Friso-van den Bos, I & Al. (2013). Lien entre mémoire de travail et mathématiques

La mémoire de travail est un élément essentiel à la compréhension des mathématiques et à la résolution des divers exercices donnés aux enfants dès l'école primaire. Cette étude revoit précisément le rôle de la mémoire de travail telle que définie par Baddeley et son poids dans la compréhension des mathématiques tels qu'enseignés en primaire (calculs, problèmes, arithmétique simple, etc.). Tous les aspects de la mémoire de travail sont passés en revue afin de définir précisément le rôle de chaque composant de la mémoire de travail. 

Les différents aspects de la mémoire de travail 

Le modèle de la mémoire de travail le plus connu et le plus souvent utilisé est celui de Baddeley et Hitch (1974). Ils y décrivent un ensemble de deux sous-systèmes : la boucle phonologique et le calepin visuo-spatial, dirigés par un administrateur central. Plus tard, le rôle de l'administrateur central sera précisé à travers l'inhibition, la flexibilité et l'actualisation et un troisième sous-système (non étudié ici) sera ajouté pour expliquer le lien entre la mémoire de travail et la mémoire à long terme. 

Petits éléments de définition : 

• Le calepin visuo-spatial : il est chargé du stockage temporaire des informations visuelles et spatiales. 
• La boucle phonologique : elle est chargée du stockage temporaire des informations auditives et phonologiques. 
• L'administrateur central : Il coordonne les informations stockées dans les sous-systèmes sus-mentionnés. C'est lui qui permet la manipulation des informations qui fait la spécificité de la mémoire de travail par rapport à la mémoire à court terme. 

Parmi les différentes habilités de l'administrateur central, on trouve : 

• L'inhibition : la capacité à supprimer une réponse dominante en faveur d'une autre, voir à une absence de réponse. C'est le fait d'éviter de courir quand on entend une sirène de pompier, alors que c'est ce que nous ferions naturellement. En mathématiques, ce serait d'utiliser les opérations connues et maîtrisées (l'addition par exemple) alors que le problème nécessite une nouvelle compétence (la multiplication, par exemple). Il faut alors inhiber l'addition pour faire la multiplication. On utilise aussi l'inhibition pour sélectionner les informations pertinentes et mettre de côté celles qui ne le sont pas pour un problème donné. 
• Le transfert / La flexibilité : Permet de passer d'une procédure à une autre. En mathématiques, elle est utilisée pour faire évoluer sa stratégie de résolution de problème ou de calcul. On peut avoir besoin de commencer par sélectionner l'information, puis effectuer un calcul, puis un second... Il faut pour cela changer de processus mental, notamment grâce à cette capacité de changement de la mémoire de travail. 
• L'actualisation : La capacité à contrôler et à revoir l'information stockée en mémoire de travail. En mathématiques, l'actualisation permet de stocker les résultats temporaires, de les manipuler, de stocker à nouveau le résultat suivant en remplaçant l'information précédente, de se souvenir des informations pertinentes de l'énoncé, etc. 
• On peut diviser l'actualisation en actualisation visuo-spatiale ou en actualisation verbale selon que l'information manipulée et stockée le soit dans le calepin visuo-spatial ou dans la boucle phonologique, c'est à dire qu'il s'agisse d'une information visuelle (des formes, des chiffres, etc.) ou verbale (des mots par exemple). 

La mémoire de travail au service des mathémathiques

Les études montrent que les enfants ayant une moins bonne mémoire de travail sont moins bons en mathématiques, et inversement, que les enfants moins bons en mathématiques ont une moins bonne mémoire de travail. La mémoire de travail est donc directement liée à la réussite en mathématiques. Néanmoins, tous les éléments de la mémoire de travail ne participent pas également à cette réussite. C'est pourquoi je vous présente un schéma représentant les résultats de la présente étude sur l'importance de chaque élément de la mémoire de travail sur la réussite en mathématiques. Plus les éléments sont gros, plus ils sont importants à la réussite en mathématiques

Il est à noté que l'ensemble des types d'exercices de mathématiques ont été étudiés. Les présents résultats sont vérifiés particulièrement pour les problèmes arithmétiques complexes, et moins pour les opérations simple, par exemple pour un calcul seul, qui demande peut de mémoire de travail, de manipulation d'information et d'actualisation. 

Notons également que l'âge influe sur l'importance de chaque composante. En grandissant, les enfants s'appuient plus sur l'actualisation visuo-spatiale et moins sur le calepin visuo-spatial. On peut en conclure qu'en grandissant, les enfants ont besoin de moins stocker d'information, car ils sont devenus experts dans la sélection et l'actualisation de ces dernières. 

Ainsi, pour améliorer les compétences en mathématiques de certains élèves, pourquoi ne pas leur faire faire des tâches simples de mémoire de travail et voir ainsi leurs capacités évoluer malgré eux ? 

Quelques exemples de tâches pour exercer la mémoire de travail : 

• Tâche d'empan à rebours (boucle phonologique) : Restituer dans l'ordre inverse une liste de nombre de lettres ou de mots. 
• Tâche de Stroop (inhibition) : des mots de couleur sont écrits dans des couleurs différentes. Il s'agit soit de dire le nom de la couleur, soit de lire le mot en inhibant la couleur typographique.
• Cubes de Corsi (Calepin visuo-spatial) : Des cubes sont disposés sur une table. On désigne un certain nombre de cube (de plus en plus) dans un ordre prédéfini. L'autre doit 
• Le Trail Making Test (Flexibilité/transfert) : une planche avec des chiffres et des lettres dispersés. Il faut relier dans l'ordre un chiffre puis une lettre, puis le chiffre suivant et la lettre suivante. 
• La tour de Hanoy (actualisation visuo-spatiale) : trois piquets et des objet empilés sur l'un des trois piquets. Il faut déplacer la tour sur un autre piquet en gardant l'ordre de grandeur des objets (le plus gros en bas vers le plus petit en haut). On n'a le droit de déplacer qu'un objet à la fois, et un gros objet ne peut jamais aller sur un plus petit.
• Tâche de Brown-Peterson (actualisation verbale) : Il faut rappeler des lettres après un délai et après avoir fait autre chose pendant ce délai. Rappeler éventuellement dans l'ordre inverse ou bien seulement les X dernières lettres. 

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A lire également à propos de la mémoire de travail :

Crone & al. (2006). Dévelopement neurocognitif de l’habilité à manipuler l’information en mémoire de travail.

Baddeley, A. (2000). Le buffer épisodique, nouvelle composante de la mémoire de travail?

A lire également à propos de l'apprentissage des mathématiques :

Hegarty et al. (1995). Compréhension des problèmes arithmétiques : une comparaison des bons et mauvais résolveurs.

Safran, J. R. & al. (1996). L'apprentissage statistique des bébés de huit mois

Source : Friso-van den Bos, I., Van der Ven, S.H.G., Kroesbergen, E.H., Van Luit, J.E.H. (2013). Working memory and mathematics in primary school children: A meta-analysis, Educational Research Review, 10, 29–44

Dehaene & al. (2010). Comment apprendre à lire change les réseaux neuronaux de la vision et du langage

Est-ce qu'apprendre à lire permet de faire évoluer notre cerveau ? Est-ce que cette capacité spécifiquement humaine mais non acquise par tous augmente les capacités cognitives annexes qui pourraient être liées à la lecture (vision, langage...). Cette étude tendrait à montrer que l'apprentissage de la lecture permet en effet d'améliorer les réponses de l'aire corticale V1 (vision) et dans le cortex occipital en général, ainsi que dans la zone spécifique du gyrus fusiforme, autrement appelée l'aire de la forme visuelle des mots (voir l'article de Cohen à ce sujet). La lecture permet également une meilleure activation du planum temporal en réponse au langage. Cet effet se retrouve chez ceux qui ont appris à lire enfant et ceux qui ont apprit à lire tardivement.

Est-ce qu'apprendre à lire agit sur d'autres fonctions cognitives ?

La plupart des études de neuroimagerie (l'IRM particulièrement) utilisent des sujets qui savent lire et écrire depuis l'enfance. Cela exclut l'ensemble des illettrés ou ceux qui ont appris plus tard à lire. On sait pourtant que l'apprentissage de la lecture change à la fois l'anatomie du cerveau et son activation. Par exemple, lorsque l'enfant apprend à lire, il peut saisir et manipuler des éléments plus précis du langage (les phonèmes), et celui lui permet de mieux comprendre le langage parlé. 

