Selon Daniel T. Willingham, les élèves se souviennent de ce à quoi ils réfléchissent. Il fait référence au nécessaire traitement cognitif qui se déroule dans la mémoire de travail. Ce traitement cognitif constitue une condition nécessaire à un traitement génératif, à l’apprentissage et à la consolidation en mémoire à long terme.
« Memory is the residue of thought » Daniel T. Willingham
Planifier l'engagement dans des tâches pour penser et apprendre
Lorsque nous enseignons et que nous faisons face à une vingt, voire trente élèves, nous récoltons des indices sur leur compréhension par nos observations et leurs réponses à nos questions. Cependant, ce à quoi chaque élève réfléchit nous échappe globalement.
C’est pourquoi, en tant qu’enseignants, nous pouvons avoir plus d’impact en guidant, en orientant ce que les élèves font en classe plutôt que de chercher à influencer ou à susciter ce à quoi ils pourraient penser.
Nous devons les engager dans des tâches qui vont leur permettre de développer le type de pensée qui favorise l’apprentissage.
Chaque fois que nous planifions une heure de cours, il est crucial de réfléchir à ce que nous allons occuper nos élèves. Le risque est de leur proposer des activités qui ne correspondent pas à ce dont les élèves ont besoin à ce stade, là où ils en sont. Nous devons leur permettre de progresser dans leurs apprentissages en vue de l’acquisition des objectifs pédagogiques.
À travers les activités et les interactions, il y a un équilibre à trouver entre les connaissances préalables et les connaissances à acquérir.
Les progrès de l’élève sont de deux ordres, les connaissances qu’il va consolider en mémoire à long terme par des récupérations espacées et les nouvelles connaissances qu’il va acquérir en parallèle en les connectant aux premières. Seul un traitement cognitif le permet et celui-ci est tributaire de l’attention, de la mémoire de travail et des connaissances préalables. Il est fonction de ce que l’enseignant propose et de ce que chaque élève en fait.
Nous avons une tendance bien naturelle à planifier nos cours en fonction non seulement des objectifs pédagogiques, mais également de la finalité des apprentissages, de ce qui doit être atteint à la fin du parcours. Cet examen prend souvent la forme pour une part plus ou moins importante de la résolution de tâches complexes ou de la réalisation de productions qui apportent la preuve d’un certain transfert de compétences.
Le risque bien réel est de sauter les étapes. Nous pouvons prendre des raccourcis afin d’arriver rapidement aux tâches complexes et au type de questions auxquelles les élèves vont devoir répondre à la fin d’une unité de matière donnée.
Nous risquons alors de griller les étapes et chercher des raccourcis et sélectionner la meilleure méthode pour permettre à nos élèves de répondre à ces questions complexes au moment de l’évaluation.
Cela peut se faire au détriment de leur apprentissage. En agissant de cette manière, nous pouvons délaisser certains objectifs pédagogiques chez certains élèves ce qui mène à des apprentissages incomplets ou superficiels chez eux.
Éviter les conditions d'un apprentissage superficiel
Aller du simple vers le complexe
Illustrons le processus dans le cadre du cours de mathématiques ou de sciences. Dans ces matières, l’enjeu est régulièrement d’aboutir à la résolution de tâches complexes, authentiques, globales et récapitulatives. Celles-ci recouvrent et regroupent une bonne partie d’une matière donnée. Ils constituent les preuves attendues de l’apprentissage des élèves.
Les bonnes questions de ce type ne sont pas légion, ce qui fait que pour un chapitre donné, certains exercices types qui reposent sur des procédures codifiées et répétitives peuvent être enseignés tels quels.
Le danger est d’aborder trop vite ces tâches complexes et de sauter les étapes pour y arriver, en prenant des raccourcis.
Les raccourcis d’un apprentissage superficiel
Lorsque des élèves sont confrontés à trop d’informations à la fois ou que celle-ci leur semble confuse ou échappe à leur pleine compréhension, ils ont deux possibilités. Soit ils décrochent, soit ils prennent les éléments comme une boite noire à retenir par cœur.
