Utiliser des supports graphiques pour faciliter l’apprentissage selon la théorie du double codage

Quelles dimensions graphiques facilitent l’apprentissage ? Dans un article, Ioanna Vekiri (2002) passe en revue différentes perspectives théoriques. Nous allons explorer ici le cas du double codage après une introduction sur les caractéristiques des supports graphiques.

(Photographie : Andrew Sherman)

Cet article n’aborde que la question des graphiques préconstruits mis à disposition des apprenants. 

Trois perspectives théoriques sur l’effet positif des supports graphiques pour l’apprentissage

L’hypothèse qui sous-tend les efforts visant à mettre ces représentations à la disposition des élèves est que les affichages graphiques peuvent faciliter l’apprentissage.

Comprendre pourquoi et quand les graphiques peuvent contribuer à l’apprentissage peut permettre d’améliorer leur conception et leur utilisation pédagogique. Les caractéristiques de l’apprenant et du graphique peuvent influencer l’apprentissage. 

La théorie du double codage, l’hypothèse de l’argument visuel et l’hypothèse de la rétention conjointe sont trois perspectives théoriques qui expliquent le rôle des graphiques dans l’apprentissage.

Leurs différences proviennent du fait qu’elles se concentrent sur différents aspects du traitement graphique :

• L’argument visuel se concentre sur les processus de perception et d’interprétation qui ont lieu lorsque les apprenants extraient du sens des représentations graphiques. L’argument visuel affirme que les représentations graphiques sont plus efficaces que le texte pour communiquer un contenu complexe, car le traitement des représentations peut être moins exigeant que celui du texte.
• La théorie du double codage et l’hypothèse de la rétention conjointe se concentrent sur le stockage en mémoire des informations visuelles et verbales. Selon ces points de vue, la présence de graphiques en plus du texte a des effets additifs sur l’apprentissage parce que les informations visuelles sont représentées séparément des informations verbales dans la mémoire à long terme. 

La notion de support graphique dans un cadre d'apprentissage

Les supports graphiques sont des affichages qui représentent des objets, des concepts et leurs relations à l’aide de symboles, de mots et de leur disposition spatiale. Ils sont multimodaux car ils associent du texte et des images.

Selon Bertin (1983) :

• Les supports graphiques se distinguent des autres systèmes de signes, tels que les représentations picturales, parce qu’ils sont monosémiques. Les éléments des systèmes monosémiques ont une signification univoque et unique, car leur conception repose sur des conventions prédéfinies. 
• À l’inverse, les représentations picturales, comme les peintures, les photographies et les dessins, sont polysémiques parce que leur interprétation implique subjectivité et ambiguïté. 

Goodman (1968) a proposé une catégorisation similaire des systèmes de signes en systèmes notationnels et non notationnels :

• Dans les supports graphiques, qui sont notationnels, il existe une correspondance biunivoque entre leurs éléments et leurs référents, et chaque élément n’a qu’une seule signification. 
• Les photographies et les dessins sont polysémiques ou non notationnels parce qu’ils ne sont pas composés d’éléments discrets et facilement identifiables, et que leurs symboles individuels peuvent avoir plusieurs significations. 

Il n’y a pas de définition standard des types de support graphique. Par conséquent, les mêmes termes peuvent être utilisés avec des significations différentes. Une autre confusion peut provenir du fait que différents types de représentations graphiques peuvent être combinés en des hybrides, ayant les propriétés de plus d’une représentation.

Les formats classiques sont les cartes conceptuelles, les organisateurs graphiques ou les tableaux.

Les objets ou les entités peuvent être représentés par des images schématiques ou du texte entouré de boîtes et de cercles. 

Ils peuvent différer en matière de réalisme, allant de l’iconique, qui représente des objets avec beaucoup de détails (par exemple, les pièces d’un microscope), au schématique (par exemple, le cycle de l’azote).

Lorsque les élèves apprennent à partir d’affichages préconstruits, ils développent leur propre compréhension en internalisant les informations. En revanche, lorsque les élèves construisent leurs propres représentations, ils doivent acquérir une compréhension des concepts qu’ils étudient avant de pouvoir représenter leur pensée. 

