure cognitive permet de faire des inférences, des déductions sur les propriétés des objets et des concepts.

Dans le même ordre d'idées, il faut savoir que cette organisation en réseau de la mémoire joue un grand rôle dans la compréhension de texte, la résolution de problèmes, le raisonnement et la créativité. Prenons l'exemple de la créativité[1]. Comme le disait Steve Jobs, "creativity is just connecting things" : la créativité consiste juste à connecter des choses entre elles. Il faut dire que générer quelque chose d'original demande systématiquement de le fabriquer à partir de connaissances antérieures : les idées ne naissent pas de nulle part ! Imaginer quelque chose consiste juste à activer les bonnes informations en mémoire pour les associer, ce qui implique fatalement une recherche des informations pertinentes en mémoire, via l'activation diffusante. Mais dans le cas de la créativité, les associations formées relient des concepts lointains, éloignés dans le réseau sémantique, qui partagent peu de propriétés. Être créatif demande donc de passer outre les associations les plus évidentes, pour se concentrer sur des associations éloignées, rares, incongrues. Diverses études ont tenté de mesurer les connexions formées dans les tests de créativité simple[2]. Et le résultat conforte l'intuition : les associations formées dans les tests de créativité relient des informations ou concepts éloignés.

Les mécanismes de l'oubli[modifier | modifier le wikicode]

L'oubli n'est pas l'absence de l'information en mémoire, mais son inaccessibilité, l'activation n'arrivant en quantité suffisante jusqu'au concept à rappeler. L'oubli dépend donc du réseau sémantique : si celui-ci est touffu, remplit de connaissances et d'associations d'idées, le travail de l'activation sera facilité, et l'oubli rare. En comparaison, un réseau sémantique contenant peu de connaissances et de relations fera moins bien son travail, certaines informations étant peu accessibles. On en déduit rapidement qu'avoir un réseau mnésique touffu permet de faciliter le transfert des connaissances dans des situations variées. Une information fortement intégrée dans un réseau riche d'associations sera facilement accessible. Des situations très diverses réussiront à activer les indices qui mènent à cette information, quand cela est pertinent. Une bonne intégration facilite donc un rappel flexible des connaissances, base de tout transfert de connaissance, de toute analogie, de toute réflexion fine. C'est aussi pour cela que les connaissances abstraites sont facilement transférables dans de nombreuses situations. C'est parce qu'il s'agit de connaissances fortement intégrées dans le réseau mnésique, les rendant facilement accessibles, et donc adaptables/transférables, dans de nombreuses situations.

Cette inaccessibilité peut provenir de deux mécanismes : soit l'information n'a pas été reliée à beaucoup de voisins, soit elle fait interférence avec des informations voisines. Le premier mécanisme fait appel à un encodage peu élaboré, léger, mal fait. Il sera évoqué plus bas, dans le paragraphe sur l'encodage. Avec le phénomène d'interférence, une information parasite le rappel d'une autre. Ces interférences ont lieu quand deux informations sont accessibles à partir des mêmes indices de récupération. Elles entrent alors en compétition pour le rappel et le cerveau va devoir choisir l’information à rappeler. Selon l'ordre d’apprentissage des informations interférentes, on distingue deux types d'interférences. L'interférence rétro-active remplace des connaissances anciennes par des connaissances plus récentes, alors que l'interférence pro-active fait que des connaissances anciennes gênent d'acquisition de nouvelles connaissances. La première permet de remplacer des connaissances erronées. Présenter les informations comme un ensemble de fait isolés favorise ce phénomène d'interférence, alors que les relier dans un cadre conceptuel général le diminue fortement.

L'encodage[modifier | modifier le wikicode]

Pour être encodées, les informations à apprendre doivent se connecter à des connaissances déjà présentes en mémoire. Si un concept n’est pas relié à d’autres informations, il sera totalement isolé dans la mémoire sémantique, et ne sera pas accessible : l’élève n’aura pas appris. Ce processus qui relie le matériel à apprendre à ce qui est déjà su, porte le petit nom d'élaboration. Dit autrement : apprendre, c'est faire des liens. Et là où le "par cœur" donne naissance à un très faible nombre d'associations, la compréhension crée un grand nombre de relations lors de l'encodage. Comme le dit Develay : « Le sens vient des liens construits entre les savoirs et non pas de leur empilement. […] apprendre, ce n’est pas amasser, mais c’est relier des notions pour en construire d’autres plus abstraites ».

