« Psychologie cognitive pour l'enseignant/Exercices et exemples : comment rendre la pratique efficace ? » : différence entre les versions
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Cependant, l'usage des méthodes faibles par le novice peut interférer avec l'apprentissage. En effet, les méthodes faibles utilisent fortement la mémoire de travail, pour mémoriser les buts et sous-buts à résoudre, et planifier les différentes étapes à effectuer. On peut alors se demander, compte tenu de cette occupation de la mémoire de travail, comment se forment les schémas. Quelques chercheurs ont suggéré, autrefois, que les schémas s'apprenaient à force de pratique, par l'action. Mais la formation de schémas demande une certaine forme d'abstraction, qui utilise les ressources de la mémoire de travail. Dans ces conditions, l'usage des stratégies générales nuit à l'acquisition des schémas. L'élève qui résout un problème est dans une situation de double-tâche : il doit non seulement résoudre le problème, mais aussi former les schémas nécessaires à l'apprentissage. Limiter la surcharge de la mémoire de travail lors de la résolution d'exercice facilite donc l'abstraction de schémas. Les premières expériences sur le sujet, réalisées par Sweller, montrent que ce phénomène est une réalité, ont d'ailleurs posées les bases de la théorie de la charge cognitive. Dans ce qui va suivre, nous allons voir comment diminuer la charge cognitive lors de la résolution de problème.
==Expliciter certaines connaissances implicites liées à la procédure==
==Les méthodes pédagogiques faiblement guidées==▼
Avant de passer aux exemples et aux exercices, il est possible de fournir quelques explications qui aident l'élève à mieux réaliser les exercices ou comprendre les exemples. Ces explications sont implicites, dans le sens où un élève qui a mémorisé la procédure et sait la réalisé ne connait pas explicitement ces informations. Par exemple, un élève qui sait multiplier sait reconnaître les types de problèmes qui se résolvent par multiplication, mais il aura du mal à expliquer pourquoi il faut multiplier pour tel problème et pas pour tel autre. Il le sait, mais cette connaissance reste implicite, non verbalisable. De même, il ne sait peut-être pas ce qui se cache derrière la procédure de multiplication, pourquoi on procède en enchainant telle étape avec telle étape. Pourtant, ces informations sont utiles pour l'élève et lui permettent de mieux réussir les exercices. Il faut donc les expliciter, les enseigner verbalement aux élèves.
===L'explication de la démarche===▼
Un autre conseil est d'expliciter les différents types de problèmes, de montrer que les problèmes peuvent se ranger dans quelques types bien précis. Il peut être utile de modifier les exercices de manière à ce que l'élève doive identifier ou nommer le type de problème auquel il est confronté avant de tenter de le résoudre. Le premier exemple est celui de l'apprentissage des quatre opérations fondamentales : addition/soustraction, et multiplication/division. Il existe une méthode d'apprentissage du calcul qui explicite au maximum les différentes catégories de problèmes mathématiques qui se résolvent avec une addition/soustraction ou une multiplication/divisions : on l'appelle sous le nom anglais de '''Schema Based Intervention'''.▼
Un des défauts des méthodes faibles est qu'elles permettent à l'élève de trouver la solution par essai ou erreur, sans avoir réellement compris la démarche à utiliser. Un élève qui a réussi à trouver la solution ne saura pas forcément se souvenir de comment celui-ci à fait et encore moins de savoir pourquoi il a procédé ainsi. Pour éviter cela, il est possible de demander à l'élève de justifier sa démarche, pourquoi a-t-il procédé ainsi, de le forcer à expliquer pourquoi ce qu'il a fait permet de trouver la solution. Ces explications permettent à l'élève d'identifier quels sont les types de problèmes et pourquoi ceux-ci doivent être résolus d'une certaine manière. Cette '''explication de la démarche''' (le terme anglo-saxon, mal-nommé, est "self-explanation"), donne expérimentalement de bons résultats, du moins si l'élève arrive à donner des explications correctes et élaborées.▼
Mais nous avons vu dans les chapitres précédents que former des catégories était un processus relativement compliqué, et que donner des définitions ne suffisait pas. Les catégories doivent être illustrées avec des exemples, et éventuellement des contre-exemples. Et les catégories/types de problèmes ne font pas exception. D'où l'utilité des méthodes qui vont suivre.▼
===L'''interleaving''===▼
Un autre conseil est de mixer différents types de problèmes dans une même session d'exercices, après l'usage d'exemples.▼
