samedi 21 juillet 2018

Idées maîtresses et schémas cognitifs, mêmes objets de connaissance fondamentaux ?

Le principe des idées maîtresses, Big Ideas, vient de l’approche instructionniste, Direct Instruction (DI). L'Enseignement Direct (DI) est un modèle d'enseignement efficace, explicite et dirigé par l'enseignant, développé par Siegfried ("Zig") Engelmann et son équipe dans les années 1960.



(Photographie : William Broadhurst)


L’Enseignement Direct se distingue des autres modèles d'enseignement explicite (comme l'enseignement explicite, Success for All ou l’enseignement direct (direct instruction – avec des minuscules !)) en mettant un accent tout particulier sur la conception des programmes d'études (avec structuration systématique et approfondie des contenus d’apprentissage) et la prestation efficace de l'enseignement.




Ce que sont les idées maîtresses (big ideas) !


Tout n’est pas important au même degré dans un programme. C’est pourquoi il est utile de distinguer l’essentiel de l’accessoire. Faire ressortir les idées maîtresses permet en même temps de repérer les notions accessoires.

Les idées maîtresses sont les éléments centraux, les concepts clés, les savoirs fondamentaux, les habiletés de base que l’enseignant doit enseigner prioritairement.

Les idées maîtresses permettent de construire des compétences, des généralisations et s’intégrer à d'autres structures de connaissances.





Idées maîtresses ou schémas cognitifs ?


Les idées maîtresses telles que présentées dans le livre « Enseignement explicite et réussite des élèves » et dont je fais l’écho ici, correspondent étrangement à la notion de "schéma" en psychologie cognitive. Le lien entre les deux a été mis en évidence dans divers écrits, assez paradoxalement de mouvances constructiviste, de Catherine Twomey Fosnot et dans un article de Sharron Derry (1996, Cognitive schema theory in the constructivist debate, in Educational Psychologist - June 1996).

A côté d’autres notions de psychologie cognitive que sont les concepts, les catégories, les hiérarchies ou réseaux sémantiques et qui sont aisément transposables, celle de schéma est naturellement moins intuitive. D’un point de vue apprentissage elle n’en demeure pas moins cruciale.

La construction des schémas cognitifs dans notre mémoire à long terme est constitutive du fonctionnement de la mémoire :

Les schémas sont des cadres conceptuels en mémoire à long terme, ou des groupements de connaissances relatifs aux objets, aux personnes, aux situations et aux savoirs et savoir-faire scolaires ou intellectuels


  1. L'information conceptuelle fait sont entrée en mémoire de travail via des informations récoltées par nos sens sous l'influence de l'attention.
  2. La mémoire de travail étant limitée, elle ne peut contenir qu'une quantité limitée d'information à la fois (quatre informations nouvelles à la fois selon le modèle de Cowan).
  3. La traitement répété de l'information entraine son stockage en mémoire à long terme. Celle-ci présente l'avantage d'être illimitée. 
  4. Une fois l'information consolidée nous pouvons l'activer à partir de la mémoire de travail. Cette activation en mémoire de travail des informations stockées en mémoire à long terme ne consomme pas de ressource en mémoire de travail.
  5. Les schémas cognitifs associent entre eux, sous forme de réseaux, une série de concepts, de savoirs et de savoir-faire. 
  6. C'est ici le facteur-clé de tout le processus : une nouvelle information ne sera stockée que si on peut la connecter à une connaissance déjà stockée en mémoire à long terme. A ce titre, les connaissances préalables sont un facteur majeur de notre capacité à apprendre de nouvelles connaissances.
  7. Au plus complexes et au plus interconnectés sont nos schémas cognitifs, au plus simple il est :
    • De comprendre de nouvelles informations reliées et de les connecter
    • D'organiser et de structurer les informations contenues dans ces schémas
  8.  Au plus nos schémas sont complètement formés et interconnectés entre eux, au plus ils peuvent être explorés et rappelés avec fluidité et précision. De là vient l'expression de Daniel Willingham, "Understanding is memory in disguise" : la compréhension est une mémoire déguisée. Une compréhension profonde repose sur la présence de toutes les informations interconnectées en mémoire dans des schémas cognitifs interconnectés et complexes. 



