mercredi 25 septembre 2019

Développement cognitif et contexte scolaire

De l’entrée en maternelle à la sortie du secondaire, les élèves passent par des périodes de profond changement en ce qui concerne leur développement cognitif. Celui-ci a lieu parallèlement à la maturation de leur système nerveux.


(Photographie : Noah Kalina)


Limites actuelles et apports du modèle de Piaget


D’un point de vue historique, le modèle du développement intellectuel de Jean Piaget a joué un rôle fondateur en psychologie du développement.

Le psychologue suisse Jean Piaget (1896-1980) fut un pionnier dans la psychologie du développement. Il a consacré ses recherches à la transformation de l’esprit humain. Il a avancé l’idée que le développement de la pensée se fait par quatre stades. Chaque stade possède plusieurs subdivisions. Chaque fois qu’un stade est atteint, cela engendre la reconstruction de tout l’édifice des connaissances apprises jusque-là.

La plus grande innovation de Piaget a sans doute été d’introduire l’étude empirique du développement psychologique des enfants. 

Actuellement, les avancées en psychologie du développement et en neurosciences ont très largement amené à reconsidérer les théories de Piaget. Les étapes générales du développement ne limitent pas l’évolution cognitive et l’apprentissage chez l’élève.

Les faiblesses des modèles et théories avancées par Piaget sont pour une part, attribuables aux limitations de son approche expérimentale. Il n’a étudié qu’un nombre limité d’enfants, constitué par ses propres enfants, ainsi que ceux de ses collègues. En plus de sa petite taille, ce groupe d’étude ne présentait qu’une très faible diversité en matière d’origine sociale, culturelle et économique.

De même, les dispositifs expérimentaux qu’il a utilisés manquaient de neutralité. Ils semblaient viser plus à prendre les enfants au piège. Il ne recherchait pas jusqu’où aurait pu aller leur raisonnement s’il avait été étayé.

Il est également reproché au modèle de Piaget de sous-estimer l’apprentissage social issu des interactions avec les enseignants et les parents. Deux aspects particulièrement négligés par Piaget sont la valeur de l’apprentissage familial et de l’apprentissage scolaire dans le développement des capacités de l’enfant.

De nombreuses découvertes ont contribué à réfuter le modèle de Piaget. Contrairement à ce qu’avançait Piaget, le développement cognitif de l’enfant et de l’adolescent est un processus dynamique non linéaire. Il se construit progressivement parallèlement à ses différents apprentissages.

Plutôt que l’âge de l’élève en lui-même, ce qui explique la réussite ou l’échec dans une tâche donnée est attribuable à : 
  • La familiarité avec le contexte
  • La maitrise du concept à mobiliser
  • La capacité à inhiber un automatisme ou une heuristique donnée

Un concept intéressant à retenir chez Piaget est celui de la classification. La classification est la capacité de regrouper des objets par ensembles ou par catégories en utilisant des propriétés concrètes ou abstraites. Elle est une des bases de la construction de l’intelligence et participe à l’élaboration des schémas cognitifs. Elle permet à l’enfant de réunir ou de séparer les nombreuses informations disponibles dans son environnement.

La prise en compte de la classification de Piaget en classe facilite un apprentissage durable. La raison est que nous apprenons plus efficacement lorsque nous sommes actifs sur du concret.

La plupart des informations que nous retenons sont concrètes et liées à la situation. C’est pourquoi il est si difficile d’appliquer des connaissances acquises dans une situation donnée à une autre situation. 

Si nous voulons enseigner quelque chose de nouveau à un élève, il sera toujours préférable de commencer par des exemples concrets et variés. Nous allons progressivement les développer jusqu’à en faire émerger un niveau plus abstrait.

Nous allons maintenant passer en revue différents aspects et dimensions utiles concernant le développement du système exécutif en rapport avec l’apprentissage scolaire. Mais avant cela, nous commençons par deux preuves qui invalident le modèle de Piaget.



Les protocompétences du bébé


À la naissance, le bébé possède déjà un certain nombre de protocompétences d’où démarreront ses apprentissages. Nous avons détecté très tôt chez les jeunes enfants des compétences précoces et innées (biologiques) dans certains domaines. 

Le bébé est capable :
  • D’estimer de manière visuelle ou auditive des différences de quantité dans son environnement
  • De faire des opérations arithmétiques et d’avoir des notions de nombre au-delà de trois unités
  • De catégoriser des objets, par exemple distinguer les entités animées et inanimées
  • De faire preuve de compétences d’ordre statistique sous forme d’inférences bayésiennes
  • De préférer les individus prosociaux à ceux qui ont des comportements antisociaux
  • D’inférer les intentions et de comprendre les états mentaux d’autrui  
  • D’avoir des notions de physique : les objets immobiles bougent lorsqu’ils rencontrent des objets mobiles et les objets inanimés doivent être mis en mouvement.


