samedi 9 mai 2020

Apprentissage en profondeur, mémoire sémantique et organisation des connaissances

Un enjeu important de l’enseignement est que les élèves puissent emmener leurs connaissances et leurs compétences avec eux. Ils s’en servent par la suite dans leur vie de tous les jours pour faire face à des situations nouvelles.


(Photographie : Elise Kirk)




Introduction


Nous évaluons, nous interrogeons nos élèves sur des connaissances récentes, sur des compétences auxquelles nous venons de les entrainer durant les quelques semaines et mois précédents.

Nos élèves apprennent pour la plupart, ils veulent réussir. Ils sont globalement consciencieux, mais ils ont à jongler entre différentes priorités en permanence. Ils n’ont pas que notre cours, ils n’ont pas que l’école qui occupe leurs pensées. Ils sont autant que possible attentifs lors de nos cours, ils font leurs devoirs dans les temps, préparent les évaluations et les examens en privilégiant régulièrement le sprint de la dernière ligne droite à la course de fond.

Lorsque nous les évaluons, nos élèves répondent avec plus d’aisance lorsque les questions sont posées de manière familière. Au plus, nous éloignons les énoncés et les tâches demandées de celles préalablement vues en classe, au plus leur résultat chute.




Un apprentissage plus superficiel que profond


Tout se passe parfois comme si une part non négligeable d’élèves disposaient de réponses toutes faites et cherchaient des questions qui y correspondent, plutôt que de s’investir dans le processus inverse.

Si la question est non familière, ils risquent l’impasse ou vont s’arrêter à des détails de surface pour l’apparier à une réponse qui finalement ne correspond pas forcément.

Les élèves peuvent répondre à des questions simples et misent sur les questions de ce type. Ils peuvent se retrouver incapables de mobiliser les mêmes connaissances dans le cadre de questions plus complexes.

Cela laisse supposer un apprentissage superficiel pour l’enseignant et de grandes difficultés à transférer les connaissances pour les élèves.

La problématique a déjà été entamée dans le cadre de deux articles :


Le présent article propose d’approfondir la question.




L’importance d’un apprentissage profond


L’apprentissage profond, la flexibilité, la généralisation des connaissances et la capacité de transfert des compétences qui en découle sont une finalité souvent formulée et de toute façon hautement souhaitable.

Le meilleur chemin pour y parvenir est d’accentuer l’importance de l’acquisition de connaissances et s’assurer de leur compréhension en travaillant sur les exemples, les contre-exemples et les analogies.

Une fois ces connaissances solidement installées dans la mémoire à long terme, il s’agit de les mobiliser au fur et à mesure dans une plus large gamme de contextes à travers la pratique. Cette voie est la plus sure pour assurer un transfert proche.

À travers ce processus de récupération, l’enseignant confronte ses élèves à un questionnement élaboratif. De même, il les familiarise aux formats, à la complexité et au style des questions d’évaluation.

Cette capacité de transfert est en fait liée à la fluidité, à la complexité, à la richesse et aux connexions des schémas cognitifs et réseaux sémantiques développés par les élèves. Cela leur demande beaucoup de questionnements élaboratifs et de réflexion pour créer des liens et les consolider.





Importance de la mémoire déclarative


Lorsqu’une nouvelle connaissance est pour la première fois acquise, elle est dite inflexible. Elle est complètement liée au contexte dans lequel elle vient d’être acquise.

Dans un premier temps, les élèves ne pourront se souvenir d’elle que dans le cadre de ce contexte initial. Dans leur mémoire à long terme cette nouvelle connaissance n’est solidement arrimée qu’à ce contexte et il est très incertain de la récupérer par une autre voie. Les connaissances inflexibles sont inévitables, c’est l’étape naturelle de l’acquisition d’une nouvelle connaissance.

Ces connaissances verbales sont gérées par la mémoire déclarative, elle-même subdivisée en mémoire épisodique et mémoire sémantique.


Le danger est qu’une première phase contextualisée de l’apprentissage va stocker ces connaissances dans le contexte de la mémoire épisodique qui est par nature plus inflexible et liée à la mémoire personnelle d’un individu. L’enjeu en matière d’apprentissage est plutôt qu’elle appartienne à la mémoire sémantique. Il faudra l’y transférer.

L’enjeu de la mémoire sémantique est qu’elle peut être accédée sans référence au contexte dans lequel les connaissances ont été initialement apprises, ce qui est souhaitable.