Ils traitent alors l’information à retenir comme un ensemble de formules mnémoniques. Cette approche diminue la complexité des situations et leur permet de rester dans les limites de leur mémoire de travail sans avoir besoin de tout comprendre. Le fait qu’elles soient peu comprises mène à un apprentissage superficiel et fragile.
L’étude par cœur de recettes pour optimiser leurs chances de résoudre ce type de tâches complexes. Il est probable qu’en fonctionnant ainsi, ils peuvent s’en sortir de justesse à moindre coût.
Le souci est qu’en travaillant de cette matière, en visant le plus utile avec nos élèves et le plus directement possible, nous ne respectons pas le mode de fonctionnement d’un apprentissage en profondeur et ses prérequis. Nous favorisons chez eux un apprentissage superficiel.
Si les étapes sont trop grandes, les élèves sont susceptibles de les retenir par le biais de raccourcis, mais souvent ils ne vont plus disposer des ressources nécessaires pour pleinement assimiler le raisonnement mathématique sous-jacent. Ils ont très bien retenu ce qu’ils doivent faire et peuvent en démontrer la maitrise à leur enseignant. Leur performance donne alors une illusion d’apprentissage.
Les élèves sont préparés pour l’évaluation, ils savent comment trouver une réponse convenable à partir des données de départs, mais ne peuvent expliquer clairement comment ils le font.
Les dangers d’un apprentissage superficiel
Un apprentissage superficiel s’accompagne d’une faible capacité d’autorégulation, ce qui augmente le risque d’erreurs.
Ainsi, viser directement à préparer aux questions complexes typiques de l’évaluation est susceptible de court-circuiter l’apprentissage génératif ou constructif, d’amoindrir le traitement cognitif et élaboratif au profit d’un apprentissage de surface.
L’ennui ne s’arrête pas là. Un apprentissage de surface est par définition moins flexible, moins transférable et plus sujet aux erreurs et aux interférences ultérieures.
Lorsqu’ils seront évalués, ils seront capables de résoudre la tâche ou le problème comme attendu, mais si l’enseignant les surprend en les interrogeant sur leur raisonnement, il risque de rentrer bredouille.
Lorsque par erreur plus tard, l’élève n’utilisera pas la procédure avec toute l’exactitude voulue, ne pouvant en retrouver le raisonnement mathématique sous-jacent, il ne pourra pas détecter son égarement.
Soutenir les conditions d'un apprentissage durable en classe
Si nous voulons que nos élèves imitent et reproduisent, miment la maitrise de compétences complexes, alors le grain des étapes peut être grossier. Si nous voulons qu’ils comprennent et raisonnent, le grain des étapes doit être fin dans un premier temps afin d’en assurer la fluidité.
Nous devons éviter à ce que nos élèves réceptionnent des connaissances complexes comme de simples recettes à appliquer sans en percevoir le sens.
Pour établir des connaissances durables, il faut que la mémoire intègre de nouvelles connaissances avec celles préalables plus anciennes en établissant des schémas riches et complexes aux liens opportuns. C’est un processus lent et long, qui impose de la pratique, mais aussi d’y aller étape par étape dans une séquence logique.
Pour rendre les élèves conscients du bien-fondé de leur raisonnement, ils doivent être capables de mémoriser comment le justifier. Pour y arriver, nous devons leur permettre de rester dans la capacité de leur mémoire de travail.
L’accent ne doit pas être mis sur la performance, mais sur l’élaboration et la profondeur.
Nous devons les interroger sur leur raisonnement afin qu’ils s’y engagent. Ce faisant, nous développons leur capacité d’autorégulation face à la matière vue.
Apprendre à raisonner pour éviter la création de lacunes
Les explications ci-dessous sont explorées dans le cadre d’un cours de mathématiques. Le même raisonnement peut se transposer en chimie ou en physique et dans d’autres matières qui se caractérisent par une accumulation de connaissances à haut degré d’interactivité.
Dans le cadre de mathématiques, nous pouvons enseigner directement des règles, des procédures ou des formules à appliquer comme s’il s’agissait de boites noires ou de raccourcis pour l’élève.
Le principal souci que l’élève acquiert des connaissances arbitraires qu’il ne sait pas reconstruire. Elles sont fragiles et susceptibles des erreurs que l’élève sera peu susceptible de repérer. L’élève n’acquiert pas le raisonnement mathématique qui l’accompagne.