Les différentes connaissances sont ainsi organisées dans la mémoire à long terme par des processus associatifs. Le rappel d'un élément quelconque active les autres éléments qui lui sont rattachés. Ainsi, un élément récupéré peut réactiver une foule d'autres éléments dans le champ de la conscience.

On possède ainsi en mémoire à long terme un schéma pour la « cuisine » qui associe tous les éléments de connaissances, les concepts, qu’on y retrouve typiquement : frigo, évier, four, cuisinière, etc. Ce schéma nous permet de repérer directement un élément anormal lorsque nous pénétrons dans une cuisine. Ce qui est vrai pour la cuisine est vrai pour n’importe quel secteur de connaissance. On attend d’un élève du secondaire qu’il ait un schéma cognitif correspondant entre autres à la structure d’une cellule en biologie, aux équations du second degré en mathématiques, aux problèmes stœchiométriques en chimie ou encore au schéma narratif en français.





Schémas cognitifs et réseaux sémantiques



Les deux types de connaissances (déclaratives et procédurales) sont emmagasinés dans la mémoire à long terme selon deux modes d’organisation qui s’entremêlent : le réseau sémantique et le schéma cognitif.

A l’intérieur des schémas cognitifs, les informations sémantiques forment un réseau sémantique représentant les liens, associations, catégories et relations qui peuvent exister entre les significations des mots ou des concepts.

Ainsi, la simple évocation d’un terme comme « lapin » peut activer une série de concepts qui lui sont associés comme : carotte, renard, chasseur, herbe, clapier, mammifère, etc.

Ces différents concepts sont inter-reliés les uns aux autres à la manière des mailles d’un filet de pêche, ces associations étant porteuses de sens.

Dans la mémoire à long terme, tout nouveau savoir vient ainsi se lier par maillage en association avec les connaissances antérieures. De nouvelles connaissances ne peuvent donc pas être isolées mais être comprise grâce à l’éclairage de connaissances préalables auxquelles elles se lient.

Schémas cognitifs et réseaux sémantiques se recouvrent, mais les premiers contribuent surtout à mettre en forme et à interpréter les nombreuses informations issues de l’environnement. Ils aident à organiser le monde et agir en son sein. Il s’agit de représentations génériques de personnes, d’objets, d’évènements, de situations, de procédures, de mouvements et de comportements.

Un schéma peut être considéré comme une structure opératoire qui regroupe des connaissances particulières pour percevoir, comprendre, mémoriser, effectuer certaines activités intellectuelles et entreprendre des actions.

Fait important, les schémas constituent des blocs de connaissances récupérés en mémoire comme des totalités autonomes par rapport aux autres connaissances. Les élèves ont ainsi un schéma pour la cellule, pour la préhistoire, pour une cuisine, etc.

Les différentes connaissances déclaratives et procédurales sont ainsi organisées dans la mémoire à long terme par processus associatifs et le rappel d’un élément quelconque active les autres éléments qui lui sont rattachés.

Pour cette raison, un fait remémoré peut réactiver une foule d’autres éléments et des pans complets de la mémoire peuvent alors resurgir dans le champ de la conscience.





Quelles implications pour l’enseignement ?


Un des problèmes importants dans l'enseignement des matières comme les sciences et les mathématiques est que tous les élèves ne maîtrisent pas les concepts fondamentaux, mais plutôt des faits isolés étudiés ponctuellement et non intégrés à d’autres concepts. C’est lié à cette problématique-là qu’un accent particulier mis sur les idées maîtresse /schémas cognitifs devient pertinent.

Après les avoir identifiés, l'enseignant a tout intérêt à accorder nettement plus de temps dans sa planification à l'enseignement des idées maîtresses qu'à celui des savoirs secondaires. De cette manière, il travaille à assurer la compréhension des éléments fondamentaux de la matière.

Dès lors, l’enseignent ne cherche pas à tout prix, à voir tout son programme. L’enseignant assure un apprentissage solide s’il enseigne de manière approfondie les idées maîtresses plutôt que d’enchaîner de manière indifférenciée, et dès lors plus superficielle, une grande quantité de notions, sans discrimination entre leurs importances diverses.