On a également identifié une zone particulièrement importante (outre les aires de Broca et de Wernicke pour le langage) pour la lecture : la VWFA pour Visual Word Form Area (Aire de la Forme Visuelle des Mots, voir l'article de Cohen à ce sujet). Située dans le gyrus fusiforme gauche, elle permet de reconnaître que les formes perçues sont, ou pas, des lettres. Il s'agit d'une zone qui a été recyclée, c'est à dire que sa fonction initiale n'était pas la reconnaissance des lettres, mais celle des formes Elle a été réquisitionnée avec l'apprentissage pour se spécialiser dans la reconnaissance des formes de lettres. A cause de ce recyclage, on peut supposer que les fonctions initiales de la zone cérébrale diminueront en efficacité. Les capacités qui pourraient être diminuées à cause de l'apprentissage de la lecture sont la reconnaissance des visages, des objets et des outils de la maison (testés dans cette expérience)

En fonction de la rapidité de lecture, de la précision d'identification des mots (vs pseudomots, chaines de caractères sans signification) et de l'histoire des sujets, 6 groupes ont été formés : des Brésiliens lettrés (LB1), des Portugais lettrés (LP), des Brésiliens lettrés mais d'un niveau social faible (LB2), des Brésiliens ayant appris à lire tardivement (EXB), des Portugais ayant appris à lire tardivement (EXP) et des Brésiliens illettrés (ILB).

Les zones du cerveau qui s'activent lors de la lecture

Dans cette étude, les chercheurs ont donc observé l'effet de l'apprentissage de la lecture sur l'activation cérébrale d'un réseau entier de neurones impliqué dans la lecture et sur d'autres fonctions cognitives annexes, le langage et la vision. Les sujets choisis ont donc été regroupés par niveau de lecture (lettrés, lettrés qui ont apprit sur le tard et illettrés) (cf. schéma précédent).

La lecture : un réseau neuronal entier et complexe

Les différentes zones activées par la lecture, en fonction de la capacité de lecture

On se rend compte que la lecture active les zones de l'aire de la forme visuelle des mots (reconnaissance des lettres, en haut à gauche sur le schéma), le cortex occipital (vision, au milieu à gauche sur le schéma), le cortex frontal gauche (fonctions supérieures exécutives, à droite sur le schéma) et le cortex temporal supérieur gauche (compréhension du langage parlé, en bas sur le schéma). La lecture n'est pas située dans une zone du cerveau, mais active un réseau entier de plusieurs régions fonctionnelles toutes aussi essentielles pour différents aspects de la lecture.

A noter néanmoins : l'aire de la forme visuelle des mots n'est pas ou peu activée chez les illettrés Brésiliens (ILB) en réponse à la vision de mots écrits, tout comme pour les Portugais qui ont appris à lire tardivement (EXP), confirmant que l'apprentissage de la lecture tardif modifie le cerveau. Les régions frontales sont peu activées chez les illettrés, tandis qu'elles le sont pour tous les lettrés, de la même façon devant les mots parlés ou écrits. 

Il est également intéressant de noter que les nouveaux lettrés, tout comme les enfants qui apprennent à lire, ont besoin d'une plus grande quantité de ressources cognitives pour effectuer la tâche de lecture, comparativement aux lecteurs aguerris. Lire est pour eux plus fatiguant cognitivement. Petit à petit, les zones impliquées vont être optimisées, jusqu'à se focaliser autour de l'aire de la forme visuelle des mots.

L'aire de la forme visuelle des mots : une aire polyvalente

L'aire de la forme visuelle des mots (VWFA) réagit à plusieurs types de stimuli visuels et spécifiquement à leur forme. Tout en réagissant aux formes des lettres, elle réagit également aux visages et aux outils, même chez les lettrés. De ce fait, l'apprentissage de la lecture n'empêche pas le traitement des autres stimuli initialement traités par les zones. Ceci est cependant à nuancer, car on voit quand même une réponse diminuée de cette zone aux stimuli de forme abstraite et aux visages, mais cette diminution est faible. Ce qui change beaucoup est la répartition des zones répondant à ces stimuli, moins diffus autour de l'aire de la forme visuelle des mots. Le cerveau devient plus précis et spécialisé.

Les fonctions évoluant avec l'apprentissage de la lecture

Grâce à l'entrainement de cette zone, il devient plus facile de lire. Au plus on l'active, au plus elle est facile à activer. Au plus on pratique, au moins on a de difficultés à pratiquer la lecture. Etant donné que cette zone n'est pas impliquée uniquement dans la lecture, lire permet de rendre plus fine la reconnaissance des visages et des maisons, en spécialisant les zones du cerveau adjacentes qui s'en occupent. Cette amélioration de précision est en effet présente seulement chez les lettrés, et non chez les illettrés.

Le même effet d'entrainement est visible sur les aires visuelles primaires (V1) du lobe occipital. En effet, lire se fait dans un sens horizontal, et non vertical (dans la langue étudiée). Avec l'apprentissage de la lecture, la réponse aux stimuli horizontaux est meilleure que la réponse aux stimuli verticaux. Il en va de même pour les stimuli dont le mouvement se fait horizontalement.

Le traitement du langage parlé est effectué par les régions temporales (cf. 1er schéma). Avec l'apprentissage de la lecture, ces zones deviennent moins actives, mais la compréhension du langage parlé n'est pas affecté pour autant. Il s'agit certainement d'une facilitation de traitement de la compréhension du langage parlé grâce au langage écrit. Deux possibilités pour expliquer le phénomène : soit entendre un mot réactive sa forme orthographique qui vient en renfort de la compréhension (activation top-down de l'aire de la forme visuelle des mots), soit la façon de traiter le langage est modifiée par l'apprentissage de la lecture. Cela peut être par une plus grande compréhension de la syntaxe, de la grammaire, etc. (activation du planum temporal directement)

Ces fonctions s'améliorent de façon visible, mais d'un point de vue cérébral, un changement s'effectue aussi, vers une plus grande spécialisation des zones fonctionnelles. Une zone qui s'occupe d'une tâche, après l'apprentissage de la lecture, prendra moins de place dans le cerveau, aura besoin de moins de ressources, et fera éventuellement moins appel à d'autres fonctions proches. Le cerveau se spécialise, et cela lui permet de se libérer de la surcharge cognitive qui est à l'oeuvre chez les jeunes lecteurs quand ils ont encore du mal à lire.

Une cartographie des fonctions cérébrales en fonction de l'expertise en lecture : une preuve d'une plus grande spécialisation des zones fonctionnelles

On peut ainsi dresser une carte des zones spécifiques répondant aux différents types de stimuli étudiés et selon le niveau d'expertise en lecture.

Les zones cérébrales réagissant aux différents types de stimuli en fonction de l'expertise en lecture (ne pas tenir compte des courbes pour la compréhension du schéma)

On remarque par exemple que chez les lettrés, les anciens illettrés et les illettrés, la compréhension des formes abstraites (checkers, en bleu ciel) active une zone diffuse à l'arrière du cerveau, la zone occipitale. Cette zone est étendue et ses contours ne sont pas bien définis, ce qui signifie que le cortex n'est pas spécialisé dans le traitement de ces stimuli. Au contraire, on peut remarquer que le traitement des mots (strings, en vert) active plusieurs zones cérébrales chez l'illettré, mais une seule petite zone temporale du côté gauche chez les lettrés (l'aire de la forme visuelle des mots).

On peut remarquer également, au niveau du gyrus fusiforme gauche identifié comme l'aire de la forme visuelle des mots, que le traitement de la forme des objets (tools, en bleu foncé) prend beaucoup plus de place chez les anciens illettrés que chez les lettrés. Cela indique une spécialisation de cette zone dans le traitement des formes de mots et également une spécialisation des fonctions annexes comme la reconnaissance des formes d'objets mais également de visages. Cette spécialisation résulte en une zone plus délimitée et moins étendue.

Apprendre à lire tardivement ou dans l'enfance : quelles différences ?

Aucune différence notable n'existe au niveau cérébral entre quelqu'un qui a apprit à lire tard et celui qui a apprit dans l'enfance. On peut néanmoins voir dans le premier schéma que les performances en lectures ne sont pas les mêmes d'un point de vue comportemental. 

Il existe néanmoins deux exceptions à cette conclusion : au niveau du cortex prémoteur gauche, une légère différence d'activation en défaveur des apprenants tardifs, qui peut être expliqué par un manque de pratique de l'écriture non encore automatique et une autre exception au niveau de l'aire de la forme visuelle des mots : une diminution de la réponse aux visages chez ceux qui ont apprit à lire dans l'enfance.

L'apprentissage de la lecture modifie le cerveau de trois façons, quelque soit le moment où elle intervient dans la vie d'un individu : 

• Elle facilite l'organisation du cortex visuel (occipital)
• Elle permet de faire le lien entre les aires de la compréhension verbales (réseau situé dans l'hémisphère gauche) et les régions de l'écriture (comme la VWFA)
• Affine le traitement du langage entendu grâce à l'amélioration du planum temporal et l'accès à l'aire de la forme visuelle des mots même lorsque les mots sont entendus au lieu de lus.

