Science de l'apprentissage

Introduction


La reconnaissance générale du fait que les novices apprennent différemment des experts ou que l’apprentissage implique un changement de la mémoire à long terme crée une puissante lingua franca, un langage commun, à partir desquels toutes les parties prenantes peuvent commencer à évoluer vers une véritable science de l’apprentissage, fondée sur des recherches solides, qui permet à tous les apprenants de maximiser leur potentiel. 
Paul A. Kirschner and Carl Hendrick, 
How Learning Happens (2020). Taylor and Francis


L’optimisation de l’apprentissage et de l’enseignement nécessite souvent d’aller à l’encontre de ses intuitions, de s’écarter des pratiques d’enseignement standard et de gérer ses propres activités d’apprentissage de manière nouvelle. Les essais et erreurs de la vie et de l’apprentissage quotidiens ne semblent pas aboutir à l’élaboration d’un modèle mental précis de l’individu en tant qu’apprenant ou à une appréciation des activités qui favorisent ou non l’apprentissage.

Bjork, Elizabeth & Bjork, Robert. (2011)


La science de l'apprentissage est l'étude scientifique de la façon dont les gens apprennent (Mayer, 2011). 

La science de l’apprentissage a pour enjeu d’aider les élèves à acquérir des stratégies d’apprentissage efficace. La science de l’apprentissage est l’étude scientifique de la façon dont les gens apprennent.

Elle part avec un handicap certain : la formation des enseignants recouvre très peu les principes mis en évidence par les sciences cognitives reliés à un apprentissage efficace et aux mécanismes de la cognition sur lesquels il repose :
  • Les stratégies mises en évidence par la recherche comme étant les plus efficaces, ne sont pas systématiquement appliquées lors en classe dans le cadre des pratiques d’enseignement. Elles ne sont généralement pas non plus mobilisées par les élèves dans le cadre de leurs démarches d’apprentissage autonomes.
  • Différents mythes et malentendus psychologiques font que régulièrement des approches inefficaces ou contre-productives sont parfois mises en avant et privilégiées, à la fois par les élèves et leurs enseignants.
Si durant les premières années de la scolarité, une bonne part de l’apprentissage a lieu en classe, au fur et à mesure, la part du travail à domicile augmente. Arrivés dans le secondaire l’apprentissage autonome des élèves à domicile devient un complément indispensable à leur travail en classe. La principale difficulté rencontrée par ceux-ci est qu’ils ne bénéficient pas d’une formation aux stratégies efficaces et procèdent dès lors par essai et erreur, à défaut de recevoir les conseils de quelqu’un d’expérimenté.

Cette section est donc essentiellement consacrée à des stratégies pratiques en autonomie par les élèves. Néanmoins, certaines de ces stratégies et les principes sur lesquels elles reposent ont également des implications dans les pratiques de l’enseignant en classe. Le cas échéant, cette dimension est également développée. 



Un constat de départ


Selon la définition qu’en donne Philip H. Winne and Allyson F. Hadwin (dans Hacker, Douglas J., Dunlosky, John., Graesser, Arthur C. « Metacognition in Educational Theory and Practice. », 1998) :
  • L’étude est une activité autogérée et amorcée par l’élève. Elle consiste à établir des objectifs, à planifier, à rechercher et à intégrer l’information pertinente. Il s’agit d’adopter des stratégies pour comprendre, se souvenir. Il est également important de gérer le temps et de régulièrement surveiller dans le but d’obtenir de meilleurs résultats scolaires.

Le problème est qu’en général, les élèves s’y prennent mal pour étudier. Pourquoi ?

La recherche en science de l’apprentissage a montré qu’une grande partie de ce que nous considérons intuitivement comme étant des méthodes efficaces ne l’est pas. La conséquence est qu’une partie non négligeable du temps de travail que les élèves consentent à fournir à domicile est tout simplement gaspillée.

Lors du dernier quart de siècle, la recherche a mis en évidence, des stratégies efficaces et fondées sur des données probantes. Elles devraient assez naturellement remplacer les pratiques moins efficaces. Mais il y a un souci, elles sont contre-intuitives et ne fournissent pas de bénéfice à court terme. Elles posent des contraintes de mise en application, ajoutent des difficultés inhérentes. Leur bénéfice ne se révèle qu’après un certain temps.

