mercredi 2 mai 2018

Importance, fonctions et caractéristiques de la mémoire à long terme dans le cadre de l’apprentissage et de l’enseignement

J’ai passé mon agrégation en sciences naturelles (chimie et biologie) à l’UCLouvain, au début des années 2000, afin de devenir enseignant. À cette époque, le livre de référence en didactique était « Créer des conditions d’apprentissage, un cadre de référence socioconstructiviste pour une formation didactique des enseignants » de Philippe Jonnaert et Cécile Vander Borght (2008, De Boeck).

À le feuilleter à nouveau aujourd’hui, une chose me frappe particulièrement : nulle part dans ses quatre cents pages n’est mentionnée la notion de « mémoire à long terme ». Vu l’importance centrale que je lui accorde maintenant dans ma profession d’enseignant, cela me donne l’impression de contempler les abysses.



(Photographie : Flo Baehr)


La mémoire à long terme est un concept introduit initialement dans le modèle modal de la mémoire proposé en 1968 par Richard Atkinson et Richard Shiffrin.





La plupart des approches modernes de l’architecture cognitive humaine utilisent ce modèle modal à trois étages : la mémoire sensorielle, la mémoire de travail et la mémoire à long terme.

Tout ce que nous voyons, entendons, connaissons et pensons, dépend et est influencé par elle. Elle est incontournable dès que l’on prête attention à l’apprentissage.

Comme l’ont écrit Richard Clark, Paul Kirschner et John Sweller (2012) : « Si rien n’a été ajouté à la mémoire à long terme, rien n’a été appris ». Ainsi, on peut postuler que si un enseignement ne se traduit par un changement dans la mémoire à long terme des élèves, il n’y a pas eu d’apprentissage.

De même, il est assez évident que notre cerveau est radicalement différent dans son principe de fonctionnement de celui d’un ordinateur.

Quel élève n’a jamais envié la capacité de rétention parfaite et immédiate d’un ordinateur ou d’un smartphone quand lui passe des heures et brûle de l’énergie et du temps en conséquence pour « bloquer » les mêmes supports ?

Sauf que le traitement humain se base énormément sur un traitement du sens et avant tout sur une organisation des savoirs, tandis que l’ordinateur enregistre plutôt les informations telles quelles.

Notre mémoire, quand elle est utilisée à bon escient, n’a rien d’un dépôt passif de fragments discrets et isolés d’informations qui nous permettrait d’ânonner à l’identique ce que nous avons appris. Les informations doivent être traitées, organisées, reliées dans des réseaux sémantiques complexes pour avoir une chance de s’y maintenir.

C’est ce qui permet par la suite à la mémoire d’avoir une influence déterminante sur des processus cognitifs complexes comme la pensée et la résolution de problèmes. La mémoire à long terme joue le rôle d’une structure centrale et dominante de la cognition humaine.



Architecture de la mémoire à long terme


La mémoire à long terme est le lieu de stockage de tous les expériences, évènements, informations, émotions, capacités, mots, catégories, règles, etc. qui ont été acquis par les mémoires sensorielles et à court terme.

Elle constitue, pour chaque personne, sa connaissance du monde et d’elle-même.

L’architecture de la mémoire à long terme est fonction de son contenu. On distingue généralement :

  1. La mémoire déclarative
  2. La mémoire procédurale

Il existe également des processus d'apprentissage associatif et émotionnel plus fondamentaux qui ne doivent pas être ignorés.


  •  Pour une taxonomie des formes de connaissances, voir article.




1. La mémoire déclarative ou mémoire explicite


La mémoire déclarative, aussi appelée parfois mémoire explicite, concerne le stockage et la récupération de données qu’un individu peut faire émerger consciemment puis exprimer par le langage.

Elle est responsable de la mémorisation de toutes les informations sous forme verbale, c’est-à-dire celles que l’on peut exprimer avec notre langage. Elle représente la connaissance consciente des faits et des évènements.