La seconde méthode consiste à présenter des exemples de problèmes résolus à l’élève, que l’on appelle des '''exemples travaillés'''. Ces exemples travaillés sont des exemples d’exercices que le professeur résout devant les élèves, ou dont il fournit la solution détaillée. En présentant ces exemples, le professeur pense à haute voix, montre explicitement comment il résout le problème, montre bien quelles sont les étapes de résolution et comment il les enchaîne, il explicite ses raisonnements, etc. Expérimentalement, ces exemples travaillés sont systématiquement plus efficaces que de passer directement aux exercices : on parle d’'''effet des exemples travaillés''' (''worked exemples effect'')
D'habitude, chaque chapitre porte sur un type de problèmes particulier, qui fait l'objet d'exemples et d'exercices, avant de passer au chapitre suivant. Ce faisant, les élèves savent que les exercices visent à appliquer le cours du chapitre, et en déduisent que les exercices portent sur le type de problèmes qu'ils viennent d'aborder en cours. L'élève n'a pas besoin de former de catégories de problèmes pour résoudre ces exercices, mais a juste besoin de se souvenir du sujet du chapitre en cours. Mais lors des épreuves finales, ou dans la vie réelle, les problèmes ne surviennent pas dans l'ordre des chapitres vus en cours.▼
La raison est simplement que les exemples travaillés ont une charge cognitive inférieure à celle de la résolution d'un exercice. Lors de la résolution de l’exercice, l'élève se retrouve à utiliser sa mémoire de travail à la fois pour résoudre le problème, mais aussi pour mémoriser ce qu'il faut. De plus, la résolution de l'exercice utilise des méthodes faibles pour résoudre le problème, qui saturent sa mémoire de travail. Écouter le professeur résoudre des exemples, ou simplement lire l'exemple sur papier, n'a pas ce problème : toute la mémoire de travail est utilisée pour la compréhension de la solution.
Pour éviter cela, il vaut mieux mixer des problèmes liés au chapitre en cours avec des problèmes liés aux chapitres précédents. Ainsi, l'élève devra, pour répondre correctement, déduire à quel type de problème appartient chaque exercice et donc abstraire les catégories de problèmes adéquates. Cette technique, l''''interleaving''', donne de très bons résultats et ne demande pas beaucoup d'efforts de la part de l'enseignant.▼
===Les études sur les exemples résolus ou partiellement résolus===
===L'usage de problèmes dits "goal-free"===▼
L'effet se manifeste pour de nombreux domaines, mais le domaine le plus étudié est de loin les mathématiques. En 1985 et 1987, Sweller and Cooper ont testé l’efficacité des exemples travaillés dans l’apprentissage de manipulations algébriques. Par la suite, une étude faite par Carroll (1994), a reproduit ces résultats et a montré que l’usage d’exemples travaillés donne de bons résultats sur des étudiants faibles ou avec des difficultés lors de l’apprentissage mathématique. Paas (1992) a ensuite validé cet effet sur des problèmes de statistique. Ce même auteur a aussi validé cet effet pour des exercices de géométrie avec une autre étude avec son collègue van Merriënboer, en 1994.▼
Il est possible de diminuer la charge cognitive en modifiant le format des exercices. Pour comprendre pourquoi, il faut savoir que les stratégies de résolution de problème ne sont pas égales du point de vue de la mémoire de travail. La '''Means-End Analysis''' sature rapidement la mémoire de travail, contrairement au ''Hill climbing'' : dans ces conditions, la mémorisation des exemples et la formation de schémas s’effectue mal, voire n’a pas lieu. Pour que le novice ne puisse pas utiliser la ''Means-End Analysis'', la théorie de la charge cognitive recommande de modifier le format des exercices : c’est ce qu’on appelle le '''Goal-free effect'''. Les exercices donnés à l’élève ne doivent pas donner un but précis : à la place, les exercices doivent demander à l’élève de déduire tout ce qu’ils peuvent à partir des données contenues dans l’énoncé.▼
On pourrait croire que les exemples travaillés sont surtout utiles pour les domaines bien structurés, dans lesquels il y a des procédures algorithmiques strictes, comme les mathématiques, les sciences, l'informatique, etc. Mais d'autres études ont répliqué l'effet des exemples travaillés dans des domaines non-scientifiques. Par exemple, Owens et Sweller ont montré, dans leur étude de 2008, que les exemples travaillés pouvaient être utilisés dans des cours de musique. D'autres études datée de 2007, réalisées par Diao, Chandler, et Sweller, ont montré que l'apprentissage d'une seconde langue bénéficiait aussi de l'usage d'exemples travaillés.▼
Par exemple, l’exercice suivant :▼
[[File:Worked Example.jpg|centre|vignette|upright=1.5|Exemple travaillé (en anglais) sous forme écrite, pour un problème de géométrie.]]▼
> y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez la valeur de z.▼
