mercredi 29 novembre 2023

L’importance de l’effet du problème résolu pour l’enseignement explicite

L’efficacité du modelage et de la pratique guidée en enseignement explicite s’explique largement par l’effet du problème résolu tel que mis en évidence dans le cadre de la théorie de la charge cognitive. Nous allons par conséquent l’explorer dans ce cadre.
(Photographie : Zhang Kechun)



Deux grands processus de résolution de problèmes inégaux pour le transfert


Selon Sweller, Mawer et Howe (1982), il existe deux grands processus que les individus peuvent utiliser lorsqu’ils tentent de résoudre un problème :
  •  L’analyse moyens-fins : elle intervient dans les situations où l’on tente de réduire les différences entre un état donné du problème, et un objectif ou un sous-objectif. Les déplacements sont générés par le but global ou par les sous-objectifs. 
  • Un processus de repérage historique : dans celui-ci, les personnes utilisent des mouvements rencontrés précédents pour générer les mouvements suivants dans lesquels ils s’engagent 

Il est suggéré que la mobilisation d’une analyse moyens-fins tendrait à réduire les effets de transfert et par conséquent l’apprentissage. 

Une stratégie basée sur des données historiques peut faciliter l’induction de règles, qui à son tour peut être un facteur important contribuant au transfert et à l’apprentissage. 

Cependant, pour que le transfert se produise, la structure des différents problèmes et la manière dont ils sont présentés doivent être telles que les personnes qui les résolvent perçoivent une relation étroite entre eux.

Une manière de favoriser le transfert et l’apprentissage sera de guider les élèves, lors de la résolution de problèmes. Cet étayage est utile lors de la recherche de modèles qui se reproduisent de problème en problème, ce qui favorise une stratégie basée sur l’historique.

En absence de guidage, les élèves sont amenés à recourir à une analyse moyens-fins. Cette stratégie de résolution de problèmes est particulièrement gourmande en matière de ressources cognitives. Sa mobilisation par les élèves lors d’une résolution de problème peut entrainer le fait qu’ils ne disposent plus de suffisamment de ressources mentales pour remarquer les modèles qui se trouvent juste devant eux. Les élèves sont alors moins aptes à repérer les similitudes entre problèmes, ce qui se traduit par un apprentissage moindre. 

N’apprenant plus la structure des problèmes lors de leur résolution, ils ne peuvent transférer cette compréhension à de nouveaux problèmes.



L’impact de la manipulation et des informations contextuelles sur l’apprentissage en résolution de problèmes


La charge extrinsèque dans la cadre de la résolution de problème correspond à toutes les informations qui ne contribuent pas directement ni au processus d’établissement d’une solution ni aux apprentissages qui peuvent en découler.

Cette charge extrinsèque peut être composée d’informations contextuelles ou même de consignes qui amènent les élèves à s’engager dans des activités de manipulation (comme lors d’une séance de laboratoire en sciences).

L’engagement suscité par la manipulation ou d’autres éléments du contexte non directement pertinents tend à détourner des ressources cognitives qui ne sont dès lors plus disponibles pour soutenir un apprentissage effectif.

Dès lors, l’activité, même si elle se révèle au final réussie, ne conduit pas nécessairement à l’apprentissage visé. 

Cet état de fait montre les limites d’une planification et d’une conception pédagogique basée sur des activités plutôt que sur des objectifs d’apprentissage. Nous ne pouvons pas être certains qu’une règle ou une procédure sera apprise par les élèves qui s’engagent dans des activités pourtant en lien avec elles.



De l’usage des théories scientifiques dans le secteur éducatif


Chaque domaine de connaissance possède sa propre épistémologie qui s’intéresse à la manière dont s’établissent les connaissances.

Les scientifiques recherchent la vérité en appliquant la méthode scientifique. Ils proposent un modèle, le testent par des observations et des expériences, le rejettent si les résultats sont en désaccord avec le modèle et l’acceptent provisoirement dans le cas contraire. Les modèles scientifiques représentent des simplifications du monde et ne cherchent pas à en décrire tous les détails de manière complète et précise.

Une théorie scientifique est par définition un modèle provisoire. Elle fait des prédictions utiles dans un éventail limité de situations. Elle est toujours susceptible d’être remplacée par une théorie plus complète.  

Toute théorie n’est pas une théorie scientifique, mais correspond plutôt à la notion d’hypothèse. Toute théorie n’a pas eu à passer l’épreuve des observations et des expériences, dès lors, il n’est pas établi qu’elle fasse des prédictions précises. La difficulté dans le secteur éducatif est que de nombreuses théories mobilisées ne répondent pas aux exigences auxquelles répondent les théories scientifiques. 