À l’intérieur de celle-ci, on va distinguer la mémoire sémantique et la mémoire épisodique :

i. La mémoire sémantique :


  • Elle représente pour un individu la connaissance du monde dans lequel il évolue.
  • La majorité des apprentissages scolaires vont solliciter cette mémoire. 
  • Elle possède une capacité de rétention illimitée. 
  • Il s’agit d’une mémoire conceptuelle. 
    • Elle comprend des connaissances d’ordre général comme des concepts, des principes et des règles. Elle comprend aussi des images mentales et des plans d’action qui ont tous une portée générale. 
    • Les connaissances qu’elle contient sont considérées comme inertes parce qu’elles doivent être associées aux connaissances procédurales pour être utilisées lorsque nous agissons. 
    • La mémoire sémantique n’a pas de lien avec le temps et l’espace (par exemple : savoir qu’une pomme est un « fruit » n’est pas lié à un lieu ou à un instant donné).
  •  L’intégration des connaissances déclaratives s’effectue difficilement :
    • Comme elle se nourrit de mots, cette voie mémorielle est tributaire des associations, des comparaisons et des similitudes qui doivent être établies avec les acquis antérieurs. 
    • Elle gère l’information présentée sous forme de mots intégrés à des schémas cognitifs 

  • Pour plus d’informations sur les schémas cognitifs : voir article


ii. La mémoire épisodique :


  • La mémoire épisodique est un système cognitif permettant de se souvenir des expériences personnelles passées.
    • Il s’agit d’une mémoire autobiographique directement reliée au vécu. 
    • Elle contient des connaissances propres à chaque individu, des souvenirs. 
    • On se souvient des évènements vécus avec leur contexte (date, lieu, personnes présentes, état émotionnel).
  • Elle possède une capacité de rétention illimitée. Elle est mise à jour régulièrement et ne demande aucun entraînement.  
  • C’est la mémoire épisodique qui permet de faire l’expérience des faits passés à nouveau, c’est-à-dire de se remémorer le passé. 


2. La mémoire non déclarative ou mémoire implicite ou mémoire procédurale


La mémoire procédurale ou mémoire implicite (aussi appelée la mémoire « non déclarative »), contrairement à la mémoire explicite, ne requiert aucune pensée consciente. Elle nous permet de faire des choses de façon routinière. Cette mémoire n’est pas aisée à verbaliser, elle s’intègre sans effort dans nos actions.

Certains apprentissages nécessitent une série d’actions ou de gestes consécutifs à poser. Il s’agit par exemple d’apprendre à rouler à vélo, à jouer au tennis, à nouer ses lacets, à se comporter devant des inconnus, etc. Une séquence de procédures se crée alors. Les connaissances procédurales se traduisent donc concrètement en actions et en comportements.

Leur acquisition exige habituellement un entraînement plus ou moins long à travers lequel elles acquièrent un haut degré d’automaticité. Une fois acquises, les connaissances procédurales sont très stables et peuvent être parfois conservées, dans des conditions normales, tout au long de la vie : une fois appris correctement, rouler en vélo ne s’oublie pas ! Pour autant, il est compliqué de verbaliser ce qu’on fait exactement en matière de gestes.


  • Pour plus d’informations sur les caractéristiques de la mémoire procédurale : voir article.






Théorie ACT-R



L’ACT-R (Adaptive Control of Thought-Rational) est une théorie générale de la cognition développée par John Anderson et ses collègues de l’Université Carnegie Mellon. Elle diffère du modèle modal, mais présente un intérêt réel pour l’apprentissage également.

L’ACT-R se concentre sur les processus de la mémoire et offre un modèle qui a l’intérêt de clarifier les relations entre mémoire déclarative et mémoire procédurale. Selon cette théorie, les connaissances sont organisées en réseau et stockées sous forme de nœuds interconnectés.