D’autres expériences ont évalué l’efficacité des exemples partiellement travaillés dans lesquels le professeur résout partiellement les exercices présentés et laisse les élèves finir. Expérimentalement, on peut constater que cela donne de bons résultats sur pas mal d’élèves. C’est ce qu’on appelle le '''problem completion effect'''. Cet effet a notamment été étudié par Van Merriënboer (1990), pour l’apprentissage de la programmation informatique. Dans son étude, il a comparé deux classes : une qui recevait un enseignement dans lequel les élèves devaient créer eux-mêmes des morceaux de programmes, et une autre qui devait modifier et étendre des programmes existants. Après une période de dix leçons, les deux classes étaient invitées à créer des programmes dans leur intégralité. Le groupe à base d’exemples partiellement travaillés avait les meilleurs résultats. Ces résultats ont été reproduits dans une étude faite par Van Merriënboer et de Croock (1992). Dans cette étude, les élèves étaient encore répartis en deux groupes : un dans lequel les élèves devaient créer totalement des programmes, et un autre dans lequel les élèves devaient terminer des programmes partiellement écrits et remplir les blancs.▼
doit être modifié en :▼
===Le contenu des exemples travaillé n'est pas sans importance===
> y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez le maximum de valeurs.▼
La théorie de la charge cognitive ne se borne à dire qu'il faut utiliser des exemples travaillés. Elle donne aussi quelques conseils sur le contenu des exemples travaillés. Rappelons que le but des exemples est de faciliter l'abstraction d'une catégorie de problèmes analogues, ainsi que l'acquisition de la procédure de résolution associée. La procédure de résolution doit être acquise, dans le sens où l'élève doit apprendre à l'appliquer à des exemples différents, mais elle doit de plus être automatisée. Et il y a des choses à dire à la fois sur l'abstraction des catégories de de problèmes et l'acquisition de la procédure.▼
Autre exemple, l’exercice suivant :▼
Pour le premier point, à savoir que les exemples doivent permettre à l'élève d'abstraire une catégorie de problèmes. Nous avons vu il y a quelques chapitres de cela comment favoriser l'abstraction de catégories à partir d'exemples. La conclusion était qu'il fallait varier les exemples. On peut appliquer ce conseil aux exemples travaillés, ce qui nous dit qu'utiliser des exemples travaillés variés est nettement plus efficace que l'utilisation d'exemples travaillés peu variés. On parle d''''effet de variation'''.▼
> Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrées durant 25 secondes. Calculez la distance parcourue à l’instant t + 5 minutes.▼
Pour donner un exemple, on peut citer les résultats des études de Sweller et Cooper, datée de 1985 et 1987. Elles ont testé l’efficacité des exemples travaillés dans l’apprentissage de manipulations algébriques. Les élèves devaient apprendre à simplifier et à résoudre des équations. La première catégorie de groupes d’élèves passait directement aux exercices après le cours, tandis que l’autre avait droit à des exemples travaillés intercalés entre les exercices. L'usage d'exemples travaillés a augmenté de manière significative les résultats des élèves, mais seulement lorsqu'on interrogeait les élèves sur des problèmes similaires. Les élèves du groupe "exemples travaillés" répondaient plus vite et faisaient moins d'erreurs que le groupe "pratique immédiate", mais seulement pour des problèmes similaires aux exemples travaillés. Si on interrogeait les élèves sur des problèmes dissimilaires aux exemples travaillés, les résultats étaient bien plus faibles. La faute à des exemples travaillés trop semblables.▼
Doit être reformulé comme ceci :▼
> Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrées durant 25 secondes. Trouvez un maximum de valeurs.▼
Ces expériences ont été répétées de nombreuses fois, pour vérifier quelque chose : quand ces exemples travaillés deviennent inutiles ? Il apparaît qu’au bout d’un certain temps, les exemples travaillés ont de moins en moins d’effets positifs. Les premières expériences sur le sujet furent des études qui comparaient la performance de deux groupes de sujets dans la durée. Elles regardaient comment les élèves évoluaient durant de longues durées, suivant qu’ils aient droit ou non à des exemples travaillés. Mais il semblerait que ce ne soit pas le temps qui soit la variable pertinente. A la place, il semblerait que les exemples travaillés deviennent inutiles quand les élèves ont acquis les catégories de problèmes adéquates. Il ne leur reste plus qu'à automatiser la procédure de résolution avec de l'entrainement, ce pour quoi les exemples travaillés sont inutiles.▼
Cet effet a été validé expérimentalement. Les expériences de Owen et Sweller (1985) ont comparé deux groupes d’élèves de même niveau qui recevaient des exercices de géométrie : un groupe avait un énoncé sans but, et l’autre un exercice conventionnel. On entrainait les deux groupes d’élèves, chacun avec un type bien précis d’exercice, et on comparait les résultats avec des exercices conventionnels tout ce qu’il y a de plus normaux. Des expériences complémentaires, effectuées par Bobis, Sweller, et Cooper (1994), ont confirmé l’efficacité de cette stratégie avec des exercices de géométrie. Enfin, les études de Sweller, Mawer, et Ward (1983) ont testé l’efficacité de cette technique sur des exercices de physique. La différence était en faveur du groupe sans but dans tous les cas.▼