Par conséquent, des modèles théoriques scientifiques en éducation peuvent se retrouver en tension avec d’autres modèles théoriques qui ne disposent pas de soutien empirique.

En outre, certains acteurs de l’éducation vont considérer que ces théories de l’éducation sont opposées et incompatibles avec la pratique informée par des preuves (evidence-based education). Ils estiment que le domaine de l’éducation est différent des autres domaines qui ont adopté des approches fondées sur des preuves comme la médecine ou l’ingénierie.



L’importance du guidage dans la résolution de problèmes


Dans le cadre d’une expérience, John Sweller et Graham Cooper (1985) ont sélectionné des élèves (14-16 ans). Ceux-ci avaient une connaissance pertinente des principes de base de l’algèbre, mais ne maîtrisaient pas encore la résolution de problèmes d’algèbre utilisant ces mêmes principes.

Dans un premier temps, chaque élève a rencontré individuellement un expérimentateur. L’expérimentateur a présenté quelques problèmes résolus démontrant l’utilisation des principes d’algèbre impliqués dans l’étude. Il a répondu à leurs questions et s’est assuré qu’ils avaient compris la tâche.

Un groupe d’étudiants a ensuite résolu une série de problèmes par paires qui utilisaient ces principes. Chaque paire avait la même structure et nécessitait la même méthode de résolution. 

L’autre groupe a reçu les mêmes paires de problèmes, mais le premier problème de chaque paire était un problème résolu que l’élève pouvait étudier.

Ensuite, tous les élèves ont été invités à résoudre la même série de problèmes de test, qui étaient similaires à ceux qu’ils venaient de résoudre.

En général, les élèves qui ont reçu des problèmes résolus en plus des problèmes à résoudre ont été plus rapides et plus précis dans la résolution des problèmes de test. Ceux qui ont résolu des paires de problèmes similaires ont été plus lents et plus imprécis dans la résolution des problèmes lors du test. 

Si le résultat de cette expérimentation montre la valeur ajoutée des problèmes résolus, dans les deux groupes les élèves ont démarré par un modelage et une vérification de la compréhension avec un expérimentateur.

Là où la différence se manifeste, c’est que les élèves disposant de problèmes résolus durant leur phase d’apprentissage autonome ont bénéficié de conseils plus complets qui se sont révélés plus efficaces que l’absence de conseils.

Cette recherche était fondée sur l’hypothèse que l’aptitude à résoudre des problèmes d’algèbre nécessite un grand nombre de schémas. L’acquisition de ces schémas est retardée par les techniques conventionnelles de recherche de solutions tandis qu’elle est accélérée lorsque des problèmes résolus sont à disposition.



L’importance de la structure identique du problème résolu


Il est utile de réfléchir à la mise en œuvre des problèmes résolus dans le cadre de l’enseignement en classe. Leur usage est potentiellement large et peut inclure des éléments variés, des problèmes traditionnels en mathématiques ou en sciences jusqu’à la manière de structurer un texte, une réponse ou d’expliquer un concept. 

Beaucoup des exemples introduits lors du modelage ou de la pratique guidée ou les productions modèles introduites lors du partage des objectifs d’apprentissage et de l’explicitation des critères de réussite sont en réalité des problèmes résolus. 

Ce qui permet à l’effet du problème résolu d’être pleinement efficace pour l’apprentissage c’est qu’il soit associé et très similaire à un problème équivalent que les élèves doivent alors résoudre. Lorsque les élèves apprennent quelque chose de nouveau, la structure de l’exemple (problème résolu) et celle du problème (à résoudre) doivent être toujours les mêmes.

Lorsque les tâches considérées sont complexes, il y a tout un travail de conception pédagogique à réaliser pour les décomposer et créer des paires de problèmes similaires de manière progressive. Dans un premier temps, nous abordons des tâches simples pour les complexifier au fur et à mesure. 



Bibliographie


Greg Ashman, A Little Guide for Teachers: Cognitive Load Theory, Sage, 2022

Sweller, John, Robert F. Mawer, and Walter Howe. “Consequences of History-Cued and Means-End Strategies in Problem Solving.” The American Journal of Psychology 95, no. 3 (1982): 455–83. https://doi.org/10.2307/1422136.

John Sweller & Graham A. Cooper (1985) The Use of Worked Examples as a Substitute for Problem Solving in Learning Algebra, Cognition and Instruction, 2:1, 59–89, DOI: 10.1207/s1532690xci0201_3

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