Objectif : Organiser des TP qui permettent l'apprentissage des élèves.
Résumé du chapitre : La théorie de Sweller et Chandler est présentée, elle permet de comprendre l'apprentissage des élèves selon le type de matériel et les indications qui leur sont fournis.
Dans des travaux pratiques, les élèves doivent souvent lire un document expliquant la procédure d'expérimentation. Ce document intègre généralement une ou plusieurs images, représentant le dispositif, ainsi que du texte explicitant la procédure. La principale hypothèse de ces auteurs est que la lecture conjointe d'images et de textes présentant des informations différentes nuit à la compréhension des élèves. En effet, le lecteur doit partager son attention entre deux formats de présentation différents, du texte et de l'image. Mais cela ne veut pas dire que n'importe quelle figure intégrant texte et image favorisera l'apprentissage. Sweller et Chandler montrent qu'une information peut être redondante et, par là gêner la compréhension. C'est l'objet de la deuxième hypothèse : lorsque l'élève est placé dans une situation où il doit traiter de l'information de manière redondante provenant de deux sources différentes (par exemple, un ordinateur et un manuel), cet élève apprend moins bien (voir plus bas la figure sur la circulation sanguine dans le coeur). Ces hypothèses sont fondées sur deux principes théoriques de psychologie : -- la mémoire que l'on utilise pour résoudre des problèmes sur-le-champ (la mémoire de travail) est de capacité limitée, ce qui contraint notre capacité à appréhender simultanément l'ensemble des paramètres d'un problème ; -- un mécanisme, l'acquisition de procédures automatisées, permet de résoudre en partie le premier principe.
Ces hypothèses ont été vérifiées dans de nombreuses expérimentations, qu'il serait trop long de résumer ici. Résumons simplement l'une d'entre elles (Sweller & Chandler, 1994). On a fait étudier à trois groupes d'élèves le fonctionnement d'un logiciel de Conception assistée par ordinateur. Voici les documents qu'ils avaient à leur disposition, selon le groupe :
-- un mode d'emploi " classique " et la possibilité d'utiliser le logiciel sur ordinateur ;
-- un mode d'emploi " intégré ", qui intègre des copies d'écran du logiciel et les commentaires sur les fonctionnalités du logiciel, sans possibilité d'utiliser le logiciel ;
-- le même mode d'emploi " intégré " et la possibilité d'utiliser le logiciel.
Voici des exemples de figures selon les deux modalités, classique et intégrée (Martin-Michiellot, 1998) [1] :
Figures Classiques -- Pour la figure de gauche, les numéros renvoient à la légende, séparée de l'image. Pour la figure de droite, le texte explicatif se réfère à diverses parties du graphique.
Figures Intégrées -- Pour la figure de gauche, la légende renvoie directement à chaque élément de la figure. Pour la figure de droite, des nombres entourés explicitent l'ordre de la procédure à suivre.
Voici un autre exemple de deux types de formats, en mathématiques, reproduit de Cooper (1998). La première dans un format classique, la seconde dans un format intégré.
Voici enfin une figure intégrant texte et image de manière redondante : le texte inséré dans l'image redit ce que l'image représente, ce qui engendre une surcharge d'attention pour lire le schéma.
Les résultats montrent que les élèves qui apprennent le mieux sont ceux du groupe " manuel intégré " sans possibilité d'utiliser le logiciel. En effet, ils ne partagent pas leur attention entre deux sources d'informations, et cette information n'est pas présentée de manière redondante, comme dans le troisième groupe. En d'autres termes, l'élève va consacrer une attention importante à décoder l'image, attention qui ne sera pas utilisée à comprendre le matériel lui-même.
Ces résultats montrent clairement que la manipulation de matériel n'engendre pas obligatoirement un apprentissage meilleur que la lecture d'un document bien conçu. Ces résultats ont également été reproduits avec des contenus différents : électricité, biologie.
Une information peut être difficile à apprendre à cause du degré de liaison (d'interactivité) des différents éléments de cette information. Par exemple (tiré de Sweller, 1994), il n'est pas difficile d'apprendre des listes de mots avec leur traduction dans une langue étrangère, car aucun de ces mots n'est lié aux autres et, par conséquent, chacun peut être appris indépendamment des autres. Ce type d'information a donc un faible niveau d'interactivité. En revanche, parler dans une langue seconde est beaucoup plus difficile, car produire des phrases correctes nécessite une connaissance, non seulement du vocabulaire, mais également de la syntaxe (ordre des mots dans la phrase), de la grammaire de cette langue, etc. Ainsi, parler dans une langue seconde est une activité à très haut degré d'interactivité, car cela dépend d'un grand nombre de sous-tâches dépendantes les unes des autres : par exemple l'ordre des mots d'une phrase dépend de la nature de ces mots.
Une des premières choses qu'un enseignant doit avoir à l'esprit, lorsqu'il présente un nouveau contenu, c'est le nombre d'éléments nécessaires à connaître pour réaliser une tâche, ainsi que leur niveau d'interactivité, c'est-à-dire si ces éléments doivent être connus simultanément ou consécutivement. Prenons un exemple, tiré de Sweller et Chandler (1994, p. 190-191).