Dans une de leurs études datée de 2001, Kalyuga, Chandler, Tuovinen, et quelques collègues, ont vérifié si cela jouait sur l’efficacité des exemples travaillés. Dans leur première expérience, les élèves devaient apprendre à programmer des équipements industriels. Dans une expérience additionnelle, citée dans la même étude, les mêmes expérimentateurs ont reproduit cet effet sur un groupe de sujets qui apprenait à créer des équations booléennes de circuits à base de relais (ça date, je sais…) Les résultats étaient clairs : plus on présente d'exemples travaillés, plus l’effet des exemples travaillés diminue. L'explication de cet effet est assez simple : si l’élève a acquis les catégories de problèmes voulues, de nouveaux exemples travaillés ne font que répéter ce qui est déjà su et agissent comme une sorte de redondance. Cela arrive après une dizaine d’exemples travaillés, voire un peu plus (15/20).▼
===L'usage de travaux de groupe===▼
A vu de ce qui vient d'être dit, on se dit qu'il faut donc faire suivre les exemples travaillés par des exercices réalisés en autonomie. Cependant, ce n'est pas la méthode la plus efficace. La transistion entre exemples travaillés et exercices est trop brutale et elle n'a pas forcément lieu au bon moment pour tous les élèves en même temps. Pour éviter cela, il est possible de passer progressivement des exemples travaillés aux exercices en utilisant un intermédiaire : les exemples partiellement travaillés. Après la présentation d’exemples totalement travaillés, le professeur poursuit par des exemples partiellement travaillés, avant de laisser les étudiants résoudre les exercices eux-mêmes. La transition doit se faire de la manière la plus douce possible. Lors de l’usage d’exemples partiellement travaillés, le nombre d’étapes que les élèves doivent réaliser pour résoudre totalement l’exercice doit graduellement augmenter à chaque exercice. En utilisant cette organisation, on observe que les résultats sont meilleurs que sans. C’est ce qui est appelé le '''''Guidance fading effect'''''.▼
De nos jours, les pédagogies basées sur des travaux de groupe deviennent de plus en plus courantes. Ces **pédagogies coopératives** demandent aux élèves de travailler en groupes de deux personnes ou plus, que ce soit en utilisant des débats de classe, des jeux de rôles, des travaux pratiques en groupe, etc. On peut se demander pourquoi faire travailler les élèves en groupe permettrait d'améliorer l'apprentissage. On peut supposer un effet sur la motivation, mais il existe aussi une raison liée à la mémoire de travail. L''''effet de la mémoire de travail collective''' nous dit que la charge cognitive est diminuée quand on fait travailler les élèves en groupe. De plus, cet effet est valable pour tous les élèves, même ceux qui ont peu de connaissances antérieures : il ne s'agit pas d'un 'expertise reversal effect'.▼
Cependant, cette tactique peut s’appliquer de deux manières, qui dit comment effectuer des exemples partiellement travaillés. Dans le premier cas, le professeur commence par résoudre les exemples travaillés devant les élèves, et il leur demande de les terminer à partir d’un certain point. Au fur et à mesure des exemples, le professeur s’arrête de plus en plus tôt, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’étapes à enlever. Dans la seconde tactique, les élèves doivent commencer par résoudre le début de l’exercice, et le professeur termine les exercices à partir d’un certain stade. Au fil du temps, le professeur est repoussé de plus en plus vers la toute fin de l’exercice, et ne doit plus résoudre que les toutes dernières étapes de l’exemple travaillé. L’étude de Renkl, Atkinson, Maier, and Staley, datée de 2002, a montré que les deux stratégies ne sont pas égales. La tactique qui consiste à laisser les élèves résoudre la fin de l’exercice donne de meilleurs résultats. En tout cas, les deux stratégies font mieux que l’usage d’une rupture brutale entre exemples travaillés et exercices.▼
Cela vient du fait qu'avec une bonne répartition des tâches entre élèves, la charge cognitive est répartie sur plusieurs personnes, diminuant la charge cognitive pour chaque élève. Cela implique que le travail de groupe ne fonctionne que pour des tâches complexes et est contre-productif pour les tâches simples. Avec des tâches simples, la charge de la mémoire de travail est suffisamment faible pour que les élèves puissent la gérer individuellement : il n'y a pas besoin de la répartir entre plusieurs élèves.▼
▲==Les exercices et autres méthodes pédagogiques faiblement guidées==