L’ACT-R distingue trois types de structures de mémoire :

  • La mémoire à long terme :
    • La mémoire déclarative : 
      • Elle contient des informations factuelles ou conceptuelles qui proviennent de la perception ou de la déduction.
      • Elle comprend des faits dont nous sommes conscients quand nous raisonnons. 
      • Elle prend la forme d’un réseau sémantique reliant des propositions logiques, des images mentales ou des schémas cognitifs. 
      • Son unité fondamentale est le « chunk ». 
    • La mémoire procédurale : 
      • Elle contient des savoir-faire encodés sous la forme de règles de production, et qui sont susceptibles de s’appliquer à elles-mêmes. 
      • Il s’agit d’une connaissance « inconsciente », mais servant à notre raisonnement. 
      • Elle est dynamique et guide la façon dont la pensée se produit
      • Elle représente l’information sous forme de productions. Chaque production a un ensemble de conditions et d’actions basées sur la mémoire déclarative. 
  • La mémoire de travail (qui est explorée dans le cadre d’un autre article) : Les nœuds de la mémoire à long terme ont tous un certain degré d’activation. La mémoire de travail est la partie de la mémoire à long terme qui est la plus fortement activée. La mémoire de travail contient la représentation courante de l’environnement ou de la situation du moment. Elle assure le maintien temporaire d’informations. Elle est surtout considérée par comme un espace de traitement dans lequel s’accumulent les données nécessaires ou produites au cours des raisonnements effectués par le système cognitif pour résoudre des problèmes.

L’ACT-R repose sur 4 processus fondamentaux :

  1. Le stockage : il permet la mémorisation à long terme des représentations élaborées et contenues dans la mémoire de travail.
  2. La récupération : elle assure le recouvrement d’informations en mémoire déclarative.
  3. Le matching ou appariement : il permet de comparer le contenu de la mémoire de travail avec les prémisses des règles de production stockées en mémoire procédurale.
  4. L’exécution : elle provoque le transfert en mémoire de travail de la partie « action » des règles de productions dont l’appariement a réussi. 

Selon l’ACT-R, la cognition complexe résulte d’une interaction entre la connaissance déclarative et la connaissance procédurale :

  1. Toute connaissance commence par une information déclarative. La connaissance déclarative peut être acquise rapidement à partir d’un encodage direct de perceptions issues de l’environnement. 
  2. La connaissance procédurale s’apprend en faisant des inférences à partir de connaissances factuelles déjà existantes. La connaissance procédurale prend plus de temps et doit être compilée à partir de la connaissance déclarative par la pratique. Après un certain temps de pratique, le chemin de la production devient stable et l’apprentissage procédural a lieu. Les nouvelles productions sont formées par la conjonction ou la disjonction de productions existantes.


Fonctionnement du modèle ACT-R :

  1. Une information est prélevée dans l’environnement, elle est encodée puis stockée en mémoire de travail. 
  2. Cette information peut alors activer une partie de la mémoire déclarative et se propager dans le réseau relationnel qui la compose. 
  3. L’activation peut également s’étendre à la mémoire procédurale. 
  4. Les connaissances déclaratives activées sont transférées en mémoire de travail où elles viennent se combiner avec les informations perceptives, afin de constituer une représentation cognitive ou un modèle mental de l’environnement.
  5. L’appariement du contenu de la mémoire de travail avec les prémisses de certaines règles de production peut alors provoquer le transfert de ces dernières en mémoire de travail. Par la suite, dans un second temps, elles peuvent être mises en œuvre pour la production de performances.




L’ACT-R soutient trois types d’apprentissage fondamentaux :

  1. La généralisation, dans laquelle les productions deviennent plus larges dans leur champ d’application
  2. La discrimination, dans laquelle les productions deviennent plus étroites dans leur champ d’application
  3. Le renforcement, dans lequel certaines productions sont appliquées plus souvent. 


L’ACT-R comporte deux implications clés pour l’enseignement et l’apprentissage :

  1. Les connaissances existantes facilitent la réflexion et l’apprentissage. La cognition fonctionne uniquement à partir de la connaissance suffisamment activée.
  2. La pratique rend les connaissances permanentes. Une fois qu’une connaissance a été apprise, qu’elle soit correcte ou non, il est très difficile de la désapprendre. 





