dimanche 22 juillet 2018

Importance des connaissances préalables et des préconceptions pour l'enseignement

David P. Ausubel l’a écrit en 1968. « Si j’avais à réduire toute la psychologie de l’apprentissage à un seul principe, je le formulerais ainsi : le plus important facteur susceptible d’influencer l’apprentissage est le bagage de connaissances que l’individu possède déjà. Informez-vous de cela et enseignez en conséquence. »

De même, comme l’a dit Paul A. Kirschner « Before you start something new, review the old ».




(Photographie : Victor Salgado)



Que sont les connaissances préalables ?


Selon Fiorella et Mayer (2015), les connaissances préalables comprennent des schémas, des catégories, des modèles et des principes. Elles contribuent à orienter ce que l’enseignant va présenter et donc ce que l’élève va sélectionner ou activer en mémoire de travail pour un traitement ultérieur.

Avec le guidage de l’enseignant, l’élève organise et relie de nouvelles informations à d’autres connaissances structurellement similaires.

Ainsi, l’apprentissage dépend à la fois de ce que l’enseignant présente et de ce que l’élève apporte à la situation d’apprentissage.

C’est pourquoi deux élèves peuvent être exposés au même scénario d’apprentissage et obtenir des résultats d’apprentissage très différents lorsque l’enseignant ne prend pas en compte leurs connaissances préalables.




Une mise en situation 


Avant de commencer une nouvelle matière ou d’introduire, de nouveaux contenus, le principe est de ne pas oublier de revoir, de revisiter, de récupérer, de réactiver les contenus antérieurs et de faire les liens nécessaires avec ceux-ci.

Il s’agit de privilégier cette approche plutôt que de planifier une activité d’introduction qui vise à susciter les élèves et les intriguer à propos des contenus qui seront découverts par la suite.

Il s’agit donc d’une différence nette entre une approche cognitiviste comme l’enseignement explicite et une approche socioconstructiviste comme la pédagogie de projet, qui privilégierait le fait de placer les élèves dans une démarche d’investigation.

La démarche de l’enseignement explicite est d’installer d’emblée les conditions de connexions fortes entre l’enseignement et le contenu d’apprentissage visé.

L’argument de rendre le cours attrayant est à double tranchant, car il s’agit autant d’une manière d’augmenter l’intérêt de l’élève que de la distraire. Il s’agit d’utiliser cette dimension avec parcimonie.




En effet, s’il y a bien un moment dans un cours où l’attention des élèves peut être aisément capturée et initiée, c’est au début d’un nouveau sujet.

Ce sera plutôt à la fin d’une séquence qu’il faut aller rechercher leur attention. Une activité un peu plus contextualisée sera plus placée de façon plus pertinente en fin de séquence. Les connaissances déjà acquises par les élèves à ce moment-là favoriseront le traitement des élèves et augmenteront leur compréhension et leur capacité à y trouver du sens.

Si cette même activité est placée en introduction, elle a toutes les chances de saturer la mémoire de travail des élèves et de ne générer strictement aucun apprentissage, se transformant en une perte brute de temps. L’attention de l’élève ne sera pas centrée sur les éléments à apprendre, mais soumise à de la distraction.




Prendre en compte les connaissances préalables


Comme l’écrit Jennifer L. Goeke (2009), l’enseignant prend un risque lorsqu’il suit à la lettre un programme. Nous pouvons omettre de nous assurer de la maitrise des prérequis qui correspondent à ce que l’on va enseigner. Nous pouvons nous reposer sur l’hypothèse que nos élèves ont certaines compétences qu’ils ne possèdent pas réalité.

En tant qu’enseignant, il faut donc accepter de passer du temps à enseigner quelque chose que les élèves auraient dû apprendre avant d’entrer dans leur classe. Sans cela les nouveaux apprentissages ont peu de chances d’être parfaitement acquis.