Mais à cette répartition de la charge cognitive, il faut ajouter les coûts de communication entre élèves : ceux-ci doivent échanger des informations. Et ces coûts de transaction vont augmenter légèrement la charge cognitive : pour savoir à qui demander l'information, il faut conserver des informations sur la répartition des tâches dans le groupe en mémoire de travail. Ainsi, un bon apprentissage coopératif doit explicitement concevoir les problèmes de manière à diminuer les coûts de transaction et faciliter la répartition des tâches. Cela expliquerait pourquoi les études et recherches sur l'apprentissage coopératif donnent des résultats si variés : suivant la qualité de la répartition des tâches, l'apprentissage peut être très efficace ou très laborieux. Ainsi, la majorité des études sur l’efficacité de l'apprentissage coopératif sont à jeter à la poubelle : elles ne tiennent pas en compte la qualité de la séparation des tâches.▼
La théorie de la charge cognitive nous dit que laisser un élève résoudre de lui-même des problèmes est peu efficace en début d'apprentissage, mais que cela devient utile quand l'élève a vu suffisamment d'exemples travaillés. Des méthodes actives forcent l'élève à utiliser des méthodes faibles pour résoudre le problème, ce qui sature sa mémoire de travail. Mais au niveau des exercices eux-même, il y a des techniques qui permettent de réduire la charge cognitive. Ils permettent de laisser les élèves réfléchir par eux-même, sans pour autant saturer leur mémoire de travail.
▲===L'explication de la démarche===
Un des défauts des exercices est qu'ils permettent à l'élève de trouver la solution par essai ou erreur, sans avoir réellement compris la démarche à utiliser. Un élève qui a réussi à trouver la solution ne saura pas forcément se souvenir de comment celui-ci à fait et encore moins de savoir pourquoi il a procédé ainsi. Ce problème est souvent résolu par l'usage d'exemples travaillés, mais cela ne marche pas toujours chez certains élèves. Il arrive que les élèves se contentent de reproduire une procédure sans la comprendre.
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▲===L'''interleaving''===
▲Le premier exemple est celui de l'apprentissage des quatre opérations fondamentales : addition/soustraction, et multiplication/division. Il existe une méthode d'apprentissage du calcul qui explicite au maximum les différentes catégories de problèmes mathématiques qui se résolvent avec une addition/soustraction ou une multiplication/divisions : on l'appelle sous le nom anglais de '''Schema Based Intervention'''.
▲Un autre conseil est de mixer différents types de problèmes dans une même session d'exercices, après l'usage d'exemples.
▲Mais nous avons vu dans les chapitres précédents que former des catégories était un processus relativement compliqué, et que donner des définitions ne suffisait pas. Les catégories doivent être illustrées avec des exemples, et éventuellement des contre-exemples. Et les catégories/types de problèmes ne font pas exception. D'où l'utilité des méthodes qui vont suivre.
▲D'habitude, chaque chapitre porte sur un type de problèmes particulier, qui fait l'objet d'exemples et d'exercices, avant de passer au chapitre suivant. Ce faisant, les élèves savent que les exercices visent à appliquer le cours du chapitre, et en déduisent que les exercices portent sur le type de problèmes qu'ils viennent d'aborder en cours. L'élève n'a pas besoin de former de catégories de problèmes pour résoudre ces exercices, mais a juste besoin de se souvenir du sujet du chapitre en cours. Mais lors des épreuves finales, ou dans la vie réelle, les problèmes ne surviennent pas dans l'ordre des chapitres vus en cours.
▲===L'usage d'exemples résolus ou partiellement résolus===
▲Pour éviter cela, il vaut mieux mixer des problèmes liés au chapitre en cours avec des problèmes liés aux chapitres précédents. Ainsi, l'élève devra, pour répondre correctement, déduire à quel type de problème appartient chaque exercice et donc abstraire les catégories de problèmes adéquates. Cette technique, l''''interleaving''', donne de très bons résultats et ne demande pas beaucoup d'efforts de la part de l'enseignant.
▲La seconde méthode consiste à présenter des exemples de problèmes résolus à l’élève, que l’on appelle des '''exemples travaillés'''. Ces exemples travaillés sont des exemples d’exercices que le professeur résout devant les élèves, ou dont il fournit la solution détaillée. En présentant ces exemples, le professeur pense à haute voix, montre explicitement comment il résout le problème, montre bien quelles sont les étapes de résolution et comment il les enchaîne, il explicite ses raisonnements, etc. Expérimentalement, ces exemples travaillés sont systématiquement plus efficaces que de passer directement aux exercices : on parle d’'''effet des exemples travaillés''' (''worked exemples effect''). La raison est simplement que les exemples travaillés ont une charge cognitive inférieure à celle observée lors de la résolution d'un exercice.