Ces paramètres à eux seuls expliquent que de techniques non efficaces persistent à être régulièrement adoptées par les élèves.

Il faut notamment que les élèves se débarrassent de l’idée que :
  1. La mémoire peut fonctionner comme un appareil numérique en conservant une copie exacte de l’information étudiée. Ce n’est pas le cas.
  2. Le fait de s’exposer à nouveau au même contenu, encore et encore, l’inscrira d’une manière ou d’une autre dans votre mémoire. 
L’apprentissage nécessite au contraire un processus actif d’interprétation, c’est-à-dire que nous devons faire correspondre les nouvelles informations que nous essayons d’apprendre à ce que nous savons déjà.



La mémoire, objet de la science de l’apprentissage


Comme l’écrit Peps Mccrea and « Memorable Teaching » (2018) : la mémoire sous-tend l’apprentissage. Dès lors, une question devient évidence. Pourquoi alors, en tant que profession qui favorise l’apprentissage, passons-nous si peu de temps à en parler ?

Cela s’explique en partie par une mauvaise réputation historique de la mémoire dans le milieu éducatif. Durant de nombreuses années, nous avons associé la mémoire à des pratiques peu appréciées comme l’apprentissage par cœur et le drill, et nous l’avons présentée comme l’ennemi d’un apprentissage riche et humain.

En conséquence, nous avons négligé de construire une compréhension solide et un langage commun autour de la mémoire. Cela nous laisse avec une vision appauvrie de sa capacité, et une appréciation naïve du rôle qu’elle joue dans nos classes.

Comme le dit Pep Mccrea (2018), la connaissance « évolue et se dégrade constamment en raison de notre réflexion et de notre interaction avec l’environnement. Notre mémoire à long terme ressemble plus à une forêt qu’à une bibliothèque. »




Enjeux et questions liées à l’apprentissage efficace


Utiliser ces stratégies efficaces fondées sur des données probantes de façon délibérée, intentionnelle et fréquente, augmente de manière fiable le rendement des élèves, de même que leur auto-efficacité, leur motivation et leur engagement. Il s’agit dès lors d’un enjeu majeur pour l’éducation.

Les connaissances préalablement acquises par l’élève ont un impact sur son apprentissage.

À chaque passage de niveau, maternelle, primaire, secondaire (collège, lycée) et enseignement supérieur, un élève débute avec des connaissances et des stratégies. Celles-ci sont basées sur l’expérience du quotidien, les interactions sociales, les intuitions, les croyances, les échecs et les réussites rencontrées dans le passé et dans d’autres contextes.

Ces acquisitions diffèrent d’un élève à l’autre, mais présentent une base généralement commune. Elles vont influencer leur manière d’aborder puis d’intégrer un nouveau mode d’apprentissage, entrainant une interaction avec l’étude de nouvelles matières.

Il y a à la fois continuité et rupture dans la manifestation des nouveaux apprentissages : 
  • Soit l’apprentissage s’ajoute aux connaissances premières, il s’agit alors de la croissance conceptuelle.
  • Soit il vise à transformer ou à modifier les connaissances de l’élève, il s’agit alors du changement conceptuel.
L’apprentissage, en matière de croissance conceptuelle, intervient lorsque les connaissances de l’élève correspondent au matériel pédagogique.

Nous utiliserons le principe de changement conceptuel lorsque les connaissances et stratégies de l’élève sont erronées, inadéquates ou inaptes à la gestion correcte de l’information.

La meilleure façon de faire évoluer les élèves est de les engager dans un double processus d’autorégulation et d’enseignement explicite des stratégies qui leur font défaut.

(Bibliographie : Groupe de travail pour la Psychologie en Milieu Scolaire et Éducatif, Les 20 principes fondamentaux de psychologie pour l’enseignement et l’apprentissage dans les classes primaires et secondaires, 2015, American Psychological Association)

L’une des raisons pour lesquelles les élèves ont du mal à suivre les cours est leur excès de confiance en soi. Ils peuvent en savoir moins qu’ils ne le pensent.

