Que dit la recherche ?

Flux RSS

La charge cognitive et l'apprentissage multimédia

Résumé :
La charge cognitive est l'effort mental que l'on doit déployer pour apprendre. Comment éviter un effort trop fort ou trop faible pour les élèves ? Une manière de le faire est de présenter les textes intégrés aux graphiques. D'autres pistes sur comment présenter au mieux les informations en classe sont fournies à la fin de l'article.

Recommandations :

  • Présenter les informations textuelles insérées dans les graphiques.
  • Évaluer le niveau des connaissances initiales des apprenants afin d'adapter le niveau de difficulté des exercices à leur proposer.
  • Adapter les formats de présentation selon le niveau de connaissances.

par Béatrice Coutelet * et Mônica Macedo-Rouet *

La charge cognitive est l'effort mental déployé par une personne pour apprendre. Quand cet effort est trop fort (surcharge) ou trop faible ("sous-charge"), les performances d'apprentissage des élèves diminuent. Mais il existe des manières de maîtriser la charge cognitive et trouver le juste milieu qui permet aux élèves d'apprendre de façon efficace. Tel est du moins l'objectif visé par les chercheurs qui travaillent sur la théorie de la charge cognitive. Cet article présente les concepts et quelques résultats de leurs recherches.

La théorie de la charge cognitive

C’est une théorie psychologique qui :

  • rend compte de phénomènes de surcoût (trop d’effort) cognitif dans les activités d’apprentissage complexes
  • prend en compte la manière de présenter l'information sur les supports d’apprentissage

Elle s’appuie sur des théories sur la mémoire de travail et la mémoire à long terme, et distingue trois formes de charge cognitive :

  • intrinsèque : déterminée par le nombre d'éléments d'information à apprendre et leurs relations (plus il y a d'informations, et plus complexe est leur interrelation, plus il y aura de charge cognitive pour l'élève),
  • extrinsèque : déterminée par la manière de présenter les informations, ne contribue pas à l'apprentissage (plus les informations sont présentées de manière claire et lisible, moins il y a de charge cognitive pour l'élève),
  • extrinsèque utile (germane) : comme l'extrinsèque, mais utile à l'apprentissage (un certain niveau d'effort est bénéfique, à condition qu'il porte sur des éléments pertinents à l'apprentissage). 

Mieux présenter les informations : moins de charge

La charge cognitive apparaît par exemple dans une situation d’étude à partir de documents multimédia (texte et images ensemble, animés ou statiques). Dès qu’un élève doit apprendre à partir d’un document écrit, il fait un effort plus ou moins important pour lire et comprendre, et donc plus ou moins coûteux en ressources cognitives.

Pensons à un cours de géométrie analytique. Il y a une difficulté inhérente au contenu (pour l’élève) ; celle-ci ne peut pas être modifiée par l’enseignant. Elle correspond à la charge cognitive intrinsèque. L’élève va devoir dépenser un certain effort pour apprendre un chapitre étant donné qu’il ne connaît pas son contenu. Mais les difficultés peuvent aussi venir de la manière dont les informations sont présentées. C'est la charge extrinsèque, qui peut être modifiée par l'auteur ou l'enseignant.

Les travaux de John Sweller (Université de Sydney) et ses collaborateurs ont montré que l'on pouvait réduire la charge extrinsèque imposée par un matériel de cours. Ils ont étudié l'exemple d'une activité de repérage dans le plan. La solution est de présenter les formules et calculs permettant de résoudre le problème (voir encadré sous le graphique 1) près des éléments du graphique auxquels elles font référence (voir le graphique 2). La version avec les équations intégrées au graphique (graphique 2) est meilleure, car elle aide les élèves à assimiler les multiples sources d'information (visuelles et verbales).

Graphique 1 - format texte-graphique séparés :

Format texte-graphique séparés

Graphique 2 - format texte-graphique intégrés :

Format texte-graphique intégrés
Le premier format (séparé) entraîne plus de charge cognitive que le deuxième (intégré). Source : Sweller, J., Chandler, P., Tierner,P., & Cooper, M. Cognitive load in the structuring of technical material. Journal of Experimental Psychology; General, 119, 176-192, 1990, APA, reprinted with permission.

Conclusion : il vaut mieux présenter texte et graphique intégrés, que séparés. L'effort (charge cognitive) pour l'élève est moindre avec le format intégré, par conséquence il peut dédier plus de ressources cognitives à la résolution du problème.

Adapter la présentation au niveau des élèves : charge utile

Fred Paas (Open University des Pays-Bas) et ses collaborateurs ajoutent que le niveau des connaissances initiales de l'élève est aussi un facteur déterminant de la charge cognitive. Un niveau de charge considéré utile pour un élève de sixième ne le sera pas pour un élève de troisième.

Les chercheurs essayent donc de trouver une présentation des informations qui soit adaptée au niveau des élèves. Pour les uns (faibles connaissances initiales), il faudra minimiser la charge cognitive. Pour les autres (fortes connaissances initiales), il faudra trouver un certain niveau de charge qui soit utile à la compréhension.  

Ce sont les caractéristiques de l’apprenant, qui vont servir de cadre de départ à Slava Kalyuga et John Sweller, de l’Université de Sydney (en Australie).

Expérience 1 :

Les auteurs cherchent à « assortir » l’enseignement au niveau de connaissances des apprenants. Pour cela, ils conçoivent un test pour évaluer leur niveau initial d’expertise (test diagnostic). Le test consiste à demander aux élèves de donner très rapidement la première étape conduisant à la résolution d’un problème. Si, par exemple, l’équation suivante est proposée aux élèves :2(3y - 1) = 1

Certains enfants vont écrire en premier : 2 x 3y - 2 x 1 = 1

D’autres commenceront par 6y - 2 = 1 ou encore 6y = 3

Toutes ces écritures sont considérées comme correctes et montrent que l’élève maîtrise la résolution d’équations du premier degré.

