Les avantages de l’apprentissage par l’exemple

Les tâches de résolution de problèmes constituent une part importante des activités d’apprentissage dans de nombreuses matières scolaires. C’est notamment le cas dans le domaine des sciences et des mathématiques.

(Photographie : Flora Hanitijo)

Tâches de résolution de problèmes

Nous parlons de tâches de résolution de problèmes lorsque les élèves doivent passer de A (information donnée sur un état initial) à B (un état de but décrit). Ils ne savent pas d’emblée quelle série d’actions ils doivent effectuer pour y parvenir. Toutefois, les règles concernant les actions autorisées ont pu, ou n’ont pas pu être enseignées auparavant. 

Apprendre à résoudre des problèmes nécessite l’acquisition : 

• De connaissances procédurales sur les actions à effectuer et la manière de les effectuer.
• Des connaissances conceptuelles sur les raisons d’effectuer ces actions.

La connaissance conceptuelle est particulièrement pertinente lors de la résolution de problèmes de transfert dans lesquels une procédure de solution doit être sélectionnée selon les caractéristiques sous-jacentes et adaptée en fonction du contexte. 

L’apprentissage par l’exemple

L’apprentissage par l’exemple constitue une alternative à l’apprentissage par la pratique où les élèves essayent de trouver par eux-mêmes un moyen de passer de l’état initial à l’état final. L’apprentissage par l’exemple qui correspond à l’effet du problème résolu mis en évidence dans le cadre de la théorie de la charge cognitive. Les élèves reçoivent des exemples dans lesquels la procédure de résolution est démontrée. 

L’apprentissage par l’exemple consiste à apprendre en observant la procédure de résolution d’une autre personne qui a résolu ou est en train de résoudre un problème similaire. C’est une forme d’apprentissage par l’observation. L’utilisation du terme apprentissage par l’exemple est spécifique, car elle se limite aux tâches ou aux compétences à apprendre.

Dans l’apprentissage par l’exemple, comme les tâches ou les compétences à apprendre dans les contextes scolaires sont principalement cognitives, l’accent est mis sur la modélisation abstraite. Nous visons l’acquisition de compétences cognitives basées sur des règles ou des principes sous-jacents abstraits qui sont exemplifiés ou verbalisés par des modèles. Il ne s’agit pas de simplement copier, mais de comprendre et d’apprendre.

L’apprentissage par l’exemple est différent de l’apprentissage vicariant. L’apprentissage vicariant consiste à apprendre en observant quelqu’un d’autre qui reçoit un enseignement. L’apprentissage vicariant est par exemple en action lorsqu’un élève apprend en observant un camarade de classe pendant que celui-ci interagit avec un enseignant.

Le modelage en enseignement explicite se fonde sur l’apprentissage par l’exemple.

Nature des exemples de modélisation

Les problèmes résolus

Les problèmes résolus montrent généralement aux élèves la procédure de solution complète (et correcte) par écrit. 

Il s’agit généralement d’exemples didactiques, montrant la procédure telle que les élèves novices doivent d’abord l’acquérir, c’est-à-dire pas nécessairement de la manière qu’un expert la réaliserait en sautant certaines étapes. 

Les élèves peuvent utiliser ces problèmes résolus :

• Directement, lorsque l’exemple est encore présent
• Plus tard, lorsque l’exemple n’est plus présent, sur la base d’un schéma qu’ils ont formé de l’exemple en mémoire, comme analogue pour résoudre des problèmes similaires ou légèrement différents.

Dans la recherche cognitive sur l’apprentissage par l’exemple, l’accent a principalement été mis sur l’étude de l’efficacité et de l’efficience des exemples. Ceux-ci sont utilisés préférentiellement à des problèmes à résoudre pour l’acquisition de compétences en matière de résolution de problèmes. 

Les exemples de modélisation

Dans la recherche sur l’apprentissage social, qui remonte à la théorie sociale cognitive de Bandura, l’accent a été mis sur la modélisation d’exemples. Dans les exemples de modélisation, les élèves observent une démonstration en direct ou sur vidéo de la résolution d’un problème par une autre personne. Cette autre personne est un expert, un enseignant, un tuteur ou un élève du même âge.

