Effets des connaissances préalables sur l'apprentissage

Quelle est l’importance des connaissances préalables pour l’apprentissage des élèves ? 

(Photographie : Kent Andreasen)

La nécessaire prise en compte des connaissances préalables pour l’apprentissage

Lorsque les élèves disposent des connaissances préalables nécessaires, pour une matière nouvelle, elles vont optimiser et améliorer leurs apprentissages. Les connaissances préalables interagissent avec les processus d’apprentissage, que ce soit au niveau de l’encodage, la consolidation et la récupération de nouvelles informations. 

Mais leurs connaissances préalables peuvent être absentes ou non activées. Elles peuvent également être erronées ou correspondre à des préconceptions naïves comme c’est souvent le cas au départ en sciences. Dans cette situation, les connaissances enseignées peuvent ne pas correspondre aux présupposés de l’élève. Absentes, inactivées ou erronées, les connaissances préalables de l’élève peuvent entraver son acquisition de connaissances nouvelles. 

Cette déficience en connaissances préalables face à une nouvelle matière est un facteur de risque susceptible d’entrainer des difficultés scolaires pour un élève. Des matières comme les sciences ou les mathématiques se construisent au fil des années sur l’accumulation et la maitrise de certains prérequis antérieurs souvent fondamentaux. Leur absence ou leurs imperfections peuvent avoir un effet boule de neige sur l’acquisition imparfaite de nouveaux contenus et entrainer des difficultés croissantes d’apprentissage.

Les connaissances préalables des élèves peuvent être liées à la construction d’un modèle mental naïf qui est influencé par les observations et les influences culturelles quotidiennes. Dans le cadre de l’apprentissage en sciences, l’acquisition d’un modèle scientifique implique régulièrement une réorganisation conceptuelle majeure de ce modèle mental qui passe par la révision et le rejet des préconceptions naïves. Nous pouvons parler de changement conceptuel.

Un concept plus maniable que le changement conceptuel ou la notion de modèle est celui de schéma quand nous considérons un apprentissage. Les connaissances préalables des élèves sont intégrées et organisées au sein de schémas cognitifs dans leur mémoire à long terme. La notion de connaissance préalable est indissociable de celle de schéma. 

L’évaluation diagnostique des connaissances préalables

Le diagnostic, l’activation et la prise en compte des connaissances préalables des élèves par l’enseignant sont cruciaux. De même, une compréhension par l’enseignant de la manière dont les connaissances préalables affectent les processus de mémoire est importante pour l’optimisation de leur enseignement. 

Une constante dans les modèles d’enseignement efficace et qu’ils mettent tous l’accent dans une première phase sur un diagnostic des connaissances préalables. Régulièrement, un nouvel enseignement ou une remédiation sont recommandés en cas de constatation d’une absence de maitrise chez tous les élèves ou une part d’entre eux.

Les connaissances préalables sont un acteur clé dans l’apprentissage et la mémorisation de nouvelles informations. L’absence des connaissances préalables est une des raisons les plus courantes pour lesquelles les élèves ne vont pas parvenir à atteindre pleinement, en profondeur et durablement un nouvel objectif pédagogique quand bien même ses contenus ont été appris.

Processus par lesquels les connaissances préalables facilitent l’apprentissage

Les connaissances préalables facilitent la mémorisation des informations entrantes, car elles fournissent une structure dans laquelle les nouvelles informations peuvent être intégrées.

Ce principe s’applique aux différentes étapes du traitement de la mémoire, y compris l’encodage, la consolidation et la récupération. 

Dans une étude fondamentale d’Alba et Hasher (1983), les processus par lesquels les connaissances préalables peuvent influencer la mémorisation ont été identifiés comme étant :

1. La sélection : La sélection fait référence à la notion selon laquelle les informations les plus pertinentes pour les structures de connaissances actuellement actives font l’objet d’une plus grande attention. Cela conduit à ce que certains éléments sont mieux mémorisés que d’autres.
2. L’abstraction : Le processus d’abstraction suggère que l’information sélectionnée est réduite de telle sorte que les détails de la situation ne sont pas conservés.
3. L’interprétation : L’interprétation signifie que des informations supplémentaires qui n’étaient pas présentes peuvent être déduites sur la base de la connaissance de la situation.
4. L’intégration : Les informations qui passent avec succès par ces trois étapes seront intégrées dans les structures de connaissances existantes de l’individu.
5. La reconstruction influence la récupération : Pour récupérer l’information ultérieurement, il faut la reconstruire sur la base de la représentation intégrée, et ce processus peut être facilité par la connaissance qu’a l’individu du contexte de la récupération. 