Les principes généraux de la théorie du double codage (Paivio, 1990) 

Selon cette théorie, il existe deux systèmes cognitifs distincts et indépendants, mais interconnectés pour le traitement et le stockage des informations : 

• Un système imagé ou non verbal pour les informations non verbales
• Un système verbal pour les informations linguistiques. 

Les deux systèmes sont à la fois distincts sur le plan fonctionnel et structurel :

• Fonctionnellement distincts, car ils traitent les informations visuelles et verbales séparément et indépendamment les unes des autres.
• Structurellement distincts parce qu’ils stockent les informations dans des unités de représentation spécifiques à chaque modalité :
• Les logogènes sont des codes de type mots
• Les imagènes correspondent à des objets naturels. 

Les imagènes permettent de générer des images mentales qui ressemblent aux propriétés des objets réels et se prêtent à des transformations spatiales dynamiques, ce qui n’est pas possible avec les représentations verbales.

Une autre différence structurelle entre les deux types de représentations est leur organisation :

• Les imagènes ont l’avantage d’être organisés de manière synchrone, ce qui permet à de nombreuses parties d’une image mentale d’être disponibles pour un traitement simultané. 
• Les logogènes sont organisés en unités plus grandes et de manière successive et, par conséquent, ils sont soumis aux contraintes du traitement séquentiel, qui permet le traitement d’une information limitée à la fois. 

Bien que les deux systèmes cognitifs soient fonctionnellement distincts, ils sont interconnectés. Des connexions associatives peuvent se former entre les représentations verbales et visuelles, permettant la transformation de chaque type d’information en l’autre. 

Par exemple, les gens peuvent associer le mot chien à l’image d’un chien et, par conséquent, le fait d’entendre le mot chien peut susciter une image mentale d’un chien. 

Implications pédagogiques du double codage

La double trace :

• Les illustrations et autres matériels visuels peuvent contribuer à l’efficacité de l’enseignement en permettant aux élèves de stocker le même contenu dans deux formes de représentations mnésiques, linguistique et visuelle. 
• Lorsque les informations verbales et visuelles sont présentées de manière contiguë dans le temps et l’espace, cela permet aux apprenants de former des associations entre le contenu visuel et verbal pendant l’encodage. Cela peut augmenter le nombre de chemins que les apprenants peuvent emprunter pour récupérer l’information, car les stimuli verbaux peuvent activer les représentations verbales et visuelles.
• L’inclusion d’illustrations dans les textes ou les conférences peut favoriser une meilleure rétention du contenu, car elle offre aux apprenants deux façons de mémoriser l’information. 

Les informations concrètes :

• Les gens sont plus susceptibles de se souvenir d’informations concrètes que d’informations abstraites. Les informations concrètes sont mieux mémorisées parce qu’elles peuvent évoquer des images mentales et, par conséquent, encourager les gens à encoder la même information dans les deux modalités. 
• Par conséquent, nous pouvons faciliter l’apprentissage en augmentant le caractère concret de l’enseignement lorsque le contenu est abstrait.
• De même, le fait de proposer de nombreuses expériences visuelles peut enrichir les représentations mentales des élèves et augmenter leur capacité à générer des images mentales lorsqu’ils apprennent.

Selon la théorie du double codage, les graphiques peuvent apporter une contribution précieuse à l’apprentissage des élèves. Cependant, leurs effets dépendent de deux facteurs importants : les caractéristiques des affichages eux-mêmes et les caractéristiques des apprenants qui les utilisent. 

Caractéristiques souhaitables des affichages selon la théorie du double codage

Les affichages doivent répondre spécifiquement à l’objectif d’apprentissage et l’illustrer. 

Les affichages devraient être fournis avec des explications et des conseils : 

• L’ajout de représentations visuelles à des documents verbaux peut améliorer la compréhension des élèves. Cependant, les représentations ne sont pas efficaces lorsqu’elles sont utilisées sans conseils ni explications. 
• Souvent, les élèves ne savent pas quelles informations ils doivent observer dans un affichage. Sans aide, ils sont susceptibles de tirer des conclusions erronées de ce qu’ils voient. 
• Les élèves peuvent être guidés par des questions pour s’exercer ou des invites qui encourageaient l’interaction avec les affichages. De telles techniques peuvent attirer l’attention sur des détails pertinents. 