Tout comme les problèmes résolus, les exemples de modélisation peuvent être de nature didactique. Cependant, ils peuvent également montrer un comportement naturel, par exemple, un élève pair qui fournit des efforts dans la résolution d’une tâche.

Dans la recherche sur l’apprentissage social, l’accent a souvent été mis sur l’étude de la manière dont les exemples affectent l’acquisition de compétences en résolution de problèmes. Ces recherches se sont intéressées aux relations avec l’auto-efficacité des élèves. 

L’émergence des exemples hybrides

Avec l’émergence des technologies modernes, des types d’exemples hybrides ont commencé à apparaitre. 

Prenons, par exemple, un exemple de modélisation vidéo en mathématiques, nous pouvons voir un individu qui élabore la procédure de solution. 

Il s’agit d’une méthode « hybride » dans le sens où elle présente des caractéristiques à la fois des exemples de modélisation et des problèmes résolus. Les étapes écrites de l’exemple apparaissent pas à pas et nous pouvons voir le modèle et entendre le sujet réfléchir à voix haute.

En fin de compte, lorsque toutes les étapes ont été écrites, ce qui est visible est essentiellement un problème résolu.

Nature de l’efficacité de l’apprentissage par l’exemple

De nombreuses recherches expérimentales menées en laboratoire, à l’école ou dans des contextes de formation professionnelle ont établi l’efficacité de l’apprentissage par l’exemple par rapport à la pratique de la résolution de problèmes.

Ces recherches se sont intéressées aux apprenants novices dans les premiers stades de l’acquisition de compétences sur une tâche. Dans ce cadre, le remplacement d’une partie substantielle des problèmes d’entraînement conventionnels par l’étude de problèmes résolus est plus efficace.

Une performance post-test supérieure ou égale atteinte avec un investissement moindre en temps d’étude ou en effort mental est mise en évidence. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet du problème résolu.

Interprétation de la théorie de la charge cognitive

Les théoriciens de la charge cognitive attribuent l’efficacité et l’efficience accrues de l’apprentissage par l’exemple par rapport à la résolution de problèmes pratiques aux processus cognitifs impliqués. 

Lorsqu’ils commencent à acquérir une compétence cognitive, les novices doivent se fier à des stratégies générales et peu efficaces. Ils procèdent par essais et erreurs, ou par la stratégie moyens-fins pour résoudre des problèmes, car ils n’ont pas encore appris de procédures spécifiques efficaces pour le faire. 

Ces stratégies générales de résolution de problèmes ne sont pas très efficaces pour l’apprentissage. Elles ne conduisent à l’apprentissage que lentement. Les apprenants peuvent réussir à résoudre le problème par la suite, mais en raison de la charge élevée de la mémoire de travail, ils ne se souviennent souvent pas des étapes qui ont été réellement efficaces. 

Par conséquent, ils ne parviennent pas à construire des schémas reliant les types de problèmes et les procédures de solution efficaces et restent incapables de résoudre ultérieurement des problèmes similaires.

Comme elles imposent une charge élevée à la mémoire de travail et prennent beaucoup de temps, ces stratégies sont non seulement inefficaces, mais aussi inefficientes pour l’apprentissage.

En montrant aux apprenants comment résoudre un problème, les problèmes résolus évitent d’avoir à appliquer des stratégies générales peu efficaces de résolution de problèmes. De plus, ils permettent aux apprenants de consacrer toute la capacité disponible de leur mémoire de travail à l’apprentissage. Le traitement cognitif permettra la construction d’un schéma cognitif de la procédure de résolution qui peut guider la résolution de problèmes futurs.

Interprétation de la recherche sur le raisonnement analogique

La recherche sur le raisonnement analogique a permis de comprendre comment les schémas guident la résolution de problèmes (et s’affinent au cours de ce processus). 

Nous distinguons généralement quatre phases dans le raisonnement analogique : 

1. L’encodage d’exemples (construction du schéma initial).
2. L’activation d’analogues pertinents dans la mémoire lorsqu’un nouveau problème (transfert) doit être résolu.
3. La mise en correspondance du problème à résoudre avec l’analogue, c’est-à-dire que les apprenants déterminent les points communs et les différences entre un problème connu (analogue) et le nouveau problème à résoudre.
4. L’induction d’un schéma abstrait à partir de ce processus de mise en correspondance ou la modification d’un schéma construit dans la phase 1.

