Un challenge important auquel fait face la théorie de la charge cognitive est d’étendre l’optimisation de l’apprentissage individuel à celui de l’apprentissage collaboratif. Ce processus pourrait aboutir à terme à une théorie de la charge cognitive collaborative.
(Photographie : Benjamin Filarski)
Le danger de l'impréparation à l’apprentissage collaboratif
L’évolution au sein de la société, des technologies, de la communication et de l’économie fait que l’apprentissage moderne tend à passer de plus en plus de l’apprentissage individuel à l’apprentissage collaboratif. Cet apprentissage collaboratif en vient à concerner l’acquisition de compétences et de connaissances tout au long de la vie.
La difficulté est que, contrairement à l’apprentissage individuel, il existe actuellement peu de théories bien étudiées et fondées sur des preuves pour guider la conception, le développement et la mise en œuvre de l’apprentissage collaboratif.
Une conséquence de ce vide est le risque évident d’une mauvaise mise en œuvre et de l'impréparation des enseignants et des élèves. Ils peuvent se retrouver à s’engager dans une mobilisation inefficace, inefficace et insatisfaisante de l’apprentissage collaboratif.
De plus, par l'effet d'une mise en œuvre inadéquate de l’apprentissage collaboratif, les enseignants et leurs élèves se retrouvent à gaspiller des ressources précieuses, en temps, en efforts, en argent. Cette mauvaise mise en œuvre se traduit en un apprentissage réduit et en un enseignement inefficace, à l’intérieur comme à l’extérieur des classes.
Tout cela peut représenter une occasion manquée pour les apprenants d’acquérir les compétences nécessaires à la vie professionnelle.
Par conséquent, avant de mettre en oeuvre l'enseignement collaboratif, un enseignant doit être formé. De plus avant le mettre en oeuvre, il doit s'assurer d'enseigner les bonnes stratégies de collaboration à ses élèves en fonction des conditions de la tâche prévue.
Principes fondateurs de la théorie de la charge cognitive en lien avec l’apprentissage dans un cadre collaboratif
La théorie de la charge cognitive est à la base de la conception et de la mise en œuvre d’un enseignement individuel efficace et efficient.
La théorie de la charge cognitive soutient que notre architecture cognitive et la façon dont nous traitons l’information sont limitées par la capacité et la durée des activités de notre mémoire de travail. Ces phénomènes affectent directement l’apprentissage.
Les tâches d’apprentissage amènent les apprenants à dépenser des ressources de la mémoire de travail, c’est la charge cognitive associée aux processus cognitifs.
Cette charge dépend de la complexité inhérente d’une tâche d’apprentissage :
- De la charge intrinsèque pour les éléments d’information nouveaux, en interaction avec la tâche donnée et pertinents pour l’apprentissage.
- De la charge extrinsèque pour les éléments supplémentaires liés à l’approche pédagogique, mais non pertinents pour l’apprentissage.
- Des schémas de mémoire à long terme en rapport avec la situation.
Imaginons une tâche qui comporte un niveau élevé d’interactivité des éléments (charge intrinsèque). Un apprenant qui possède des connaissances pertinentes dans sa mémoire à long terme ressentira une charge cognitive plus faible et réalisera un meilleur apprentissage qu’un novice qui en a peu et ressentira une charge cognitive plus forte.
Si trop d’éléments d’interaction extrinsèques sont ajoutés, la tâche dépassera l’apprenant d’autant plus qu’il est novice. Elle entravera son apprentissage. Ce sera par exemple le cas lorsque l’apprenant doit appliquer une stratégie de découverte.
L’apprentissage sera également entravé lorsqu’un apprenant avancé (c’est-à-dire un apprenant ayant des connaissances préalables considérables ou une expérience dans le domaine concerné) reçoit un enseignement qui combine des informations nouvelles, redondantes ou déjà connues. Cela réduira sa performance, c’est l’effet d’inversion de l’expertise.
Prendre en compte la distinction entre connaissances biologiques primaires et secondaires dans un cadre collaboratif
Les connaissances peuvent être classées de nombreuses façons différentes (par exemple, a priori, a posteriori, explicite, implicite/tacite, déclarative, procédurale, propositionnelle, etc.)
La théorie de la charge cognitive se fonde sur une catégorisation qui a une signification particulière pour l’apprentissage et l’enseignement.
La théorie de la charge cognitive considère la distinction de Geary entre les connaissances primaires et secondaires d’un point de vue biologique.