L'erreur de conjonction, un biais cognitif


Le développement de certaines compétences se heurte également à des biais.

À 7 ans, un enfant est capable d’appréhender la logique de la catégorisation en classes, selon laquelle il y a toujours plus d’éléments dans une classe que dans une sous-classe. Cependant, en fonction du contexte, même un adulte peut se tromper et commettre une erreur de conjonction.

L’erreur de conjonction (aussi connue sous le nom de problème de Linda) est une erreur formelle qui se produit lorsque nous supposons que des conditions particulières sont plus probables qu’une seule condition générale.

L’erreur de conjonction consiste à baser son jugement sur des informations de personnalisation plutôt que statistiques.

L’exemple le plus souvent cité de cette erreur provient d’Amos Tversky et Daniel Kahneman en 1983 :

Linda a 31 ans, elle est célibataire, franche et très brillante. Elle possède une maitrise de philosophie. Étudiante, elle se montrait très préoccupée par les questions de discrimination et de justice sociale, elle participait aussi à des manifestations antinucléaires.

Selon vous, Linda a-t-elle plus de chance d’être :

1. Enseignante dans une école primaire.
2. Libraire et inscrite à des leçons de yoga.
3. Active dans le mouvement féministe.
4. Travailleuse sociale en milieu psychiatrique.
5. Membre de la ligue des électrices.
6. Guichetière dans une banque.
7. Vendeuse d’assurances.
8. Guichetière dans une banque et active dans le mouvement féministe.

La très grande majorité des gens (85 %) répond 8. C’est en dépit du fait que la probabilité que deux événements se produisent « ensemble » (proposition 8) est toujours inférieure ou égale à la probabilité qu’un de ces événements se produise (propositions 3 ou 6).

Tversky et Kahneman se sont intéressés à la question. Ils expliquent que si la plupart des gens se trompent c’est parce qu’ils ne construisent pas leur réponse à partir d’un raisonnement logique et probabiliste (loi d’inclusion). La plupart des gens procèdent à un raisonnement basé sur les informations de représentation (le texte décrivant Linda), c’est-à-dire à partir d’une heuristique.

Dans d’autres démonstrations, ils ont fait valoir qu’un scénario particulier semblait plus probable en raison de sa représentativité, alors qu’en réalité chaque détail ajouté rendrait en fait le scénario de moins en moins probable.

Dans une étude expérimentale incitative, il a été démontré que l’erreur de conjonction a diminué chez les personnes ayant une plus grande capacité cognitive, bien qu’elle n’ait pas disparu. Il a également été démontré que l’erreur de conjonction devient moins fréquente lorsque les personnes ont le droit de se concerter avec d’autres sujets.

Dans une autre expérience, ils ont demandé aux participants :

Considérez un dé régulier à six faces avec quatre faces vertes et deux faces rouges. Les dés seront lancés 20 fois et la séquence des verts (G) et des rouges (R) sera enregistrée. On vous demande de choisir une séquence, parmi un ensemble de trois, et vous gagnerez 25 $ si la séquence que vous choisissez apparaît sur les jets successifs du dé.

RGRRRR
GRGRRRR
GRRRRRRR

65 % des participants ont choisi la deuxième séquence, bien que l’option 1 y figure et soit plus courte que les autres options. Dans une version où le pari de 25 $ n’était qu’hypothétique, les résultats n’étaient pas très différents. Tversky et Kahneman soutiennent que la séquence 2 semble « représentative » d’une séquence aléatoire (par rapport à l’illusion de l’enchaînement).

Dans une expérience, la question du problème de Linda a été reformulée comme suit :

Il y a 100 femmes qui correspondent à la description ci-dessus (c’est-à-dire de Linda). Combien sont-elles ? 

Des guichetières de banque ? __ sur 100
Des guichetières de banque et actifs dans le mouvement féministe ? __ sur 100

Alors qu’auparavant 85 % des participants donnaient la mauvaise réponse (guichetière de banque et active dans le mouvement féministe), dans les expériences faites avec cette question, aucun des participants n’a donné une mauvaise réponse. Les participants ont été obligés d’utiliser une approche mathématique et ont donc reconnu plus facilement la différence.

Cependant, dans certaines tâches basées uniquement sur des fréquences, et non sur des histoires, qui utilisaient des formulations logiques claires, les erreurs de conjonction ont continué à se produire. 

