Importance et usages de la théorie du double codage pour l'éducation

La théorie du double codage est trop peu diffusée, encore rarement mentionnée et de fait peu investie par les enseignants. Elle est pourtant validée empiriquement par la recherche et constitue un facteur d’amélioration réel pour la conception pédagogique, l’enseignement et l’apprentissage.

(photographie : Michael Thomas)

Origine et place de la théorie du double codage

La théorie du double codage est une théorie de la cognition conçue par Allan Paivio (1925-2016) en 1971 à l’Université de Western Ontario.

Dans sa carrière de chercheur, Allan Paivio s’est beaucoup intéressé aux questions relatives à la représentation et aux propriétés des images mentales et des structures associatives verbales. 

Il a commencé par examiner les facteurs linguistiques dans l’apprentissage, notant que les mots concrets servaient de meilleurs indices de récupération que les mots abstraits dans l’apprentissage par association de paires. Il a postulé que cet effet était dû au fait que les mots concrets faisaient facilement appel à l’imagerie mentale et servaient donc mieux de « repères conceptuels ». 

Cette découverte et les travaux qui ont suivi ont abouti à un article classique dans Psychological Review (1969) et à l’élaboration de sa célèbre méthode de double codage dans son livre « Imagery and Verbal Processes » (1971).

La théorie du double codage observe que l’information se présente sous de multiples modalités, notamment visuelles, auditives et haptiques (tactiles et motrices). La théorie du double codage, en tant que telle, s’est consacrée aux deux premières modalités, visuelles et auditives.

Pour le double codage en tant que théorie de l’apprentissage, il existe une relation orthogonale entre les modes d’information en mémoire (Paivio, 1991). La théorie du double codage propose que l’imagerie mentale et les processus verbaux soient des systèmes de représentation séparables, mais interconnectés, chacun ayant ses propres propriétés testables. Notre mémoire de travail possède de multiples sous-systèmes distincts, mais connectés. 

La théorie du double codage a constitué une des bases de référence pour deux théories ultérieures fondamentales en éducation :

• La théorie de la charge cognitive fondée par John Sweller
• La théorie cognitive de l’apprentissage multimédia de Richard E.Mayer

Elle représente également une alternative fondée sur des données probantes aux théories sur les styles d’apprentissage qui ne disposent pas quant à elles de fondements empiriques.

Principes clés du double codage

Nous pouvons résumé le double codage en trois principes clés : 

1) Lors de l’enseignement et dans la perspective de favoriser l’apprentissage, le double codage correspond à l'idée de combiner :

• Un support verbal : texte écrit ou discours oral
• Un support visuel  : image, schéma, structure, hiérarchie, vidéo... 

Globalement, nous associons certaines contraintes des connaissances verbales à des représentations visuelles correspondantes : schémas, graphiques, infographies, animations, photographies, vidéos cartes conceptuelles ou organisateurs graphiques.

La clarté, la non redondance et la pertinence de chaque éléments inclus et essentielles. Toute image ou élément de structure non essentiel et qui ne fournit pas d'élément d'information gage à être retiré. 

L'idée est qu'une représentation d'information sous forme de double codage soit plus claire visuellement, plus aisée à comprendre et à apprendre, et plus immédiate que sa version purement verbale.

2) Un élément clés qui explique l'avantage du double codage est la combinaison des avantages respectifs des images et du contenu verbal pour la mémorisation :

• Les images sont souvent mieux mémorisées que les mots, car elles sont traitées de manière synchrone, en parallèle, jusqu’à une certaine limite informationnelle. Nous saisissons toute l'information immédiatement dans son ensemble.
• Le point fort du format verbal est que le traitement des informations se fait en série avec un accent sur l'ordre. Nous nous souviendrons mieux grâce à un format verbal lorsque nous devons nous souvenir de l’ordre séquentiel d’informations dans une tâche de mémorisation. 

En combinant les aspects d'un traitement séquentiel et en parallèle, nous pouvons mieux optimiser les ressources limitées de la mémoire de travail. Un contenu présenté sous forme de double codage sera mieux compris et mieux mémorisé que lorsqu'il est présenté uniquement sous forme textuelle. 