De la mémoire épisodique à la mémoire sémantique


D’une certaine manière, pour rendre des connaissances flexibles, plus générales et donc transférables, il faut qu’elles cessent d’être accédées uniquement à travers le contexte parfois anecdotique de leur apprentissage initial.

C’est-à-dire qu’il n’est pas idéal que les élèves se rappellent et utilisent uniquement comme porte d’accès le souvenir de leur enseignant leur expliquant tel contenu, à tel moment et dans tel contexte. Il n’est pas idéal à terme qu’ils récupèrent l’information pour des raisons particulières. Ils peuvent s’en souvenir parce qu’elle se trouve à tel endroit dans leurs notes de cours, entre tel et tel élément ou parce qu’ils l’ont initialement étudiée lors d’un trajet en train par exemple.

De même, il n’est pas forcément idéal qu’indéfiniment, l’accès à une information se fasse via une astuce mnémotechnique qui soit complètement déconnectée.

En résumé, il s’agit d’éviter que les élèves se souviennent de certaines connaissances générales grâce à un souvenir épisodique, c’est-à-dire à un événement spécifique.

Le principe d’un réseau sémantique est que l’information ne soit plus accédée via son contexte d’apprentissage, mais principalement via son sens, par association d’idées, à travers des liens cohérents et signifiants avec d’autres connaissances.

L’enjeu est que les élèves apprenant à récupérer une connaissance pour sa valeur propre, à partir d’élément du contexte où elle fait sens. Être obligé de passer par le contexte de l’apprentissage est limitant et peu durable.

Pour autant, il ne s’agit pas de diaboliser la mémoire épisodique. Elle est souvent la porte d’entrée et une bonne porte d’entrée pour rendre une connaissance rapidement accessible, mais on ne peut s’arrêter là, car elle est définitivement inflexible et statique par nature.

La première étape peut être que la nouvelle connaissance est acquise dans la mémoire épisodique des élèves, dans le contexte de son apprentissage initial. Il s’agit ensuite de les aider à y accéder sans référence à la manière dont ils l’ont apprise, afin de rendre les connaissances plus flexibles.

La seule solution est de les faire la récupérer dans différents contextes, de manière de plus en plus déconnectée du contexte d’origine et de plus en plus en rapport avec le sens large et profond de cette connaissance.

Dès lors, il s’agit de varier les approches, les situations et les contextes qui déclenchent pour les élèves la récupération de l’information. Faire réfléchir les élèves en fonction de différents indices et leur faire élaborer autour des connaissances dans divers contextes et de différentes manières augmente considérablement les chances qu’ils transfèrent leurs connaissances dans de nouvelles situations. Il s’agit également d’espacer cette pratique au fil du temps pour que ces connaissances viennent correctement s’intégrer entre d’autres.

L’idée est aussi que progressivement chaque question augmente en complexité, s’éloigne du contexte d’origine ou soit légèrement plus difficile que la précédente. Chaque question enrichit la connaissance de nouveaux indices de récupération dans des situations où elle est pertinente. La difficulté de la tâche vient souvent du fait que les élèves doivent retrouver les connaissances en l’absence de leurs indices contextuels initiaux.

Varier les contextes augmente pour les élèves le nombre d’indices de récupération ce qui renforce et approfondit leurs apprentissages au fil du temps.




Se détacher du contexte


Ce passage de la mémoire épisodique vers la mémoire sémantique est corroboré par d'autres recherches comme Steve Masson (2020) en fait l'écho dans le domaine des neurosciences.

 Lorsqu’on apprend quelque chose un certain contexte, le fait que des neurones qui s’activent ensemble se connectent ensemble, comme l'énonce la loi de Hebb, peut aussi avoir un effet négatif sur le transfert des apprentissages.

Les neurones de contexte auront tendance à se connecter aux neurones de l’apprentissage à réaliser.

Par exemple, le fait d’apprendre l’addition une procédure donnée comme la résolution d'un problème stoechiométrique ou d'une équation du second degré, à l’école, en classe, à une certain endroit dans la classe, avec un certain type d’éclairage, dans un certain état émotif et avec un certain état d’esprit rendra plus probable la réactivation des connaissances apprises dans ce même contexte.

En effet parfois pour se souvenir d'une information oubliée, il suffit de penser au contexte dans lequel on l'a apprise.