Le risque est que les enseignants n’évaluent pas les connaissances préalables de leurs élèves en rapport avec les objectifs pédagogiques qu’ils veulent leur apprendre. Sans cela les enseignants sont réduits à poser des hypothèses sur ce que leurs élèves apportent en classe à partir de leurs expériences scolaires passées. Il y a risque de surévaluation, mais aussi de sous-évaluation.

La prise en compte des connaissances préalables est à mettre en association avec le sixième des seize éléments de l’enseignement explicite, tels que mis en avant par Anita L. Archer et Charles A. Hughes (2011).

Il s’agit de revoir les compétences et les connaissances antérieures avant de commencer l’enseignement. Fournir un examen de l’information pertinente. Vérifier que les élèves possèdent les habiletés et les connaissances préalables pour apprendre l’habileté enseignée dans la leçon. Cet élément permet également de faire le lien entre la nouvelle compétence et d’autres compétences connexes.




Une démarche de planification


Certains savoirs sont nécessaires à l’acquisition et à la compréhension de connaissances nouvelles plus complexes.

La détermination des connaissances préalables permet à l’enseignant de cibler le plus précisément possible les connaissances et habiletés nécessaires pour effectuer un nouvel apprentissage. Il ne peut se contenter de découvrir, au jour le jour et sommairement, les contenus préalables de ses enseignements.

L’identification des connaissances préalables doit se faire dans le cadre d’une hiérarchisation et d’une planification à l’échelle des unités d’apprentissage considérées.




Une démarche d’enseignement


Les élèves assimilent mieux la nouvelle matière en faisant des liens avec des concepts qu’ils connaissent déjà. L’enseignant doit identifier ce que les élèves connaissent déjà. L’enseignant doit s’assurer que les élèves possèdent les connaissances préalables avant d’enseigner un nouveau concept, une nouvelle stratégie ou une idée maitresse qui en demandent la maitrise.

Le recours au questionnement ou à une tâche diagnostique permet de vérifier l’acquisition des connaissances préalables, de les réactiver et de valider ou d’infirmer la planification des contenus d’apprentissage.

Si une telle vérification s’avère non concluante, il peut être nécessaire de procéder à un nouvel enseignement de ces connaissances. Il faut rendre explicites et disponibles pour les élèves les connaissances antérieures dont ils auront besoin.

En effet, l’enseignant qui est expert dans sa matière dispose de riches schémas cognitifs. Ils lui permettent d'établir immédiatement des liens avec de nouveaux sujets. Ses élèves sont des débutants qui ne sont pas toujours spontanément pour relier de nouveaux contenus avec les connaissances préalables pertinentes qu’ils ont peut-être oubliées.

Dès lors l’enseignant doit activer les connaissances préalables ou les réenseigner si elles sont absentes. S’il ne met pas en évidence tous les liens entre les connaissances nouvelles et déjà acquises, cela va rendre la compréhension et le stockage en mémoire à long terme beaucoup plus difficile pour les élèves.

À défaut de cette maitrise préalable de concepts et d’habiletés, l’élève sera porté à vouloir apprendre par cœur, sans véritablement comprendre ce qu’il fait.

La maitrise des connaissances préalables a un impact important sur la motivation des élèves à s’engager dans de nouvelles tâches d’apprentissage. L’absence de maitrise peut mener susciter et renforcer un sentiment d’impuissance, voire d’incompétence, miner l’auto-efficacité des élèves par rapport aux tâches proposées, et faire chuter leur motivation.

En enseignement explicite, l’enseignant est constamment à l’affût du contenu de la pensée des élèves, de leurs modes de raisonnement et de leurs erreurs de compréhension. Le travail sur les connaissances (préalables ou nouvelles) se fait en continu par le questionnement. Diverses stratégies permettent à l’enseignant de revenir sur les manques de compréhension, les analyser et de les corriger.