3) D'un point de vue cognitif, la combinaison d’une information textuelle avec une information visuelle améliore l’apprentissage parce que nous traitons l’information verbale et l’information visuelle à travers des canaux différents au sein de notre mémoire travail. Nous pouvons maximiser l'usage des ressources de notre mémoire de travail grâce au double codage.

De même un impact est créé au niveau de la mémoire à long terme car l'information sera stockée à la fois verbalement et sous forme d'image. Avoir la même information mémorisée sous deux formats différents, verbal et imagé, donne deux manière de nous rappeler l’information plus tard, ce qui facilitera la récupération et nous rendra sensibles à une plus grande variété d'indices.

L’effet du double codage est bidirectionnel entre les dimensions verbales et visuelles :

• La mémorisation est améliorée pour une information verbale si une information visuelle adaptée lui est associée.
• La mémorisation est améliorée pour une information visuelle quand elle va de pair avec une information verbale pertinente. 

Tout le monde fonctionner avec les deux systèmes. Nous créons des images mentales et nous verbalisons des idées, des connaissances et des concepts. Au contraire des théories portant sur les styles d'apprentissage, dans le cadre du double codage, tout le monde profite également de la combinaison judicieuce des deux formats. Plus nous utilisons conjointement nos systèmes cognitifs verbaux et imagés parallèlement, plus la trace dans la mémoire sera forte et mieux nous nous souviendrons et apprendrons. 

Le double codage de l'information en mémoire de travail

En psychologie cognitive, le codage correspond à un processus de traitement de l’information consistant à transformer des informations pour les conserver en mémoire.

Selon la théorie du double codage :

• Dans notre cerveau, l’imagerie non verbale et les processus symboliques verbaux sont distincts d’un point de vue opérationnel.
• Ils seront disponibles de manière différente pour un apprenant en tant que médiateurs associatifs ou codes de mémoire.

La cognition humaine est unique en ce sens qu’elle s’est spécialisée dans le traitement simultané en mémoire de travail du langage et des objets et événements non verbaux, ce qui peut faciliter et renforcer l’apprentissage.

La représentation mentale de l'information selon la théorie du double codage

La mémoire est considérée comme un ensemble de modules qui codent l’information d’une façon particulière. Ce processus de représentation de l’information utilise à la fois des informations verbales et visuelles :

• Le système verbal traite l’information sous forme de mots
• Le système non verbal (visuel, imagé) traite l’information sous forme de propriétés dans le monde réel.

La représentation mentale des images utilise un code analogique :

• Nous maintenons les caractéristiques perceptuelles majeures de tout ce qui est représenté. Les images formées mentalement sont semblables, mais non équivalentes à l’objet visuel.
• Nous concevons une représentation presque identique de ce que nous observons dans notre environnement, tel que les arbres ou les rivières. Ainsi lorsque nous pensons à un chat, nous voyons une forme d’archétype, un modèle de ce qu’est un chat.

La représentation des mots passe par un code symbolique.

• Les mots représentent un élément de manière conceptuelle et parfois arbitraire et non de manière ressemblante à l’objet. 
• Les codes symboliques représentent l’information dans notre esprit sous forme de symboles arbitraires, tels que les mots et les combinaisons de mots pour représenter différentes idées. 
• Chaque symbole peut arbitrairement représenter autre chose que le symbole lui-même. Par exemple, la lettre « y » est souvent utilisée différemment du simple concept de « y », la 25e lettre de l’alphabet. Elle peut être utilisée pour représenter une variable y-compris en mathématique, le chromosome y en biologie, etc.

Alain Lieury a montré que le codage verbal comprend lui-même deux composantes :

• La mémoire lexicale stocke tous les fichiers mots, comme une grande bibliothèque, mais seulement la carrosserie des mots, c’est-à-dire leur orthographe ou leurs propriétés linguistiques.
• La mémoire sémantique stocke le sens des mots, leur concept.

Traitement et codage des informations selon la théorie du double codage

Les informations visuelles et verbales sont traitées de manière différente et selon des canaux différents dans l’esprit humain, ce qui crée des représentations séparées correspondant à l’information traitée dans chaque canal

• Les mots abstraits ne bénéficient généralement que d’un simple codage, sous forme verbale. 
• Les mots concrets donnent lieu généralement à un double codage, à la fois verbal et imagé.
• Les images ont la plus forte probabilité d’être codées doublement, car elles sont la plupart du temps associées à un mot. 