Lors d’une étude, portant sur 100 étudiants de premier cycle, Hacke et coll. (2000) se sont concentrés sur leur capacité des élèves à prédire (avant) puis à évaluer (après) les résultats des tests dans un contexte de classe :
  • Les élèves les plus performants ont été précis, la précision s’améliorant au fil des tests
  • Les étudiants moins performants ont montré une précision de prédiction modérée, mais une bonne évaluation après. 
  • Les étudiants les moins performants ont fait preuve d’une confiance excessive dans les prédictions et les évaluations. 
Les jugements sur les performances ont été plus influencés par les jugements antérieurs et non par les performances antérieures. 

Les performances et les jugements de performance ont eu peu d’influence sur le comportement ultérieur de préparation aux tests.

(Hacker, D. J., Bol, L., Horgan, D. D., & Rakow, E. A. [2000]. Test prediction and performance in a classroom context. Journal of Educational Psychology, 92[1], 160—170. https://doi.org/10.1037/0022-0663.92.1.160)

  1. L’enseignant comme catalyseur de l’apprentissage
  2. Des intuitions et des croyances qui induisent en erreur sur l’enseignement et l’apprentissage
  3. Conceptions, stratégies, processus cognitifs et déterminants liés à un apprentissage efficace
  4. Une typologie des stratégies d’apprentissage utilisées par les élèves
  5. Pour un enseignement explicite de l’apprentissage autonome des élèves
  6. Un enseignement explicite des stratégies cognitives et métacognitives aux élèves
  7. Se mettre au défi dans des activités de révision pour un apprentissage efficace
  8. Former nos élèves à des stratégies d'apprentissage autonome basées sur des données probantes
  9. Favoriser l’adoption de stratégies d’apprentissage efficaces par nos élèves
  10. Un modèle de construction des représentations de l’apprentissage en mémoire à long terme
  11. Favoriser la compréhension en profondeur, une perspective cognitive sur la consolidation
  12. Reconsolidation et devenir des connaissances en mémoire à long terme
  13. Enseigner en privilégiant le sens des apprentissages
  14. Le bénéfice de la prédiction pour l’apprentissage
  15. La mémoire à long terme ne fonctionne pas comme un disque dur
  16. Les contraintes de la mémorisation
  17. Distinguer apprentissage et performance
  18. Curiosité, distraction et apprentissage
  19. Comment les élèves progressent-ils dans leurs apprentissages, entre flux et reflux ?
  20. Le modèle SOI de l'apprentissage génératif : sélectionner, organiser et intégrer




Des stratégies d’organisation des connaissances


Apprendre nécessite d’activer les neurones en lien avec les connaissances ou à la procédure qu’il faut acquérir et développer sous forme de schémas cognitifs. Le chemin doit bien commencer quelque part sous forme d’une reconnaissance et d’une compréhension progressive.. 

Il nous est nécessaire pour cela de centrer notre attention pleinement sur les objectifs et mobiliser nos ressources mentales. Cela impose également de ne pas les disperser par du multitâche et de résister à la distraction.

Pour apprendre, il faut être actif d’un pont de vue cognitif, c’est-à-dire réfléchir aux contenus et en effectuer un traitement génératif.

Deux situations sont plus ardues pour s’en assurer et demandent d’être clairement proactif. Il s’agit plus spécifiquement de la phase où nous établissons une compréhension en écoutant une conférence, un exposé magistral ou en lisant un document. Ces démarches nous mettent plus à risque de céder à des sources de distraction internes souvent en dépit de nos intentions premières. Nous pouvons très bien avoir l’air d’écouter quelqu’un alors que nos pensées dérivent. Nous pouvons très bien nous retrouver à lire mécaniquement un document sans même veiller à comprendre.

Des informations nous sont communiquées sans que nous puissions interagir immédiatement avec elles en posant des questions, en y répondant, en exécutant des tâches ou en échangeant. 

Pour autant, ces étapes ne peuvent être évitées et sont nécessaires au processus compréhension et à toute forme d’apprentissage indépendant. Elles permettent de digérer, de comprendre et d’accéder à une quantité conséquente d’informations en un temps réduit. L’objectif est ici moins d’apprendre que de pouvoir reconnaitre et faire les premiers liens entre des notions ensuite à apprendre.