Les idées maîtresses sont particulièrement importantes pour les élèves qui rencontrent des difficultés d’apprentissage. Pour eux, l'organisation, la conservation, la récupération et la mise en application des concepts posent problème. Ils seront les premiers à profiter d’une plus grande insistance sur ces aspects.






Propriétés des schémas cognitifs dans le contexte des apprentissages scolaires


Les schémas n’incluent pas tous les détails individuels de toutes nos expériences et de nos apprentissages. Un schéma représente une expérience moyenne. Un schéma n’est pas permanent, mais évolue avec les expériences.

Un schéma est une structure cognitive qui spécifie les propriétés générales d’un objet de connaissance ou d’un événement, et abandonne tout aspect spécifique ou contextuel. Il permet à des objets d’être rattachés à des catégories générales, et, par suite, d’en hériter les propriétés.

Les schémas comme les concepts, sont des prototypes représentant les traits communs d’événements, situations, savoir-faire... Les schémas cognitifs représentent aussi bien des connaissances que des savoir-faire.

  1. Ils peuvent comportent des éléments fixes et des variables. Une procédure de calcul typique en mathématiques est exploitable pour une large variation de données de départ.
  2. Ils peuvent s’emboîter, il suffit de penser aux différents niveaux d’organisation du corps humain : moléculaire, cellulaire, tissulaire, organe, système d’organe et organisme. Chaque niveau a ses spécificités.
  3. Ils peuvent se situer à tous les niveaux d’abstraction : concepts concrets (fonctionnement d’un moteur, de la digestion, ...) ou concepts abstraits (principes de l’argumentation en français, de la dérivée en mathématiques, …).
  4. Ils représentent des connaissances plutôt que des définitions. En cela, le schéma se distingue des concepts.
  5. Ils sont des mécanismes actifs de reconnaissance : ils permettent de reconnaître une situation où ils s’appliquent et offre une compréhension du phénomène observé et des possibilités d’action.

Les schémas sont généralement organisés hiérarchiquement et peuvent prendre la forme d’un organigramme. Le schéma est une structure de représentation des connaissances. On comprend dès lors tout l’intérêt et la justification de l’utilisation des cartes conceptuelles et des organisateurs graphiques pour les représenter. 

Tout l'enjeu des nouvelles connaissance est qu'elles soient interconnectées avec les connaissances antérieures.






Procédures d’acquisition


Ces différents schémas cognitifs / idées maîtresses se traduisent par la mise en place d’automatismes pour réaliser une tâche donnée, qui peuvent se dérouler sans nécessiter d’attention particulière. C’est le cas de procédures pour lesquelles nous avons développé une certaine expertise, comme celles qui nous permettent de faire des multiplications, de lire, d’écrire, etc.

Ces procédures ont été l’objet d’apprentissages et d’automatisations qui peuvent être explicites ou implicites. Apprendre à calculer est l’objet d’exercices explicites, les enseignants décrivent les procédures qui permettent de réaliser les différentes opérations (addition, soustraction...).

Nombre de savoir-faire sont acquis après des apprentissages par essais et erreurs que l’on est incapable de décrire. Les procédures permettant de tenir en équilibre sur un vélo ou celles qui sont mises en œuvre pour comprendre un texte ne sont généralement pas explicitées.

L’automatisation de ces procédures peut amener à ce que l’on devienne incapable de les décrire, soit par ce qu’elles résultent d’apprentissages par essais et erreurs soit par ce que la description de la procédure a été oubliée. L’oubli de la description des procédures suite à leurs automatisations est fréquent.

C’est là que l’on retrouve toute la substance d’origine de la malédiction de la connaissance (en anglais curse of knowledge), qui est un biais cognitif qui survient lorsque dans une salle de classe, les enseignants ont de la difficulté pour enseigner à des novices car ils ne peuvent pas se mettre à la place de l'étudiant.






Quels sont leurs rôles ?


Une fois acquises et automatisées, les idées maîtresses aident les élèves à diriger leur attention sur d’autres apprentissages essentiels à réaliser et facilitent la découverte de liens entre les savoirs.