▲===L'usage de problèmes dits "goal-free"===
▲L'effet se manifeste pour de nombreux domaines, mais le domaine le plus étudié est de loin les mathématiques. En 1985 et 1987, Sweller and Cooper ont testé l’efficacité des exemples travaillés dans l’apprentissage de manipulations algébriques. Par la suite, une étude faite par Carroll (1994), a reproduit ces résultats et a montré que l’usage d’exemples travaillés donne de bons résultats sur des étudiants faibles ou avec des difficultés lors de l’apprentissage mathématique. Paas (1992) a ensuite validé cet effet sur des problèmes de statistique. Ce même auteur a aussi validé cet effet pour des exercices de géométrie avec une autre étude avec son collègue van Merriënboer, en 1994.
▲Il est possible de diminuer la charge cognitive en modifiant le format des exercices. Pour comprendre pourquoi, il faut savoir que les stratégies de résolution de problème ne sont pas égales du point de vue de la mémoire de travail. La '''Means-End Analysis''' sature rapidement la mémoire de travail, contrairement au ''Hill climbing'' : dans ces conditions, la mémorisation des exemples et la formation de schémas s’effectue mal, voire n’a pas lieu. Pour que le novice ne puisse pas utiliser la ''Means-End Analysis'', la théorie de la charge cognitive recommande de modifier le format des exercices : c’est ce qu’on appelle le '''Goal-free effect'''. Les exercices donnés à l’élève ne doivent pas donner un but précis : à la place, les exercices doivent demander à l’élève de déduire tout ce qu’ils peuvent à partir des données contenues dans l’énoncé.
▲On pourrait croire que les exemples travaillés sont surtout utiles pour les domaines bien structurés, dans lesquels il y a des procédures algorithmiques strictes, comme les mathématiques, les sciences, l'informatique, etc. Mais d'autres études ont répliqué l'effet des exemples travaillés dans des domaines non-scientifiques. Par exemple, Owens et Sweller ont montré, dans leur étude de 2008, que les exemples travaillés pouvaient être utilisés dans des cours de musique. D'autres études datée de 2007, réalisées par Diao, Chandler, et Sweller, ont montré que l'apprentissage d'une seconde langue bénéficiait aussi de l'usage d'exemples travaillés.
▲Par exemple, l’exercice suivant :
▲[[File:Worked Example.jpg|centre|vignette|upright=1.5|Exemple travaillé (en anglais) sous forme écrite, pour un problème de géométrie.]]
▲> y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez la valeur de z.
▲D’autres expériences ont évalué l’efficacité des exemples partiellement travaillés dans lesquels le professeur résout partiellement les exercices présentés et laisse les élèves finir. Expérimentalement, on peut constater que cela donne de bons résultats sur pas mal d’élèves. C’est ce qu’on appelle le '''problem completion effect'''. Cet effet a notamment été étudié par Van Merriënboer (1990), pour l’apprentissage de la programmation informatique. Dans son étude, il a comparé deux classes : une qui recevait un enseignement dans lequel les élèves devaient créer eux-mêmes des morceaux de programmes, et une autre qui devait modifier et étendre des programmes existants. Après une période de dix leçons, les deux classes étaient invitées à créer des programmes dans leur intégralité. Le groupe à base d’exemples partiellement travaillés avait les meilleurs résultats. Ces résultats ont été reproduits dans une étude faite par Van Merriënboer et de Croock (1992). Dans cette étude, les élèves étaient encore répartis en deux groupes : un dans lequel les élèves devaient créer totalement des programmes, et un autre dans lequel les élèves devaient terminer des programmes partiellement écrits et remplir les blancs.
▲doit être modifié en :
▲La théorie de la charge cognitive ne se borne à dire qu'il faut utiliser des exemples travaillés. Elle donne aussi quelques conseils sur le contenu des exemples travaillés. Rappelons que le but des exemples est de faciliter l'abstraction d'une catégorie de problèmes analogues, ainsi que l'acquisition de la procédure de résolution associée. La procédure de résolution doit être acquise, dans le sens où l'élève doit apprendre à l'appliquer à des exemples différents, mais elle doit de plus être automatisée. Et il y a des choses à dire à la fois sur l'abstraction des catégories de de problèmes et l'acquisition de la procédure.
▲> y = x + 6, x = z + 3, et z = 6. Trouvez le maximum de valeurs.