Source : Dehaene, S., Pegado, F., Braga, L.W., Ventura, P., Nunes Filho, G., Jobert, A., Dehaene-Lambertz, G. Kolinsky, R., Morais, J. & Cohen, L. (2010). How Learning to Read Changes the Cortical Networks for Vision and Language, Science, 330, 1359-1364

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A lire également à propos de l'aire de la forme visuelle des mots : 

Cohen & al. (2000). L'aire de la forme visuelle des mots (Visual Word Form Area) chez les sujets split-brain

Lafontaine et Lippé (2011). Le rôle du cortex préfrontal dans l'apprentissage

Le cortex préfrontal est présent à toutes les étapes de la mémorisation (encodage, consolidation, rappel). Son rôle est à la fois d'orienter l'attention visuelle, de créer des liens entre les éléments mémorisés (donc apprendre) et l'inhibition des informations distrayantes. Lorsque le cortex préfrontal est atteint, les capacités d'apprentissage et de mémorisation sont fortement atteintes (limites dans la quantité de mémoire, difficultés à faire des liens, enregistrement d'informations non pertinentes, etc.), comme c'est le cas dans les troubles de l'attention et l'hyperactivité.

Le cortex préfrontal : siège des fonctions éxécutives

Avant de regarder le rôle de chaque zone du cortex préfrontal, il est important de distinguer ses différentes composantes. Le cortex préfrontal est divisé en trois zones : 

Le cortex préfrontal est divisé en plusieurs régions fonctionnelles : le cortex dorsolatéral, ventrolatéral et orbitofrontal

• Le cortex préfrontal dorsolatéral : Il correspond aux aires 9 et 46 de Brodmann. Impliqué dans de nombreuses fonctions telles que la planification, la mémoire de travail, la régulation de l'action et des fonctions intellectuelles supérieures.
• Le cortex préfrontal ventrolatéral : Il correspond aux aires 44, 45 et 47 de Brodmann et joue un rôle un rôle essentiel dans des fonctions supérieures telles que la planification, la mémoire de travail, le maintien de l'attention ou la régulation de l'action.
• Le cortex préfrontal orbitofrontal : Il correspond aux aires 10 et 11 de Brodmann. Son rôle serait de réguler et de superviser les autres fonctions cérébrales. Elle fait partie des aires exécutives mais son rôle est encore flou.

L'ensemble de ces zones regroupent les fonctions exécutives, que l'on dit directement liées à l'intelligence, car il s'agit des fonctions supérieures telles que la planification, l'inhibition, et la réorganisation des informations. Il s'agit d'une zone spécifiquement développée chez les humains, par rapport aux autres espèces.

Le cortex préfrontal et l'encodage

L'encodage est une partie de la mémorisation, la première, qui consiste à extraire des stimuli perceptifs extérieurs ou intérieurs les informations pertinentes et de les maintenir en mémoire à court terme. Il s'agit de la phase où une scène visuelle est transformée en souvenirs à court terme, pour faire simple.

Dans le cas de la modalité visuelle, on sait déjà que le cortex préfrontal (notamment ventrolatéral) permet de diriger et maintenir l'attention. Ce processus descendant (top-down) permet ainsi d'orienter la perception visuelle vers les stimuli pertinents pour l'apprentissage. Ici, le cortex préfrontal a donc un premier rôle pour l'apprentissage en orientant l'attention vers ce qui est important. On sait déjà qu'une attribution plus important d'attention permet une mémorisation plus profonde des informations.

Ainsi, des expériences sur la mémorisation indicée (on présente un indice avant d'effectuer la tâche de mémoire, cet indice permettant de faciliter la tâche en créant des liens avec ce qui sera à mémoriser, notamment) suivies par imagerie fonctionnelle et anatomique ont montré une connectivité plus grande entre le cortex préfrontal et les zones occipitales de perception visuelle. De manière fonctionnelle, une corrélation existait entre la force d'activation du cortex préfrontal, la force d'activation du cortex occipital et la qualité de la mémorisation. En utilisant la Stimulation Magnétique Transcranienne pour reproduire un dysfonctionnement de cette jonction fronto-occipitale, les chercheurs ont observé une corrélation directe avec la baisse de performance en mémorisation, et ce d'autant plus que les liens entre ces régions étaient déjà consolidés. Le cortex préfrontal préparerait les zones visuelles à recevoir des informations importantes, en plus grande quantité, et à y faire plus attention.

On connait également le rôle des structures perirhinales et entorhinales sur l'intégration de la mémoire à long terme. Le cortex préfrontal ventrolatéral et dorsolatéral est également plus fortement relié à ces zones chez les bons apprenants, ceux qui ont une mémoire plus importante.

Le cortex préfrontal dorsolatéral et ventrolatéral permet également de moduler la mémoire de travail, par laquelle passent les informations à mémoriser à long terme. Ces zones permettent à la fois de réorganiser l'information, de la réguler et de répéter les informations en boucle pour mieux les consolider. Le cortex préfrontal permet donc de réorganiser les informations au niveau de l'encodage, et de créer des liens entre elles (ce qui amène à l'apprentissage).

Le cortex préfrontal et la consolidation

La consolidation est le fait d'intégrer les informations nouvellement acquises dans la mémoire à long terme. 

Ici encore, le cortex préfrontal a un rôle majeur, car il permet notamment de créer du lien entre les informations, un lien sémantique notamment pour ce qui est de la mémoire déclarative et de créer du lien avec les anciennes informations déjà mémorisées.

De plus, un phénomène de consolidation des système est observé entre l'hippocampe et le cortex préfrontal. L'hippocampe est le lieu de la mémoire à court terme. Au plus le temps passe, au moins l'hippocampe s'activera lors de la réactivation d'un souvenir, et au plus ce sera les cortex préfrontaux et temporaux qui s'activeront. On assiste à un transfert de localisation de l'information mémorisée entre l'hippocampe (mémoire à court terme) et le cortex préfrontal (mémoire à long terme plus stable).

Ce phénomène s'effectue principalement pendant le sommeil, grâce aux ondes lentes du sommeil léger. Sans sommeil, l'apprentissage est bien moindre. En mesurant la force de la consolidation après une nuit de sommeil, on peut prédire que le cortex préfrontal aura plus prit le relai de l'hippocampe 6 mois plus tard. La mémorisation à long terme se fait plus rapidement et plus efficacement si on a bien dormi juste après avoir apprit quelque chose !

Le cortex préfrontal et le rappel

Pour mieux réussir à se rappeler ce qu'on a stocké en mémoire, il est souvent utile d'utiliser une technique dite de clustering, il s'agit d'une technique mnésique où il s'agit d'organiser les informations selon des critères communs (par exemple regrouper tous les fruits que l'on connait ensemble pour pouvoir en citer un plus grand nombre). Ce phénomène est effectué par le cortex préfrontal ventrolatéral (alors qu'à l'encodage, cette association est faite par le cortex préfrontal ventrolatéral et le cortex dorsolatéral). En faisant du clustering, on peut ainsi créer de nouveaux liens entre les savoirs, et ainsi améliorer l'apprentissage. Il est important de noter que seul le cortex préfrontal ventrolatéral est actif lors du rappel, indiquant une différence de processus entre le ventrolatéral et le dorsolatéral, même si apparemment la fonction est la même (association de concepts). L'explication est que le cortex préfrontal ventrolatéral est plus à même de contrôler le rappel en associant aux concepts connus des indices situationnels pas forcément présents dans la trace mnésique de l'item à rappeler. 

Le cortex préfrontal ventrolatéral est également responsable de l'inhibition des facteurs environnementaux non pertinents au rappel. On a pu mettre en évidence ce lien par l'inhibition du cortex préfrontal grâce à la SMT : en inhibant le cortex préfrontal, le rappel est soumis à toutes les perturbations extérieurs. Par exemple, on pourrait dire avoir vu un mot dans un texte alors qu'on l'a simplement vu sur l'enseigne de magasin en face de nous... D'autres régions sont néanmoins responsables également de cette inhibition, et il s'agit maintenant d'identifier le système fonctionnel qui s'occupe de juger de la pertinence des informations.

Pertinence pour la clinique

Il est important de prendre en compte ces résultats dans la prise en charge des personnes atteintes de troubles de l'attention avec ou sans hyperactivité (TDA/H). En effet, on sait que ces personnes ont des problèmes avec leurs fonctions exécutives (le maintien de l'attention est géré par le cortex préfrontal !). Désormais, on peut également comprendre que ces personnes ont également des problèmes de mémorisation à long terme, ainsi que d'association entre les concepts en mémoire. 