Les deux types de connaissances conduisent à des procédures d’enseignement et d’apprentissage différentes et ont des implications claires pour l’apprentissage collaboratif.
En tant qu’espèce, nous avons évolué pour acquérir des connaissances biologiques primaires presque sans effort et sans enseignement explicite, grâce au soutien des membres d’une communauté. Ces connaissances primaires biologiques n’ont pas besoin d’être enseignées de manière formelle.
Des exemples de telles compétences primaires pertinentes pour la collaboration sont :
- L’audition, l’écoute ou l’attention conjointe
- Leurs connaissances primaires dérivées respectives sont la planification, la généralisation ou le fait de parler dans sa langue maternelle.
Cette distinction est signifiante, la collaboration est également une compétence biologique primaire. Nous avons évolué pour l’acquérir.
À l’opposé, nous n’avons pas évolué pour acquérir des connaissances biologiques secondaires sans la mise en œuvre intentionnelle d’un environnement d’apprentissage.
L’acquisition de ces connaissances biologiques secondaires nécessite un enseignement explicite et la présence des compétences biologiques primaires appropriées.
Des exemples de telles compétences primaires sont :
- Lire et écrire.
- Parler une ou plusieurs langues non maternelles
- Programmer un ordinateur
- Résoudre des problèmes d’ingénierie et de sciences
- Analyser des théories philosophiques, scientifiques, etc.
L’élaboration d’une théorie de la charge cognitive collaborative
La charge cognitive entrainée par la collaboration représente un coût à la fois supplémentaire et inévitable. Les apprenants doivent interagir avec leurs coéquipiers pour communiquer entre eux et coordonner leurs actions sur une tâche, ce qui augmente la charge cognitive extrinsèque.
Parallèlement, deux apprenants ou plus qui contribuent activement à atteindre un objectif d’apprentissage mutuel se partagent l’effort nécessaire pour atteindre cet objectif ce qui peut être bénéfique.
L’exécution d’une tâche d’apprentissage collaboratif est une interaction entre :
- Les caractéristiques de la tâche
- Les apprenants individuels et l’équipe.
Le cadre général utilisé par la théorie de la charge cognitive est directement applicable à l’apprentissage collaboratif, mais nécessite des ajouts spécifiques pour tenir compte des dimensions de la collaboration.
Les principaux ajouts requis dans le cadre de l’apprentissage collaboratif sont :
Nous allons décrire ces différents éléments puis les mettre en lien avec des effets et des hypothèses qui sont liés aux développements de la théorie de la charge cognitive collaborative.
Le principe d’interdépendance cognitive mutuelle
Selon le principe d’interdépendance cognitive mutuelle, la charge cognitive associée à la collaboration peut se révéler bénéfique à l’apprentissage, surtout lorsque les environnements d’apprentissage sont très complexes.
Nous partons de l’idée que la collaboration serait un principe organisateur décisif à la fois pour le développement et le fonctionnement de l’architecture cognitive humaine.
Les variations environnementales sont un facteur crucial pour l’évolution génétique et la sélection naturelle. Selon ce dernier processus, les mutations doivent être stockées dans un réservoir d’informations (l’ADN) pour être transmises de génération en génération.
Une analogie avec ce processus peut être faite au niveau de la cognition humaine et des connaissances culturelles. Il y a à la fois des changements et une accumulation concernant les connaissances culturelles. Nous pouvons parler d’une sélection culturelle et d’un réservoir d’informations. Les changements dans ce réservoir d’informations sont produits et reproduits par les processus d’apprentissage et d’enseignement.
Dans les deux cas, pour que la sélection naturelle et la sélection culturelle fonctionnent, une forme de collaboration entre les individus et les groupes est nécessaire.
L’évolution génétique et le développement cognitif dépendent de l’interdépendance mutuelle des membres du groupe. Les individus les plus aptes à collaborer le font en modélisant et en transmettant des informations pertinentes au groupe.
Du point de vue de la charge cognitive, la collaboration autour de tâches spécifiques à un domaine est bénéfique, mais comporte des coûts cognitifs dus aux activités transactionnelles intrinsèques.
Dans la reproduction culturelle, les apprenants experts investissent par exemple des coûts cognitifs dans les apprenants novices en collaborant avec eux en fournissant des environnements pédagogiques adaptés à leurs schémas antérieurs.