Les codes mentaux correspondant à ces représentations sont utilisés pour organiser les informations entrantes sur lesquelles on peut agir, qu’on peut stocker et qui peuvent être utilisées ultérieurement.

Par conséquent, les mots concrets, s’appuyant sur une double représentation, conduisent à une meilleure mémorisation que les mots abstraits, car ils bénéficient d’un double codage.

Les deux types de codage, visuel et verbal, peuvent être mobilisés lors du rappel d’une information.

Par exemple, lorsque nous pensons à une tarte aux cerises, nous rappelons le mot, mais nous évoquons aussi ce que l’on ressent en mangeant une tarte aux cerises, son aspect et son goût.

Connexions entre les systèmes de référence verbal et visuel

La théorie du double codage affirme que des connexions peuvent apparaître au sein de chaque système (verbal ou imagé). De même, des références peuvent avoir lieu d’un système à l’autre.

Par exemple, nous pouvons associer un mot comme « lapin » à d’autres mots comme « carottes », « oreilles » ou « clapier ».

Nous pouvons associer l’image d’un lapin à des souvenirs d’enfance ou au souvenir d’un plat éventuellement ou au livre d’Alice au pays des merveilles.

Des liens peuvent être établis entre les deux systèmes, c’est-à-dire des références.

La théorie du double codage stipule que les connexions peuvent se faire indifféremment en mémoire entre informations visuelles et textuelles au sein de n’importe quel schéma cognitif.

Par exemple, un mot comme « école » peut être associé à d’autres mots tels que « mathématiques », « laboratoire de sciences » ou « classe ». Nous pouvons associer l’image d’une école avec l’odeur de la cantine ou avec certaines affiches sur des murs de classe. 

Les communications sont aisées entre les deux systèmes de référence: textuel et visuel.

Implications pour l’enseignement

La théorie du double codage est importante dans le cadre des environnements d’apprentissage multimédia. Chaque fois que des élèves se trouvent confrontés à la fois à des images et à des contenus verbaux dans le cadre d’un enseignement.

Pour les supports pédagogiques

En fonction de ces principes, il est avantageux de fournir aux élèves des supports d’enseignement qui combinent des représentations visuelles et des explications textuelles et les inciter à intégrer les deux.

Lorsque nous fournissons des schémas par exemple, il est intéressant qu’ils soient légendés. Cette légende doit être réalisée de la manière la plus lisible et ergonomique possible, sans redondance, de manière à ce que les élèves puissent bien les identifier et les traiter.

Il est également intéressant de fournir les mêmes schémas, mais sans légende ou des schémas vierges d’indications, mais proches parce qu’ils peuvent servir par la suite de support d’étude pour les élèves.

La logique de la théorie du double codage pousserait ainsi vers l’adoption de manuels scolaires, le partage de ressources et la construction en commun de notes de cours qui respecteraient ses principes. Il s’agit en effet d’éviter des supports de cours développés par des enseignants isolés qui ne bénéficieraient pas des mêmes compétences en ergonomie et ne profiteraient pas du recul critique de leurs collègues.

Pour les activités d'apprentissage

Nous pouvons suggérer aux élèves ou accentuer la vérification de la compréhension sur des aspects tels que :

• Faire des liens entre les représentations graphiques et les explications textuelles, les comparer.
• Expliquer ou commenter une représentation graphique au départ de ressources textuelles fournies ou de connaissances verbales enseignées précédemment. 
• Prendre le temps de décomposer les contenus en unités élémentaires et associer mots et images.
• Prendre l’habitude d’expliquer oralement un schéma ou un diagramme plutôt que par le biais de la lecture d’un texte dans ou autour de l’image dans toutes les situations. C’est vrai, à la fois quand nous l’expliquons à quelqu’un et quand nous tâchons de la mémoriser soi-même. Le schéma ou le diagramme peuvent contenir des signaux comme des flèches ou mettre en évidence certaines parties à certains moments.

Pour la modélisation des connaissances

Les principes du double codage offrent de clé pour constituer des modèles qui lient des idées abstraites à des exemples concrets.

