Mieux connaître le cerveau pour mieux (faire) réussir à l’école La relation enseignement - apprentissage à l’école Apports des sciences psychologiques sur l’ingénierie pédagogique Dominique BELLEC Docteur en psychologie Professeur agrégé de Sciences Industrielles pour l’Ingénieur dominique.bellec@ac-poitiers.fr

Déroulement de la conférence Première partie (matin): Un apport de connaissances sur les apprentissages humains Un apport de connaissances sur la conception rationnelle des environnements d’apprentissage scolaires : Point de vue cognitif Point de vue conatif Point de psycho-affectif Psychologie des environnements Psycho-ergonomie Deuxième partie (après midi) : Quelques exemples d’activités et de scénarios pédagogiques en faveur de l’optimisation des apprentissages La place de l’évaluation dans l’ingénierie pédagogique Références bibliographiques

Positionnement scientifique Approche évolutionniste de l’apprentissage (Geary, 2008) Conception rationnelle des environnements d’apprentissage (Merrill et al., 1996 ; Sweller, 1994 ; Metcalfe, 2009) Psychologie expérimentale (Chanquoy, Tricot, Sweller, 2007)

Positionnement pédagogique L’école doit permettre des apprentissages de connaissances durables et transférables L’élève est un être humain en développement qui doit être accompagné dans la construction de sa représentation du monde (technologique, social, littéraire, ….) L’école est un lieu de vie qui doit proposer aux élèves des environnements : enrichis qui stimulent leur système cognitif qui leur permettent de se valoriser, de s’épanouir

Le positionnement de la psychologie des apprentissages Epistémologie Histoire des sciences et des techniques Disciplines scientifiques, technologiques et professionnelles Sciences de l'éducation Didactique Psychologie des apprentissages Ingénierie pédagogique (Musial et Tricot, 2012)

Prêt ?

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Prêt ?

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Apprendre !? Adaptation à l’environnement (réduction de l’incertitude) (Immelmann,1982; Stagl,1995; Geary, 2008) Le cerveau statisticien (Dehaene, 2012) Connaissances primaires et connaissances secondaires (Geary,2008, Sweller 2007) Les humains sont naturellement motivés pour se lancer dans des activités qui offrent un enjeu ou qui relèvent du défi. (Bandura et Locke, 2003)

Quelles sont les différentes façons d’apprendre ? Apprentissages adaptatifs et implicites : apprendre sa langue maternelle, à avoir des relations sociales, à se sortir de situations problèmes apprendre à interagir physiquement avec son environnement par le mouvement Ne demandent pas d’effort, parfois même pas d’action (Geary, 2008; Sweller, 2008; Tricot & Sweller, 2014)

Quelles sont les différentes façons d’apprendre ? Apprentissages non adaptatifs et explicites : apprendre à lire, à écrire apprendre une langue étrangère à résoudre une équation Demandent des efforts, du temps, de la motivation et des stratégies Ces apprentissages sont spécifiques ; Ex : la variable « x » en mathématiques et la variable  « t » en physique (Geary, 2008; Sweller, 2008; Tricot & Sweller, 2014)

Quelles sont les différentes façons d’apprendre ? Apprentissages adaptatifs et explicites : apprendre à jouer à un jeu vidéo apprendre à se servir d’un logiciel Demandent une pratique quotidienne Ces apprentissages sont spécifiques. (Geary, 2008; Sweller, 2008; Tricot & Sweller, 2014)

Quels sont les rôles de l’école au niveau des apprentissages ? Génération aléatoire et sélection Enseignement direct et explicite Permettre des apprentissages non adaptatifs Permettre de faire apprendre des connaissances pour choisir un métier, vivre en démocratie Tricot et Ginestié (2014) Ex: autodidactes Ecole

Un des challenges de l’école ! Faire apprendre des connaissances à des individus qui n’en n’ont pas besoin : Ici maintenant ….. Et pour être apprises, ces connaissances demandent : Beaucoup d’efforts, de travail Beaucoup de temps Beaucoup de motivation L’école doit permettre d’atteindre les exigences nécessaires aux apprentissages des élèves par la création, la conception et l’aménagement d’environnements adaptés L’ambition doit être la même, c’est le scénario qui doit être adapté.

Quelles pistes pour agir ? Faire appel aux connaissances scientifiques en ingénierie pédagogique pour rationaliser la construction des séquences d’enseignement Travailler en équipes pour obtenir des diagnostics différentiels Adopter une posture bienveillante, exigeante et ne pas oublier qu’apprendre des connaissances secondaires c’est difficile !

