VERS UNE THEORIE COGNITTVE DE LA DIDACTIQUE
J. RESNICK
Learning and Research Center
Université de Pittsburgh (*)
hunlaine qUl sont
I l lcient lles CCIlcfptions de la competence
cognil i r~centef d2vraient modifier la pratlque didactique. CE:t_ exposé, nous allons aborde:c cornrnent une théorie cognitive de didactique sc construi_t, - paraJJ_~lement à l'élaboration progr2ssi!~ des théoru~s cogniti'IPS, - où nous en sommes et quelles directions doivent ~tre suivies. L'enjeu est de construire un ordre du jour pour 61aborer une théorie cognitiv2 de la didactique capable dl éclairer la pratique p6dagogique et en même temps capable d'~tendre les limites de nos connaissances sur le développement génétique et 5 J f les processus d'acquisition.
1. ANALYSE DE LA TACHE COGNITIVE: NOUVELLES DEFINITIONS DES CAPACITES A DEVELOPPER A L'AIDE DE LA DIDACTIQUE
Une préoccupation centrale de la science cognitive d'aujourd'hui est l'analyse des performances dans des tâches complexes. Apr0s avoir établi les princlpes de base du traitement cognitif largement à travers un travail sur dGS tâches simples, sGmblables à celles du labora~oire, les cogni-tivistes (psycnologues, linguistes, informaticiens) ont progressivement tourn~s leur attention vers des tâches plus complexes du monde r~el. Parmi les tYges de tâches qui sont étudiées aujourd1hui, on peut citer la compréhension de longs messages écrits ou parlés, la résolution de problèmes de physique, la résolution de problèmes mathÉmatiques, depuis lE: problème d'arithmétique élémentaire jlJsqu1aux problèmes d'al:::J'2bre et de géométrie, l'inforffiatlquc, le dépannage à'installations électriques, la lecture de radiographies, et le diagnostic médical. To0tes ces tàches sont de la nature de celles qui font partie des cursus scolaires, t~chnigues ou universitaires. Comme les analyses cognitives des performancC's sur des tâches pertinentes d'un point de vue didactique offrent ~ne description des capacités qui doivent être développées par l'enseignement - il est possible de caractériser une grande part du courant principal de la psycho-logie cognitive comme contribuant directement à une théorie didactique.
'ana (j;.c:S natur~ des capaclt Id'·lltifi~es. p~uventftre llileux Exposees considérEl_nt
Les. J0 me lim~te ici ~ deux domaines scolaires: les scienc:s 2xp~rl--les m2t11~matiques.
II. SC~IENCES EXPEF!l'·1ENTALES ET ;lJf\Tr-ICr'1ATIQLil;:;
;~:r. COI:";;5 i_m_portant de recherches s'.Jr l'ap~jn~iltissage et: la pE::rfDrmance dans des tâches de math~matlquesou de SCJences exp~rimentales sugg~reque les structures des connaissanCES des expe]-ts d'un domaine sont diffirentes des structures des connaissances du ~ovice. Lln résultat connu est que les ~xperts résolvent des probl~rnes d'une manière diEf~rentede cel~c des novIces, et, - on peut du m01TIS le supposer - ils apprennent diffé-re;mnent dans leur domaine d'expertise. En mÊme temps, il devient clair que m@me des très jeunes enfants inventent des théories qui leur permettent de constrllire des règles procédurales et pr~dictivesen sciences et en mathématiques.
Différence entre experts et débutants en physigue
CHI, FELTOVICH et GLASER (1981) ont montré que la repr~sentationinitiale d'un physicien expert (~tudiants avancés ) est différent de celle des novices (~tudiants d~butants) dans le cas d'un problème de mécanique. Quand on leur demande de classer des problèmes, les novices le font à
partir du type d'appareil (levier, plan incliné, balance, etc .. ), des Iermes seulement utilisés dans l'énoncé du problème, ou des caractéristiques de surface du diagramme présenté. Par contre, les experts classent les problèmes selon les princip8s de physique sous-jacents et qui sont n~ces salres pour résoudre les problèmes (e.g. loi de conservation de l'énergie, seconde loi de Newton ... ).