Caractéristiques de la mémoire à long terme dans le modèle modal




1) L’encodage


L’encodage est le processus initial qui mène à une représentation dans la mémoire.

Il a été montré pour l’encodage de nouvelles informations qu’il est plus souvent facile d’acquérir celles-ci à long terme quand une conclusion importante, ou les objectifs de l’activité sont déclarés à l’avance. Les apprenants disposent ainsi d’un cadre qui permet de comprendre les informations à venir et d’orienter l’attention efficacement.

On voit dès lors le bien fondé et l’avantage prodigué par le guidage de l’enseignement explicite face aux errances inévitables et peu fécondes pour la mémoire à long terme de l’approche par découverte.

Un lien existe entre la mémoire à long terme et la profondeur de traitement, d’élaboration de l’information. Toutes les informations ne sont pas traitées de manière identique, le traitement peut être :
  • Superficiel : ce sont les « caractéristiques physiques » qui priment, comme le son des mots et leur orthographe par exemple. 
  • Profond : ce sont alors les « caractéristiques sémantiques » qui dominent.



Lorsqu’une activité de mémorisation est volontaire, comme dans le cas d’un apprentissage, l’élève doit nécessairement, pour stocker les informations en mémoire à long terme avoir recours soit à la répétition, soit à un traitement profond.

Le premier processus mis en évidence, qui régit le stockage de l’information est la répétition. L’information qui est répétée assez longtemps peut trouver son chemin dans la mémoire à long terme.

De manière basique, c’est ainsi que la plupart des gens ont appris leur numéro de plaque de voiture, de téléphone, de même que les tables de multiplication et les lettres de l’alphabet. Cette répétition de maintenance dans son approche la plus basique et simpliste est aussi connue sous le nom d’apprentissage par cœur.

Un traitement plus profond entraîne une meilleure mémorisation, quel que soit le nombre de répétitions.

Il est possible de distinguer des éléments stockés en mémoire à court terme de ceux stockés en mémoire à long terme grâce aux effets de primauté et de récence. L’effet de primauté est un indicateur de la mémoire à long terme quand l’effet de récence est celui de la mémoire à court terme.

Dans le rappel d’une liste de mots, les premiers mots perçus (effet de primauté) et les derniers mots (effet de récence) sont les mieux retenus, les mots en milieu de liste le sont moins bien. Les premiers mots sont mieux retenus, car ils sont stockés en mémoire à long terme et les derniers mots sont mieux retenus parce qu’ils sont stockés en mémoire à court terme.

On peut réfléchir aux principes d’enseignement de Barak Rosenshine qui forment la base de l’enseignement explicite. Il s’agit des révisions, de la vérification de la compréhension, du modelage ou de la pratique guidée puis autonome. Dans le cadre de l’enseignement explicite, le stockage et l’encodage en mémoire à long terme apparaissent comme la priorité.


À l’opposé, on peut s’étonner que l’approche constructiviste prône souvent « qu’une trop grande quantité de guidage peut nuire à la performance ultérieure » !

La constitution des contenus de la mémoire à long terme s’opère par un passage de l’information entre la mémoire à court terme et la mémoire à long terme. Celui-ci s’effectue non pas comme un transfert, mais comme une copie.

Ainsi, il n’y a pas à proprement parler de « construction » du savoir, mais plutôt comme l’avance la théorie de la charge cognitive, un emprunt suivi d’une réorganisation ultérieure.

De nombreux souvenirs à long terme soient codés sous forme d’images, de sons, d’odeurs ou de goûts. En général, la mémoire à long terme est codée sous une forme significative, une sorte d’entrepôt mental du sens des mots, des concepts et de tous les évènements que les gens veulent garder à l’esprit.

Même les images, les sons, les odeurs et les goûts impliqués dans ces évènements ont une sorte de signification qui leur donne suffisamment d’importance pour être stockés à long terme.

On peut dès lors s’interroger sur l’efficacité d’une démarche où les apprenants déduisent ou découvrent l’information par eux-mêmes dans une approche constructiviste ! Avec quelle garantie d’exactitude et de complétude ? Tandis que l’enseignement explicite, pour en revenir à Barak Rosenshine, montre toute l’importante de « fournir des modèles » ou « vérifier la compréhension des élèves » !