Steve Masson fait l'écho d'une étude remarquable de Godden et Baddeley (1975) :

  • Ils avaient demandé à des participants d’apprendre une liste de mots dans deux environnements nettement différents : sous l’eau et sur la terre ferme. 
  • Leurs résultats ont montré qu’il est plus facile de se rappeler des mots appris sous l’eau lorsqu’on est sous l’eau que sur la terre.
  • Inversement, il est plus facile de se souvenir des mots appris sur la terre lorsqu’on est sur la terre que sous l’eau.
On peut en conclure qu'il est plus facile de réactiver les connaissances apprises si on se trouve dans le même contexte que celui dans lequel l’apprentissage a été réalisé.

Il s'agit d'un problème qui porte en lui-même sa propre solution. Le transfert nécessite de décontextualiser les apprentissage de conditions environnementales elles-mêmes où ils ont été acquis.








Structuration de la mémoire sémantique


Les informations que nous enseignons à nos élèves sont en relation les unes avec les autres. C’est ce que la théorie de la charge cognitive décrit comme l’interactivité des éléments.


Un apprentissage approfondi impose que les élèves développent une bonne organisation, structuration et hiérarchisation des informations qu’ils acquièrent dans un domaine, ce qui en favorise leur maitrise dans différents contextes, à partir d’entrées et d’indices différents.

La mémoire à long terme fonctionne par des regroupements d’ensembles cohérents et connectés d’informations qu’on appelle chunks. Le développement de ces chunks facilite le rappel, la mobilisation et l’utilisation de ces connaissances.

La notion d’expertise dans un domaine est liée à la quantité de connaissances dans ce domaine, mais également à leur qualité. Cette qualité tient à la façon dont les connaissances sont organisées, structurées, accessibles et fonctionnelles dans la mémoire à long terme.





L’importance des schémas cognitifs


Les modèles mentaux ou schémas cognitifs nous aident à comprendre et à retenir plus facilement de nouvelles informations et de nouvelles idées. Ils fournissent une structure permettant de vérifier et de mettre en perspective. Ils favorisent la création de liens avec des informations préalables. Toute cette réflexion va faciliter l’intégration et la rétention de la nouvelle information.


Les schémas cognitifs offrent des grilles de lectures qui favorisent la compréhension et le traitement de nouvelles informations.

Ils permettent aux élèves d’appliquer leurs connaissances pour répondre aux questions avec précision et d’aborder plus efficacement la résolution de problèmes.

En effet, la première étape de résolution d’un problème est de comprendre son énoncé, les données, le contexte et ce qui est attendu. Les schémas offrent des grilles d’analyse et d’interprétation qui permettent d’accéder à la structure sous-jacente du problème. L’atteindre permet d’entamer sa résolution. L’obtention d’un modèle mental par le développement de schémas cognitifs rend les élèves capables de mettre leurs connaissances en pratique.





Préparer le terrain


Le développement de schémas cognitifs performants est une condition incontournable à un apprentissage en profondeur et durable. La question est de voir en tant qu’enseignant comment aider à soutenir leur développement.

La première étape est de faire prendre conscience aux élèves de leur existence et de leur nature incontournable. Connaitre leur importance et les considérer comme des structures à développer est fondamental. En effet, le choix des stratégies employées peut avoir un impact indéniable. Cela constitue une démarche métacognitive qui peut favoriser l’autorégulation de l’apprentissage.

Un danger pour l’enseignant ou pour l’élève est d’accorder plus d’attention au contenu des connaissances transmises qu’à leur organisation. Il faut prendre conscience que l’organisation des connaissances n’est pas un processus naturel, elle est propre au contenu et au domaine. Il est donc crucial, en tant qu’enseignant, de savoir à quoi ressemble un modèle mental utile dans le domaine de matière particulier que l’on va enseigner. Il faut identifier les structures et les connexions qui aident les élèves à donner un sens à leur apprentissage, les présenter et les enseigner.






Structurer la connaissance dans le sens de son utilisation


Les structures d’organisation les plus adéquates sont intrinsèques aux caractéristiques, aux principes et à la logique de la discipline concernée. Il s’agit de ne pas réinventer la roue et de ne pas s’investir dans une démarche attrayante juste pour le principe. Ainsi, il est peu probable que le développement d’un sketchnote ou d’une carte mentale de manière spontanée et personnelle puisse être réellement ce qu’il y a de plus pertinent à faire. Il est autrement plus utile de sélectionner et de privilégier des modèles experts disponibles dans la littérature.