Au fur et à mesure, les élèves peuvent remarquer que certaines caractéristiques superficielles ne sont pas pertinentes pour la méthode de solution appropriée. Au lieu de cela, ils encodent dans le schéma les caractéristiques structurelles pertinentes comme les actions à effectuer dans la procédure de solution pour un type de problème particulier.

L’impasse de la résolution conventionnelle de problèmes en recherche

La comparaison de l’apprentissage par l’exemple et de la résolution conventionnelle de problème est une limitation pour la recherche, car cette dernière est une condition de contrôle médiocre.

Les observations utiles sont limitées pour tester l’hypothèse selon laquelle les exemples sont efficaces. Leur efficacité correspond à une combinaison particulière de la réduction de la charge cognitive et de la délivrance d’une orientation forte pour la construction de schémas. En effet, nous comparons une condition de guidage pédagogique élevée (l’apprentissage par des exemples) et à une condition de contrôle (problèmes pratiques) dans laquelle les apprenants ne reçoivent aucune aide. La résolution de problèmes pratiques est inévitablement la source de processus de recherche inefficaces.

La résolution de problèmes avec tutorat dans le cadre d’un enseignement explicite

Une meilleure condition de contrôle est la résolution de problèmes avec tutorat, car cette dernière fournit également une orientation pédagogique. Cette mise en œuvre correspond assez fort à un enseignement explicite en classe lors de la pratique guidée et autonome. 

Dans le cadre de la résolution de problèmes avec tutorat, les élèves peuvent demander des conseils lorsqu’ils ne savent pas comment procéder à une étape de la résolution de problèmes. De même, ils obtiennent un retour d’information lorsqu’ils font des erreurs.

La combinaison de l’étude de problèmes résolus avec la résolution de problèmes accompagnée de tutorat n’a pas systématiquement montré un avantage de la première (Salden et coll., 2010).

McLaren et ses collègues ont comparé l’étude de problèmes résolus avec la pratique avec tutorat de la résolution de problèmes et la pratique conventionnelle de la résolution de problèmes. La première a montré un avantage important en matière d’efficacité temporelle : l’étude d’exemples travaillés prenait jusqu’à 60 % de temps en moins.

Il apparait que l’avantage de l’étude d’exemples réside effectivement dans la réduction des processus de recherche et permet simultanément une construction relativement rapide des schémas. 

L’apprentissage par l’exemple n’est pas passif, mais doit être cognitivement actif. Il est considéré comme un processus constructif au cours duquel les informations sont activement abstraites, réorganisées et intégrées aux connaissances existantes de l’élève. 

Toutefois, les perspectives de la théorie de la charge cognitive, comme celle de la théorie de l’apprentissage social sur l’apprentissage souligne la nécessité d’un traitement ciblé de la tâche ou de la compétence démontrée. 

L’apprentissage par l’exemple ne fonctionne pas par défaut, il a besoin d’être piloté et optimisé.

Mis à jour le 03/06/2023

Bibliographie

Van Gog, T., Rummel, N., & Renkl, A. (2019). Learning how to solve problems by studying examples. In J. Dunlosky & K. Rawson (Eds.), The Cambridge handbook of cognition and education (pp. 183–208). New York, NY: Cambridge University Press. 

Salden, Ron & Koedinger, Kenneth & Renkl, Alexander & Aleven, Vincent & Mclaren, Bruce. (2010). Accounting for Beneficial Effects of Worked Examples in Tutored Problem Solving. Educational Psychology Review. 22. 379–392. 10.1007/s10648-010-9143-6.

McLaren, B. M., van Gog, T., Ganoe, C., Karabinos, M., & Yaron, D. (2016). The efficiency of worked examples compared to erroneous examples, tutored problem solving, and problem solving in computer-based learning environments. Computers in Human Behavior, 55 (Part A), 87–99. https://doi.org/10.1016/j.chb.2015.08.038