Dans les groupes d’apprenants aux connaissances hétérogènes, les apprenants avancés investissent des ressources transactionnelles qui profitent aux novices. Les novices doivent eux-mêmes faire face au coût cognitif de l’apprentissage dans le cadre collaboratif.
Les apprenants avancés collaborent en rendant disponibles leurs connaissances et leurs compétences aux autres. Les apprenants novices reçoivent ces informations et réorganisent leurs schémas antérieurs. C’est le principe d’emprunt et de réorganisation.
L’interaction entre la collaboration, les environnements d’apprentissage et l’expertise peut mieux expliquer les principes et l’évolution de l’architecture cognitive humaine.
La clé de l’évolution génétique et culturelle n’est pas seulement l’aptitude cognitive individuelle, mais surtout l’interdépendance cognitive mutuelle. Il y a un avantage évident à partager l’information, les connaissances et leur intelligibilité.
Les humains ont évolué pour collaborer, apprendre ensemble et se partager les informations dans des contextes mutualistes.
Interagir et collaborer dans des environnements nécessitant ce comportement fournit un objectif majeur pour le développement évolutif de la communication.
Si nous avons évolué pour acquérir des connaissances conjointes, alors la collaboration peut être elle-même une connaissance biologique primaire ou générale et n’imposer que peu de contraintes sur la mémoire de travail. L’apprentissage dans le cadre scolaire nécessite des connaissances biologiques primaires (par exemple, communiquer les uns avec les autres, partager l’attention).
La nature de la collaboration va dépendre de l’environnement cognitif dans lequel elle s’effectue. Elle est fonction du domaine de connaissance, des processus impliqués, des sujets et du contexte. Malgré la dimension biologiquement primaire de la collaboration, il n’est pas toujours possible de collaborer de manière appropriée tout en acquérant des connaissances spécifiques dans un domaine biologiquement secondaire. En effet, la pression sur la mémoire de travail peut être plus forte.
L’acquisition collaborative de connaissances spécifiques à une tâche nécessite que les apprenants obtiennent un soutien et des conseils appropriés pour travailler ensemble dans des domaines particuliers. C’est par exemple le fait de résoudre un problème de mathématique ou de suivre les consignes d’une séance de laboratoire en sciences et de rédiger le rapport d’analyse des données.
Une collaboration efficace et efficiente dépend de la qualité de la communication et de la coordination liées aux caractéristiques spécifiques de la tâche d’apprentissage appartenant à un domaine biologique secondaire.
La notion de connaissances générales liées à la collaboration
Un apprentissage collaboratif efficace dans un domaine donné n’est pas automatique. Il impose notamment d’avoir développé des compétences générales au niveau du groupe dans ce domaine.
La connaissance générale du domaine au niveau du groupe peut également réduire la charge cognitive improductive lorsque les membres du groupe ont acquis des schémas appropriés de travail collaboratif.
Tous les apprenants doivent avoir des connaissances générales (c’est-à-dire des schémas généraux) sur la façon de collaborer avec les autres dans le domaine considéré.
Par exemple :
- Les règles générales de collaboration
- Les règles générales de courtoisie
- Les attentes interpersonnelles, etc.
Par exemple dans la cadre d’une séance de laboratoire en sciences, des connaissances du domaine portent sur les règles de sécurité et des procédures habituelles (titrage, pesage, dilution, etc.)
Cependant, certains schémas acquis antérieurement peuvent interférer avec les exigences spécifiques de la tâche d’apprentissage collaboratif. La situation est délicate lorsque les membres d’un groupe n’ont pas les connaissances préalables appropriées pour collaborer les uns avec les autres. Ils peuvent se retrouver à dépenser les ressources de la mémoire de travail en communication ou en interactions sans rapport direct avec l’exécution des tâches d’apprentissage. Il ne leur reste que peu de ressources pour organiser et coordonner les processus de travail entre eux.
Cette charge étrangère aurait pu être réduite lorsque les membres du groupe ont déjà l’expérience de travailler ensemble sur des tâches analogues ou transférables.
Les apprenants en groupe doivent bénéficier d’un encadrement et d’un soutien pédagogique (par exemple, des scripts ou une formation basée sur les tâches) jusqu’à ce qu’ils s’approprient un schéma de domaine socialement partagé.
Ces schémas de groupe permettent aux apprenants de réduire leur charge cognitive et de concentrer leurs ressources de leur mémoire de travail sur des activités transactionnelles qui permettent l’acquisition de schémas de connaissances spécifiques plus appropriés.