LARKIN, Mc DERMOTT, SIMON et SIMON (1980), dans un ensemble complémentaire d'études, ont montré que le processus de résolution est aussi diff~rents pour les experts et les novices. Les novices semblent traduire directement
l'information donnée en tormules, et puis travailler plus ou moins alg6bri-quement sur formules, recherchent des substitutions et des transfor-mations qUl donneront la r~0onse requise au probl~mc. Les experts, au contraire, font une intcrpr~tation q~i leur permet de repr~sentcr les protli'::·mcs comme des exemples de certaines lois générales de phy'sique,
et de restructure!" les relations entre éléments du problème. Par suite, ils ont habituellement une ou deux équations à écrire, et le problème est virtuellement résolu au n~ment oG ils se reprcisentent le problème. Une caractérisation générale des résultats de LARKIN est que les novices se comportent comme s'ils résolvaient des puzzles où les termes à manipuler ont peu de réf~rencesexternes - leurs protocoles ressemblent beaucoup à ceux des gens qui résolvent des problèmes de cryptarithrnétique 0t autres puzzles (NEWELL et SIMON 1972). Ils peuvent être caractérisés par JnE méthode d'''analyses des fins et des moyens", dans laquelle ils travaillent en partant du but. Les experts, au contralre, semblent travailler à partir de l'information donnée dans le problème.
Procédures inventées~et comportement.s dirigés par ',Jne règle
L'examen de livres scolaires ne révèle pas directement ce que les élèves font réellement quand ils exécutent des tâches arithmétiques. Ceci est révélé d'une mani~re frappante par la considération de l'addition ou de la soustraction simple à un seul chiffre. Typiquement, les livres apprennent l'addition comme un processus de comptage de 2 sous-ensembles, ct pûis de recompter l'ensemble combiné, et chacun s'attend à ce que les enfants abandonnent plutôt rapidement toute forme de corrptage en faveur d'une mémorisation de "faits" additifs. Toutefois, des recherches expérimentales ont maintenant révélé qu'il y a une période intermédiaire durant laquelle les enfants continuent à résoudre des problèmes additifs par comptage, mais non par la méthode initialement apprise à l'école. En fait, ils utilisent une procédure qui semble impliquer une compréhension de la commutativité, et qui est plus élégant et plus simple que la procédure apprise. Cette procédure, typique des enfants à partir de 6 ans, est connue comme le modèle "min", parce que le plus petit (le minimum) des
C'st ajouté à l'alltre dans une procedul~0de comptage. Par + S, l 'r::-nLJnt début'2 à :::' imÊ;me si i l est nommé ei! s'cccnd)
, 7, 8". Cette proc4dure a été 6tudiéc par des cemps et dl~s entretiens avec b~aucoup d'enfants dal1s des pays ditfirenrs
méntai différent. (e.g. GROEN e't PARK,Mi\N, 1972; SVENSON,
S'JE:\lS01';: E::-t BKCQ~jIST, 1975). Une étu.de par GROEN et RESNICK
00.t montré que la pr:océèüre "min" peut-être inventée par des cnLi!l.S dE' 4 à 5 ans. Cine histoi(2 semblable peut être racontée pour la s()ustracticJn IJes enfants qui inventent ces procédures se comportent COJ1l,.'1le s'ils compre-nai,?nt le principe de commutativité de l'addition et la complémentarité de l'addition et de la soustraction. Toutefois, à l'heure actlJelle, n'est pas encore clair si cette compréhension est explicite pD'ur le SU]E:·t (cf. Resnick, so~s presse). Le fait de ces inventions, par lui-m@me, dit seulement une partie de l'histoire, car toutes les inventions ne sont pas mathématiquement pertinentes. Plusieurs chercheurs (BROWN et BURTON, 1978; GINSBORG, 1977; LANKFORD, 1972) ont montré que les erreurs des enfants sur des tâches arithmétiques légèrement plus complexEs (e.g. soustraction écrite à plusieurs chiffres), sont en fait des applications systématiques de procédures algorithmes fausses, plutôt que des fautes aléatoires dans le rappel des "faits" appropriés. Ces procédures fausses sont des variantes des "faits" corrects; ils sont analogues a des algo-rithmes informatiques avec des coccinelles (ltbugsll
) , et qui ont été baptisés
"algorithmes
à
coccinelles" ("buggy algorithrns"). Un nombre fini de coc-cinelles, qui à travers différentes situations construisent plusieurs douzaInes d' algori thmes à coccinelles, a été identif ié dans le cas de la soustraction - qui est jusqu'à maintenant la plus étudiée dans le domalne de l'arithmétique. Les enfants qui utilisent ces algorithmes à coccinelles appliquent systématiquement des règles que personne ne leur a appris (car personne n'enseigne délibéremment une règle fausse). Les algorithmes à coccinelles sont ainsi des exemples clairs d'invention qui sont malheureuses.1::n dépi t de 1,~1._;T échec COITIme règle de calcul, lèS algoriU-lmes à coccinelles montrent une caract~ristiquelmportante de l'apprcn-tlssage et de la performance humaine. Une analyse précise des différents algorithmes incorrects qui ont été observés parmi les enfants rend clair que la plupart d'entre e8X ont souvent des éca!.-t.::s [aibles avec les algori thmes corrects. Cependant, les algori thmEoS à coccinelles violent des contraintes mathématiques fondamentales.