Afin de mieux profiter de l’expérience, il est utile de mettre en œuvre des stratégies d’écoute ou de lecture active. Celles-ci seront plus aisées dans le cadre d’un accès asynchrone, la prise de notes en direct lorsque nous assistons à des explications est moins évidente. 

La première condition pour bien profiter d’un exposé ou d’une lecture est qu’il soit du bon niveau. C’est-à-dire que nous devons posséder les connaissances préalables sur lesquels les explications reposent.

Deuxièmement, il est utile de connaître quels sont les objectifs pédagogiques que recouvrent les explications de manière à bien diriger notre attention.


  1. Stratégies de compréhension en classe : enjeux et mise en place
  2. Stratégies de compréhension en classe : le monitoring et la visualisation


1) Prise de notes


3) Résumer et synthétiser

Des stratégies d’élaboration des connaissances





Quatre stratégies cognitives qui sont basées sur des techniques spécifiques aident à développer et à approfondir la compréhension et la mémorisation.

  1. Utiliser l’interrogation élaborative et l’auto-explication pour améliorer l’apprentissage des élèves
  2. L’utilisation de multiples exemples concrets : une stratégie d’enseignement efficace pour les concepts abstraits
  3. Utilisations et importance de la théorie du double codage pour l’éducation
  4. Combiner mots et images pour apprendre mieux
  5. Une image peut valoir mille mots
  6. Importance de la profondeur du niveau de traitement pour l’apprentissage
  7. Promouvoir la métacognition auprès des élèves
  8. La métacognition, un processus d’autorégulation qui s’enseigne et s’apprend
  9. Un modèle historique de la métacognition et du contrôle cognitif (Flavell, 1979)
  10. Cartes conceptuelles et cartes mentales : apprendre par l’action ou par la visualisation ?
  11. Catégoriser, comparer et contraster, 3 C pour consolider les apprentissages
  12. Cartes conceptuelles et apprentissage significatif





    Des stratégies de planification et de régulation


    Nous attirerons l’attention sur le fait que la pratique distribuée et la pratique de récupération sont les stratégies qui ont reçu le plus de soutien en psychologie cognitive.

    Si elles demeurent peu utilisées de même que l’entremêlement, c’est qu’elles induisent des difficultés supplémentaires et que les avantages qu’elles procurent ne se révèlent qu’après un certain délai.


    1) Gestion du temps de travail


    Les élèves qui ont des difficultés à l’école ont tendance à prendre de mauvaises décisions en matière de gestion du temps, comme s’y mettre à la dernière minute ou travailler tard le soir. La solution est de prendre de bonnes résolutions et de s’organiser dès le début de l’année scolaire.

    Une manière de faire est de conserver un agenda et d’y noter au fur et à mesure toutes les échéances, scolaires bien sûr, mais extrascolaires également, car elles sont susceptibles d’interférer avec l’emploi du temps.

    Au moins une fois par semaine, passer en revue les échéances du mois à venir.

    La visualisation chronologique à long terme :
    • Aidera à voir tout ce qu’il faudra faire
    • Alertera préventivement du risque d’engorgement, comme lorsque plusieurs échéances tombent dans un laps de temps réduit
    • Incitera à mieux répartir le travail et l’étude dans le temps.
    Il est également utile de placer des rappels sur le téléphone pour des tâches hebdomadaires récurrentes ou pour éviter que des tâches ne passent à travers les mailles du filet ou ne soient négligées.

    (Bibliographie : Putnam, A. L., Sungkhasettee, V. W., & Roediger, H. L. (2016). Optimizing Learning in College: Tips From Cognitive Psychology. Perspectives on Psychological Science, 11[5], 652—660. https://doi.org/10.1177/1745691616645770)



    1. Enseigner la gestion du temps
    2. Un outil précieux pour armer les élèves face à la procrastination : la technique Pomodoro !
    3. Atténuer le raisonnement fallacieux au cœur de la planification


    2) Pratique espacée ou distribuée


    La pratique espacée stimule l’apprentissage en étalant les cours et les possibilités de récupération au fil du temps, de sorte que l’apprentissage n’est pas concentré en une seule session d’étude.