Ces personnes ont besoin d'une activation plus importante du cortex préfrontal pour effectuer une tâche, par rapport aux personnes non atteintes. De plus, le cortex préfrontal a comme une limite de traitement simultané d'items au dessus de laquelle il ne s'active pas plus alors que la charge mentale augmente. 

De plus, la consolidation pose problème car les ondes lentes du sommeil sont moins importante. Ces ondes étant liées à la consolidation des souvenirs, les souvenirs sont moins profondément ancrés. 

Il est important de prendre cet article avec des pincettes, car de nombreuses limites existent : le cortex préfrontal est loin d'être le seul à gérer la mémorisation à long terme. De plus, il ne faut pas confondre mémoire et apprentissage, ce que les auteurs ont tendance à faire dans cet article. On peut parler d'apprentissage seulement sur l'aspect lien entre les items mémorisés. Et il est important de toujours garder en tête que l'apprentissage ne se réduit pas à faire des liens mentaux entre des souvenirs... Il faut également bien voir que ce dont on parle ici est la mémoire déclarative et visuelle : il faudrait encore savoir si le cortex préfrontal a un rôle à jouer dans l'apprentissage implicite, qui est pourtant une partie importante de l'apprentissage, s'il a un rôle à jouer pour les autres formes de stimuli perceptifs, etc. 

Source : Lafontaine, M. P. & Lippé, S. (2011). Le cortex préfrontal et le processus d'apprentissage : caractérisation d'un rôle critique, in  Revue de Neuropsychologie, 3(4), 267-271

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A lire également à propos de la mémoire : 

Wagner, A. D., & al. (1998). Construction de la mémoire : prédire la mémorisation ou l'oubli d'expérience verbales à partir de l'imagerie cérébrale
Crone & al. (2006). Dévelopement neurocognitif de l’habilité à manipuler l’information en mémoire de travail.
Baddeley, A. (2000). Le buffer épisodique, nouvelle composante de la mémoire de travail?

Mayer (2009). théorie de l'apprentissage multimédia - les douzes principes

La théorie de l'apprentissage multimédia de Mayer (2009) l'a amené à développer et tester un ensemble de principes pour améliorer nos présentations multimédia. Ces principes sont tous regroupés dans le tableau suivant (agrandissez le en cliquant dessus). Une liste très utile pour tous, que vous soyez enseignant, pédagogue, formateur, ou simplement quelqu'un qui crée des powerpoint ou écrit des livres.

Principes pour un bon apprentissage multimédia (Mayer, 2009). La taille d'effet est faible de .20 à .50, moyenne de .50 à .80 et forte au delà de .80. Vous pouvez cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Source : Mayer, R. E. (2009). Multimedia Learning, second edition, Cambridge : Cambridge University Press

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A lire également à propos de l'apprentissage multimédia :
Mayer (2009). théorie de l'apprentissage multimédia
Mayer, R. E. (2003). La promesse de l'apprentissage multimédia : utiliser la même design à travers plusieurs médias

Chou, Chan et Lin (2003). Rédéfinir le compagnon d'apprentissage : agent éducatifs passés, présents et futurs

She & Chen (2009). L’impact de l’effet multimédia sur l’apprentissage : preuves via l’eye-tracking.

Williams et Jacobs (2004). Examiner l'utilisation du blog comme outil d'apprentissage dans le secteur de l'éducation supérieure

Mayer (2009). théorie de l'apprentissage multimédia

R.E. Mayer a établit une théorie de l'apprentissage multimédia issue des sciences cognitives. Nous proposons ici d'en dépeindre les idées principales. Par multimédia, on entend tout ce qui présente à la fois du texte (écrit, narration, sur livre ou ordinateur, etc.) et de l'image (image fixe, schéma, animation, simulation, etc.). Cela va donc de l'apprentissage avec un livre jusqu'à l'apprentissage par les jeux-vidéos éducatifs, l'idée étant d'apprendre à bien les concevoir pour les adapter à l'utilisateur.

Une approche centrée apprenant

L'approche de la théorie de l'apprentissage multimédia se centre sur l'utilisateur, ses capacités, son apprentissage et non pas sur les performances que l'on peut avoir grâce aux outils multimédias (de belles grosses animations dont on ne peut rien retenir). Cette approche est consistante avec l'idée d'apprentissage, car c'est seulement en intégrant l'utilisateur dans la conception que ce dernier pourra intégrer à son tour ce qu'il apprend.

De plus, cette approche voit l'apprenant comme un constructeur de son propre savoir, qu'il va essayer d'intégrer dans un tout cohérent. Le multimédia est alors là pour guider et aider en communicant avec l'apprenant. Cette vision est contraire à des visions plus anciennes de l'apprentissage, comme l'approche béhavioriste, qui considère qu'il faut juste récompenser les bonnes réponses pour les renforcer, ou l'approche cognitiviste qui considère l'apprenant comme une table rase, et donc privilégié le transfert des informations qui iront se placer en mémoire.
 Il mesure la quantité d'apprentissage intégré grâce à la fois à des tests de connaissances et des tests de transfert, ces derniers permettant d'être sûr que l'apprenant à bien compris le concept. Cela est possible particulièrement lorsque l'apprenant est acteur de son apprentissage. Les outils multimédias doivent donc favoriser cette position active.

Les trois aspects de la théorie

La théorie de l'apprentissage multimédia repose sur trois aspects principaux, dégagés des différentes études en psychologie cognitive :
- Le double codage (Païvio, 1986 ; Baddeley, 1992) :  Deux voies existent entre l'auditif et le visuel / entre le verbal et le non-verbal. Chacune peut communiquer avec l'autre. Il est important d'utiliser les deux.
- La capacité limitée (Baddeley, 1992 ; Chandler et Sweller, 1991) : La quantité d'information stockable dans chaque canal (auditif, visuel, mémoire de travail...) est limitée.
- Le processus actif (Mayer, 2008a ; Wittrock, 1989) : Il y a apprentissage seulement lorsque l'apprenant est acteur de celui-ci, c'est à dire qu'il va sélectionner l'information importante, l'organiser et l'intégrer avec les connaissances antérieures pour construire un modèle mental complet permettant de manipuler n'importe quelle information.

La théorie de l'apprentissage multimédia

La théorie de l'apprentissage multimédia selon Mayer (2009)

Mayer (2009) a donc construit une théorie de l'apprentissage multimédia, qu'il a testé avec de nombreuses expériences. Sa théorie se base sur les trois aspects précédents et correspond au schéma ci-dessus. Elle nous indique qu'il y a deux types de messages dans un apprentissage multimédia (des mots et des images, quelque soit le mode de présentation (ie à l'oral, en animation, etc.)). Chaque stimulus va être perçu et donc entrer dans la mémoire sensorielle qui lui correspond. La théorie du double codage prédit ici qu'il existe deux mémoires distinctes pour les stimuli visuels et auditifs. Chaque élément de mémoire sera ensuite intégré en mémoire de travail (qui possède des capacités de traitement limitées) et passera soit par la voie du haut (sons, verbal) pour les mots entendus, soit par la voie du bas (images, pictural) pour les images vues, soit alternera entre les deux voies pour, par exemple, un son imagé (ex : musique). A noter que les mots peuvent entrer par deux canaux différents selon qu'ils sont lus ou entendus. Faire rentrer à la fois des mots lus et des images vues va surcharger la mémoire sensorielle visuelle et empêcher l'apprentissage.

Trois types de problèmes dans l'apprentissage multimédia

Un apprentissage par le multimédia ne fonctionne pas toujours bien. Il existe des raisons à cela, elles sont de trois type :
- Surcharge dans les processus extrinsèques : présence d'éléments ne servant pas à l'apprentissage (des images qui font bien mais n'ajoutent aucun contenu, par exemple) qui vont utiliser de la capacité de traitement au détriment des éléments essentiels
- Surcharge des processus essentiels : la complexité du matériel en soi
- Processus cognitifs génératifs non valorisés : le dispositif n'engage pas l'apprenant, ne le motive pas suffisamment à apprendre.

Chaque problème a trouvé des éléments de solution dans les 12 principes énoncés par Mayer (2009).


Source : Mayer, R. E. (2009). Multimedia Learning, second edition, Cambridge : Cambridge University Press

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A lire également à propos de l'apprentissage multimédia :

Mayer (2009). théorie de l'apprentissage multimédia - les douzes principes

Mayer, R. E. (2003). La promesse de l'apprentissage multimédia : utiliser la même design à travers plusieurs médias

Chou, Chan et Lin (2003). Rédéfinir le compagnon d'apprentissage : agent éducatifs passés, présents et futurs

She & Chen (2009). L’impact de l’effet multimédia sur l’apprentissage : preuves via l’eye-tracking.