2) Le stockage


Le stockage est la rétention dans le temps d’informations encodées.

La capacité de la mémoire à long terme semble illimitée. Il ne viendra jamais un jour où l’on ne pourrait pas mettre une information de plus dans notre tête. Peut-être que si les humains vivaient beaucoup plus longtemps, il pourrait y avoir une fin finie à la capacité de stockage de la mémoire à long terme. Mais dans la pratique, il y a toujours de la place pour plus d’informations.

 Le long terme ne signifie pas non plus que tous les souvenirs sont stockés pour toujours ; nos souvenirs personnels sont trop nombreux pour être conservés en permanence. Nous ne stockons pas non plus toutes les choses qui nous sont arrivées. Nous ne conservons que des souvenirs durables d’évènements notables et de concepts significatifs et importants pour nous.

La durée de stockage peut varier de quelques heures à plusieurs années : il est possible de récupérer, plusieurs années après, un même souvenir sans avoir besoin de le réactualiser pendant cette longue durée.

Les oublis en mémoire à long terme seraient le résultat de difficultés de récupération, d’interférences (confusion entre souvenirs) ou de pathologies.




3) La récupération et la consolidation


La récupération est l’extraction ultérieure d’informations stockées.

La consolidation est le processus par lequel la réactivation et la récupération d’informations en mémoire à long terme renforcent les informations mémorisées et les rendent plus durables.

La récupération consiste alors à restituer de façon plus ou moins littérale des informations perceptives qui ont été antérieurement transformées en représentations mnésiques.

Il existe deux formes de récupération :
  • La reconnaissance : on reconnaît les éléments qui ont été mémorisés antérieurement. 
  • Le rappel : il consiste à reproduire (à l’oral ou à l’écrit) le maximum d’éléments dont on se souvient.
La capacité à se souvenir d’une information mémorisée est plus grande quand il y a une bonne correspondance entre les circonstances dans lesquelles l’information a été encodée et les circonstances dans lesquelles on essaie de la récupérer. C’est ce qu’on appelle l’effet de contexte : la récupération des connaissances est meilleure quand le contexte est identique ou très semblable au contexte d’apprentissage. Les effets de contexte facilitent l’apprentissage, ce qui montre toute l’importance d’une évaluation formative ou de l’enseignement explicite. 

On peut s’interroger sur la pertinence ces situations problèmes, des problèmes « authentiques ». Identiquement, il est difficile de voir comment les procédures de la discipline revendiquées par l’approche constructiviste, plutôt que sur les processus cognitifs liés à l’apprentissage ! La démarche scientifique par exemple n’est pas un mode d’apprentissage.


À l’opposé, la volonté de multiplier les exemples qui explorent chaque nuance des concepts et ne laissent aucun aspect dans l’ombre, défendue par l’enseignement explicite est bien plus réellement la garantie d’un apprentissage profond !

Une large explicitation associée à une réactivation des connaissances intérieures atténue le risque d’interférences susceptibles de constituer un frein à l’apprentissage. Le flou dans la discrimination ou une absence de réactivation peut avoir comme conséquence l’affaiblissement de connaissances en mémoire à long terme. Une autre information que celle que l’on veut récupérer vient s’interposer dans le processus et crée une interférence.

Il y a un changement physique relativement permanent dans le cerveau lui-même lorsqu’une mémoire est formée. Cela signifie que bon nombre des souvenirs que les gens ont gardés longtemps, même depuis l’enfance, peuvent encore être là. Cela ne signifie pas que les gens peuvent toujours retrouver ces souvenirs. Les souvenirs peuvent être disponibles, mais pas accessibles, ce qui signifie qu’ils sont toujours là, mais pour diverses raisons les gens ne peuvent pas les « obtenir ».

L’accent mis sur l’espacement, les pratiques de récupération et la pratique autonome dans le cadre de l’enseignement explicite ont dès lors une pertinence évidente, car cela favorise l’établissement de liens solides.