Les affichages doivent être coordonnés spatialement et temporellement avec le texte :

• Pour être efficaces, les affichages visuels doivent être fournis en coordination spatiale et temporelle avec les informations verbales. 
• En d’autres termes, les affichages visuels doivent être proches dans l’espace ou doivent être présentés simultanément aux informations verbales, ce qu’on appelle le principe de contiguïté. 
• L’utilisation simultanée de matériel verbal et visuel peut aider les apprenants à développer des modèles mentaux plus riches et plus cohérents, car ils peuvent établir des liens entre ce qui est présenté dans les graphiques et les textes. 
• Lorsque les informations visuelles et verbales sont présentées séparément, les apprenants ont moins de chances d’intégrer le matériel. Avec des présentations séparées, les apprenants doivent lire une partie du texte et la maintenir dans leur mémoire de travail tout en regardant l’affichage. Cela impose des exigences cognitives plus élevées à la mémoire de travail et augmente la possibilité que, en raison des limites de la mémoire de travail, certaines informations soient perdues ou restent non intégrées. 

L’efficacité de l’apprentissage à partir d’un graphique doit répondre du principe de modalité :

• L’apprentissage est meilleur lorsque les élèves reçoivent des informations verbales à partir d’une narration auditive que d’un texte. 
• Le modèle de double codage stipule que les stimuli visuels et verbaux sont traités indépendamment. Lorsque des informations verbales sont fournies par un texte, elles sont d’abord traitées par le système visuel. Par conséquent, la présentation de matériel verbal et visuel dans la même modalité (par exemple, en utilisant du texte au lieu de la narration) augmente les demandes de traitement sur le même système. Les présentations dans la même modalité minimisent les avantages des affichages, car elles laissent moins de ressources cognitives pour intégrer les informations visuelles et verbales. 
• L’utilisation simultanée d’images et d’une narration auditive permet aux apprenants d’établir des liens sans surcharger leur mémoire de travail.

Caractéristiques liées aux apprenants qui utilisent les affichages

Les connaissances préalables sont un autre facteur de médiation des effets des représentations visuelles. Les apprenants ayant des connaissances préalables élevées ont tendance à être plus stratégiques et peuvent intégrer des informations visuelles et verbales avec plus de succès et moins d’effort mental. 

Cela suggère qu’en raison des difficultés associées à l’intégration de l’information, la conception du matériel pédagogique devrait compenser le manque de stratégies des lecteurs à faible niveau de connaissances. 

Cela peut être accompli en décomposant l’information en plusieurs affichages. On utilise des indices (tels que des flèches ou des descripteurs intégrés à l’affichage) et des étiquettes qui dirigent les lecteurs vers les parties de l’affichage qui sont importantes.

Vers l’hypothèse de l’argument visuel

La théorie du double codage attribue les avantages des affichages visuels à deux facteurs : 

• L’existence de deux codes de représentation dans la mémoire à long terme
• Les caractéristiques structurelles des affichages visuels. 

(source des images : Caviglioli, 2019)

Une autre interprétation peut être est que les diagrammes facilitent l’apprentissage. En communiquant visuellement une partie de l’information du texte, ils impliquent le système cognitif visuel (le bloc-notes visuospatial) et réduisent ainsi la charge cognitive nécessaire au traitement du texte. De même, les affichages visuels peuvent améliorer l’apprentissage à partir de textes parce qu’ils communiquent l’information plus efficacement et imposent de faibles exigences à la mémoire de travail. 

Cette question de l’efficacité mène à l’hypothèse de l’argument visuel.

Mis à jour le 27/01/2024

Bibliographie

Vekiri, I. What Is the Value of Graphical Displays in Learning?. Educational Psychology Review 14, 261–312 (2002). https://doi.org/10.1023/A:1016064429161

Oliver Caviglioli, Dual coding with teachers, 2019, John Catt

Bertin, J. (1983). Semiology of Graphics, The University of Wisconsin Press, Wisconsin. 

Goodman, N. (1968). The Languages of Art, Hackett, Indianapolis.

Paivio, A. (1990). Mental Representations. A Dual Coding Approach, Oxford University Press, New York.