Williams et Jacobs (2004). Examiner l'utilisation du blog comme outil d'apprentissage dans le secteur de l'éducation supérieure

Saçkes et al. (2011). Le développement des compétences d'utilisation d'un ordinateur chez les enfants de 2 à 8 ans

Quand apprend-on à utiliser un ordinateur ? Est-on tous égaux face à l'utilisation de l'ordinateur ? Est-ce que les enfants peuvent utiliser un ordinateur sans mal ? Que faire pour les aider ? Cette étude montre que le sexe n'a que peu d'influence, par contre, le niveau social et la présence d'un ordinateur à l'école et chez soi a une grande influence sur les capacités futures à utiliser un ordinateur.

Entre 1980 et 2000, le nombre d'ordinateur par famille était passé à 1 sur 4. Depuis, bien sûr, cela a encore augmenté, et presque personne n'a plus d'ordinateur dans nos sociétés occidentalisées. De nombreuses études ont montré les avantages de l'utilisation d'un ordinateur sur l'éducation ou sur le développement des compétences annexes : flexibilité mentale, dextérité motrice, etc. Avant d'utiliser l'ordinateur pour les matières comme les mathématiques ou les langues, il y a également une grande attente des parents et des employeurs sur les compétences d'utilisation d'un ordinateur en elles-même, il est donc important de savoir comment on développe ces compétences demandées. 

Les enfants n'ont pas forcément besoin de l'aide d'une tierce personne pour apprendre à utiliser un ordinateur. Dès 5 ans, ils savent par exemple utiliser la souris, même si personne dans la famille ne sait utiliser d'ordinateur. 

Les enfants n'ont pas tous le même accès aux ordinateurs, que ce soit chez eux ou à l'école. Bien sûr, cet accès est déterminé en grande partie par la catégorie socio-professionnelle des familles (40% de variance expliquée). En conséquence, un enfant issu d'une famille pauvre aura moins de chance d'avoir déjà vu un ordinateur avant d'entrer à l'école, où, s'il est également dans une école pauvre, il n'est pas obligatoire qu'il en voit également.

On voit qu'un enfant qui est d'une catégorie socio-professionnelle pauvre va avoir des compétences de bases, en entrant à deux ans en maternelle, inférieures à ceux qui sont d'une catégorie socio-professionnelle supérieure, et ont donc un ordinateur chez eux. Or la catégorie socio-professionnelle, la présence en elle même d'un ordinateur à la maison permet de prédire les compétences qu'ont les enfants à l'entrée en maternelle. 

Avec l'entrée à l'école, et l'accès à d'éventuels ordinateurs en classe, on a pu observer une amélioration des compétences d'utilisation de l'ordinateur entre 2 ans et 8 ans. Fait intéressant, ceux qui sont d'une catégorie socio-professionnelle qui leur empêche d'accéder à l'ordinateur peuvent encore, à cet âge là, rattraper l'avantage initial des enfants plus avantagés, et arriver à être aussi compétents. 

Le sexe de l'enfant joue légèrement pour les compétences avant d'entrer à l'école, où les garçons sont légèrement meilleurs, mais les filles profitant mieux de la présence de l'ordinateur, rattrapent leur retard très vite. 

Pour ceux à qui cela parle, voici les chiffres de corrélations, expliquant l'influence des divers éléments (genre, catégorie socio-professionnelle (SES), la présence d'ordinateur à la maison, la présence d'ordinateur à l'école). Noter que ces statistiques ont été effectuées sur un panel de plus de 8000 enfants, et qu'elles sont basées sur les analyses des enseignants à propos des compétences des enfants, pas d'une mesure directe de leurs compétences. 

Il est donc important de donner aux enfants la possibilité d'accéder aux ordinateurs dès la maternelle, que ce soit chez eux ou à l'école si on veut qu'à 8 ans, chacun soit sur un pied d'égalité sur ses compétences à utiliser un ordinateur et puisse en profiter pour apprendre. Il est important également d'enlever les préjugés comme quoi les filles sont moins aptes à utiliser l'ordinateur, car cette différence est faible, et présente seulement à 2 ans. 

Nous pouvons néanmoins questionner l'éthique qu'il y aurait à mettre un enfant de 2 ans devant un ordinateur, mais bien sûr, ceci est une autre histoire...

Source : Saçkes, M., Trundle, K. C., & Bell, R. L. (2011). Young children’s computer skills development from kindergarten to third grade. Computers & Education, 57, 1698–1704

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A lire également à propos de l'apprentissage des enfants :
Tillmann et Lalitte (2005). Apprendre la musique : perspectives sur l’apprentissage implicite de la musique et ses implications pédagogiques

Crone & al. (2006). Dévelopement neurocognitif de l’habilité à manipuler l’information en mémoire de travail.

Shih, J. L. & al. (2010). L'influence de la collaboration sur la performance cognitive d'enfants dans un jeu de résolution de problème : une étude comparative

Safran, J. R. & al. (1996). L'apprentissage statistique des bébés de huit mois

Chou, Chan et Lin (2003). Rédéfinir le compagnon d'apprentissage : agent éducatifs passés, présents et futurs

Les compagnons d'apprentissage utilisés sur ordinateur ont été développés à partir des années 90. Les compagnons d'apprentissage ne sont pas tout à fait identiques aux tuteurs en ligne, en tout cas pas seulement, car il est également compagnon, il accompagne. Cet article donne donc des conseils de conception pour les systèmes de tuteur et de compagnon d'apprentissage.

Exemple d'agent pédagogique célèbre

Il faut distinguer deux types de systèmes, quand on a à faire aux systèmes de modélisation par ordinateur d'agents pédagogiques : Les systèmes de tuteur intelligent (ITS) et les systèmes de compagnon d'apprentissage (LCS) (agent pédagogique étant la catégorie regroupant les ITS et les LCS). Nous allons développer les caractéristiques et avantages de chacun.

Les systèmes de tuteur intelligent (ITS)

Le tutorat est une relation habituellement en face à face, qui supporte l'apprentissage en apportant des réponses, des retours aux questions et besoins d'un apprenant. Le tutorat permet d'améliorer par 4 les résultats obtenus en classe. On a essayé de reproduire cette position avec l'ordinateur, qui est aussi dans un mode face à face avec l'apprenant, et s'y prête donc bien. Pour cela, il a fallu que les modèles développés reproduisent les interactions qui pouvaient avoir lieu avec un tuteur réel (ex : regarder par dessus l'épaule, réagir au moment approprié et de manière adaptée à l'apprenant, etc.). 

Le système de tuteur est habituellement composé de 4 modules : 

- Expertise dans le domaine : tout le savoir que doit posséder le tuteur pour enseigner à quelqu'un. Il peut être utilisé pour évaluer la performance de l'apprenant (en regardant par exemple où il en est par rapport à la quantité de connaissances à développer, et en considérant que ce qu'il sait est un sous contenu du contenu expert, on appelle cela the overlay model)

- Modèle de l'apprenant : là où en est l'apprenant, ce qu'il préfère, ses performances, ses réactions, son évolution, etc. Il faut que la représentation de l'apprenant détecte là où il y a des lacunes de savoir, ou des fausses croyances, via les réponses que l'apprenant donnera. C'est très important pour que le tuteur soit adapté.

- Module pédagogique : les stratégies pédagogiques pour aider l'apprenant. Cela peut être n'importe quelle méthode pédagogique utilisée par les tuteurs (présentation magistrale, mode découverte, démonstration, analogie ou interrogations). Elle détermine quand le tuteur intervient, s'il intervient pour corriger les erreurs, donner des indices ou poser des questions pour orienter la réponse, etc.

- Interface : la manière d'interagir avec l'apprenant (texte, oral, animation, multimédia, réalité virtuelle, etc.), c'est à dire ce qui permet à l'enfant de communiquer avec le tuteur, et ce qui permet au tuteur de communiquer avec l'enfant.

Les systèmes de compagnon d'apprentissage (LCS)

Les compagnons accompagnent l'apprenant dans son apprentissage, ce n'est pas un professeur. Il peut avoir le savoir au niveau d'un tuteur, mais pas forcément, et peut en être au même point que l'apprenant, voir en dessous. Le compagnon va soit collaborer avec l'apprenant, soit être contre lui (et ainsi créer de la dissonance cognitive pour un meilleur apprentissage), soit encore se positionner comme quelqu'un à instruire (l'approche "apprendre par l'enseignement").

