Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

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TECFA Technologies pour la Formation et l’Apprentissage L’approche cognitiviste de l’apprentissage: Simulations et démonstration Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Les limites de l ’approche béhavioriste
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L ’approche béhavioriste
Stimulus Réponse R = f (S) Apprentissage = association entre une situation et un comportement Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Les illusions d ’optique

Les « lois » de la Gestalt
d) principe de clôture : l'interprétation première est celle d'un petit cercle masquant en partie le grand, et non d'un cercle "grignoté" accolé au petit cercle. Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Le problème des 9 points Joindre les 9 points en 4 lignes droites sans lever le crayon. Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Quelle est la couleur de ces mots ?
vert bleu rouge jaune Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

L’approche cognitiviste
traitements sélection production Représentations Information Connaissance Le métaphore : l’informatique Le système cognitif humain est comme un ordinateur qui reçoit des informations de l’environnement les encode dans un autre format et les stocke en vue de réaliser des actions ou de créer de nouvelles connaissances. Le concept central est le concept de représentation = activité et produit de l’activité de reconstruction du réel qui permet à l’individu d’interpréter les informations de l’environnement et d’anticiper le résultat de son action sur cet environnement. encodage récupération R = f (Ro,S) Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Architecture de la mémoire
Mémoire à long terme Connaissances déclaratives et procédurales Baddeley, 1983 planificateur Mémoire de travail Modèle le plus communément admis. De nos jours, ce modèle est critiqué, notamment : Ericson et Kintsch font l’hypothèse d’une la mémoire de travail à la fois CT et LT. - importance de factuer émotionnel - la mémoire à long terme n’est pas figée, elle est dynamique, les connaissances sont en constante reconstruction en fonction des expériences de l’individu. Boucle articulatoire Calepin visuo-spatial Buffer sensoriel Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Les différents types de mémoire
Mémoire déclarative épisodique sémantique Ex :vous suivez une formation pour apprendre la guitare. Mem épisodique : vous vous souvenez des personnes qui étaient avec vous, du lieu, d’évènements particuliers. Mem sémantique : vous avez appris la tablature de la guitare, des notions de solfèges Mem procédurale : vous savez jouer de la guitare. Dans l’apprentissage volontaire, on vise les connaissances sémantiques et procédurales, et parfois « savoir-être » qui se rattache à la catégorie épisodique. Mémoire procédurale Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

La résolution de problème
Les principes d ’apprentissage Le paradigme préféré des cognitivistes est la résolution de problème. Selon eux, c’est lorsque l’on est confronté à un problème que l’on doit générer des hypothèses de règles que l’on doit tester par la manipulation réelle ou symbolique. Vous voyez déjà que ça annonce les simulations. La Tour de Hanoï Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Effet multimédia et simulations

L ’effet multimédia Fonctionnement d’une pompe à vélo. Lorsque l’on tire la poignée, le piston monte, la valve d’entrée s’ouvre, la valve de sortie se ferme et l’air entre dans la partie basse du cylindre. poignée piston valve d ’entrée valve de sortie Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Modèle de compréhension du multimédia
Schnotz et al., 1999 inspection du modèle organisation conceptuelle Modèle mental construction du modèle Représentation propositionnelle organisation visuelle Image visuelle perception sélection thématique traitement semantique Traitement symbolique Représentation de surface Traitement analogique Ce modèle a été proposé par Schnotz, Boeckeler et Grzondziel en 1999. Du côté symbolique, le texte donne d’abord lieu à représentation de la surface du texte, suite à l’applications de processus de typo phonologique, lexicaux et syntaxiques. Ce niveau permet la vérification d’énoncés tirés du texte. Le 2ème niveau, après traitement de type sémantique donne lieu à une présentation de type propositionnelle : permet de juger la véracité de paraphrases du texte. Une 3ème niveau a été mis en évidence parallélement par Kintsch et van Dijk, et par Johnson-Laird en Ce 3ème niveau, c’est la représentation de l’état du monde qui est décrit dans le texte. Deux particularités de ce 3ème niveau 1) produit d’inférence à partir des connaissances en MLT (par exemple d’inférer qu’il s’agit d’un enfant pour le texte que je vous ai montré en début)., et générateur d’inférences 2) une structure analogique à ce qu’il représente, autrement dit les relations entre éléments du concept sont représentés par des relations entre éléments du MM. Idem du côté visuel. Ce modèle du 3ème type, même s ’il a l ’apparence du double codage. en effet, le verbal s’intégre au visuel dans un MM unique. Ce modèle a deux intérêt : d’une part il pose que l’intégration des infos provenant du verbal et du visuel est essentielle à la formation d’une représentation intégrée et donc à l’acquisition de nouvelles connaissances. D’autre part, il offre un paradigme d’étude, puisque les premiers niveaux de traitement peuvent être évalués au moyen de tâche de mémorisation d’infos explicites, alors que le niveau du MM lui permet la résolution d’inférences et de problèmes de transfert. Il est à noter que peu d’étude adresse le niveau de représentation visuelle du graphique (de type image mentale). Si l’on en revient à la question posée en début qui est de concevoir des présentations multimédia efficaces, ces deux modèles offrent donc un environnement dans lequel des hypothèses peuvent être générées et les résultats interprétées. traitement sub-semantique organisation verbale Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