Er. particulier, la plupart des algorithmes se comportent comme Sl leur inventeur ne comprenait pas que le chiffre de retenue ajoute des unités Vla un ~cnange avec une autre colonne, et que l'~changedoit maintenir une équivalence de la quantité totale. Autrement dit, les algorithmes à coccinelles ont le caractère de respecter la plupart de la syntaxe de l'arithmétique écrite, mais violent la "sémantique", la significa-tion sous-jacente (RESNICK, 1982).
L'accent mis sur l'aspect dirigé par une règle des réponses Ilfausses" apparaît dans SIEGLER (1978) dans son travail sur la balance, et autres tâches similaires. Dans la tâche de la balance, différents poids peuvent être suspendus à différentes distances du fléau; l'enfant doit prédire quel côté, éventuellement, va baisser. Les enfants ne résolvent pas ce problème avec un succès complet avant l'adolescence. SIEGLER, a montré toutefoisl qu'à chacune des étapes précédant la réussite, les enfants
suivent en réalité des règles algorithmiques pour décider vers quel côté la balance va pencher. Les règles qui sont suivies deviennent succes-sivement plus riches, non seulement du point deVUEcie la quantité d' informat 10ns que les enfants utilisent, mais encore de ll~tendue de leur capacit~de coordonner ces informations. Les règles précoces considèrent isolément soit des poids soit des distances; l'enfant semble être incapable àe les considérer ensemble. Par la suite, le poids et la àistance sont combinés; mais, pas dès le prime abord, dans un calcul précis. Néanmoins, les règles sont systématiques ct produisent des patrons prédictifs des réponses. Ici aussi, le caractèr~ systématique des erreurs est évident.
III. THEORIES COGNITIVeS DE L'ACQUISITION
Bien que les recherches sur des théories cognitives de l'acquisition sont relativement récentes, un tel travail est maintenant reconnu par
beau.coup de cogni tivisu~s :.:;cient,if iques comme une tâche maJE-::u.re ( .g. ANDERSON, GREENü, KLINE, NEVES, 1981). De plus, les reche.rctles SJY l'analyse des tâches cognitives suggèrent les caract4ristiques sénérales que ces théories doivent posséder. Je considérerai quelques-u~es de ces caractéristiques daJ1S les paragraphes suivants.
Le ccnstructivlsme
Même ~ne considération superficielle des résultats principaux obtenus par l'analyse des tâches cognitives rend clair que nos nouvelles théories de l'acquisition prennent en compte le rôle important des constructions mentales et des interprétations par l'élève. Le rôle central de ] 'inférence dans la compréhension de texte, l'évidence pour l'invention de procédures mathématiques, et la caractérisation des experts comme des individus qui reformulent des problèmes avant de commencer à travailler, tout ceci montre le rôle actif que joue l'élève lui-même dans l'acquisition de nouvelles connaissances. Pour ceux qui ont travaillé à l'interpréta-tion cognitive du développement de l'enfant, cet accent sur une construcl'interpréta-tion active des connaissances par l'élève n'est pas neuf. Ceci a été un thème central dans le travail de Piaget pendant des décades. 'l'autefois, ceci n'a pas été développé pour un domaine particulier de connaissances, d'une manière suffisante
à
donner un exemple utile de comment les processus travaillent réellement au cours de la construction cognitive.Constructions significatives sur des données limitées
Un trait central des constructions qui caractérisent l'acquisition est qu'elles opèrent sous une information complète. Plutôt que d'attendre que celle-ci soit complète, les sujets semblent travailler à donner un sens au monde sur la base de l'information qu'ils possèdent. La recherche sur les algorithmes à coccinelles, sur des inférences dans la compréhension de textes, tout ceci montre le fait que les gens cherchent des solutions significatives et des explications
à
l'intérieur des limites de leur connaissance.el
Le rai50nncme~tglli engendre des algorithmes à coccinelles cs~ la m~me sorte que la r~solutionde problème intelligente qui caract;rlse beaucoup àc performances r~USSlssentdans d'autres domaines (cf. SIMON, 1976, pp. 65-98). Avec des algorithmes à coccinelles, 1,0-".' [Jrobl::~me
semble r~sider non dans les processus de ralsonnemenc de donn6es appliqu~equi est lnad~quatc. L'inspection
s dans la ba,:;c
1',.=:-."301u tIen clair .les les test et
de qénération dans ce s';.'stbne particulier peuvent tu...:.tes étrlé: V:.lCS CŒrUTlc~ l'syntaxique''. C'est-à-dire qu'elles consid~renttoutes la structure de surface de la procédure et ne reflètent pas nécessairement ce que nous avons appelé la "sémantique" de la soustraction (RESNICK, 1982).