C’est la raison pour laquelle des objets comme les jetons sont utilisés pour apprendre les rudiments de l’addition et de la soustraction en début de primaire. De même, c’est la raison pour laquelle des exemples de calculs avec des chiffres sont toujours privilégiés à des exemples de calcul avec des paramètres. Il faut en effet du temps pour que les élèves apprennent à faire des calculs mentalement ou soient capables de suivre une procédure à partir de symboles plutôt que de chiffres.

Nous pouvons par exemple utiliser des représentations imagées comme des carrés ci-dessous pour expliquer les principes liés aux nombres, comme les fractions, les multiples, les additions ou soustractions.

(source : https://emaths.co.uk/) 

Une telle approche favorise la compréhension et fournit à tous les élèves le même modèle visuel qui facilitera la compréhension dans les échanges. 

(source : Wikipedia)

Même chose en chimie où l’utilisation d’un modèle visuel comme celui-ci dessous pour l’électrolyse facilite grandement la compréhension et la mémorisation.

Ce type de représentation permet de glisser de manière simple entre une représentation concrète et un concept abstrait comme ci-dessous la conservation de la matière comme le nombre total d’atomes reste constant. 

Pour les présentations orales et visuelles

Prendre le temps

• Laisser le temps aux élèves, une découverte, élément visuel par élément visuel et ne pas donner tout (trop) d’un coup.
• Prendre le temps de décomposer les contenus en unités élémentaires et associer mots et images.

Être complet, mais économe

• Ne pas noyer les élèves d’explications verbales, mais les cibler stratégiquement. 
• Éliminer tout élément inutile ou distrayant au sein des présentations (animations, effets sonores). Cela aidera à limiter la charge cognitive.

Cibler l’essentiel

• Lorsque des explications sont nécessaires pour un schéma plus global, il convient alors de présenter sous forme de narration. Nous leur demandons de ne pas s’intéresser pour l’instant, aux légendes textuelles, mais simplement de comprendre le processus expliqué. Cela leur permet de faire directement les connexions sans devoir en plus faire le lien entre le texte et l’image.
• Mettre en évidence les points cruciaux, guider l’attention des élèves vers les éléments importants, aider à l’interprétation de la représentation.

Éviter la redondance

• Lorsque tout est facilement compréhensible à la visualisation du graphique, les explications deviennent redondantes et donc contre-productives. Il est pertinent de leur laisser voir ou analyser un segment spécifique et leur demander juste après de verbaliser ce qu’ils ont compris.
• Le fait que l’enseignant lise le texte présenté à l’écran, associé à une représentation visuelle, et lisible par les élèves est contre-productif, car redondant. Mieux vaut les laisser lire et leur demander de reformuler.

Être ergonomique

• Les schémas doivent être simples, clairs et lisibles 
• Les éléments de texte d’un schéma doivent être réduits et situés aussi près que possible de leur cible.
• Il faut autant que possible éviter les puces numérotées d’une légende isolées du texte, car celle-ci demande un traitement inutile qui entrave la compréhension.

Les critères de mobilisation du double codage en pédagogie

La théorie du double codage est susceptible d’offrir une preuve du mécanisme liée à l’intérêt d’une pratique pédagogique par rapport à une autre :

Une méthode qui mobilise et intègre le système verbal et le système non verbal et qui fonctionne beaucoup avec des exemples concrets est préférable.

Une méthode qui ne sert qu’un seul système, qui privilégie nettement le système verbal ou non verbal, est moins utile. Ainsi, la distinction arbitraire souvent faite entre des apprenants visuels et des apprenants auditifs qui ont une voie privilégiée est fondée sur une idée fausse. 

Personne n’est ni un penseur verbal ni un penseur non verbal. Cela nous amène à rejeter d’emblée toute approche pédagogique qui intègre cette forme de styles d’apprentissage.

Facteurs limitants à l'usage du double codage

1) Parfois, les informations visuelles que nous pourrions choisir ne sont pas réellement pertinentes avec le sujet étudié. Dans ce cas, elles ne feraient rien pour faciliter l’apprentissage et risqueraient même de l’amoindrir en suscitant des distractions et en entraînant l’attention hors du sujet réel.