L’effet multimedia… et réciproquement poignée piston valve d ’entrée valve de sortie Lorsque l’on tire la poignée, le piston monte, la valve d’entrée s’ouvre, la valve de sortie se ferme et l’air entre dans la partie basse du cylindre. Mayer & Gallini, 1990 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Le principe multimedia : les animations
NEW Attirer l ’attention Informer sur l ’état d ’un processus 3 functions of animation in CBI (computer-based instruction): - attention-gaining: special effects for transitions between instructional frames, moving symbol or characters and animated promps. They help to increase the figure proeminence by contrast to a static background. Used only for "cosmetic" appeal, they can heklp to arouse students interests but could also be distracting. - rend compte de l’état d ’un processus -> dispositif d ’interface pas franchement relié à une instrcution mutliméddia. Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Attirer l ’attention Informer sur l ’état d ’un processus Démonstrations - presentation: used with or without an accompanying text to demonstrate or elaborate a lesson concept, fact, rule or procedure.-> learning by viewing approach Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Attirer l ’attention Informer sur l ’état d ’un processus Démonstrations - practice: animation is used as a part of a practice strategy (from highly structured to discovery approach). Amomg them, interactive dynamics are defined as animated graphics which change continuously over time based on students input (Cf. simulation) -> learning by doing. Use specific mot computer. Simulations interactives Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

L ’animation Le présupposé L’animation devrait faciliter la compréhension de phénomènes dynamiques Résultats mitigés Très souvent, l’animation n ’est pas plus efficace qu ’un graphique statique Les résultats Autre paramètre caractéristqiue des docs électroniques, c’est le facteur de présentation dynamique. Il est assez légitime de penser que la compréhension d’un système dynamqiue dans le temps sera facilitée par la visualisation d’un graphique lui-même dynamique. En effet, le graphique dynamique devrait faciliter la construction d’un MM analogique au système décrit. Cependant, une revue de question Bétrancourt & Tversky : 7 études sur 15 moins de 50 % Certes une animation est meilleure que pas de visualisation du tout mais ça ne vient pas de la caractéristique animée. Cela nous adonc intrigué et l’on a recherché les raisons en termes de processus cognitifs : qu’est ce qui fait que le MM dynamique ne se construise pas ? Bétrancourt & Tversky, 2000 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Pourquoi l ’animation n ’aide-t-elle pas?
Limitations perceptives Limitations conceptuelles L’hypothèse est que l’animation impose une forte charge au niveau du traitement perceptif et du traitement conceptuel qui le suit. Je vais vous en faire la démonstration sur les exemples suivants. Limitations de traitement Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Difficultés perceptives Trajectoire du point ? Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Difficultés perceptives La perception humaine n’est donc pas très efficace pour traiter des simuli en mouvements. Les difficultés sont : - d’analyser les différents mouvements qui peuvent se produire simultanément - de les mémoriser alors no reference of what has been previouly seen is available Kaiser, Profitt & Whelan, 1992 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Difficultés conceptuelles Now justhace a look at this animation. Can you tell me how a oilet tank work ? Even if you could speed it down, you could be able to tellwhat event is preceding another event, but you could not explain it in terms of causal relationships , or answer to questions like What can I do if I want to save water? In other words, you can not build a functional mental model from that animation. How a toilet works Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Difficultés rétentionnelles Performance Test différé texte + animation text + animation texte seul Palmiter and colleagues compared animated and still graphics when teaching students how to use an on-line help system for Hypercard (Palmiter, Elkerton, & Baggett, 1991, Palmiter & Elkerton, 1993). Although the students completed the training task more quickly when using the animation, they completed the testing task more slowly. Moreover, after a week, students who had studied the text improved their performance, while students who had studied the animation declined. The long-term facilitation of text over animation was attributed to deeper processing of the text than of the animation. Training Test immediat Palmiter & Elkerton, 1993 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