Elles évitent l'apprentissage d'une infinité d'informations parcellaires ou isolées. Elles permettent de saisir les relations riches entre les concepts et permettent aux élèves d’appliquer ce qu'ils apprennent dans des situations variées. Connaître les séquences d’actions qui doivent être développées dans une situation donnée permet de les mettre en œuvre de façon automatique, sans effort attentionel.

Elles permettent l'acquisition et la compréhension facilitée d'une grande quantité de connaissances. Autour d’elles d’autres savoirs et savoir-faire, plus périphériques et contextualisés, viennent s’attacher et se structurer. Les connaissances donnent des repères permettant de structurer les informations perçues, de les situer et de les interpréter.

Les idées maîtresses rendent plus aisées l'organisation des apprentissages dans la mémoire des élèves et l'application de ces apprentissages à d'autres contextes. Les idées maîtresses servent d'ancrage, de connaissances préalables pour l'assimilation de nouvelles connaissances et facilitent la généralisation des connaissances à d'autres sphères du savoir.

Les schémas cognitifs auxquelles les idées maîtresse stockées en mémoire correspondent, servent également de bases aux inférences. Cette connaissance facilite aussi la compréhension, diminue la charge cognitive intrinsèque, car chaque information lue est non seulement située, mais peut être aussi facilement interprétée.

Les inférences jouent un rôle important dans notre vie quotidienne : elles facilitent la compréhension et allègent considérablement l’expression puisque, sachant que les interlocuteurs font appel à leurs connaissances, on n’est pas obligés de les expliciter. Les inférences jouent également un rôle important dans les compétences de haut niveau (analyser, évaluer, créer) qui, on le voit dépendent fortement de connaissances contextuelles automatisées à travers des schémas cognitifs.




Des idées maîtresses mais un enseignement enrichi


Le focus mis sur les idées maîtresses ne signifie pas que les savoirs secondaires sont évacuées et que l'enseignement explicite offre finalement un contenu appauvri.

Comme le rapporte Céline Guilmois, un enseignant efficace enseigne jusqu’à 37 % de contenu supplémentaire par jour par rapport à un enseignant qui ne l’est pas.

La manière dont les enseignants redéfinissent les programmes officiels pour les transformer en séquences d’enseignement et ce qu'en font les élèves au regard des tâches sélectionnées sont des éléments cruciaux.

Les idées maîtresses sont mises en relation avec des tâches définissant un enjeu cognitif concret - en lien avec un objectif défini - et permettant l'apprentissage. L’application des principes de l’enseignement explicite permet aux enseignants d’être plus efficaces tant sur le « quoi » que sur le « comment » enseigner pour favoriser l'apprentissage.



(mise à jour le 01/07/19)

Bibliographie


Assoume-Mendene, C. & Gauthier, C. (2014). L’enseignement de l’histoire et de l’éducation à la citoyenneté au secondaire québécois. Proposition d’une autre perspective pour le développement des compétences prescrites par le programme. Bulletin d'histoire politique, 22(3), 122–133.

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

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

Malédiction de la connaissance. (2018, janvier 11). Wikipédia, l'encyclopédie libre. Page consultée le 19:19, janvier 11, 2018 à partir de http://fr.wikipedia.org/w/index.php?title=Mal%C3%A9diction_de_la_connaissance&oldid=144392699.

Rossi, Jean-Pierre, Neuropsychologie de la mémoire. De Boeck. 2018

Tom Sherrington, Rosenshine's principles in action, John Catt, 2019

Céline Guilmois, Efficacité de l’enseignement socioconstructiviste et de l’enseignement explicite en éducation prioritaire : Quelle alternative pour apprendre les mathématiques ? Thèse présentée en vue de l’obtention du doctorat en sciences de l’éducation (2019)

Maurice Tardif, Mario Richard, Steve Bissonnette & Arianne Robichaud, Les sciences cognitives et l’éducation, in Clermont Gauthier & Maurice Tardif, La Pédagogie (4ème Edition),  Chenelière Education,  2017, pp 227-230

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