Mais cet encodage peut mal se passer, pour plusieurs raisons. La première est la surcharge de la mémoire à court-terme. Celle-ci est en effet l'endroit où les relations se forment. Mais sa capacité limitée pose alors problème : si celle-ci surcharge, du fait d'un nombre trop important d'item, les relations ne peuvent se former. Un chapitre complet sera dédié à cette problématique. Un autre problème est que les informations à apprendre doivent avoir quelque chose auquel s'arrimer, se relier. Et enfin, les connaissances doivent s'intégrer dans le réseau mnésique au mieux, ce qui demande d'organiser les informations d'une certaine manière. Présenter des connaissances comme une suite de faits isolées ne peut marcher, compte tenu de l'organisation fortement intégrée de la mémoire.

L'abstraction[modifier | modifier le wikicode]

Si la mémoire est formée d'un véritable réseau de connaissances, celles-ci ne sont pas disposées n'importe comment. L'organisation du matériel à apprendre est fondamentale : du matériel non-organisé, composé d’éléments isolés et déstructuré sera très difficile à apprendre, alors que du matériel structuré et organisé s'apprendra très facilement. Cette organisation doit idéalement mettre en avant les principes généraux et les idées clés, mettre l'accent sur les connaissances abstraites, capables de s'adapter à de nombreuses situations ou problèmes. Seules ces connaissances générales permettent d'organiser le réseau de manière à favoriser le transfert de connaissances acquises. Alors certes, les détails et anecdotes gardent malgré tout une certaine importante, mais les détails et autres informations factuelles doivent être intégrée dans un socle de connaissances conceptuelles qui leur donnent un sens, qui permettent de les relier à une idée générale. En conséquence, organiser les faits à apprendre autour d’idées générales permet de favoriser la compréhension et la mémorisation.

Cette abstraction des connaissances acquises influence non seulement la mémorisation, mais aussi l'utilisation ultérieure des connaissances, leur transfert. Pour en donner un exemple, on peut citer la fameuse étude de Chi et al. (1981). Dans celle-ci, les expérimentateurs ont observés comment des experts (des professeurs de physique), et des novices (des étudiants en début de cursus), catégorisaient des exercices de physiques. Leur étude a montré que les novices ont tendance à baser leurs analyses sur des détails présents dans l'énoncé (coefficients numériques, vocabulaire utilisé, ...), alors que les experts ont tendance à penser en fonction d'idées générales et de principes abstraits (la loi de conservation de l'énergie, la quantité de mouvement, ...). Au fur et à mesure que les étudiants progressent dans leurs études, il classent de plus en plus ces exercices en fonction des caractéristiques générales.

Ce processus d'abstraction demande de varier au maximum l'apprentissage. En utilisant un concept dans des contextes très différents, celui-ci sera naturellement relié à un grand nombre d'indices et de notions, ce qui l'intègre solidement dans le réseau mnésique. La variation est donc une technique d'élaboration comme une autre. De plus, cela demande de mettre l'accent non seulement sur les ressemblances entre concepts, mais aussi sur leurs différences. En effet, plus deux concepts sont semblables, plus ils ont de chances d'être reliés aux mêmes indices de récupération. Mais en faisant cela, les deux concepts peuvent facilement interférer entre eux, les rendant plus faciles à confondre lors du rappel. Ausubel qualifie ce genre de phénomène d'assimilation oblitératrice.

En conséquence, favoriser la rétention d'un concept demande de mettre l'accent sur les différences entre concepts semblables. Cela nous dit qu'il vaut mieux aborder les concepts en partant de l'abstrait pour aller au concret, et non l'inverse. La méthode qui va du concret vers l'abstrait, appelée méthode de la réconciliation-intégration, ne respecte pas ce genre de chose. Elle met l'accent sur les ressemblances entre concepts, elle demande d'abstraire quelque chose de commun à plusieurs exemples. Cela facilite les interférences : les informations apprises ainsi sont donc nettement moins résistantes à l'oubli. La méthode inverse, appelée méthode de la différentiation progressive, dérive un concept concret en ajoutant des propriétés à un concept plus général. Avec cette méthode, des concepts proches sont abordés séquentiellement, à la suite du concept commun, de la catégorie super-ordonnée. Ce faisant, les concepts semblables sont abordés selon les différences qu'ils entretiennent, les propriétés qu'ils ne partagent pas. Cela élimine les phénomènes d'interférence et d'assimilation oblitératrice, favorisant la rétention.