Le compagnon s'inscrit dans une démarche d'apprentissage collaboratif assisté par ordinateur (théorie CSCL), et fait ainsi appel à toutes les théories sociales de l'apprentissage, depuis Vygotsky et sa zone proximale de développement jusqu'à la théorie de la responsabilité partagée (Chan & Baskin, 1990), en passant par la cognition sociale distribuée (Dillenbourg & Self, 1992), la réflexion et l'articulation (Goodman & al., 1998), le tutorat réciproque (Chan & Chou, 1997; Scott & Reif, 1999) ou l'apprentissage par l'enseignement (Chan & Baskin, 1990 ; Nichols, 1994 ; Ramirez Uresti, 2000). A noter que le compagnon peut être soit un compagnon virtuel, soit une vraie personne également présente sur un autre ordinateur, grâce notamment aux réseaux sociaux qui peuvent être mis en place.

Les types de compagnons :

- Compétiteur : chacun travaille indépendamment, et ils comparent leurs résultats ensuite.

- Suggérant : une collaboration où l'un travaille pendant que l'autre regarde et aide.

- Collaborateur : travailler ensemble, partager les informations, etc.

- Tutoré : un compagnon qu'il faut instruire en mettant l'apprenant dans la position d'enseignant.

- Trouble-faits : il n'est pas d'accord avec les réponses de l'apprenant, et va donc créer de la dissonance cognitive. L'apprenant va devoir développer sa réponse (en cherchant éventuellement dans toutes les ressources disponibles sur le web, en demandant à son réseau social ou en utilisant les outils mêmes de l'ordinateur, comme la calculette, par exemple) pour diminuer la dissonance.

- Clone : il fait la même chose que l'apprenant, ce qui permet d'avoir une analyse auto-régulatrice sur son apprentissage.

Dans chacune de ces positions, le compagnon peut en savoir plus ou moins sur la vraie réponse, et faire plus ou moins d'erreurs. On remarque globalement que les apprenants introvertis et sans expertise ont tendance à préférer des compagnons qui en savent beaucoup et font peu d'erreurs, et inversement pour les apprenants extravertis ou experts, qui préfèrent un compagnon qui n'en sait pas beaucoup et se trompe. L'idéal est donc de pouvoir développer ces différents types d'agents pour les intégrer tous dans le système et adapter les attitudes en fonction de l'apprenant, en ayant un agent qui répond juste et aide quand l'apprenant n'a pas confiance, et inversement dans le cas contraire.

On pourrait rajouter aussi une catégorie un peu bâtarde d'assistant du professeur, qui permettrait de collecter les informations concernant l'apprenant et de les stocker en mémoire. 

Pourquoi utiliser des agents pédagogiques par ordinateur ? L'avantage certain est qu'ils gardent une trace de tout, peuvent tout enregistrer, s'adapter, etc. Le seul problème est la difficulté qu'il y a à le créer au départ. Certains ont développé des outils pour aider à la création de tels agents, même sans savoir coder, mais c'est encore à développer. 

Il existe le même type de modélisation d'agent que pour les tuteurs, avec les mêmes modules, si ce n'est l'ajout d'un module de comportement du compagnon, basé sur les types possibles identifiés plus haut. Autrement, il y a aussi le module d'expertise, le modèle de l'apprenant, le module pédagogique et l'interface. Le module d'expertise sera néanmoins pas complètement expert, selon les types de compagnon (s'ils ont les connaissances ou pas)

On l'a dit, l'agent n'est pas forcé d'être un ordinateur, ça peut être une personne réelle, qui entrera en collaboration (ou compétition) avec l'apprenant. Les réseaux sociaux sont un bon exemple de telles possibilités. Tout ce que doit alors proposer le compagnon, c'est de bien associer les apprenant entre eux.

L'agent, pour être efficace, doit également montrer le maximum de caractéristiques humaines, à savoir des expressions d'émotions, un visage humain, etc. Tout cela améliore la relation qui se crée avec l'agent, et la motivation de l'apprenant par là même.

Source : Chou, C.Y., Chan, T.W., & Lin, C.J. (2003). Redefining the learning companion : the past, present and future of educational agents. Computers & Education, 40, 255-269.

Tillmann et Lalitte (2005). Apprendre la musique : perspectives sur l’apprentissage implicite de la musique et ses implications pédagogiques

Même l’auditeur non-musicien possède des connaissances sur le système musical tonal (celui qu’on a l’habitude d’entendre). Acquises par exposition répétée à des pièces musicales, ces connaissances implicites guident la perception. Cet article s’intéresse aux processus d’apprentissage implicites, qui sont à l’origine des connaissances musicales des non-musiciens, et de la perception des structures musicales. Il propose des réflexions autour de l’apprentissage et de l’enseignement de la musique, en rapport avec les nouveaux supports multimédias.

Nombreux sont ceux qui, n’ayant jamais appris la musique, se croient incapables d’apprécier pleinement les  œuvres musicales, voire même de jouer d’un instrument ou de composer de la musique. Cette attitude des non-musiciens souligne une incompréhension des processus cognitifs impliqués dans les activités musicales. Voici donc un article qui va vous réconcilier avec vos capacités. 

Depuis déjà longtemps, on connait la force de l'apprentissage implicite. On a remarqué que par simple exposition à un environnement, on pouvait apprendre des choses extrêmement complexes, qu'il serait même impossible d'apprendre de manière explicite ! En musique, c'est la même chose ! Les musiciens et les non musiciens ont des savoirs souvent similaires, et des performances dans les tâches d'expérimentation qui sont de même, même si pour les seconds, tout cela n'est pas explicite, verbalisable... Comment ça fonctionne ? On extrait tout simplement les régularités statistiques de l'environnement sonore que l'on côtoie tous les jours. en entendant la musique occidentale, notre oreille s'habitue, et on comprend finalement que la quinte va bien après fondamentale, qu'une quarte est plus sensible, tout ça parce que la quinte est entendu plus souvent que la quarte, et qu'on s'y est donc plus habitué (bien sûr, on peut se demander s'il n'y a quand même pas une sorte de prédisposition pour des sonorités plutôt que d'autres, à suivre...), tout ça, sans savoir le dire. Les régularités que l'on apprend de manière implicite par cette exposition aux sons, et cet apprentissage statistique (même pour ceux qui ne sont pas matheux, ne vous en faites pas) sont de 3 types : 

- Régularités de co-occurrence entre les sons (une quinte vient plus souvent après la fondamentale qu'une quarte)

- Régularités psycho-accoustiques inhérentes au son même (le timbre des instruments, la hauteur, etc.)

- Régularités d'occurrence des sons dans un contexte tonal donné (les gammes et les accords). Ce dernier point est très important, car il signifie qu'on ne fait pas qu'intégrer les éléments de chaque note indépendamment, mais qu'on comprend également que tout cela dépend du contexte, est relatif dans le sens où une même note pourra sonner juste ou faux selon ce qui la précède (un sol sonne bien après un do, mais pas après un fa dièse, pourtant, c'est toujours le même sol !). Certains disent même que c'est grâce à cette attente contextualisée qu'on peut créer des oeuvres plus ou moins tendues, voir des émotions, comme dans le jazz par exemple, qui joue tout le temps avec ces codes. 

Une seule exposition au matériel musical mène à des connaissances sur les hiérarchies à l’intérieur d’une tonalité (les hiérarchies tonales et harmoniques) et sur les distances entre les tonalités. Dès lors, on développera des attentes visant à diminuer la charge mentale dans l'écoute d'une musique, on réagira plus vite à ce qu'on attend, et on sera surpris quand ça dérogera à la règle apprise, la musique en retour, va toujours essayer d'augmenter cette charge, contrer cette attente, pour procurer des émotions.

Qu'en est-il du développement de ces capacités ? Quand est-ce que cela apparait ?

On avait l'habitude d'étudier les performances musicales de manière explicite, mais les  tâches  explicites  ont  mené à sous-estimer les capacités musicales des enfants. A  partir de dix ans, les enfants parviennent déjà à différencier explicitement les fonctions harmoniques des accords, comme les accords de dominante et de tonique. C'est même dès l'âge de 6 ans que les enfants commencent à avoir des attentes perceptives réelles. Cela répond d'ailleurs à la question de savoir s'il existe des prédispositions innées : apparemment, ce n'est pas le cas. Il faudrait vérifier cela avec une étude de développement d'enfants accoutumés à une musique non tonale, non occidentale, et les tester sur la même musique occidentale pour comparaison. Il me semble que les résultats seraient positifs, confirmant qu'il n'y a pas de prédisposition à telle ou telle forme de musique, et que tout est possible à la naissance. L'enfant fonctionne déjà comme cela pour la langue maternelle, différente pour tous, mais acquise à force d'apprentissage implicite des régularités statistiques de la langue, tout comme c'est le cas pour la musique, alors pourquoi ne pourrait-on pas transférer ces résultats somme toute déjà proches ?