Les membres d’un groupe doivent développer un modèle mental partagé ou un schéma collectif d’interdépendance cognitive sur la manière de communiquer et de coordonner efficacement leurs activités transactionnelles.
Les groupes doivent mettre en place des processus et des procédures qui sont adéquats pour travailler ensemble. Ceux-ci leur permettent d’expérimenter et de développer davantage l’expertise dont ils disposent, de partager les connaissances du groupe, d’échanger de manière appropriée les informations disponibles sur la tâche entre eux. De cette manière, ils peuvent exploiter la qualité de la participation de chaque membre du groupe dans la réalisation de la tâche à accomplir.
Pour les tâches/problèmes complexes, la collaboration devient un étayage (tout comme les problèmes résolus) pour les processus d’acquisition de connaissances des individus.
Si la collaboration est un étayage, elle devient efficace. Si elle n’est pas un étayage ou si elle ajoute en soi une charge extrinsèque trop importante, elle sera inefficace.
La notion de mémoire de travail collective
Un bon apprentissage collaboratif induit une mémoire de travail collective qui n’existe pas autrement.
Dans l’apprentissage individuel, une seule mémoire de travail doit traiter tous les éléments en interaction.
Dans les tâches collaboratives, les divers éléments interactifs de la tâche peuvent être répartis entre plusieurs mémoires de travail, celles de chacun des membres du groupe, ce qui réduit en retour la charge cognitive imposée individuellement. Ces multiples mémoires de travail constituent une mémoire collective plus importante.
La collaboration en tant que procédure pédagogique est susceptible de modifier la charge cognitive totale à l’échelle individuelle.
Le fait de posséder des compétences générales au niveau du groupe dans un domaine signifie que, pendant l’apprentissage collaboratif, les informations peuvent provenir des collaborateurs selon le principe de l’emprunt et de la réorganisation. Elles sont donc susceptibles d’être disponibles exactement au moment où elles sont nécessaires, ce qui entraine une diminution de la charge et une augmentation de l’apprentissage.
Les facteurs ayant un effet de charge cognitive sur l’apprentissage en groupe, d’après Kirschner, et coll. (2018) :
| Principe | Description |
|---|---|
| Complexité de la tâche | Une collaboration efficace se produit lorsque la tâche est suffisamment complexe pour justifier le surcroit de travail |
| Guidage et soutien | Lorsque les élèves font face à une nouvelle situation ou à un nouvel environnement de collaboration, il faut guider la réalisation de la tâche |
| Expertise du domaine | Plus l’expertise des membres du groupe dans le domaine de contenu est élevée, plus la collaboration est aisée |
| Compétences en matière de collaboration | Plus l’expertise des membres du groupe pour collaborer est élevée, plus la collaboration est aisée |
| Taille du groupe | Plus le groupe est grand plus la collaboration est difficile |
| Rôles au sein du groupe | Si chacun sait précisément ce qu’il a à faire, alors la collaboration est aisée |
| Composition du groupe | Plus la répartition des connaissances entre les membres du groupe est hétérogène, plus la collaboration est difficile |
| Expérience antérieure de la tâche | Plus les élèves ont de l’expérience de la tâche, plus ils coordonnent leurs actions sur les tâches et plus la collaboration est aisée |
| Expérience antérieure du groupe | Plus les élèves ont de l’expérience à travailler ensemble plus la collaboration est aisée |
Le concept des coûts de transaction
La communication et la coordination pendant l’apprentissage collaboratif entrainent des coûts de transaction en matière de charge cognitive.
La charge cognitive collaborative est productive lorsque les activités interindividuelles facilitent une connaissance meilleure et plus efficace que l’apprentissage individuel.
Ces coûts sont liés à la mise en place, à l’application et au maintien des obligations réciproques ou des contrats qui maintiennent les membres d’une équipe ensemble. Les apprenants communiquent entre eux et coordonnent leur propre apprentissage et celui des autres. D’une certaine manière, ces coûts représentent les frais généraux de l’équipe pour permettre à une équipe de travail de produire plus que la somme de ses parties.
Ces activités peuvent soit entraver, soit améliorer l’apprentissage.
La mémoire de travail collective est efficace lorsqu’un groupe tire parti de sa plus grande capacité collective (par exemple, lorsque la tâche est extrêmement complexe) et échange également dans le cadre d’activités transactionnelles productives.