Les connaissances antérieures[modifier | modifier le wikicode]

Les connaissances antérieures sont la matière première de tout apprentissage : si elles ne sont pas là, l'apprentissage sera limité à du par cœur, l'élève ne pouvant pas élaborer. L'apprentissage est de toute évidence un processus cumulatif dans lequel le savoir appelle le savoir. Plus on sait de choses, plus on pourra facilement relier de nouvelles informations à des connaissances antérieures. Apprendre de nouvelles définitions, ou de nouveaux concepts est ainsi plus facile dans un domaine familier. Là où un novice aura du mal à apprendre des définitions ou des connaissances de base, l'expert pourra facilement retenir de nouvelles informations en les reliant à ce qu'il sait déjà. Cela ne fait que conforter une évidence, sur laquelle il est bon s'insister : chaque explication ou notion a des prérequis, nécessaires pour la compréhension. Pour éviter de construire sur des fondations qui ne sont pas là, le professeur doit impérativement construire ses progressions pour que les prérequis soient abordés avant la notion. Cela a fait dire au psychologue Ausubel que le facteur le plus important dans l'apprentissage est ce que l'élève sait déjà :

« The most important single factor influencing learning is what the learner already knows. Ascertain this and teach him accordingly »

Cette importance des connaissances antérieure nous dit donc qu'apprendre beaucoup de choses permet de donner une bonne base aux apprentissage futurs[3][4]. Une grande partie des mauvais résultats des élèves provient d'ailleurs d'une sémantique trop pauvre en connaissances antérieures. Ce fait est bien illustré par le fait que la corrélation entre moyenne scolaire et connaissances encyclopédiques en classe de 5ème est de 0.72. La corrélation est la même avec le taux de redoublement 4 ans plus tard, ce qui est plus élevé que les corrélations avec les tests de QI ou de raisonnement (0.50)[5].

De la même manière, les structures cognitives vues précédemment permettent d'organiser les nouvelles informations que l'élève doit apprendre, facilitant ainsi le rappel ultérieur. Comme le dit Alain Lieury, comprendre, c'est classer. Si l'élève ne dispose pas de ces structures cognitives, l'apprentissage sera inefficace. Lieury, Lemoine et Le Guelte l'ont montré dans une expérience où des enfants de différents niveaux scolaires devaient mémoriser une liste de mots : un groupe témoin recevait une liste désorganisée alors que l'autre avait droit à une liste organisée en structure cognitive. Pour les élèves de 4éme et 6éme, cette organisation était très efficace : les élèves disposaient des structures cognitives qui permettaient un gain de mémorisation de la liste. Par contre, les élèves de CM1 ne disposaient pas vraiment des structures cognitives nécessaires, qui n'avaient pas encore été acquises par instruction : l'organisation en structure cognitive ne donnait pas de gain comparé au groupe témoin.

Apprendre demande d'arrimer les nouvelles connaissances dans une structure cognitive, si possible à des catégories qui ne soient ni trop générales ni trop spécifiques. Et à ce petit jeu, l'ordre d'apprentissage des concepts vient mettre son grain de sel. Par exemple, un enfant de 6/7 ans sait qu'un chat est un animal, mais ne connaît pas la notion de mammifère : la hiérarchie n'est donc pas parfaite, et l'apprentissage du concept de mammifère ne supprimera pas le lien fait entre chien et animal. Choisir l'endroit où placer un nouveau concept dans cette structure est la base de la création d'un plan ou d'une progression. Cela évite à l'élève de croire que certaines propriétés ne sont valables que pour une classe restreinte de concepts alors que ce n'est pas le cas : de telles sous-généralisations sont assez courantes. Cela évite aussi les sur-généralisations, dans lesquelles l'élève croit que certaines propriétés sont valides pour une classe de phénomènes ou d'objets alors que ce n'est pas le cas.

La charge cognitive[modifier | modifier le wikicode]

Si la mémoire à long-terme est impliquée dans l'encodage, il ne faut pas oublier l'implication déterminante de la mémoire à court-terme, aussi appelée mémoire de travail. Pour rappel, cette mémoire maintient à l'esprit une quantité limitée d'informations durant une dizaine de secondes. C'est cette mémoire qui sert à mémoriser un numéro de téléphone avant de le composer, ou à comprendre ce que dit un professeur. L'idée principale est qu'elle a une capacité limitée à 4 informations maximum (autrefois, on pensait que c'était 7 ± 2). Des informations trop complexes ont donc tendance à saturer la mémoire de travail, perturbant l'apprentissage, contrairement à des informations simples. Eviter de saturer la mémoire de travail lors de l'apprentissage est donc très important.