Une implication intéressante de ce biais est qu’il touche virtuellement tout le monde et que la façon dont une question est posée est susceptible de le déclencher plus ou moins fortement. Nous devons y faire attention.



Fonctions cognitives et développement du cerveau


Dans les grandes lignes, il est considéré que le cerveau se développe de l’arrière vers l’avant. La dernière partie à se développer est la plus antérieure, le cortex préfrontal.

En effet, le cortex préfrontal est l’une des dernières régions du cerveau à mûrir, selon la plupart des indicateurs de développement. À l’opposé, le cortex somatosensoriel et le cortex moteur primaire primaire mûrissent plus tôt.



L’examen de la littérature sur le développement indique que, chez l’enfant, les fonctions cognitives et émotionnelles du cortex préfrontal se développent en synchronisme apparent avec sa maturation structurelle. 

Le développement à long terme des fonctions exécutives peut être mis en parallèle avec les changements neurophysiologiques, en particulier la synaptogénèse et la myélinisation dans le cortex préfrontal.

Le cortex préfrontal joue un rôle important dans les fonctions exécutives. Les fonctions exécutives incluent :
  • L’organisation des apports sensoriels généraux
  • Le maintien de l’attention 
  • La planification
  • Le raisonnement 
  • La compréhension du langage
  • La mémoire de travail
  • La coordination des comportements orientés vers les objectifs. 

Ces fonctions sont un aspect crucial de ce qui caractérise l’esprit humain.



Rôle du cortex préfrontal en lien avec les émotions et la motivation


Le cortex préfrontal partage des interrelations intensives avec d’autres régions du cerveau, comme les ganglions de la base, le thalamus, le tronc cérébral, l’hippocampe, l’amygdale et d’autres régions néocorticales. Ces liens intrinsèques avec d’autres domaines donnent accès à des réponses émotionnelles et à d’autres informations.

Le cortex orbitofrontal est une région du cortex préfrontal qui participe au processus cognitif de prise de décision :
  • Il permet de gérer les émotions et récompenses en lien avec les décisions.
  • Il comporte des processus qui impliquent la valeur des informations entrantes en matière de motivation ou d’émotions reliées.
  • Il gère les renforçateurs primaires (non appris) comme le goût, l’odorat et le toucher.
  • Il gère la représentation des relations acquises entre des stimuli arbitraires neutres et des récompenses ou punitions
  • Il coordonne l’intégration des informations précitées pour guider la sélection, la répression et le processus décisionnel.



Développement des fonctions exécutives


Le développement du cerveau commence in utero à la troisième semaine de gestation et se poursuit jusqu’à l’adolescence pour se finaliser au début de l’âge adulte vers la moitié de la troisième décennie.

Les fonctions cognitives supérieures telles que le langage et l’intelligence continuent à se développer jusqu’à la troisième décennie de la vie. Elles sont soutenues par le cortex préfrontal latéral, qui ne semble pas atteindre sa pleine maturité avant cette époque.

La plupart des fonctions cognitives semblent toutefois atteindre un plateau relatif de maturité vers l’âge de 12 ans.





Attention et mémoire de travail


Les composantes de l’attention semblent se développer graduellement vers la pleine maturité vers l’âge de 12 ans, avec un développement maximal entre 6 et 9 ans. Les enfants de 9 ans et plus sont capables de bien surveiller et réguler leurs actions.

Les systèmes de mémoire de travail s’améliorent fondamentalement durant la petite enfance. L’enfant atteint le niveau de performance adulte à l’âge de 10-12 ans.


La planification


La planification efficace est essentielle à l’auto-organisation. Elle implique :
  • L’établissement d’un objectif, 
  • La formulation d’une liste de contrôle des tâches nécessaires pour l’atteindre.
  • L’exécution de chacune des tâches jusqu’à ce que l’objectif soit atteint. 

Différentes études suggèrent que les enfants et les adolescents présentent des déficiences en matière de planification :
  • Lorsque les objectifs sont clairs, à l’âge de 6 ans, les enfants peuvent faire des plans détaillés. 
  • La capacité de planification et d’organisation se développe rapidement entre 7 et 10 ans et progressivement jusqu’à l’adolescence. 
  • Les jeunes enfants utilisent des stratégies simples, généralement inefficaces. Entre 7 et 11 ans, le comportement stratégique et les capacités de raisonnement deviennent plus organisés. 
  • La planification semble continuer à se développer jusqu’à l’âge de 12 ans avec un plateau vers l’âge de 12-13 ans.
  • L’amélioration des stratégies et de la prise de décision se poursuit pendant l’adolescence. Des études ont fait état d’une amélioration des compétences de planification dans les premières années à partir de 20 ans. 