Ainsi, une pièce musicale peut être représentée comme un voyage dans l’espace tonal. Pour l’auditeur, les distances entre les événements (notes, accords) créent des tensions et des détentes, et les connaissances musicales servent à suivre le voyage de la  pièce  musicale. En réunissant la théorie de l’espace tonal avec  les  principes d’ergonomie cognitive, des animations vidéo ont été créées afin de visualiser de façon intuitive le « voyage tonal » pendant l’écoute d'une pièce. Lors de l’écoute, l’utilisateur se déplace dans un espace à trois
dimensions autour de planètes et satellites – avec musique et déplacements synchronisés. Il s'agit d'un formidable outil didactique, utilisant le multimédia pour l'apprentissage de la musique !

Conseils pour les pédagogues

On avancera sans grand risque qu’il est préférable de prendre appui sur les apprentissages implicites que de les combattre,L’acculturation tonale des élèves qui peuplent ces classes est pourtant suffisante pour donner accès au grand répertoire. Il n’y a pas d’obstacle cognitif qui interdise l’approche d’une courte pièce de Bach ou de Brahms. Les réticences sont d’une autre nature, et c’est  finalement  la  façon  dont  le  pédagogue  va  amener  et  conduire  l’écoute  qui déterminera le succès ou le rejet. Il en va tout autrement lors de l’indispensable approche de langages musicaux pour lesquels ces apprentissages implicites sont inexistants, parce que ces musiques sont absentes de l’environnement quotidien des apprenants : musiques d’autres cultures, musiques savantes d’aujourd’hui, par exemple. Dans ce dernier cas, l’enseignant pourra, s’il dispose du matériel nécessaire, bénéficier de la puissance des nouvelles technologies et se livrer à un véritable travail multimédia.

Les outils d’apprentissage de la musique doivent partir des formats de représentation immédiats des non-experts et combiner de façon avantageuse les possibilités de représentation multimodales pour faire évoluer les représentations initiales vers celles des experts (principe d’affordance). La multimodalité devrait être utilisée comme un moyen puissant d’expliciter la structure de systèmes complexes et pour permettre à l’utilisateur d’élaborer avec aisance une représentation mentale du système compatible avec celle des experts. La  multiplication  des  formats  de  présentation  des  informations  (texte,  images, animations, vidéo, son, voix off, etc.) entraîne souvent un coût cognitif important pour l’utilisateur comparativement au faible gain en termes d’apprentissage. Cette  surcharge  informative  s’accompagne également  souvent  d’une  organisation  des  connaissances  exposées  reposant  sur  des modèles  inadaptés  par  rapport  à  l’état  initial  des  connaissances  dont  disposent  les apprenants. La réduction de la quantité d’informations et l’optimisation des modes  de  présentation de ces informations est essentiel. En musique, il existe plusieurs formats de représentation du phénomène sonore. La partition est le format le plus connu. Cependant, son déchiffrage nécessite des connaissances solfégiques et une pratique régulière. Il existe d’autres formats de représentation musicale : la tablature des instruments à cordes ou, depuis l’apparition des nouvelles technologies, les sonagrammes (représentation du spectre), les formes d’ondes (représentation de l’amplitude), les pistes d’un logiciel de montage et le piano-roll d’un séquenceur. Ces formes ne doivent pas imposer un codage supplémentaire au cerveau, il faut donc qu'elles soient compréhensibles facilement, intuitivement. Il faut que l'outil soit suffisamment précis et complet pour apporter de réelles connaissances, tout en étant attractif sans tomber dans le pur amusement ou la simple initiation.On se centrera plus sur une seule dimension à faire passer, pour diminuer le coût cognitif.

Un des problèmes cruciaux posé à la pédagogie de l’écoute est celui de l’attention. La perception des structures musicales est fortement dépendante de la façon dont les processus attentionnels vont être mis en œuvre par l’auditeur. La plupart du temps, la musique possède une structure complexe et délibérément rendue ambiguë par les compositeurs. Souvent, la musique est constituée de plusieurs parties instrumentales simultanées. L’écoute de ces parties instrumentales reste très difficile pour tout auditeur non-expert, puisque le système attentionnel humain semble extrêmement contraint dans sa capacité à partager l’attention. La formation de l’oreille musicale repose en grande partie sur le développement de ces capacités d’attention partagée et sélective. Contrairement aux méthodes traditionnelles qui exercent avec peine ces capacités 16 , l’outil multimédia offre la possibilité de focaliser l’attention sur tel ou tel élément de la structure musicale. Déconstruire – une composition, un procédé d’écriture, une sonorité instrumentale, etc. – offre la possibilité de révéler les structures et conduit, par conséquent, à une meilleure appropriation du contenu musical. Par ailleurs, le processus inverse – reconstruire une pièce musicale, un timbre, etc. – est lui aussi extrêmement formateur, d’autant plus qu’il apporte une dimension créatrice.

Source : Tillmann et Lalitte (2005). Apprendre la musique : perspectives sur l’apprentissage implicite de la musique et ses implications pédagogiques. Revue française de pédagogie, 152

Williams et Jacobs (2004). Examiner l'utilisation du blog comme outil d'apprentissage dans le secteur de l'éducation supérieure

Le blog a été décrit par Hiler (2003) comme "l'application qui tue", parce qu'il a la capacité de produire une activité collaborative (avec les commentaires et les multiples auteurs), de partager le savoir, de réfléchir et de débattre. Certaines universités aux US ont donc commencé à utiliser le blog comme support de leur cours. Les résultats sont plutôt encourageants. Le blog sera-t-il la nouvelle forme d'éducation de demain ?

On connait tous le blog, ou le phénomène du blogging. Ce site lui même est un blog. Si vous êtes sur ce site, c'est que vous connaissez également l'utilisation qui peut en être faite pour le partage du savoir. Une utilisation nouvelle, appréciée et qui s'avère très utile à l'apprentissage. 

Le blog existe depuis 1999 (grâce à Blogger, d'ailleurs). Dans le secteur de la transmission de savoirs, il est concurrencé par les wiki, ces sites collaboratifs où chacun peut modifier les pages pour y rajouter de l'information. Mais le wiki a un succès instable, son nombre d'utilisateurs variant tandis que l'utilisation du blog ne fait qu'augmenter (plus d'un million d'utilisateurs en 2004). Tant et si bien que le phénomène inquiète les journalistes, qui voient des amateurs faire leur travail. L'avantage est de pouvoir publier ce qu'on pense vers un large public, ce qui est parfois édifiant et peut produire un effet cathartique sur les connaissances de l'auteur. Les possibilités d'échange autour de ces pensées mises à disposition d'un grand nombre sont aussi importantes que le public qui y a accès. Cela peut sembler un peu "exhibitionniste", mais c'est sans compter le nombre de "voyeuristes" qui trainent sur la toile...

Il y a plusieurs types de blogs : les blogs de groupes, de familles, de communautés et d'entreprise. Il y a aussi les blogs définis par leur contenu : Liblogs (les blogs de libraires ou de bibliothèques) et Edublogs (les blogs à visée éducative, ce qui nous intéresse ici). 

Après la création du blog en 1999, il a fallu attendre 2003 pour que son utilisation en entreprise soit saluée dans un colloque aux US. Ils ont surtout apprécié sa capacité à organiser et laisser une trace des savoirs. C'est en effet une caractéristique importante du blog que de pouvoir archiver les articles publiés, comme un archivage de savoir.

Mieux que ça, le blog, et l'utilisation des commentaires pour discuter des savoirs, permet de transformer de simples savoirs en réelle "intelligence", c'est à dire de mieux intégrer les connaissances.

Oravec (2002) a bien comprit comment le blog peut être utile à l'apprentissage : dans un premier temps, il encourage à la réflexion personnelle, il encourage à la collaboration et permet de se tenir informé et au goût du jour grâce au partage de ressources toujours actualisées. Il a ensuite identifié les avantages plus informels, comme quoi le blog permet de créer un esprit de communauté entre étudiants (quand il est utilisé sur cette population par les universités, par exemple). Le blog les oblige à argumenter ses idées, les énoncer clairement, ce faisant, à organiser plus efficacement son savoir dans leur mémoire. On peut également voir comment notre formulation va être reçu par les autres, qui vont réagir avec des contre-arguments ou en ajoutant de nouveaux arguments au propos. 

Ferdig et Trammel (2004) ajoutent à cela que la nature discursive des commentaires permet de mieux construire son savoir, d'améliorer les relations entre les participants (élèves et enseignants). Il permet également d'actualiser les savoirs avec des nouvelles ressources, de nouveaux liens, etc. L'apprentissage devient actif, ce qui est beaucoup plus efficace et flexible, et en conséquence, la pensée est plus ordonnée, plus construite.