La mémoire de travail entrent est la porte d'entrée de la mémoire à long terme. Toute information doit passer en premier lieu par la mémoire de travail pour y être relié à des connaissances antérieures. Il n'est donc pas étonnant que quelques études aient montré que la réussite scolaire est fortement corrélée à la capacité de la mémoire de travail. Par exemple, la capacité de la mémoire de travail à 5 ans est un bon indicateur de la réussite scolaire ultérieure [6]. De même, il existe une forte corrélation entre faible capacité de la mémoire de travail et échec scolaire[7].

Et certaines pratiques pédagogiques ne tiennent pas en compte la mémoire de travail. Les pédagogies actives, dans lesquelles l'élève doit réfléchir de manière autonome, sont une catastrophe de ce point de vue: elles demandent explicitement à ce que l'élève soit mis face à des situations complexes dès le début de l'apprentissage. Les études expérimentales sur le sujet montrent clairement que ces pédagogies ont des résultats clairement inférieurs aux autres [8][9]. Ce constat remet sur le devant de la scène une théorie pédagogique assez ancienne : la théorie de la charge cognitive. Crée par Sweller dans les années 1970, cette théorie a reçue de nombreuses vérifications expérimentales. Assez mal connue en France, cette théorie commence à avoir une grande influence dans les pays anglo-saxons. Plusieurs chapitres de ce cours seront dédié à cette théorie.

Le double codage[modifier | modifier le wikicode]

Les conseils précédents visaient surtout le système verbal, conceptuel de la mémoire. Mais il est aussi possible d'utiliser le système visuel de la mémoire, postulé par la théorie du double codage. Le principe est de faire en sorte que tout concept soit mémorisé à la fois dans la mémoire verbale, mais aussi dans la mémoire visuelle.On parle alors de double codage. La conséquence est qu'utiliser des illustrations, dessins et schémas est une bonne pratique pédagogique. Évidemment, ce n'est pas possible pour les concepts abstraits. Mais beaucoup de concepts peuvent recevoir une représentation visuelle. Mais détaillerons ce conseil plus en détail dans le chapitre sur les supports pédagogiques.

La répétition[modifier | modifier le wikicode]

Pour résumer, encoder une information consiste à former des relations avec des connaissances antérieures. Ce processus ne laisse aucune place à la "répétition par cœur". Il faut dire que les expériences faites sur le sujet ont montrées que cette forme de répétition, comme la relecture ou le par cœur, n'aucun effet à long-terme. Elle améliore les performances de reconnaissance, mais pas de rappel. Pour donner un exemple flagrant de la mauvaise efficacité de la répétition par coeur, des chercheurs ont demandé à des volontaires de décrire du mieux qu'ils pouvaient une pièce de un penny, un centime américain. De plus, ils leur ont posé quelques questions simples sur cette pièce. Bilan : les volontaires ne se souvenaient pas des détails de la pièce. Par exemple, ils ne savaient pas si le visage était tourné vers la droite ou la gauche. Pourtant, ces personnes voient cette pièce tous les jours, et y sont exposés en permanence. Dans le même genre, on peut demander à des cobayes quelle est la disposition des chiffres (les touches) sur leur téléphone : le taux de fausses réponses est particulièrement élevé. Pourtant, les sujets font attention à la disposition des touches quand ils utilisent le clavier, pour ne pas faire d'erreurs de frappe. Mais cela ne permet que de faire passer l'information en mémoire à court-terme, la répétition ne permettant que de l'y maintenir. Cela n'a aucune influence sur l'encodage. Répéter mentalement un numéro de téléphone permet de le garder à l'esprit, dans la mémoire à cour-terme aucunement de l'encoder en mémoire à long-terme.