Cela amène à des confusions et des erreurs et finalement à des lacunes qui peuvent perdurer. L’élève a réussi des évaluations qui portent sur ces points, mais ces connaissances étaient superficielles et plus part dans la progression de la matière, il ne pourra pas les utiliser comme connaissances préalables. Nous avons ainsi créé des lacunes chez nos élèves.
Ces erreurs liées parfois à l’usage des fractions, à la factorisation ou à la résolution d’équations du premier degré par exemple, tendent à décontenancer un enseignant quelques années plus tard.
Pour arriver à ce stade de la scolarité (seconde moitié de l’enseignement secondaire), l’élève a dû savoir le faire, faire preuve de la compétence, mais celle-ci s’est perdue.
Cela montre que chez ces élèves, les bases solides d’un raisonnement mathématique n’ont pas été acquises. Il ne s’agit pas d’un manque de capacités mathématiques, mais d’un manque de connaissances préalables qui peut lourdement handicaper la suite des apprentissages s’il n’est pas traité.
Lorsque l’élève mémorise le raisonnement mathématique qui se cache derrière ces opérations, il y a nettement plus de chances que l’apprentissage acquis soit durable, flexible et transférable dans des contextes proches. L’élève pourra plus spontanément traiter l’information, élaborer, raisonner, poser des hypothèses et vérifier.
Consacrer suffisamment de temps à l'exercice du raisonnement
Il est plus intéressant que l’élève soit amené à analyser dans le cadre d’un raisonnement mathématique les activités dans lesquelles il s’engage en classe. Cela peut avoir lieu lors de la pratique guidée ou de la pratique autonome.
Cela impose une mise en route plus lente. Procéder de la sorte permet aux élèves d’accéder à un niveau de détail plus réduit qui facilite le traitement en mémoire de travail. Une fois ces étapes automatisées, nous pourrons alors laisser procéder l’élève de manière plus directe.
Ayant développé une compréhension fine du raisonnement mathématique sous-jacent, le risque d’erreur d’application s’en trouve nettement réduit. S’il commet une erreur, l’élève devient capable de décomposer son raisonnement et d’en vérifier la plausibilité.
Pour arriver à ce stade, l’enseignant doit éviter les recettes. Il décompose un procédé mathématique en une suite d’étapes de taille réduite maniables en mémoire de travail pour un novice. Grâce à de multiples interactions, il développe le raisonnement mathématique des élèves à chacune des étapes jusqu’à le rendre fluide.
Une fois ce processus réalisé, les étapes peuvent être regroupées. Puisque les élèves disposent des éléments d’analyse dans leur mémoire à long terme ils deviennent capables d’appréhender des formes plus complexes sans avoir besoin de raccourcis mentaux.
De plus, les élèves développent la capacité de décomposer un énoncé complexe en grains fins qu’ils peuvent maitriser. Leurs connaissances deviennent naturellement plus flexibles et stables que lorsqu’ils appliquent des règles contextualisées sans en comprendre leur fondement ce qui favorise les interférences et l’oubli.
De plus lorsque les élèves apprennent des recettes, dès qu’un ingrédient change, que le contexte est différent, il devient difficile de s’adapter. Avec une compréhension fine du raisonnement, un changement d’ingrédient devient plus facile à gérer en mémoire de travail.
Éviter la stratégie moyen-fin dans le cadre des tâches complexes
En enseignant et en automatisant les stratégies de raisonnement, nous évitons qu’un élève en manque de repère s’engage par défaut dans une stratégie moyen-fin inefficace.
Dans le cadre d’une stratégie moyen-fin, plutôt que d’appliquer ses connaissances mathématiques, l’élève va procéder par essais et erreurs afin de s’approcher de sa cible, la réponse.
Le premier problème est que non seulement cette stratégie n’est pas des plus efficaces et qu’elle entraine une charge supplémentaire pour la mémoire de travail.
Le second problème est que cette approche n’est pas propice à l’apprentissage, même si les élèves obtiennent la bonne réponse.