Au vu de tous ces avantages, on l'a dit, des universités (Harvard et BGSB MBA) ont commencé à utiliser le blog comme support de cours. Les élèves étaient invités à participer au moins 5 fois (contre un gain de 5 points sur une note) au blog, en construisant des articles, en commentant les articles des autres, etc. A la fin, un questionnaire était donné, afin de recueillir les impressions des étudiants. Leur avis est le suivant : 

- 2/3 des participants sont d'accord pour dire que le blog a aidé voir beaucoup aidé à leur apprentissage. 

- 77% des participants ont trouvé que le blog leur a permit d'avoir des échanges plus intelligents avec les autres étudiants. 

- 2/3 des participants déclarent qu'ils n'avaient pas besoin de la récompense en points sur la note finale pour utiliser le blog. Ceci sûrement parce qu'ils étaient déjà adultes et motivés pour apprendre et non juste pour obtenir une mention sur leur diplôme. 

- 90% pensent que le blog devrait être utilisé dans tout ou partie des cours. 

Ces résultats montrent bien que les étudiants sont majoritairement pour l'utilisation du blog comme support à l'apprentissage, savent l'utiliser au mieux de ses possibilités (organiser sa pensée et échanger de manière argumentée) et voient même l'apport que ça peut faire à leur apprentissage. 

Cette mouvance va dans le sens d'une nouvelle manière d'enseigner, où les étudiants apprennent moins de l'enseignant et plus de leur pairs ou d'eux même. C'est autant, voir plus efficace que d'apprendre dans les bouquins. Comme dit Wrede (2003) : "si les professeurs veulent que leurs étudiants soient autonomes, créatifs, s'entraident et travaillent en coopération, l'institution éducative doit permettre aux étudiants de développer justement ces compétences... en développant des cours et des outils qui valorisent réellement ces qualités".

Source: Williams, J. B., & Jacobs, J. (2004). Exploring the use of blogs as learning spaces in the higher education sector. Australian Journal of Educational Technology, 20 (2), 232-247.

Hegarty et al. (1995). Compréhension des problèmes arithmétiques : une comparaison des bons et mauvais résolveurs.

Pourquoi y a-t-il une dichotomie aussi grande entre matheux et non-matheux ? Un début de réponse est donné dans cet article, qui nous explique que la représentation mentale d’un problème mathématique est différente entre matheux et non-matheux. Les mauvais résolveurs de problèmes, autrement dit les mauvais matheux, se basent plus sur les nombres et les mots clés tirés directement de l’énoncé, tandis que les bons matheux prennent du recul et construisent un modèle mental du problème posé.

Deux stratégies de résolution
Les auteurs ont fait résoudre des problèmes arithmétiques à des étudiants, de deux sortes : consistants et inconsistants. Ce que ça veut dire, c’est tout simplement que pour les problèmes consistants, il y avait un mot amorçant une opération (plus / moins) qui était la même que celle à effectuer pour trouver la bonne réponse (“un livre coûte 3€ à la Fnac, il coûte 50cts moins cher chez Gibert, combien coûteront 5 livres chez Gibert ?”). Les problèmes inconsistants amorçaient l’opération inverse de celle à réaliser (“un livre coûte 3€ à la Fnac, c’est 50cts de plus que chez Gibert, combien coûteront 5 livres chez Gibert ?”). Bien entendu, les problèmes inconsistants étaient plus difficiles à réaliser.

Ils ont ensuite postulé 2 stratégies différentes de résolution de problème, expliquant les différences entre bons et mauvais matheux par l’utilisation de telle ou telle stratégie : 

• Stratégie de transcription directe : où les étudiants se basent sur les chiffres et les mots comme “plus” et “moins” sans les intégrer dans un modèle interne. Dans le cas d’un problème inconsistant, ils seront donc plus aptes à faire des erreurs. 
• Stratégie de modélisation du problème : où les étudiants construisent un modèle à partir des noms de variables (Gibert, Fnac), associés aux chiffres correspondants. Dans le cas d’un problème inconsistant, ils n’ont pas plus de problèmes à le résoudre, car ils ont construit un modèle indépendant des mots précis de l’énoncé, mais plus centré sur la variable. Cela demande plus de capacités de mémoire de travail, mais cela fait plus sens.

Gardons néanmoins toujours en tête que ce qui est étudié ici est juste la compréhension du problème, et la manière dont on « lit » les problèmes mathématiques, et on ne tient pas compte des habiletés utiles par ailleurs au calcul, à la logique, etc. Mais les observations montrent que c’est bien dans la phase de représentation du problème que l’on a des problèmes, et moins dans la réalisation des calculs.

Etapes de compréhension d’un problème arithmétique 

• Etape 1 : compréhension et intégration de chaque information du texte. Ici, on lit l’énoncé, et on active les représentations qu’on a déjà en mémoire (faire des opérations, faire des équivalences, etc.). On essaye de relier ce qu’on sait à ce qu’on lit, en réactivant la représentation qu’on a du problème à chaque nouvelle information lue. 
• Etape 2 : construction d’une représentation mathématique. Dans la stratégie de transcription directe, on va juste sélectionner les nombres et les mots-clés. Dans la stratégie de modélisation du problème, on va construire un vrai modèle basé sur des variables liées à leurs valeurs (dans une sorte de matrice mentale). C'est à cette étape que se joue la différence de stratégie.
• Etape 3 : plannifier la solution. Il s'agit là de déterminer les calculs à effectuer pour trouver la solution. Ceux qui ont une mauvaise représentation du problème suite à l'étape 2 seront sensibles à l'inconsistance de l'énoncé dans la réalisation du problème.

La stratégie de modélisation : représentation globale qui mène à une meilleure compréhension des problèmes ; La stratégie de transcription directe : représentation des détails qui amène à des erreurs
Est-ce que ceux qui réussissent à résoudre le problème et ceux qui ne réussissent pas utilisent vraiment des stratégies différentes ? (comme expliqué jusque là) On peut dire que OUI, étant donné les résultats de l'expérience 1, qui analysait les mouvements oculaires. On observe en effet que ceux qui réussissent moins bien fixent proportionnellement plus les nombre et les mots de relation que les noms de variables. Il y a moins de retour fait par ceux qui réussissent, mais c'est normal, étant donné qu'ils comprennent mieux l'énoncé, l'important est que pendant ces retours, il faut une proportion plus importante de regards vers les noms de variables que les chiffres pour construire un modèle mental du problème. Si on se concentre sur les chiffres, on n'y arrive moins. On peut voir cela sur le graphique ci-contre, où on remarquera la moins grande différence entre les deux valeurs des barres blanches par rapport à la différence entre les barres noires.

Est-ce que les élèves ont pu corriger leurs stratégies tout seuls au cours des exercices ? NON. Il faut pour pouvoir faire changer la stratégie de quelqu'un un tuteur qui lui fasse changer le pattern de résolution d'un problème.

Est-ce qu'il y a une différence de mise en mémoire du problème entre ceux qui réussissent et ceux qui échouent ? OUI. En effet, avec un test dans lequel on demandait aux participants, quelques jours plus tard, de rappeler ce qu'ils avaient eu à résoudre comme problèmes, ou au moins à les reconnaitre, on voit que ceux qui ont eu une stratégie de transcription directe (ceux qui ont fait plus d'erreurs) se rappellent plus des mots précis, mais pas des relations entre eux (si un tel vaut plus qu'un autre, ou inversement), alors que ceux qui ont eu une stratégie de modélisation du problème se rappellent moins des valeurs exactes, mais se rappellent de quelle valeur est plus élevée qu'une autre.
On peut donc dire que ceux qui ont construit un modèle fonctionne de manière plus globale, alors que ceux qui ont fait une transcription directe se sont attardés sur les détails. (De là l'explication que les garçons soient meilleurs en math que les filles ? A réfléchir...)

Quoiqu'il en soit, l'éducation a besoin de prendre en compte que tous les étudiants n'arrivent pas à se représenter le problème sous forme de variables auxquelles assigner des valeurs, et il faut les y aider, grâce à un tuteur ou un enseignant, qui devra se focaliser sur cet aspect là plus que sur la réalisation de calculs... Le tout est de bien comprendre le problème, pas de “sélectionner les informations pertinentes”, comme on l'entend souvent en cours de mathématiques.

Bien sûr, libre à vous d'aller plus loin dans l'interprétation de cette recherche et de vous demander si ce qui marche pour les problèmes mathématiques peut fonctionner sur les problèmes de la vie quotidienne. Personnellement, je suis convaincu qu'utiliser une construction d'un modèle du problème, détaché des détails, aide beaucoup à régler toute sorte de problèmes quotidiens...


Source : Hegarty, M., Mayer, M.E. & Monk, C.A (1995). Comprehension of Arithmetic Word Problems: A Comparison of Successful and Unsuccessful Problem Solvers. Journal of Educational Psychology, 87, 18-32.