De même, relire ses cours sur un faible intervalle de temps n'a pas vraiment d'influence, les connaissances étant encodées lors de la première présentation (sauf cas de surcharge de la mémoire à court-terme). Comme preuve, on peut citer un article de 2008, paru dans le journal "Comtemporary educationnal psychology", qui a étudié l'impact de la relecture sur la mémorisation/compréhension d'un texte en prose. Cet article visait à répliquer diverses études précédentes, aux résultats hétérogènes. Celles-ci montraient que la relecture était relativement inefficace, sauf dans deux cas précis. Dans le premier cas, les relectures sont nombreuses et le test a lieu immédiatement après les relectures. Malheureusement, l'effet s'estompe rapidement, retarder le test de quelques heures ou jours suffisant à faire disparaître l'effet. Dans le second cas, les relectures étaient espacées de plusieurs heures ou plusieurs jours. Cette fois-ci l'effet était durable. En somme, la relecture est utile, mais seulement si on relit quelque chose que l'on a pas lu depuis longtemps. En somme, bachoter n'a strictement aucune efficacité à long-terme. Cela permet juste d'avoir de bonnes notes à un examen ayant lieu le lendemain, mais vous avez des chances de tout oublier quelques jours ou semaines après. Nous reviendrons plus bas sur le cas des relectures espacées, qui est plus intéressant qu'il n'y parait.

Mais alors pourquoi l'intuition nous dit que bachoter et relire ses cours est une méthode efficace ? Deux raisons à cela. Premièrement, il existe un effet positif à court-terme, qui peut induire en erreur. Mais sur le long-terme, l'effet du bachotage se réduit très rapidement et n'a pas d'effets durables, contrairement à d'autres méthodes de révision. Ensuite, il faut savoir que relire, apprendre par cœur, améliore la familiarité du matériel. Sa reconnaissance est donc plus facile. Cette familiarité avec le matériel à apprendre n'augmente pas ses performances de rappel, mais donne l'illusion d'avoir appris. Cette illusion de connaissance est à l'origine de notre foi dans l'apprentissage par cœur pour la mémorisation. Notre évaluation d'un apprentissage se base en effet beaucoup sur ce sentiment de familiarité, là où les performances de rappel sont plus difficiles à savoir. Le seul moyen pour avoir une bonne idée de ce que l'on sait, à savoir ce que l'on peut rappeler, est de se tester, de se faire évaluer avec un test ou une interrogation. On verra plus tard que cette technique a de nombreux autres avantages. Mais laissons cela à plus tard.

La répétition de rappel[modifier | modifier le wikicode]

Pour comprendre par quoi remplacer la répétition par cœur, nous allons devoir étudier plus en détail ce qui se passe une fois l'encodage effectué. Dans les grandes lignes, un souvenir ou une connaissance nouvellement formé est dans un état fragile, sensible aux interférences ultérieures et à l'oubli. Immédiatement après la mémorisation, un processus de consolidation va se mettre en place. Ce processus immunise les connaissances apprises contre l'oubli. La première étape de la consolidation consiste en un renforcement des synapses liées aux connaissances apprises, d'où son nom de consolidation synaptique. Elle dure environ une heure. A la suite de cette étape, les connaissances apprises sont temporairement stockées dans une structure cérébrale nommée l'hippocampe (et dans quelques aires cérébrales alentour, dans le lobe temporal médian). Par la suite une seconde étape de consolidation systémique va migrer les connaissances de l'hippocampe vers le néocortex. Dans cette étape, les connaissances sont progressivement migrées dans leur position finale dans le cerveau, et sont plus profondément intégrées dans les réseaux mnésiques existants.

Cette seconde étape de consolidation a lieu en partie lors du sommeil, ce qui explique l'effet positif du sommeil sur la mémoire (et d'autres processus cognitifs supérieurs), mais aussi lors de l'éveil. A chaque fois que vous vous rappelez quelque chose, le quelque chose en question va être consolidé un peu plus à la suite du rappel. Par exemple, si vous recevez un nouveau numéro de carte bleue, il va vous falloir un certain temps avant de le connaitre par cœur. Au tout début, vous aurez du mal à vous en souvenir, et il se peut que vous utilisiez des procédés mnémotechniques pour vous faciliter la vie. Par contre, à force de vous rappeler de le code de carte bleue, vous finirez par vous en souvenir de mieux en mieux. Chaque rappel successif fait de moins en moins appel à votre concentration et demande de moins en moins d'efforts. Ainsi, des rappels répétés consolident la connaissance en mémoire à long-terme, ce qui immunise la connaissance rappelée contre l'oubli.