À l’opposé, l’élève qui dispose des stratégies en mémoire à long terme peut exercer son raisonnement mathématique et mobiliser ses connaissances à mémoire à long terme pour élaborer et analyser la solution. Cette démarche a une plus grande probabilité de contribuer à un apprentissage.
Un exemple d'étayage pour le raisonnement en mathématiques
Certains élèves présentent tardivement des lacunes dans la résolution de simples équations du second degré et n’ont qu’une compréhension fragile de la notion d’égalité et d’équilibre des membres d’une équation.
Ils ont retenu des règles vagues qui précisent qu’en changeant de membre, un +3 devient un — 4 ou qu’un x2 devienne un /2. La question de l’équilibre leur échappe.
Pour ces élèves, il est plus utile, même si cela semble procédurier de privilégier la méthode de l’équilibre formel à ces règles qui leur sont arbitraires, car ils ne les comprennent pas vraiment. Pour eux, elles ne reposent pas sur un raisonnement mathématique pour les élèves, ce qui peut expliquer par la suite des erreurs d’interférence dans leurs calculs et leur difficulté à les détecter.
Privilégier un enseignement explicite qui soutient la réflexion des élèves
Lorsque nous enseignons à des élèves, il est fondamental de réfléchir très attentivement aux méthodes de raisonnement et de réflexions que nous privilégions. La visée ne doit pas être la seule évaluation sommative qui permet la certification. Il importe de voir au-delà.
Est-ce qu’un mode de raisonnement, une méthode ou une procédure resteront pertinents face aux développements des apprentissages futurs que l’élève rencontrera dans les années suivantes ? Est-ce que certains raccourcis pris ne sont pas susceptibles de devenir des obstacles quand certaines dimensions ne seront plus occultées ? Est-ce l’élève comprend vraiment ce qu’il fait à chaque étape, comment il le fait et comment il peut le valider ? Est-ce qu’il ne se contente pas d’appliquer seulement des recettes ? Est-ce qu’il pourra transférer ces connaissances vers des cas et des situations plus complexes ?
Cela peut nous amener à renoncer à certains raccourcis qui simplifient l’enseignement et à adopter des approches plus lentes et complexes à court terme, mais quand même envisageables en prenant le temps nécessaire.
Lorsque nous cherchons à avancer trop vite, à maximiser une performance à court terme et à engager rapidement mes élèves dans la réalisation de tâches complexes, nous courrons un risque. C’est celui d’installer potentiellement un champ de mines pour les apprentissages ultérieurs. Se limiter à préparer nos élèves à réussir un test plutôt qu’à démontrer des apprentissages profonds est surtout un investissement à court terme. Les démarches de réflexions que nous leur enseignons ne devraient pas connaitre de péremption, mais au contraire s’enrichir au fur et à mesure.
En essayant tant bien que mal d’appliquer leurs schémas existants, déficients, faits de raccourcis et non évaluables, les élèves risqueront de produire des erreurs malgré eux, qu’ils ne pourront pas corriger spontanément. Des connaissances qui restent fragiles peuvent être elles-mêmes rapidement victimes d’interférences et d’oublis.
Ce genre de démarche peut amener un enseignant un an ou deux ans plus tard à devoir reprendre plus tard des fondamentaux afin d’installer le raisonnement nécessaire. Cela se fera avec difficulté, car il faudra en outre inhiber des automatismes installés et pouvoir trouver le temps de faire cette différenciation.
La conclusion de ces phénomènes est qu’une méthode d’enseignement plus formelle, plus guidée, plus systématique comme l’enseignement explicite accompagné d’un dialogue formatif peut sembler parfois excessive et plus lente dans ses processus. Toutefois, à long terme, elle permet de rattraper largement ce temps et contribue à installer des apprentissages profonds chez tous les élèves. L’apprentissage qui compte est celui qui se vérifie à long terme et bâtit des fondations solides. Ce n’est pas celui qui vise des gains de performance rapides. Un investissement plus conséquent, exigeant et assumé à court terme peut conduire à des gains ultérieurs nettement plus importants que tout raccourci basé sur des compromis.
Mis à jour le 08/11/2023
Bibliographie
Craig Barton, How I wish I’d taught maths, 2018, John Catt
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