Avoir un manque de connaissances Qu’est ce qu’un élève en difficulté ? Trouble Avoir un manque de connaissances Ne pas pouvoir réutiliser une connaissance déjà acquise Etre en surcharge mnésique, attentionnelle Ne pas comprendre la consigne (logique, sémantique, pragmatique) Ne pas vouloir travailler à l’école Avoir appris à échouer

Implications dans la démarche de conception des environnements d’apprentissage Pour que les élèves apprennent, il faut leur construire des environnements d’apprentissage …. Efficaces : qui permettent de faire apprendre ce qui doit être appris (ne pas confondre : les buts et les moyens, les formats de connaissance) Efficients : qui permettent un apprentissage de connaissances durables et transférables, qui mobilisent pas de ressources inutiles pour les apprentissages visés Attrayants : qui motivent, qui valorisent, qui permettent de mobiliser l’attention, qui donnent de l’autonomie Instructional design : Création, conception et aménagement des environnements d’apprentissage (Merill et al., 1996)

Comment construire des environnements d’apprentissage performants pour apprendre des connaissances secondaires ? Une démarche de conception rationnelle : - Définir le but de l’apprentissage (quel format de connaissance ?, …) - Définir des moyens (didactiques, matériels, organisation de l’espace et du temps) - Définir des tâches (les activités demandées aux élèves) Programme, référentiels et niveaux taxonomiques - Ultilité, utilisabilité, acceptabilté - Risque (Nielsen, 1993) Psycho-ergonomie

Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Engagement dans la tâche Estime de soi – Confiance en soi Buts d’accomplissement Motivation – Espérance de succès Dimension affective permet Dimension conative (d’engagement) conditionnent Dimension cognitive : ergonomie de l’environnement d’apprentissage (NKambou, Delozanne & Frasson, 2007)

Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Sur la dimension cognitive : Les quatre piliers de l’apprentissage La prise en compte des caractéristiques du système cognitif L’attention L’engagement actif Théorie de la charge cognitive Le retour d’information Profondeur de traitement La consolidation Fréquence de rappel des informations (Dehaene, 2013) (Sweller, 1996)

Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Organisation générale du système cognitif humain Mémoire de travail Environnement Mémoire À long terme Atkinson et Shiffrin (1968) Mémoire de travail : capacité limitée (empan, durée du maintien) Mémoire à long terme : capacité illimitée, maintien des informations si renforcement de la trace, indices de récupération Association performante si apprentissage

Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Mémoire de travail Performances très limitées en situation de double tâche (Sweller, 1994) Performances affectées en cas de stress, de fatigue, de peur …. Evolution au cours du développement (Delannoy, 2007)

Les performances limitées de la mémoire de travail …. Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Les performances limitées de la mémoire de travail …. (…. celle qui sert aux élèves lors du traitement des informations nouvelles présentes dans l’environnement d’apprentissage) Double tâche Sweller, 1994 Empan mnésique Miller, 1956

Un exemple très coûteux en mémoire de travail : l’écriture Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Un exemple très coûteux en mémoire de travail : l’écriture Modèle de Hayes & Flower (1980)

Exemples de préconisations pédagogiques Pour prévenir les surcharges mnésiques … Préparer des scénarios en plusieurs étapes (exemple du résumé de texte) Automatiser certaines procédures, certains calculs (exemple du calcul algébrique) Apprendre aux élèves à gérer les activités mnésiques (exemples du brouillon, des cartes mentales)

Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Mémoire à long terme (Squire, 2004) La mémoire sémantique et la mémoire procédurale (celles qui stockent les connaissances) : Nécessitent des situations d’apprentissage adaptées Sont très sensibles à la profondeur de traitement

Exemples de préconisations pédagogiques Pour améliorer la mémorisation à long terme Ex: le testing effect (Roediger et Karpicke, 2004) Ménager un ou des temps de test durant les séances d’enseignement

Exemples de préconisations pédagogiques Pour améliorer ses performances aux évaluations Hal Pashler (2007)

Exemples de préconisations pédagogiques Pour améliorer ses performances aux évaluations

Sur la dimension conative : Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Sur la dimension conative : La motivation L’espérance de succès Perception du but de l’activité Perception du lieu de l’échec Perception de sa compétence pour réaliser l’activité Perception de la stabilité de l’échec Perception de la contrôlabilité de l’échec Perception de la contrôlabilité de l’activité Ce sont des perceptions ! (Huart, T., 2001)

Sur la dimension socio-affective : Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? Sur la dimension socio-affective : L’attitude des enseignants Empathie, sympathie, indulgence Communication non-verbale dynamique, claire, qui favorise la participation Qui développe l’intérêt situationnel Qui encourage Qui est juste Qui est disponible Amadieu, F. & Tricot, A. (2015) Le design spatial Création d’un climat agréable et propice au travail Encouragement de la sociabilité, des rencontres, des échanges Développement de l’autonomie et de la créativité Prise en compte des rythmes d’apprentissage (temps de travail – temps de pause) Ficher & Moles (2003) Kolb (1984)