Pour apprendre à situer un point sur un repère à deux dimensions, il faut faire correspondre une notation algébrique de type P(x,y) au point correspondant dans l'espace à deux dimensions, et vice versa. Voici les éléments nécessaire à connaître simultanément pour s'acquitter de cette tâche. Chacun des éléments suivants est simple, mais il n'est pas possible de comprendre l'un d'entre eux sans avoir compris les autres.
1. L'axe des abcisses est une ligne graduée, horizontale ; l'axe des ordonnées est une ligne graduée, verticale. Ces deux lignes se croisent à angle droit au point 0 des deux axes, appelé l'origine.
2. P, dans P(x,y), est le nom du point.
3. x, dans P(x,y), est la position x sur l'axe des abcisses.
4. y, dans P(x,y), est la position y sur l'axe des ordonnées.
5. Tracer une ligne partant de x (axe des abcisses), parallèle à l'axe des ordonnées.
6. Trace une ligne partant de y (axe des ordonnées), parallèle à l'axe des abcisses.
7. Le point d'intersection de ces deux lignes est P(x,y).
La connaissance de cette liste est triviale pour tout enseignant, ainsi que pour la plupart des élèves du secondaire. Pourtant, lors de l'apprentissage de ce contenu, ces personnes ont dû comprendre ces sept éléments. L'utilisation répétée de cette procédure les a amenés à construire ce que l'on appelle un schéma -- ou cadre de pensée -- qui automatise cette procédure et permet de la mettre en oeuvre avec une attention minimale (ce qui permet également de traiter des problèmes bien plus complexes). On comprendra aussi que, pour cette même raison, l'élément 1 peut être considéré, pour certains élèves, comme un ensemble d'éléments et plus un seul. Formulé comme ci-dessus, l'élément 1 est lui-même devenu un schéma.
1. Présenter un nouveau sujet. Présenter les pré-requis, les principes, les règles générales.
2. Montrer, en utilisant un petit nombre d'exemples résolus, comment appliquer ces principes et règles.
3. Faire acquérir de l'expérience aux élèves, en leur proposant de résoudre de nombreux problèmes à but précis.
Voici un exercice sous la forme d'exemple résolu, en mathématiques (Cooper, 1998) :
Commencez par comprendre l'exemple résolu 1), puis résolvez l'autre exercice.
Pour chaque exercice, trouvez a.
1) c(a+b) = f
(a+b) = f/c
a = f/c - b
2) g(a+m) = k
-- Analyser soigneusement la quantité d'attention requise par la mise en oeuvre du TP. Il est possible de comptabiliser le nombre d'éléments différents de la cession d'apprentissage. Un trop grand nombre d'éléments différents gêne la compréhension de l'élève.
-- Utiliser des représentations simples et cohérentes, qui permettent à l'élève de focaliser son attention plutôt que de la partager. Par exemple, préférer un diagramme dont la légende est intégrée à l'image, plutôt que séparée.
-- Éliminer la redondance. De l'information redondante entre texte et image fait décroître l'apprentissage.
-- Proposer des exemples résolus plutôt que des problèmes ouverts. Dans ce dernier cas, en effet, les élèves passent beaucoup trop de temps au but général du problème, et mettent en oeuvre des stratégies de résolution souvent peu adéquates, alors qu'ils ont surtout besoin de comprendre comment certains exemples fonctionnent. Les problèmes ouverts sont toutefois utiles, et peuvent être proposés en guise d'évaluation de l'apprentissage.
1. Prenez une activité d'apprentissage de votre choix dans votre discipline et exercez-vous à lister son nombre d'éléments.
2. Concevez, à propos du contenu de votre choix, une série d'exemples résolus.
3. Toujours à propos du contenu de votre choix, concevez un document de TP intégrant texte et image qui suive les prescriptions de Sweller et Chandler (pas d'attention partagée, non-redondance).
Cooper, G. (1998). Research into Cognitive Load Theory and Instructional Design at UNSW. Sydney : UNSW, Document Internet http://www.arts.unsw.edu.au/education/CLT_NET_Aug_97.HTML
Déro, M. (1996). L'enseignement avec ordinateur. In A. Lieury (Ed.), Manuel de psychologie de l'éducation et de la formation. Paris : Dunod, 341-370.
Martin-Michiellot, S. (1998). Effet du format et du caractère séquentiel de la présentation de systèmes " texte-figure" sur l'apprentissage de procédures dans un environnement. Requête soumise au FNRS, Document Internet http://tecfa.unige.ch/tecfa/research/Hypertextes/projet-fnrs.html
Mendelsohn, P. (1999). Que peuvent nous apprendre les technologies éducatives sur le fonctionnement cognitif des apprenants ? In C. Depover, B. Noël (Ed.), L'évaluation des compétences et des processus cognitifs. Bruxelles : De Boeck, 225-238.
Sweller, J. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty, and instructional design. Learning and Instruction, 4-4, 295-312.
Sweller, J., Chandler, P. (1994). Why some material is difficult to learn. Cognition and Instruction, 12-3, 85-233.
Wilson, B. G., Cole, P. (1996). Cognitive Teaching Models. In D. H. Jonassen (Ed.), Handbook of Research in Instructional Technology. New York : Mac Millan, 601-621.