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Notes de lecture #2

"Cognitive Load During Problem Solving:
Effects on Learning"

L'intention de cet article est de suggérer que certaines formes de résolutions de problèmes interfèrent avec l'apprentissage.

Les auteurs débutent avec une distinction entre experts et novices dans différentes situations :

• Lors de la mémorisation des états de problèmes, les experts et les novices ont plus ou moins le même nombre de morceaux d'information alors que les experts ont une taille de ces morceaux bien plus grande.
• Dans le cadre des stratégies de résolution de problèmes, les novices se fixent des sous-buts en partant du but final jusqu'à ce qu'une inconnue puisse être trouvée puis repartent 'en avant' vers le but, alors que les experts commencent directement par la 2ème phase; les experts partent tout de suite 'vers l'avant', car ils sont capables de reconnaître des structures, c'est à dire des schémas. Ils reconnaissent donc qu'un état particulier d'un problème fait partie d'une certaine catégorie de problèmes qui nécessitent certaines opérations.
• Lors de la catégorisation de problèmes, les experts catégorisent en fonction de leurs schémas.

Comment ces schémas sont-ils acquis ?

Traditionnellement, on admet que plus l'apprenant résous de problèmes, plus il acquiert des schémas. Sweller pense que résoudre des problèmes est une méthode inefficace d'acquisition des schémas.

Pourquoi ?

1. Attention sélective : parce que résoudre un problème implique que l'apprenant fixe son attention uniquement sur l'état du problème en cours. Or, pour acquérir un schéma, il faut être capable de reconnaître l'état comme faisant partie d'une certaine catégorie;
2. Parce que les capacités du processus cognitif sont limitées. Or, résoudre des problèmes demande une grande utilisation du processus cognitif. Il n'y a donc plus de place pour acquérir des schémas

Il existe trois types de stratégies de résolution de problème 'en avant' :

1. conduite par les schémas (experts);
2. pour atteindre le but (novices);
3. par exploration, pour voir ce qu'il est possible d'entreprendre.

L'hypothèse des auteurs est que si aucun but n'est imposé, la charge cognitive sera moins lourde.

Sweller, Mauer et Ward (1983) ainsi que Sweller et Lewine (1982) ont déjà prouvé par des expériences qu'enlever le but se traduit par une meilleure acquisition de schémas.

Suit une description d'une expérience réalisée avec un modèle informatique qui est censé représenté le fonctionnement de la mémoire de travail d'un être humain. Je ne vais pas entrer dans les détails du système développé. Relevons que les résultats chiffrés montrent que la mémoire de travail est moins chargée lorsque aucun but spécifique n'est fixé. Ce système informatique tend donc à confirmer que la charge du processus cognitif est plus importante lorsqu'un but est fixé.

Owen et Sweller (1985) ont obtenus des résultats prouvant qu'une charge cognitive élevée se traduit par une moins bonne performance, par exemple par un nombre plus élevé d'erreurs.

Ces résultats indiquent peut être que résoudre un problème comme un novice et acquérir des schémas correspondent à une double tâche. Dans une double tâche, la deuxième tâche peut être utilisée comme un indicateur de la charge cognitive imposée par la tâche première.

Afin de confirmer cette hypothèse, les auteurs décrivent l'expérience suivante : 

A partir de deux groupes devant résoudre des problèmes géométriques, l'un sans buts spécifiques (avec tâche du type : essayez de calculer tout ce que vous pouvez) et l'autre avec buts, les auteurs démontrent que le groupe n'ayant pas de buts spécifiques fait moins d'erreurs. Il y a plus de capacités libres quand on essaie de résoudre un problème sans buts spécifiques.

Cette expérience est aussi l'occasion de tester le fait que si ne pas avoir de buts spécifiques facilite l'acquisition de schémas, alors ce groupe devrait conserver une meilleure mémoire des aspects structurels du problème.

Les auteurs démontrent que c'est le cas

En conclusion, les auteurs relèvent que les activités habituelles de résolution de problèmes conduisent à la solution du problème mais pas à l'acquisition de schémas.

Implication théorique : atteindre un but et acquérir des schémas peuvent ne pas être en relation et même créer un processus incompatible.

Implication pratique : il faut utiliser les problèmes sans buts spécifiques pour l'apprentissage et réserver les problèmes conventionnels pour les tests.

En résumé :

1. la résolution de problème habituelle conduit à une lourde charge cognitive;
2. les mécanismes mis en oeuvre pour la résolution de problèmes et l'acquisition de schémas sont substantiellement distincts;
3. donc l'effort cognitif nécessaire à la résolution de problème n'aide pas à l'acquisition de schémas;
4. comme l'acquisition de schémas est probablement l'élément le plus important dans l'expertise, le développement de cette expertise peut être retardé par la trop grande importance mise sur la résolution de problèmes;
5. les théories courantes sur la résolution de problèmes devraient être revues.

Références

E. Owen, J. Sweller (1985), "What do students learn while solving mathematics problems ?", Journal of Educational Psychology 77, 272-284.

J. Sweller, M. Lewine (1982), "Effects of goal specificity on means-ends analysis and learning", Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory and Cognition 8, 463-474.

J. Sweller, R. Mauwer, M. Ward (1983), "Development of expertise in mathematical problem solving", Journal of Experimental Psychology: General 112, 639-661.