Intégrer les nouvelles connaissances dans les connaissances préalables


Une question importante à explorer est de voir comment les nouvelles connaissances peuvent être activement et intentionnellement liées à ce que les élèves

L’enseignant a un rôle à jouer et c’est à lui à modeler la démarche, à poser les questions et à inciter à faire des liens :

  1. Quels autres éléments peuvent être mis en lien directement ?
  2. Dans quel cadre précédemment vu les nouvelles connaissances peuvent-elles intervenir ?
  3. Quand est-ce que ces liens peuvent intervenir dans mon cours ?
  4. Pourquoi est-ce que je veux que les élèves face ces liens ?
  5. Quel rôle est-ce que je peux jouer en tant qu’enseignant pour renforcer ces liens ? 










Connaissances préalables et mémoire de travail


La mémoire de travail (voir cet article) a des capacités réduites en matière de nombre de nouvelles informations qu’elle peut stocker et de durée de ce stockage.

La mémoire de travail a également un rôle de filtre des informations qui parviennent au cerveau. Celui-ci est joué par un des sous-systèmes de la mémoire de travail, l’administrateur central, selon le modèle de Baddeley et Hitch (1974).

Nous sommes constamment soumis à un flot de stimuli sensoriels. Le cerveau, qui ne peut fonctionner en mode multitâche (voir cet article), ne peut les traiter tous. Une sélection s’impose. Cette sélection est faite par la mémoire de travail, qui compare les informations sensorielles avec celles déjà stockées en mémoire à long terme. Elle détermine ainsi celles qui sont pertinentes et méritent d’être stockées temporairement en mémoire de travail. Toutes les autres informations sont oubliées.

Les connaissances préalables contribuent à la sélection des nouvelles informations pertinentes à absorber. Elle démontre également que ces nouvelles connaissances peuvent être intégrées au mieux dans les « anciennes » connaissances en mémoire de travail.






Connaissances préalables et environnement personnel de l’apprenant


Intuitivement, on peut se dire que l’on devrait prendre l’environnement personnel de l’apprenant comme point de départ de l’enseignement.

Cette recommandation didactique n’a rien de nouveau. Déjà dans le cadre de l’éducation nouvelle au début du XXe siècle, Ovide Decroly se référait déjà aux centres d’intérêt des élèves qui peuvent être utilisés pour développer des activités d’apprentissage. C’est l’idée que toute éducation devrait être enracinée dans l’histoire personnelle de l’enfant, afin de susciter sa motivation, son attention et son engagement.

C’est dangereux pour trois raisons

  1. Tous les élèves ne disposent pas du même capital culturel de départ (voir article). Tous les élèves ne partent pas avec le même niveau de connaissances préalables sur toute une diversité de sujets.
  2. Le but de l’éducation est d’ouvrir les enfants au monde. Si, en tant qu’enseignants, nous nous concentrons trop longtemps sur l’environnement personnel étroit de l’enfant, il y a un risque qu’il perde de l’intérêt. En effet, il peut ne rien avoir de nouveau pour lui.
  3. La pauvreté, des conditions socio-économiques ou affectives défavorables ont un effet négatif sur les capacités intellectuelles d’un élève. Il peut être négatif de trop utiliser l’environnement personnel comme point de départ de l’apprentissage de l’élève. Lorsque l’on ramène les élèves vers leurs soucis personnels, il y a un impact sur la charge cognitive ce qui se traduit par une baisse de leur capacité de mémoire de travail. Celle-ci est alors en partie aspirée par leurs soucis réveillés et l’anxiété qui les accompagnent. À l’opposé, si on leur permet d’oublier leur situation, en ne faisant pas référence à leur environnement







Les conceptions alternatives résistent aux stratégies d’enseignement


L’enseignant doit déterminer les connaissances et habiletés préalables à l’apprentissage d’un nouveau contenu. Il doit également prendre conscience que ce qu’apporte l’élève au processus d’apprentissage peut l’aider. Mais cela peut tout autant nuire à sa compréhension, faire obstacle à l’apprentissage et générer des difficultés.

L’architecture cérébrale initiale de l’apprenant influence de façon importante ses apprentissages.