La façon dont on planifie que les élèves devront manipuler les contenus doit guider nos choix. En ligne de mire, nous devons conserver la structure profonde souhaitée.

Souvent, l’enseignant utilise ces structures de manière tacite, implicite, sans s’en rendre compte. Mais si elles sont évidentes pour lui, elles ne le sont pas d’emblée pour les élèves. Les élèves ne peuvent pas organiser ce qu’ils ne connaissent pas.

Il est donc indispensable de rendre explicites les structures organisationnelles intrinsèques à la matière, de les enseigner et de faire un suivi de leur apprentissage.




Hiérarchiser les contenus


La capacité à catégoriser est une connaissance biologique primaire pour l’être humain. Il s’agit d’une compétence innée que nous manifestons d’emblée et qui n’a pas besoin d’être enseignée, qui se réalise sans difficulté.

L’idée est donc dans le cadre des structures d’information que nous proposons aux élèves, de remplacer tout se qui se rapporte à une liste de connaissances par une hiérarchie.

Comme Frederick Reif le décrit dans son livre « Applying Cognitive Science to Education » (2010), il existe quatre formes d’organisation des connaissances :



(source : Oliver Caviglioli)




Frederick Reif (2010) suggère que, des quatre formes d’organisation des connaissances, la hiérarchie est la plus utile.

Elle nous permet de visualiser les idées à différentes échelles et d’exploiter à merveille notre capacité innée à catégoriser.

D’après Alex Wright (2007), une structure hiérarchique mémorable ne devrait pas comporter plus de trois niveaux. Cela correspond bien à l’idée d’une mémoire de travail capable de gérer 4 +/- 1 éléments. Lorsqu’un apprenant considère trois niveaux de hiérarchie qui sont neufs pour lui, il garde ainsi un espace de stockage pour considérer un quatrième élément en fonction de cette hiérarchie.

On peut s’interroger sur la préférence des hiérarchies face aux réseaux. Si les hiérarchies sont moins complexes et exploitent assez simplement la notion de catégorisation, les réseaux ne sont pas d’emblée à rejeter s’ils sont exploités intelligemment et avec parcimonie.

La question se pose dans la nature des liens que met en scène un réseau. Parfois, un réseau peut permettre de simplifier une structuration hiérarchisée.

Par exemple, on peut d’un côté imaginer une hiérarchie de plantes qui les classes en annuelles, bisannuelles et vivaces. De l’autre côté, on peut considérer une seconde hiérarchie de plantes qui les classe en comestibles, condimentaires et non comestibles.

Les deux hiérarchies sont susceptibles d’être regroupées en un seul réseau, qui par exemple utiliserait un code couleur en guide de lien pour classer les plantes en fonction de leur utilisation.

Dans ce cas précis, un réseau permettrait d’économiser une hiérarchie sans forcément que l’on perde beaucoup de lisibilité. Le croisement des informations pourrait de même ajouter une valeur ajoutée.

Le réseau peut être ainsi utilisé dans des situations où intentionnellement il évite de devoir partager notre attention entre deux hiérarchies.






Bibliographie


Harry Fletcher-Wood, 2019, Deep learning? Planning for knowledge transfer: Responsive Teaching update https://improvingteaching.co.uk/2019/10/20/deep-learning-planning-for-knowledge-transfer-responsive-teaching-update/

Harry Fletcher-Wood, 2019, Deep learning (2): structuring and organising knowledge—responsive teaching update, https://improvingteaching.co.uk/2019/12/01/deep-learning-2-structuring-and-organising-knowledge-responsive-teaching-update/

Reif, F. (2010). Applying Cognitive Science to Education: Thinking and Learning in Scientific and Other Complex Domains. Bradford.

Wright, A. (2007). Glut: Mastering information through the ages. Ithaca: Cornell University Press.

Steve Masson, Activer ses neurones, 2020, Odile Jacob

Godden, D. R., & Baddeley, A. D. (1975). Context-dependent memory in two natural environments: On land and underwater. British Journal of Psychology, 66(3), 325–331. https://doi.org/10.1111/j.2044-8295.1975.tb01468.x

0 comments:

Publier un commentaire