Les élèves qui réussissent la plupart des questions sont considérés comme ayant un bon niveau de connaissances initiales.

Ensuite, les chercheurs présentent aux élèves deux formats différents de la même information. L’un des formats repose sur l’explicitation d’exercices déjà travaillés. Il guide et oriente les élèves dans leur procédure de résolution et devrait donc être plus bénéfique pour les élèves présentant peu de connaissances initiales. L’autre format repose sur la résolution de problèmes, il est donc beaucoup moins directif puisqu’il ne propose pas de pistes aux élèves. Ce format devrait être plus adapté aux élèves présentant déjà de bonnes connaissances.

Sur la base des scores obtenus au test diagnostic, les élèves sont répartis dans quatre groupes de la manière suivante :

Faibles connaissances
Exercices travaillés

Fortes connaissances
Exercices travaillés

Faibles connaissances
Résolution de problèmes 

Fortes connaissances
Résolution de problèmes

Une semaine plus tard, ces 4 groupes doivent résoudre huit problèmes géométriques (test final).

Les résultats obtenus au test final indiquent que les formats d’enseignement ont des effets différents selon le niveau des connaissances initiales des élèves, à savoir :

  • les apprenants à fort niveau de connaissances présentent de meilleurs résultats dans la condition ‘résolution de problèmes’ que dans la condition ‘exercices travaillés’
  • l’inverse est constaté pour les apprenants à faible niveau de connaissances 

Expérience 2 :

Cependant, les chercheurs veulent aller plus loin, en utilisant le test diagnostic pour adapter, en cours d’apprentissage, la procédure d’enseignement au niveau d’expertise atteint par les élèves. Ils comparent les effets de deux procédures d’enseignement :

  • l’une s’adaptant au niveau de connaissances évolutif de l’apprenant
  • l’autre n’ayant aucune adaptation

À la base, chaque élève est testé (test diagnostic) afin d’obtenir un score initial permettant de définir à quel stade (1, 2, 3 ou 4) de la procédure adaptative il doit débuter. Cette procédure se présente en 4 stades :

  1. Deux exemples entièrement travaillés sont présentés, puis 2 exercices de résolution de problèmes. Le test diagnostic permet d’évaluer le niveau de l’élève, s’il s’avère qu’il n’a pas le niveau requis alors plus d’exercices travaillés lui sont proposés et sinon il passe au stade suivant.
  2. Deux exemples travaillés mais dont une étape reste à compléter sont proposés, chacun étant suivi par un problème à résoudre. Toujours un test diagnostic et comme précédemment des exemples supplémentaires sont proposés si le niveau n’est pas suffisant.
  3. Deux exemples travaillés mais dont deux étapes restent à compléter, chacun étant accompagné d’un problème à résoudre. Test diagnostic avec ajout d’exemples en cas de besoin.
  4. L’apprenant doit résoudre quatre problèmes.  

Il est bien entendu que les problèmes présentés sont de difficulté croissante. Pour finir, chaque élève est testé afin d’évaluer son niveau final (test final).

Les résultats indiquent que :

  • les élèves ayant suivi l’instruction adaptée sont plus performants au test final que ceux ayant bénéficié d’une instruction non adaptée,
  • les élèves qui ont un niveau de connaissances initiales élevé et qui ont été confrontés à l’instruction adaptée progressent plus rapidement dans la résolution des problèmes proposés 

Conclusion : le test diagnostic permet bien d’adapter les différents formats d’enseignement au niveau de connaissances des apprenants. Pour l'instant ce test est un instrument de recherche, mais il pourrait être disponible pour les praticiens dans le futur.

Recommandations :

  • Présenter les informations textuelles insérées dans les graphiques.
  • Évaluer le niveau des connaissances initiales des apprenants afin d'adapter le niveau de difficulté des exercices à leur proposer.
  • Évaluer le niveau de connaissances permet d’adapter les formats de présentation : les exemples de problèmes résolus sont plus adaptés à ceux qui ont peu de connaissances initiales sur le thème ; la résolution de problèmes (sans exemples travaillés) est plus adaptée à ceux qui ont un bon niveau de connaissances initiales.

* Béatrice Coutelet - psychologue spécialiste du développement et de la cognition, titulaire d'un doctorat en psychologie* Mônica Macedo-Rouet - titulaire d'un doctorat en sciences de l'information et de la communication, ex-secrétaire de rédaction de la revue en ligne ComCiencia

date de publication : 22/01/2008

Flux RSS
Références bibliographiques :
Baddeley, A. (1986). Working Memory. Clarendon Press, Oxford.
Ericsson, K. A. & Kintsch, W. (1995). Long-Term Working Memory. Psychological Review, 102, 211-245.
Kalyuga, S. & Sweller, J. (2004). Measuring Knowledge to Optimize Cognitive Load Factors During Instruction. Journal of Educational Psychology, 96, 558-568.
Paas, F., Renkl, A. & Sweller, J. (2004). Cognitive Load Theory : Instructional Implications of the Interaction between Information Structures and Cognitive Architecture. Istructional Science, 32, 1-8.
Sweller, J. (2005). Implications of Cognitive Load Theory for Multimedia Learning. In R. Mayer (Ed.), The Cambridge Handbook of Multimedia Learning. Cambridge : Cambridge University Press, 19-30.

 

Commenter