Les élèves possèdent des conceptions erronées qui les amènent à produire des erreurs. Celles-ci ne peuvent être ignorées, car elles sont présentes durablement en mémoire à long terme.

Plusieurs recherches en éducation ont montré que les élèves possèdent souvent des conceptions non scientifiques sur plusieurs phénomènes naturels qui sont particulièrement difficiles à faire évoluer. Ils croient par exemple que, peu importe la résistance de l’air, les objets plus lourds tombent plus rapidement. Ils peuvent également penser qu’un seul fil électrique connectant une source d’énergie électrique à une ampoule est suffisant pour que cette dernière s’allume.

De nouvelles conceptions alternatives peuvent les y rejoindre dès qu’un élève a répété une erreur à plusieurs reprises dans sa tête. Il est par la suite difficile de les désapprendre.







Modèle théorique des conceptions alternatives


D’après le mémoire de Guillaume Malenfant-Robichaud (2018), actuellement, aucun modèle théorique ne parvient à faire consensus sur les conceptions alternatives, notamment après correction par un changement conceptuel.

Pour certains, un changement conceptuel réussi entraine le remplacement ou la transformation de la conception alternative.

Pour d’autres, il s’agit plutôt d’une compétition entre la conception alternative et le concept scientifique.

Des études récentes semblent toutefois indiquer que les conceptions alternatives ne sont pas effacées après le changement conceptuel et qu’elles coexistent avec les conceptions scientifiques résultant d’un nouvel apprentissage. D’autres études utilisant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont montré que l’activation dans les régions cérébrales reliées à l’inhibition était significativement plus importante chez les experts que chez les novices. Les experts devraient inhiber leurs conceptions alternatives pour répondre correctement à des tâches contre-intuitives.

Une raison est avancée pour expliquer pourquoi ces conceptions alternatives ne disparaissent peut-être jamais de leur cerveau. Elles découleraient d’intuitions fondamentales inscrites dans le cerveau sous la forme de réseaux de neurones très solidement établis et qui ne peuvent sans doute pas être modifiés.

Tous ces résultats appuient l’hypothèse de la coexistence des conceptions et du rôle de l’inhibition dans l’expertise. Il y aurait donc coexistence des conceptions alternatives en mémoire aux côtés des conceptions scientifiques.

L’enseignement est concerné et cela montre la prévalence des conceptions. Il est important de prendre en compte du développement de la capacité des élèves à inhiber, bloquer les conceptions alternatives à l’avantage des conceptions scientifiques qu’ils apprennent.

Des études indiquent également que les conceptions alternatives demeurent présentes dans le cerveau et qu’elles peuvent se manifester lorsque le contrôle cognitif est atténué (fatigue, stress, charge cognitive extrinsèque trop importante).





Se prémunir des conceptions alternatives !


L’enseignement explicite comprend des pratiques définies et des approches éprouvées pour guider l’apprentissage des élèves, repérer les erreurs de compréhension et empêcher celles-ci de perdurer et de s’installer durablement.

Corriger une conception alternative n’est pas un apprentissage banal, car celles-ci font très certainement partie de schémas cognitifs et ne sont pas isolées. Elles sont susceptibles d’être récupérées dans une variation de contextes différents.

Le problème peut être mineur s’il s’agit d’une discrimination incorrecte. Si l’élève applique une procédure ou un savoir-faire qui ne correspond pas au contexte de la nouvelle matière enseignée. Dans un sens, il est bon que l’élève ait essayé de transférer et d’appliquer des connaissances préalables à une situation différente. Mais il est important de montrer explicitement à l’élève, que l’analogie à laquelle croit, est en fait fausse. Il faut les aider à comprendre dans le détail pourquoi ça ne fonctionne pas.