    En revenant de temps en temps sur le contenu, les connaissances des élèves ont plus d’occasions de se consolider durablement.


    1. Éviter le bachotage
    2. Pratique distribuée et effet d’espacement : définition, principe et mécanismes
    3. Distribuer la pratique pour mieux intégrer et consolider les apprentissages en classe
    4. Former les élèves à la pratique espacée
    5. Mise en œuvre de la pratique distribuée en classe dans le cadre d'un enseignement explicite
    6. Comment étudier efficacement et durablement des connaissances ?
    7. Les bienfaits conjugués de la pratique espacée et du sommeil


    Comme le rapporte Stanislas Dehaene (1), en scannant les cerveaux des enfants, nous avons pu observer la constitution notable d’une aire dans l’hémisphère gauche. En seulement huit semaines, à raison de 15 minutes de stimulation par jour, la zone cérébrale est constituée. Il vaut mieux répartir des séances courtes sur la durée que de placer de longues séances en un court laps de temps.


    3) Entremêlement


    L’idée générale est de passer d’un exercice ou d’une question à l’autre. Nous étudions de manière aléatoire, au sein d’un cours, peu importe le chapitre d’origine du moment qu’ils font partie d’un ensemble. Il s’agit de créer des liens entre différents connaissances et savoir-faire, il s’agit de s’entrainer à développer ses capacités de discrimination et un apprentissage en profondeur.

    L’entremêlement stimule l’apprentissage en mélangeant des sujets étroitement liés et en encourageant la discrimination. Par exemple, l’apprentissage augmente lorsque les élèves s’entrainent à des problèmes d’addition, de soustraction, de multiplication et de division, plutôt qu’à un type de problème à la fois.

    1. L’entremêlement : une stratégie efficace pour prévenir les erreurs de discrimination des élèves
    2. Intégrer l’entremêlement au cœur des pratiques d’enseignement
    3. Vision d’ensemble des impacts positifs de l’entremêlement sur l’apprentissage des élèves
    4. Pistes et arguments en faveur de l’entremêlement dans l’enseignement et l’apprentissage

    4) Pratique de récupération


    1. Pratique de récupération : principes et importance pour l’apprentissage
    2. Effets bénéfiques de la pratique de récupération sur la motivation, la métacognition et la profondeur des apprentissages
    3. Paramètres et caractéristiques de l'effet de test
    4. Six principes pour expliquer les bénéfices de la pratique de récupération
    5. Mise en œuvre de la pratique de récupération et de l’effet de test
    6. Une forme de pratique de récupération en classe : le brain dump ou rappel libre
    7. La conception de flashcards efficaces
    8. Conditions limites à la pratique de récupération. Quand et comment l’utiliser en classe ?
    9. Critères de mise en œuvre de la pratique de récupération en classe
    10. Pratique de récupération et protection contre l’anxiété
    11. Comment revoir avec efficacité dans le cadre d’une étude distribuée ?
    12. Rendre la vérification de la compréhension plus efficace en classe
    13. Liens entre pratique de récupération, rétroaction et motivation intrinsèque

    Comme le rapporte Stanislas Dehaene (1), avec l’imagerie médicale, nous avons vérifié que l’apprentissage était optimal lorsque nous alternons acquisitions de connaissances et tests répétés de celles-ci. 

    (1) Stanislas Dehaene, les quatre piliers de l’apprentissage, ou ce que nous disent les neurosciences, 2013, http://parisinnovationreview.com/article/les-quatre-piliers-de-lapprentissage-stanislas-dehaene




    5) Trouver et aménager un endroit calme pour étudier


    Si nous voulons vraiment étudier et apprendre, nous devons éliminer les distractions (réseaux sociaux, email, téléphone, musique, écrans, etc.) à la fois au premier plan et à l’arrière-plan. C’est utile, même si nous avons l’impression que cela ne nous dérange pas. Prenons l’habitude d’étudier dans un endroit calme, silencieux et sans va-et-vient.

    Des recherches ont montré que le fait de déplacer constamment son attention d’une tâche à l’autre rend l’apprentissage moins efficace et induisent un mode multitâche.