▲Autre exemple, l’exercice suivant :
▲Pour le premier point, à savoir que les exemples doivent permettre à l'élève d'abstraire une catégorie de problèmes. Nous avons vu il y a quelques chapitres de cela comment favoriser l'abstraction de catégories à partir d'exemples. La conclusion était qu'il fallait varier les exemples. On peut appliquer ce conseil aux exemples travaillés, ce qui nous dit qu'utiliser des exemples travaillés variés est nettement plus efficace que l'utilisation d'exemples travaillés peu variés. On parle d''''effet de variation'''.
▲> Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrées durant 25 secondes. Calculez la distance parcourue à l’instant t + 5 minutes.
▲Pour donner un exemple, on peut citer les résultats des études de Sweller et Cooper, datée de 1985 et 1987. Elles ont testé l’efficacité des exemples travaillés dans l’apprentissage de manipulations algébriques. Les élèves devaient apprendre à simplifier et à résoudre des équations. La première catégorie de groupes d’élèves passait directement aux exercices après le cours, tandis que l’autre avait droit à des exemples travaillés intercalés entre les exercices. L'usage d'exemples travaillés a augmenté de manière significative les résultats des élèves, mais seulement lorsqu'on interrogeait les élèves sur des problèmes similaires. Les élèves du groupe "exemples travaillés" répondaient plus vite et faisaient moins d'erreurs que le groupe "pratique immédiate", mais seulement pour des problèmes similaires aux exemples travaillés. Si on interrogeait les élèves sur des problèmes dissimilaires aux exemples travaillés, les résultats étaient bien plus faibles. La faute à des exemples travaillés trop semblables.
▲Doit être reformulé comme ceci :
▲> Une particule a une vitesse de 2 mètres par seconde à un instant t. Elle accélère de 5 mètres par secondes carrées durant 25 secondes. Trouvez un maximum de valeurs.
▲Passons maintenant à la procédure de résolution d'un type de problème. Il est recommandé d'expliquer non seulement comme passer d'une étape à une autre, mais aussi pourquoi on fait ainsi. Une expérience, réalisée en 2006 par van Gog, Paas, et van Merriënboer, a montré que les exemples qui indiquaient juste quel opérateur appliquer à chaque étape ne sont pas les plus efficaces, et qu'il vaut mieux expliquer pourquoi tel opérateur est appliqué pour passer à l'étape suivante. On pourrait donner à cette observation le nom d''''effet de justification'''. Il ne s'agit ni plus ni moins que de la méthode d'explication de la démarche, mais adapté aux exemples travaillés.
▲Cet effet a été validé expérimentalement. Les expériences de Owen et Sweller (1985) ont comparé deux groupes d’élèves de même niveau qui recevaient des exercices de géométrie : un groupe avait un énoncé sans but, et l’autre un exercice conventionnel. On entrainait les deux groupes d’élèves, chacun avec un type bien précis d’exercice, et on comparait les résultats avec des exercices conventionnels tout ce qu’il y a de plus normaux. Des expériences complémentaires, effectuées par Bobis, Sweller, et Cooper (1994), ont confirmé l’efficacité de cette stratégie avec des exercices de géométrie. Enfin, les études de Sweller, Mawer, et Ward (1983) ont testé l’efficacité de cette technique sur des exercices de physique. La différence était en faveur du groupe sans but dans tous les cas.
▲===Passer progressivement des exemples travaillés aux exercices autonomes===
▲===L'usage de travaux de groupe===
▲Ces expériences ont été répétées de nombreuses fois, pour vérifier quelque chose : quand ces exemples travaillés deviennent inutiles ? Il apparaît qu’au bout d’un certain temps, les exemples travaillés ont de moins en moins d’effets positifs. Les premières expériences sur le sujet furent des études qui comparaient la performance de deux groupes de sujets dans la durée. Elles regardaient comment les élèves évoluaient durant de longues durées, suivant qu’ils aient droit ou non à des exemples travaillés. Mais il semblerait que ce ne soit pas le temps qui soit la variable pertinente. A la place, il semblerait que les exemples travaillés deviennent inutiles quand les élèves ont acquis les catégories de problèmes adéquates. Il ne leur reste plus qu'à automatiser la procédure de résolution avec de l'entrainement, ce pour quoi les exemples travaillés sont inutiles.
▲De nos jours, les pédagogies basées sur des travaux de groupe deviennent de plus en plus courantes. Ces **pédagogies coopératives** demandent aux élèves de travailler en groupes de deux personnes ou plus, que ce soit en utilisant des débats de classe, des jeux de rôles, des travaux pratiques en groupe, etc. On peut se demander pourquoi faire travailler les élèves en groupe permettrait d'améliorer l'apprentissage. On peut supposer un effet sur la motivation, mais il existe aussi une raison liée à la mémoire de travail. L''''effet de la mémoire de travail collective''' nous dit que la charge cognitive est diminuée quand on fait travailler les élèves en groupe. De plus, cet effet est valable pour tous les élèves, même ceux qui ont peu de connaissances antérieures : il ne s'agit pas d'un 'expertise reversal effect'.