Il est judicieux d’utiliser, dans le cas de ces représentations erronées ancrées, l’effet d’hypercorrection :
  • L’effet d’hypercorrection se manifeste après un feedback sur les réponses données par un élève. Celui-ci va corriger plus volontiers les erreurs de mémoire pour lesquelles il était fortement sûr d’avoir raison, que les erreurs de mémoire pour lesquelles il était peu sûr de lui-même. 
Mais même cet effet peut ne se faire ressentir que sur une courte période. La probabilité que l’erreur revienne à long terme, une fois la correction oubliée, reste significativement élevée.

Pour éviter cela, il est important de donner aux élèves suffisamment de pratique qui leur demandera d’extraire les bonnes réponses de leurs connaissances préalables. Plus on leur demande fréquemment de se rappeler les bonnes informations, plus il est probable qu’ils éviteront leurs conceptions alternatives par la suite.






Inhiber les conceptions alternatives


Plutôt que de parler de corrections de conceptions alternatives, on trouve l’expression de changement conceptuel qui traduit le changement de structure conceptuelle vers des concepts scientifiques que représente l’apprentissage des élèves.

L’enseignant ne doit plus simplement enseigner la nouvelle conception. Il doit aussi guider ses élèves et les aider à̀ surmonter leurs conceptions alternatives et reconnaitre les contextes où leur utilisation est erronée. Il est utile de prévenir les élèves de l’existence de pièges et de leur apprendre à identifier les réponses tentantes, mais incorrectes. Cela a un impact sur le fonctionnement cérébral et sur la capacité à recourir à l’inhibition pour corriger des erreurs fréquentes.

Cette conception rend caduc le principe du conflit cognitif classique propre à l’approche constructiviste. Il ne s’agit pas d’un remplacement de conceptions, mais d’une coexistence qu’il faut gérer en intégrant des stratégies d’inhibition.

La reconnaissance de la coexistence des conceptions suppose une organisation différente de l’enseignement. L’enseignant ne cherche plus à modifier ou effacer les conceptions alternatives, mais tentera plutôt de développer la capacité d’inhibition de ses élèves. L’enjeu est qu’ils puissent bloquer l’utilisation de leurs conceptions alternatives lorsque le contexte est inapproprié. Il devra alors modifier la planification de son enseignement afin d’employer les stratégies adaptées à ce nouvel objectif.

Les apprenants doivent avoir recours à des régions cérébrales liées à l’inhibition (dont le cortex préfrontal ventrolatéral) pour répondre à des questions portant sur des sujets pour lesquels ils possèdent des conceptions alternatives. L’inhibition est la capacité du cerveau à contrôler des intuitions, des stratégies ou des habitudes spontanées en relâchant des neurotransmetteurs inhibiteurs qui viennent nuire à l’activation des réseaux de neurones responsable de ces intuitions, stratégies ou habitudes.

Le principe de l’inhibition permet également de considérer que le fait de fournir une bonne réponse pour un élève ne constitue pas une preuve d’un apprentissage définitif. Il s’agit plutôt d’un premier pas dans un processus marqué par plusieurs allers-retours entre la conception alternative et le concept scientifique.

Tout ceci offre de vastes pans potentiels de recherche en éducation et pose la question également de la conception des programmes (curriculum). En effet, certains concepts, particulièrement en sciences, gagneraient à être introduits tôt et une fois introduits, ils nécessitent un réinvestissement régulier pour renforcer les conceptions scientifiques au détriment des conceptions alternatives.

Nous en sommes donc au statut d’hypothèses, à étudier et évaluer. C’est ce que relève Guillaume Malenfant-Robichaud dans son mémoire. Il s’agit de l’utilisation d’alertes émotives pour souligner la présence de pièges intuitifs, ou de l’entrainement des élèves à reconnaitre les réponses erronées afin de favoriser l’utilisation des conceptions scientifiques.

L’apprentissage de l’inhibition semble pouvoir potentiellement contribuer à améliorer la capacité des élèves à surmonter les erreurs dues à leurs conceptions alternatives. Il semble évident également que l’enseignant doit constamment renforcer le concept scientifique afin de garantir la durabilité du changement conceptuel.







mise à jour le 27/07/20


Bibliographie


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