Il faut cependant préciser que ces étapes de consolidation consolide les souvenirs autant qu'elle les élabore, les rendant plus flexibles et transférables. Les preuves à cela sont légion, mais je ne vais en citer que quelques-unes. La première provient des expériences de rappel libre répété, où des sujets doivent apprendre une liste d'items, avant de devoir les rappeler dans l'ordre de leur choix, plusieurs fois de suite, avec des intervalles de pause entre chaque rappel. On observe alors qu'au fil des rappels, les sujets réorganisent les items suivant leurs connaissances antérieures (les items sont de plus en plus classés par catégorie, par exemple). Plus intéressant, on sait que le sommeil a une influence positive sur la créativité ou la résolution de problème. Si on présente un problème ou une situation à résoudre à un sujet, celui-ci réussit nettement mieux si on le fait dormir entre la présentation du problème et sa première tentative de résoudre le problème. Et l'on sait que cela provient d'une consolidation des informations acquises lors de la journée. La consolidation qui a lieu lors du sommeil permet au cerveau de réorganiser les connaissances acquises et de mieux les relier entre elles. On peut citer comme exemple l'étude suivante[10].

En somme, les informations qu'on retient le mieux sont celles dont on s'est rappelées souvent, pas celles que l'on a revues ou relues souvent. Cela suggère d'utiliser une méthode de révision appelée la répétition de rappel. Elle consiste à forcer l'élève à se rappeler de l'information plutôt que de la relire plusieurs fois de suite. On peut l'implémenter en classe via des interrogations, DS et autres tests, effectués régulièrement. Expérimentalement, celle-ci est extrêmement efficace. Comme exemple, nous allons prendre une étude réalisée dans un collège américain (dans l'Illinois). Dans celle-ci, des chercheurs ont organisé un cours d'histoire-géographie de manière à ce que les divers points du cours fassent l'objet d'interrogations régulières. Les élèves subissaient ainsi des interrogations régulières, à faible coefficient, plusieurs fois par semestre. Le rythme d'interrogation était nettement plus important comparé à la situation avant l'expérience. Lors d'une évaluation un mois après l'expérience, les élèves obtenaient la note moyenne de A- sur les notions apprises et testées lors de l'expérience, alors que les autres notions recevaient une note moyenne de C+. Autant dire qu'une telle différence est particulièrement appréciable.

De plus, il semblerait que la répétition de rappel soit plus efficace si elle demande des efforts. Si une information met du temps à rappeler, si celle-ci est difficile à se remémorer, son rappel la consolidera d'autant plus. Il s'agit d'un bon exemple de ce que l'on appelle une difficulté désirable. En somme, apprendre n'est pas quelque chose de facile, qui ne demande pas d'efforts. Il est des difficultés qui, loin de nuire à l'apprentissage, le facilite.

Distribution de l'apprentissage[modifier | modifier le wikicode]

Un exemple similaire de difficulté désirable, fortement lié à la répétition de rappel, va encore une fois à l'encontre de notre intuition. Beaucoup d'entre vous ont passé des soirées à bachoter et à réviser sans relâche avant un examen important ou une interrogation quelconque. Ce faisant, vous avez certainement révisé vos cours ou refait des exercices durant une heure, peut-être plus, sans vous arrêter. Mais cette méthode, appelée apprentissage massé est en réalité assez mauvaise pour mémoriser. Ses effets sont similaires à ceux de l'apprentissage par cœur : efficace à court-terme, mais sans effet notable au bout de quelques jours ou semaines. Autant dire que les illusions de savoir vues plus haut jouent encore une fois à plein. La recherche montre qu'il est beaucoup plus efficace de distribuer ses révisions dans le temps, dans plusieurs sessions espacées dans le temps. Cet effet est connu sous le nom de distribution de l'apprentissage

Références[modifier | modifier le wikicode]

  1. Pour ceux qui veulent en savoir plus sur les recherches sur la créativité, je vous conseille de lire cet article, publié par l'auteur du présent livre (Mewtow) sur un site externe : La créativité : l'innovation vue par la science
  2. Assessing Associative Distance Among Ideas Elicited by Tests of Divergent Thinking. Par Selcuk Alkar et Mark Runco, publié dans le "Creativity Research Journal" numéro 26, daté de 2014.
  3. Bandalos, Finney, & Geske, 2003
  4. E. Wood, Willoughby, Bolger, & Younger, 1993
  5. Alain Lieury (1996)
  6. "Investigating the predictive roles of working memory and IQ in academic attainment", Alloway en 2010
  7. "The cognitive and behavioral characteristics of children with low working memory", Alloway, Gathercole, Kirkwood, Elliott (2009)
  8. "Why minimal guidance during instruction does not work: an analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching"
  9. "Putting students to the path for leaning, a case for fully guided instruction", par Clark, Sweller et Krishner.
  10. REM, not incubation, improves creativity by priming associative networks. Caia, Mednickb, Harrisona, et Kanadyc, publié dans le journal PNAS.