▲Dans une de leurs études datée de 2001, Kalyuga, Chandler, Tuovinen, et quelques collègues, ont vérifié si cela jouait sur l’efficacité des exemples travaillés. Dans leur première expérience, les élèves devaient apprendre à programmer des équipements industriels. Dans une expérience additionnelle, citée dans la même étude, les mêmes expérimentateurs ont reproduit cet effet sur un groupe de sujets qui apprenait à créer des équations booléennes de circuits à base de relais (ça date, je sais…) Les résultats étaient clairs : plus on présente d'exemples travaillés, plus l’effet des exemples travaillés diminue. L'explication de cet effet est assez simple : si l’élève a acquis les catégories de problèmes voulues, de nouveaux exemples travaillés ne font que répéter ce qui est déjà su et agissent comme une sorte de redondance. Cela arrive après une dizaine d’exemples travaillés, voire un peu plus (15/20).
▲Cela vient du fait qu'avec une bonne répartition des tâches entre élèves, la charge cognitive est répartie sur plusieurs personnes, diminuant la charge cognitive pour chaque élève. Cela implique que le travail de groupe ne fonctionne que pour des tâches complexes et est contre-productif pour les tâches simples. Avec des tâches simples, la charge de la mémoire de travail est suffisamment faible pour que les élèves puissent la gérer individuellement : il n'y a pas besoin de la répartir entre plusieurs élèves.
▲A vu de ce qui vient d'être dit, on se dit qu'il faut donc faire suivre les exemples travaillés par des exercices réalisés en autonomie. Cependant, ce n'est pas la méthode la plus efficace. La transistion entre exemples travaillés et exercices est trop brutale et elle n'a pas forcément lieu au bon moment pour tous les élèves en même temps. Pour éviter cela, il est possible de passer progressivement des exemples travaillés aux exercices en utilisant un intermédiaire : les exemples partiellement travaillés. Après la présentation d’exemples totalement travaillés, le professeur poursuit par des exemples partiellement travaillés, avant de laisser les étudiants résoudre les exercices eux-mêmes. La transition doit se faire de la manière la plus douce possible. Lors de l’usage d’exemples partiellement travaillés, le nombre d’étapes que les élèves doivent réaliser pour résoudre totalement l’exercice doit graduellement augmenter à chaque exercice. En utilisant cette organisation, on observe que les résultats sont meilleurs que sans. C’est ce qui est appelé le '''''Guidance fading effect'''''.
▲Mais à cette répartition de la charge cognitive, il faut ajouter les coûts de communication entre élèves : ceux-ci doivent échanger des informations. Et ces coûts de transaction vont augmenter légèrement la charge cognitive : pour savoir à qui demander l'information, il faut conserver des informations sur la répartition des tâches dans le groupe en mémoire de travail. Ainsi, un bon apprentissage coopératif doit explicitement concevoir les problèmes de manière à diminuer les coûts de transaction et faciliter la répartition des tâches. Cela expliquerait pourquoi les études et recherches sur l'apprentissage coopératif donnent des résultats si variés : suivant la qualité de la répartition des tâches, l'apprentissage peut être très efficace ou très laborieux. Ainsi, la majorité des études sur l’efficacité de l'apprentissage coopératif sont à jeter à la poubelle : elles ne tiennent pas en compte la qualité de la séparation des tâches.
▲Cependant, cette tactique peut s’appliquer de deux manières, qui dit comment effectuer des exemples partiellement travaillés. Dans le premier cas, le professeur commence par résoudre les exemples travaillés devant les élèves, et il leur demande de les terminer à partir d’un certain point. Au fur et à mesure des exemples, le professeur s’arrête de plus en plus tôt, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus d’étapes à enlever. Dans la seconde tactique, les élèves doivent commencer par résoudre le début de l’exercice, et le professeur termine les exercices à partir d’un certain stade. Au fil du temps, le professeur est repoussé de plus en plus vers la toute fin de l’exercice, et ne doit plus résoudre que les toutes dernières étapes de l’exemple travaillé. L’étude de Renkl, Atkinson, Maier, and Staley, datée de 2002, a montré que les deux stratégies ne sont pas égales. La tactique qui consiste à laisser les élèves résoudre la fin de l’exercice donne de meilleurs résultats. En tout cas, les deux stratégies font mieux que l’usage d’une rupture brutale entre exemples travaillés et exercices.
==Références==
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