2) Le risque bien réel d’un surnombre d’informations visuelles et textuelles est celui d’une surcharge cognitive. Les besoins d’accès et de traitement cette information dépassent la capacité cognitive de la mémoire de travail des élèves. Si la demande d’activité mentale liée à l’apprentissage demande trop de capacité cognitive, alors les élèves vont se trouver dans l’incapacité d’en bénéficier.

Le double codage, une alternative probante aux styles d’apprentissage

Comme l’écrit Joshua A. Cuevas, aucun neuromythe ne cristallise autant le principe d’une éducation fondée sur des données probantes que les styles d’apprentissage. Leur présence large et leur persistance dans l’imaginaire enseignant sont le symbole même du décalage entre les résultats de la recherche en sciences cognitives et les réalités du terrain.

Pourtant, les études récentes les plus rigoureuses, pas plus que les anciennes, n’ont presque universellement constaté aucun effet sur l’apprentissage des élèves lorsque les styles d’apprentissage étaient mis à l’épreuve. Des recherches sur les styles d’apprentissage sont menées depuis des décennies, et les résultats ont été en grande partie très cohérents : les styles d’apprentissage ne semblent pas avoir d’impact sur l’apprentissage.

Compte tenu des données probantes actuelles, les approches d’enseignement en fonction des styles d’apprentissage doivent être considérées comme des pratiques suspectes et probablement préjudiciables. Elles risquent de faire perdre un temps d’enseignement précieux, car il a été clairement démontré qu’elles n’améliorent pas l’apprentissage des élèves.

La théorie du double codage est importante lorsqu’on considère la réfutation des styles d’apprentissage parce que les deux font des prédictions contradictoires et qu’ils ne peuvent donc pas tous les deux être vrais en même temps.

Mais quelles sont ces prédictions contradictoires ?

1) Les styles d’apprentissage prédisent que les apprenants visuels apprennent mieux lorsqu’ils rencontrent des informations visuelles et que les apprenants auditifs apprennent mieux lorsqu’ils rencontrent des informations linguistiques. 

2) Le double codage, en revanche, prédit que tous les apprenants, quel que soit leur prétendu style d’apprentissage, retiennent mieux l’information si l’information linguistique est complétée par une information visuelle.

La recherche penche en faveur du double codage : les apprenants retiennent mieux l’information lorsque l’information visuelle est associée à l’information linguistique, peu importe le style d’apprentissage qu’ils préfèrent.

Mobiliser les atouts du double codage pour l’apprentissage autonome

Il y a deux manières pour augmenter la quantité de matériel apprise :

1. Les associations verbales : le fait d’associer un mot à d’autres mots pour mieux s’en souvenir. Nous nous retrouvons dans des questions de structuration de l’information à portée mnémotechnique. Ce point ne sera pas abordé dans le présent article.

2. Les images mentales : le fait d’associer un mot à une image est un facteur facilitateur de la mémorisation.

Exemple : une personne peut avoir, par exemple, stocké l’information (sous forme de concept) de « koala » comme étant à la fois « koala » en tant que mot et « koala » en tant qu’image d’un koala. Quand on demande à cette personne de se rappeler cet animal, la personne peut se rappeler soit le mot soit l’image ou encore les deux simultanément.

Si la personne se souvient du mot, mais pas de l’image, celle-ci n’est pas forcément perdue et peut être récupérée par la suite. L’inverse est également vrai, nous pouvons reconnaître l’image d’un koala sans mettre le mot dessus immédiatement.

Il est possible de construire, d’imaginer une image mentale visuelle d’un objet ou d’une scène à partir d’une description verbale et inversement.

La capacité de coder un stimulus de deux manières différentes accroît la probabilité de se souvenir de ce stimulus. C’est particulièrement vrai si nous la comparons à la probabilité de se souvenir d’un stimulus qui n’aurait été codé que d’une seule manière.

Nous pouvons recommander aux élèves de :

a) Combiner des mots et des représentations visuelles pour favoriser la mémorisation, car cela donne deux voies d’entrée pour retrouver une information.

b) Étudier dans les deux sens. À partir des représentations visuelles, développer une explication verbale ou l’inverse. Se tester sur les deux aspects permet de vérifier que la mémorisation a eu lieu.

mise à jour le 06/03/2022

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