La zone proximale d’apprentissage Quels sont les facteurs qui permettent les apprentissages ? La zone proximale d’apprentissage Optimum Trop loin : pas de connaissances suffisantes pour traiter le matériel Trop près : pas d’intérêt, de surprise, d’enjeu Jugement métacognitif négatif Connaissances préalables Metcalfe, 2009 Metcalfe et Kornell, 2005 Koriat, 1997

Qu’est ce qu’on apprend ? Différents formats de connaissances Domaine de validité Général Particulier Concept Méthode Domaine de connaissance Procédural Déclaratif Connaissance spécifique d'un événement ou d'une situation  Trace littérale Savoir-faire Automatisme Musial, Pradère et Tricot (2011)

Prise d’information dans l’environnement Qu’est ce qu’on apprend ? L’autonomie Contrôle du bon déroulement de la tâche Définition d’objectifs et de stratégies Focus de l’activité Sélection parmi des tâches en instances Prise d’information dans l’environnement Acquisition de l’autonomie = disparition du guidage

Exemples de préconisations pédagogiques Pour acquérir de l’autonomie : Le prompt métacognitif (exemple des questionnaires auto-rapportés) Le journal d’apprentissage Le monitoring

Exemples de préconisations pédagogiques L’organisation de l’espace et du temps : Aspects spatial : Ex 1 : Affordance (caractéristique d’un environnement à suggérer sa propre utilisation) Ex 2 : Lieu pour apprentissages formels / informels (explicites / implicites) Aspect temporels : Ex 1 : Décloisonnement de l’espace d’apprentissage et des périodes d’apprentissage Ex 2 : Diversification des modalités d’apprentissage par l’utilisation du numérique (Didier Paquelin,2014)

Quelques exemples issus du terrain : Comment construire des environnements d’apprentissage performants pour apprendre des connaissances secondaires ? Quels apports de la psycho-ergonomie ? Quelques exemples issus du terrain : - L’apprentissage du PH Confusion but - tâches - Le résumé de texte Surcharge cognitive - Le calcul arithmétique : mathématiques vs physique Surcharge cognitive

Pédagogie – Espaces - Technologies Ce qu’il faut retenir pour créer, concevoir et aménager des environnements d’apprentissage à l’Ecole : Apprendre des connaissances secondaires (dont on n’a pas besoin ici et maintenant) nécessite du temps, des efforts et de la motivation. Pour que l’Ecole soit bénéfique à tous les élèves, voici quelques incontournables : - Mobiliser les propriétés naturelles des humains pour s’engager dans les apprentissages (la communication, la curiosité, la surprise, l’enjeu, le défi, …) Pédagogie – Espaces - Technologies - Favoriser l’engagement dans la tâche : Motivation et espérance de succès - Susciter le sentiment d’auto-efficacité (jugement métacognitif positif) - Veiller à la continuité des apprentissages - Etre dans la zone proximale d’apprentissage, respecter les règles de psycho-ergonomie

Références bibliographiques Geary, D. C. (2008). An evolutionarily informed education science. Educational Psychologist, 43, 279-295. Merrill, M. David, Drake, Leston, D., Lacy, Mark J. Pratt, Jean A. & the ID2 Research Group. (1996). Reclaiming instructional design. Educational Technology, 36, 5-7. Metcalfe, J. (2009). Metacognitive judgments and control of study. Current Direction in Psychological Science, 18, 159-163 Sweller, J. (1994). Cognitive load theory, learning difficulty and instructional design. Learning and Instruction, 4, 295-312. Chanquoy, L., Tricot, A. & Sweller, J. (2007). La charge cognitive. Paris : A. Colin. Huart, T. (2001). Un éclairage théorique sur la motivation en contexte scolaire : un concept éclaté en multiples facettes. Cahiers du Service de Pédagogie expérimentale. Université de Liège. 7-8/2001 221

Références bibliographiques Gavens, N., & Camos, V. (2006). La mémoire de travail : une place centrale dans les apprentissages scolaires fondamentaux. In E. Gentaz & P. Dessus (Eds.), Apprentissages et enseignement : Sciences cognitives et  éducation (pp. 91-106). Paris : Dunod. Sweller, J. & Chandler, P. (1994). Why some material is difficult to learn. Cognition and Instruction, 12, 185-233. . Amadieu, F., & Tricot, A. (2014). Apprendre avec le numérique : mythes et réalités. Paris: Retz Musial, M., Pradère, F., & Tricot, A. (2012). Comment concevoir un enseignement ? Bruxelles : De Boeck

Merci pour votre attention