Le fonctionnement de l’apprenant n’est pas considéré comme une boite noire. On ne passe pas d’un paradigme à l’autre au travers d’un déséquilibre provoqué par une situation d’apprentissage comme souhaité dans l’approche constructiviste. Il suffit de penser aux travaux sur l’inhibition qui montrent que les conceptions antérieures ne sont pas effacées, ni chez les néophytes ni chez les experts, mais simplement inhibées.




La mémoire à long terme au cœur de l’apprentissage et de l’enseignement


Nous sommes compétents dans un domaine parce que notre mémoire à long terme contient d’énormes quantités d’informations concernant ce domaine :

Cette information nous permet de reconnaître rapidement les caractéristiques d’une situation et nous indique, souvent inconsciemment, ce qu’il faut faire et quand le faire :
  • Les experts en résolution de problèmes tirent leurs compétences en s’appuyant sur la vaste expérience stockée dans leur mémoire à long terme, puis sélectionnent et appliquent rapidement les meilleures procédures pour résoudre les problèmes.
  • Sans notre énorme stock d’informations dans la mémoire à long terme, nous serions largement incapables de tout. Nous ne pourrions réaliser des actions simples comme traverser une rue. En effet, les informations dans la mémoire à long terme nous informent sur la façon d’éviter la vitesse du trafic. Il s’agit d’une compétence que beaucoup d’autres animaux sont incapables de stocker dans leur mémoire à long terme. De même, notre mémoire à long terme nous permet de réaliser des activités complexes comme jouer aux échecs ou résoudre des problèmes en mathématiques.
Notre mémoire à long terme incorpore une base de connaissances massive qui est au cœur de toutes nos activités cognitives.

L’objectif de toute instruction est de modifier la mémoire à long terme. Si rien n’a changé dans la mémoire à long terme, rien n’a été appris.

Considérons une recommandation pédagogique qui ne précise pas ou ne peut pas préciser ce qui a été modifié dans la mémoire à long terme. De même, elle ne viserait pas de manière délibérée à augmenter l’efficacité avec laquelle l’information pertinente est stockée dans la mémoire à long terme ou extraite de la mémoire à long terme. Elle a dès lors toutes les chances de se révéler inefficace.




(mise à jour 30/03/20)

Bibliographie


Ciccarelli & White. Psychology fifth edition. Pearson. 2018

Gerrig & Zimbardo. Psychologie 18e édition. Pearson. 2013

Kirschner, P. A., Sweller, J., & Clark, R. E. (2006). Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem—based, experiential, and inquiry-based teaching. Educational psychologist, 41(2), 75–86.

Marielle Lambert – Le Mener, « La performance académique des étudiants en première année universitaire : influence des capacités cognitives et de la motivation », Université de Bourgogne
, Faculté de lettres et sciences humaines, Thèse (2012)

Gauthier, C., Bissonnette, S., & Richard, M. (2013). Enseignement explicite et réussite des élèves. La gestion des apprentissages. Bruxelles : De Boeck.

Maurice Tardif, Mario Richard, Steve Bissonnette & Arianne Robichaud, Les sciences cognitives et l’éducation, dans Clermont Gauthier & Maurice Tardif, La Pédagogie (4e Édition), Chenelière Éducation, 2017, PP 227-230

ACT-R (John Anderson), consulté le 30/03/20, https://www.instructionaldesign.org/theories/act/

1.2.2.4.1 Le modèle ACT d’Anderson, consulté le 30/03/20, http://theses.univ-lyon2.fr/documents/getpart.php?id=lyon2.2010.banet_a&part=371623

Craig Barton, How I wish I’d taught maths, 2018, John Catt

Richard Clark, Paul Kirschner, and John Sweller “Putting Students on the Path to Learning: The Case for Fully Guided Instruction”, American Educator, Spring 2012 (Vol. 36, #1, p. 6–11), http://www.aft.org/pdfs/americaneducator/spring2012/Clark.pdf

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