L’animation : des obstacles...
Difficultés de traitement du mouvement Pas de support à la conceptualisation - Pas le support : pas de segmentation en étapes, pas relations causales. L’information est transitoire Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

…et des potentialités intéressantes
Enabling function Facilitating function Inhibiting function Fonctions : - enabling : rendre possible - facilitating - inhibiting : incite à un traitement de surface Schnotz, 2003 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Utilisation des animations en situation d’apprentissage

Quelles fonctions pédagogiques ?
Motivation Exemple Fisheye Rôle cognitif : support à l’élaboration d’une représentation de la situation ou modèle mental et donc à la compréhension. Reprise d ’une classification de Levin et ses collègues sur graphiques statiques. Décoration : rôle attractif et motivationnel, pas évident sur le long terme. Classification adaptée de Levin et al., 1989 Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Motivation De trajectoires ou mouvements relatifs Représentation Exemple : trajectoire de Mars Des transformations Représentation : représentation sous fornme visuelle de conepts présentés de façon symbolique (lanage verbal ou formel) Autrement dit, les illustrations graphiques permettent de faire des opérations sur les éléments et leurs relations qui sont plus difficiles de mener sur le texte (comparaison de quantité, relations d’ensemble). Exemple : œuf frit Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Motivation Représentation De déplacements en interdépendance Organisation Organisation : relations entre les différents éléments, plus conceptuelles que physiquee Exemple : tectonique Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Motivation Représentation Organisation Interpréation : le spatial est utilisé pour représenter une autre dimension Autrement dit, les illustrations graphiques permettent de faire des opérations sur les éléments et leurs relations qui sont plus difficiles de mener sur le texte (comparaison de quantité, relations d’ensemble). Interprétation Exemple : champ électrique Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Dans quelles situations d’apprentissage ?
Pour supporter le processus de visualisation et de représentation mentale Pour provoquer un conflit cognitif - Pour supporter le processus de visualisation et de représentation mentale (essayer de se représenter le phènomène de Mars sans aide...) - Provoquer un conflit cognitif (exemple : montrer la vitesse de chute de 2 objets de poids différents) Simulation interactive : pour faire explorer un phénomène et en déduire les lois qui le régit. Raisons pratiques comme on l’a évoqué la dernière fois : coût moins important que l’expérience réelle, peut être refait à l’envi et sans risques (ex. manipulation qui ne serait fait que par le prof sinon), permet d’explorer des phénomènes non perceptibles (ex simulation chaîne alimentaire) Pour faire explorer un phénomène Pour des raisons pratiques Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

L’animation : précautions d ’usage
N ’utiliser que lorsque les transitions entre les étapes ne peuvent être déduites par l’apprenant Juste équilibre entre réalisme et abstraction - Transitions pas inférables par le novice sans aide -> enablingou facilitating function - Equilibre entre réalisme : on veut montrer un phénomène dynamique mais il faut aussi un certain degré d ’abstraction et de symbolisation. Par exemple, dans les planètes, la taille des planètes est fortement exagéré par rapport au soleil. Dans la simulation géologique, les flèches sont utilisés pour montrer les courants de convection. Deux principes : sobriété adéquation au modèle conceptuel Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

Simulations : précautions d ’usage
Associer à une activité qui guide l’exploration Susciter la réflexion sur l’action - Activité de scaffolding : cf. activité en chimie (c’est presque trop car la procédure est telle que l’on ne réfléchit plus), simulation du pendule associé à des questions de compréhension du phénomène Réflexion sur l’action : les animations sur la navette spatiale ou le frigo ne donne lieu en soi à aucune connaissance sémantique car tout est implicite- Pour qu’il y ait compréhension il faut des prérequis dans le domaine, il faut qu’il y ait activité de conceptualisation. Les simulations ont pour objectif parallèle d’inciter à adopter, notamment en sciences, une démarche hypothético-déductive. Mais on peut arriver au même résultat (càdire arriver à ses fins avec la simulation) avec une démarche par essai-erreur. La construction d’un modèle intgrant les règles et les raisons pour lesquelles cela fonctionne comme ça n’est pas un processus automatique. La formalisation des règles n’implique pas forcément la compréhension du phénomène Cours EIA - 4/02/04- Mireille Bétrancourt

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