Une nécessaire activation des connaissances préalables pour faciliter l’apprentissage

Pour jouer pleinement leur rôle facilitateur, les connaissances préalables doivent être activées de manière appropriée. 

La possession de connaissances préalables en tant que telles ne suffit pas. Elles doivent être activées correctement lors de l’encodage pour un nouvel apprentissage afin de faciliter la création d’une trace mémoire élaborée.

Dès lors, le contexte de récupération des connaissances préalables joue un rôle important dans la réussite d’un apprentissage : 

• Il doit fournir suffisamment d’informations pour aider à rétablir le contexte d’encodage.
• Il doit correspondre à l’information cible, par exemple, par la congruence sémantique 

Nous ne pouvons supposer que la disponibilité des connaissances bénéficie automatiquement au traitement en mémoire des nouvelles informations. 

En cas d’accès inapproprié, un avantage mémoire dû à une connaissance antérieure est moins probable. Un échec de l’activation des connaissances antérieures des élèves au moment de la réception de nouvelles informations, peut entrainer un échec dans l’intégration et la mémorisation des nouvelles informations. 

Importance du développement cognitif et des connaissances antérieures pour l’apprentissage des élèves

Il y a une distinction entre la mécanique et la pragmatique de la cognition.

La mécanique de la cognition fait référence aux aspects fondamentaux du traitement de l’information. Ceux-ci sont étroitement associés à l’état de développement du cerveau lors de l’enfance et l’adolescence. 

La pragmatique de la cognition se rapporte à des corpus de connaissances basés sur la culture. Les changements de développement de cette composante sont généralement induits chez les individus au cours de la socialisation. La pragmatique cognitive, telle que la connaissance du vocabulaire, continue à se développer bien au-delà de l’âge adulte. 

Les événements de socialisation peuvent être :

• Universels : par exemple, le lien mère-enfant
• Normatifs : par exemple, la scolarisation formelle
• Spécifiques à une personne : par exemple, des connaissances spécialisées motivées par des intérêts personnels. 

Les connaissances augmentent considérablement pendant l’enfance. Les connaissances en elles-mêmes agissent sur le développement de la mémoire. La quantité et la complexité des structures de connaissances pertinentes affectent la manière dont les informations sont comprises et mémorisées. Dans les situations où les enfants ont des connaissances d’expert, ils peuvent surpasser les jeunes adultes non experts et atteindre des niveaux de performance équivalents à ceux des experts.

Dans le pilotage de l’apprentissage chez des élèves nous devons à la fois tenir compte de la présence de connaissances préalables, mais également du développement cognitif qui influe sur leur accessibilité et leur utilisation.

Prendre en compte le risque de biais induit par les connaissances antérieures

Nous avons tendance à réfuter les informations erronées qui contredisent nos connaissances préalables. Mais nous avons tendance à accepter des informations erronées qui leur sont conformes. C’est ce qui est appelé l’effet de congruence de la mémoire. Un avantage existe pour les nouvelles informations conformes au schéma par opposition aux nouvelles informations non conformes au schéma. L’avantage des nouvelles informations congruentes se révèle être un inconvénient des nouvelles informations incongrues, qui sont souvent ignorées.

Par conséquent, malgré les avantages de la disponibilité des connaissances, nous devons être conscients que les connaissances préalables introduisent un biais dans le traitement de la mémoire qui peut également conduire à des erreurs de mémorisation. 

En particulier, lorsque des connaissances partielles ou mal appliquées sont activées pendant le traitement de nouvelles informations, elles peuvent conduire à un traitement biaisé et à des idées fausses.

L’influence de l’immaturité du cortex préfrontal sur l’importance de l’activation des connaissances préalables

Un facteur à prendre en compte selon Shing et Brod (2016) est l’immaturité du cortex préfrontal pour les élèves de l’école primaire et du début du secondaire, et les différences individuelles qui y sont liées.