Pour tirer le meilleur parti de l’effet collectif de la mémoire de travail, il faut examiner les effets de la répartition des éléments de la tâche entre plusieurs mémoires de travail. En supposant une motivation et des connaissances préalables stables, la façon dont les éléments d’information et les processus pour réaliser une tâche d’apprentissage sont distribués peut générer différentes activités transactionnelles.
La charge cognitive collaborative devrait être faible si la distribution des tâches est homogène entre les membres et si les groupes comptent un nombre approprié d’individus.
La répartition et la taille de l’équipe sont déterminées en fonction des types et du nombre d’activités transactionnelles nécessaires pour résoudre un problème complexe.
La spécialisation des connaissances peut réduire la charge cognitive extrinsèque parmi les membres du groupe. Elle évite le chevauchement des connaissances individuelles et fournit au groupe l’accès à un plus grand réservoir d’informations à travers le domaine. Nous savons que les apprenants ayant un faible niveau de connaissances préalables bénéficient de l’apprentissage collaboratif lorsqu’ils forment des groupes hétérogènes plutôt que des groupes homogènes.
Lorsqu’un ou plusieurs membres du groupe possèdent des connaissances pertinentes nécessaires à la réalisation de la tâche, l’apprentissage collaboratif devient plus efficace et efficient. Ce sera surtout le cas dans des conditions de charge cognitive élevée (c’est-à-dire par une restriction temporelle).
Effets de la charge cognitive collaborative en fonction des conditions d’apprentissage
Différents paramètres de l’apprentissage collaboratif vont avoir un effet sur la charge cognitive collaborative :
- Distribution de l’information
- Plus l’information est distribuée de façon hétérogène parmi les membres de l’équipe travaillant sur une tâche d’apprentissage, plus la charge extrinsèque causée par les activités transactionnelles (communication et coordination) est élevée.
- Taille de l’équipe
- Plus le nombre de membres d’une équipe travaillant sur une tâche d’apprentissage est élevé, plus la charge étrangère causée par les activités transactionnelles (communication et coordination) est importante.
- Familiarité
- Plus les membres de l’équipe se connaissent bien, même s’ils n’ont pas d’expérience de travail en commun sur une tâche d’apprentissage, plus la charge extrinsèque causée par la communication est faible.
- Expérience
- Plus les membres de l’équipe ont de l’expérience à travailler ensemble sur des tâches d’apprentissage non liées, plus la charge extrinsèque causée par les activités transactionnelles (communication et coordination) est faible.
- Groupe de travail
- Il est intéressant que les membres de l’équipe aient de l’expérience dans la coordination de leurs actions sur des tâches spécifiques relativement liées à la tâche d’apprentissage en cours.
- Il est utile que les membres de l’équipe sachent ce qu’ils peuvent attendre les uns des autres en matière d’exécution de la tâche.
- Plus ces dimensions sont développées, plus la charge extrinsèque entrainée par les besoins de coordination est faible.
- Expertise de la tâche
- Plus l’expertise des membres de l’équipe dans le domaine de la tâche est grande, plus la charge extrinsèque causée par les activités transactionnelles (communication et coordination) est faible.
Enjeux de la théorie de la charge cognitive collaborative
Par rapport à ces différents concepts et paramètres, la théorie de la charge cognitive collaborative a pour enjeux de fournir aux enseignants des directives pédagogiques claires et précises pour la conception d’environnements d’apprentissage collaboratif efficaces.
Ces directives pédagogiques ont pour objet de nous aider à réfléchir en fonction aux capacités cognitives des élèves et à la demande d’une tâche spécifique dans le cadre d’un apprentissage collaboratif. Nous évaluons l’influence qu’une composition de groupe spécifique aura sur le processus cognitif qui se déroulera. L’objectif est que le choix de l’apprentissage collaboratif comme outil pédagogique soit toujours éclairé.
Mis à jour le 16/12/2023
Bibliographie
Zambrano R., J., Kirschner, P. A., & Kirschner, F. (2020). How cognitive load theory can be applied to collaborative learning: Collaborative cognitive load theory. In S. Tindall-Ford, S. Agostinho, & J. Sweller (Eds.), Advances in cognitive load theory: Rethinking teaching (pp. 30–40). Routledge/Taylor & Francis Group. https://doi.org/10.4324/9780429283895-3
Kirschner, P. A., Sweller, J., Kirschner, F., & Zambrano, J. (2018). From cognitive load theory to collaborative cognitive load theory. International Journal of Computer-Supported Collaborative Learning, 13, 213–233.
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