L’intégration temporelle


L’intégration temporelle est la capacité d’organiser des éléments de perception et d’action séparés dans le temps en une pensée, un discours ou un comportement orienté vers un but. L’intégration temporelle consiste à combiner l’information au fil du temps pour améliorer la détection ou la discrimination.

Le développement de l’intégration temporelle dépend à la fois de la mémoire de travail, de l’attention et de la planification et se développe en même temps que les autres. L’intégration temporelle semble se développer à environ 12-13 ans comme le développement de la mémoire de travail et de la planification.



Le contrôle inhibiteur


Le rôle du contrôle inhibiteur est de supprimer l’information et les actions qui sont des situations inappropriées. 

La performance dans les tâches cognitives qui nécessitent un contrôle inhibiteur s’améliore tout au long de l’enfance à partir de 4 ans. 



Développement du langage


Dans la petite enfance, nous pouvons observer une augmentation de la vitesse et de la fluidité verbale du langage, en particulier entre 3 et 5 ans.

La vitesse et la fluidité du traitement continuent de s’améliorer au cours de la période intermédiaire de l’enfance avec des gains significatifs de la vitesse de traitement observés entre 9-10 et 11-12 ans.

L’amélioration de l’efficacité et de la fluidité du langage continue à se produire lors de l’adolescence.



Développement de la cognition sociale


La cognition sociale définit l’identification et l’interprétation des signaux sociaux, et l’utilisation de ceux-ci pour guider une exécution flexible de comportements sociaux appropriés, face à des situations changeantes.

Le cortex préfrontal participe également avec d’autres régions à ce qu’on appelle le cerveau social, de sorte qu’il joue un rôle dans le comportement social.

Le cortex préfrontal est ainsi impliqué dans la motivation et la récompense sociale, de même que dans des sentiments d’acceptation sociale. Il fait également partie d’un réseau qui s’inscrit dans le domaine social, comme l’imitation, le raisonnement social abstrait et la résolution des conflits dans les indices sociaux.

Des études menées auprès d’enfants et d’adolescents ont montré une association entre la maturation cérébrale et une régulation accrue du comportement émotionnel, cette dernière étant sous l’influence du cortex préfrontal :  
  • Le cerveau adulte est plus répondant en fonction des demandes d’attention.
  • Le cerveau adolescent est plus répondant en fonction des demandes d’émotion.

Le contenu émotionnel du stimulus induit une activité plus élevée chez les adolescents que chez les adultes dans certaines zones du cortex préfrontal. Les adolescents ont dès lors tendance à plus réagir à l’émotion que des adultes.
Les systèmes de traitement des émotions du cerveau sont en plein développement au cours de l’adolescence.



Développement de la théorie de l'esprit


La théorie de l’esprit est la capacité d’un individu à interpréter les sentiments, les motifs, les opinions et les émotions d’un autre sur la base de ses expressions. C’est une capacité nécessaire pour une interaction sociale efficiente (voir article) :
  • Les enfants développent une compréhension des désirs, des buts et des intentions vers l’âge de 18 mois.
  • La compréhension de nombreux états mentaux tels que vouloir, savoir, faire semblant ou croire est disponible sous forme implicite aux enfants de 2 ans. 
  • Les critères typiques de la mentalisation se développent vers l’âge de 4 ans. 
  • À l’âge de 6 ans, tous les enfants au développement typique comprennent les tâches, impliquant des scénarios plus complexes.

La recherche indique quelques changements entre l’enfance, l’adolescence et l’âge adulte en ce qui concerne la stratégie neurale pour mentaliser. Bien que le même réseau neuronal soit actif, les rôles relatifs des différentes zones changent. La maturation se produit durant toute l’adolescence.



Mis à jour le 06/11/2023


Bibliographie


Jean-Luc Berthier, Grégoire Borst, Mickaël Desnos, Frédéric Guilleray, Les neurosciences cognitives dans la classe, p7, ESF Sciences Humaines, 2018

Conjunction fallacy, https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Conjunction_fallacy&oldid=906941118 (last visited Aug. 8, 2019).

Erreur de conjonction. (2019, avril 3). Wikipédia, l’encyclopédie libre. Page consultée le 13:19, avril 3, 2019 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Erreur_de_conjonction&oldid=158108590.

Çıkılı Uytun, Merve. (2018). Development Period of Prefrontal Cortex. 10.5772/intechopen.78697.

Pedro De Bruyckere, Paul A. Kirschner and Casper D. Hulshof, Urban myths, 2015, Academic Press

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