Cette immaturité semble désavantager les écoliers dans l’utilisation des connaissances antérieures, même lorsque ces connaissances sont clairement disponibles dans leur système de mémoire. 

Cela souligne la nécessité de structurer les environnements d’apprentissage de manière adaptative pour combler cette lacune. La structuration de l’environnement d’apprentissage doit être adaptée à l’état de développement individuel des apprenants. Par exemple, les enfants pourraient être amenés à réactiver des connaissances antérieures appropriées avant que de nouvelles informations ne leur soient présentées, puis à établir des liens entre ces nouvelles informations et leurs connaissances.

Ce point est conforme aux connaissances actuelles en sciences de l’éducation. Celles-ci soulignent l’effet bénéfique de l’activation des connaissances en classe.

Gurlitt et Renkl (2008) ont comparé l’activation des connaissances préalables chez les élèves du secondaire et les étudiants universitaires dans le cadre d’une tâche scientifique de cartographie conceptuelle. Les élèves du secondaire ont davantage profité d’une activation des connaissances préalables hautement cohérente, qui fournit un environnement d’apprentissage très structuré. Les étudiants universitaires ont davantage profité d’une activation peu cohérente, qui exige une plus grande auto-organisation du matériel d’apprentissage. 

Par conséquent, les apprenants, en fonction de leur stade de développement du cortex préfrontal, peuvent avoir besoin de différentes aides pour activer les connaissances préalables disponibles dans leur système. L’enjeu est qu’ils puissent traiter les nouvelles informations de manière à maximiser la durabilité des représentations mémorisées formées. Au plus un élève est jeune, au plus un soutien concret est nécessaire. 

L’importance de la connectivité entre l’hippocampe et plusieurs parties du néocortex pour les stratégies de récupération

La connectivité entre l’hippocampe et les régions cérébrales néocorticales est impliquée dans le soutien à la résolution de problèmes basée sur la mémoire pendant le développement cognitif. C’est le raffinement de la connectivité entre les régions, plutôt qu’au sein d’une seule région, qui est important pour l’apparition d’une nouvelle capacité comportementale. La résolution de problèmes basée sur la mémoire aide par exemple les enfants à passer de l’utilisation d’un support de manipulation (comme compter sur les doigts) à l’utilisation de la récupération comme pour les problèmes arithmétiques.

L’augmentation de la connectivité fonctionnelle entre l’hippocampe et plusieurs parties du néocortex permettait de prévoir une amélioration à long terme. Celle-ci correspondrait à l’utilisation d’une stratégie basée sur la récupération (plutôt que sur le comptage) pour résoudre des problèmes arithmétiques de base. 

L’importance du sommeil pour la consolidation des apprentissages moteurs chez les enfants

Un ensemble de preuves émergentes suggère que le sommeil joue un rôle important dans la consolidation des souvenirs au cours des premières années de la vie. Les mécanismes de consolidation de la mémoire pendant le développement, qui dépendent du sommeil, ne semblent pas entièrement différents de ceux des adultes. 

Lorsque le sommeil suit un entrainement implicite sur une séquence motrice, les enfants présentaient des gains plus importants que les adultes en matière de connaissance des séquences explicites après le sommeil. Cela peut être lié à leur proportion plus élevée de phases d’activité cérébrale à ondes lentes pendant le sommeil. Le sommeil à ondes lentes est un stade du sommeil qui contribue de manière causale à la consolidation des souvenirs.

Il est concevable que le sommeil puisse jouer un rôle encore plus important pour la mémoire des enfants que pour celle des adultes. Par conséquent, il est impératif que les enseignants comprennent l’importance du sommeil pour la mémoire ainsi que pour le fonctionnement cognitif en général.

Mis à jour le 09/06/2023

Bibliographie

Shing, Y. L. and Brod, G. (2016), Effects of Prior Knowledge on Memory: Implications for Education. Mind, Brain, and Education, 10:153—161. doi: 10.1111/mbe.12110 

Alba, J. W., & Hasher, L. (1983). Is memory schematic? Psychological Bulletin, 93(2), 203–231.

Gurlitt, J., & Renkl, A. (2008). Are high-coherent concept maps better for prior knowledge activation? Differential effects of concept mapping tasks for high school versus university students. Journal of Computer-Assisted Learning, 24, 407–419.