    (Bibliographie : Putnam, A. L., Sungkhasettee, V. W., & Roediger, H. L. (2016). Optimizing Learning in College: Tips From Cognitive Psychology. Perspectives on Psychological Science, 11[5], 652—660. https://doi.org/10.1177/1745691616645770)




    Sommeil et éveil


    Le niveau d’attention varie au cours de la journée et il est lié à la fatigue. Les élèves vont apprendre moins bien lorsqu’ils sont fatigués. 

    De plus, les niveaux d’attention varient au cours de la journée en fonction de nos rythmes circadiens. Cela signifie que l’apprentissage sera plus efficace au milieu de la journée que tôt le matin ou tard le soir.



    Phases du sommeil


    Un cycle de sommeil dure en moyenne 90 minutes. Il se répète de trois à cinq fois pendant la nuit. 
      
    Chaque cycle de sommeil répète les mêmes phases :
    1. L’endormissement
    2. Le sommeil léger
    3. Le sommeil profond 
    4. Le sommeil paradoxal
    La durée du sommeil profond diminue de cycle en cycle.
    La durée du sommeil paradoxal augmente de cycle en cycle.


    Mémorisation


    L’une des principales fonctions du sommeil est d’aider à stabiliser et à consolider les souvenirs à long terme dans le cerveau.

    Les deux phases d’un cycle de sommeil ont des effets sur les apprentissages effectués pendant la journée et sur la consolidation des informations en mémoire.

    La phase de sommeil profond semble impliquée plus spécifiquement dans la création de nouvelles représentations en mémoire procédurale ou déclarative.

    La phase de sommeil paradoxal semble plus particulièrement impliquée dans la consolidation de ces représentations en mémoire. 

    La création de nouvelles représentations et leur consolidation en mémoire seraient en partie sous l’influence de la réactivation, pendant la nuit, des réseaux de neurones actifs au moment des apprentissages de la journée. 

    Cette réactivation renforcerait les connexions entre les neurones de ces réseaux ce qui faciliterait, au réveil, le rappel des savoirs et savoir-faire acquis la veille.




    Privation de sommeil



    De nombreuses études mettent en évidence qu’une privation de sommeil ou une perturbation des cycles du sommeil ont une incidence sur la rétention des savoirs et des savoir-faire en mémoire. 

    Les connaissances et les procédures acquises pendant la journée restent donc fragiles et peuvent être altérées tant que leur consolidation en mémoire n’a pu s’opérer au cours du sommeil nocturne.

    Les élèves qui dorment peu ou qui se réveillent fréquemment la nuit ont une probabilité plus forte de redoubler ou d’avoir des difficultés dans certains apprentissages scolaires fondamentaux. 

    Les élèves qui obtiennent les meilleures notes sont ceux qui dorment le plus, se couchent le plus tôt et ont le différentiel le plus faible entre l’horaire auquel ils se couchent la semaine et le week-end.

    Dans une étude à grande échelle, Wolfson et Carskadon (1998) ont analysé l’impact du sommeil. Ils ont constaté que les élèves qui dormaient plus longtemps et plus régulièrement (c’est-à-dire qui ne rattrapaient pas leur retard le week-end) avaient de fortes chances d’obtenir de bonnes notes.


    Bibliographie


    Jean-Luc Berthier, Grégoire Borst, Mickaël Desnos, Frédéric Guilleray, Les neurosciences cognitives dans la classe, 2018, ESF Sciences Humaines)

    Carskadon MA, Wolfson AR, Acebo C, Tzischinsky O, Seifer R. Adolescent sleep patterns, circadian timing, and sleepiness at a transition to early school days. Sleep. 1998; 21:871—881.

    Marc Smith and Jonathan Firth, Psychology in the classroom, 2018, Routledge

    Bjork, Elizabeth & Bjork, Robert. (2011). Making things hard on yourself, but in a good way: Creating desirable difficulties to enhance learning. Psychology and the Real World: Essays Illustrating Fundamental Contributions to Society. 56–64.

    Richard Mayer, 2011, Applying the Science of Learning. Upper Saddle River, NJ: Pearson.

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