La théorie de la "réparation" est, en fait, une th60rie d~taill~e de l'acquisition pour un petit domaine de l'arithm~tigue. Une cons~quence importante pour les théories cognitives de l'acquisition est que ces
th60ries doivent reconnaître la tendance des élèves à organiser et structurer toute l'information dont ils disposent - m~me si cette information
peut-être 9rossi~rement incompl~teou tout à fait ir.adapt~e. Les élèves n'acquièrent pas simplement de l'information passivement jusqu'à ce qu1elle soit suffisante pour qu1il en émerge des règles "correctes" ct des explications. Cette tendance à construire des explications oràonnées ct des routines même en l'absence d'information adéquate peut rendre compte au moins partiellement d'autres ph~nomènes observés qui résistent ~ toute modification m~mequand i l y a enseignement (et ainsi une meilleure information) .
La cohcirence dans l'apprentissage : l'int~gration d'une connaissance nouvelle à une anciennp connaissance
Ces recherches récentes sur l'apprentissage des sciences nous suggèrent de repenser la mani~rcdont une nouvelle connaissance qui doit 6tre apprise
C"?5 croyances coy-respol1dellt pas exactement
p~1~Clpe5 ne~~orllens ~ppris dans l~ COUr'S de physique, et que
les COGrs de physique ne réLssissent pas à [aire abandonner ces croya~ces. QU7iq~~s6tudiants pEuvent réussir des problèmes scolaires, au lyc~e O~ au r·remier c~'cle d'universit~,mais si le problème pratique donn4
1es-:" pas .J>é;:,,::orHll1 COmmE? un~:, applicati.on des formules du cours - problème qUl L~s force à construire leur propre représentation de la situation - ils retourllent aux conceptions qu'ils avaient avant le début du cours. CeCi met ~n ~videnceque les ~tudiants unt des structures de connaissance bien intégrées qui doivent ~tre abandonnées ou modifi4es radicalement avant qu'ils puissent acquérir des conceptions newtoniennes d'un lliveau sup~rieur
à
la résolution mécanique des équations.Ces résQltats nous forcent à ~largir nos idées sur les relations entre
les connaissances nouvelles et anciennes au cours de l'apprentissage. Nous devons penser non seulement à l'accumulation et ali li.en des struc-tures d2 connRlssances, mais aUSSl à quelle sorte de confrontation entre des conceptions anciennes et des nouvelles peuvent ~tre nécessaires pour saisir les nouvelles.
IV. U>lE 'l'HECHHE COGNITIVE DE L' INTERVENTION
:,11
d'une th~orie constructl\/lste
isitlon signale~t clall'emen~
la didactique. Il maInt:~lîant th;iurie Ciè
l'.int.CI"ent.~on '::rut [jlace l'activit2 co~structionmentale de l!étudian~
cl U si'Jr~ifie pas
met.tre? des c·oILiaissanc,,?s dans les main.::; des ger.<::. En fai.t, l'éducatlon doit ','} 3 ~lacer ies étudiants dans d05 situatio)~s o~ les constrLJctlO~S
':1.5 ~ont nat;lrel1ement ct in6\itablcme~t1\13r:d ils essale~t donner sens à leur monde i.nt~rieur ~oient
Une théorie constr~ctiviste la didactiquG ne nécessite pas d'6vlter d'é'S prescriptions pour l'inter\cnt_ion; il ne nécessite pas non plus de spécifier une disposition g6nérale de l'envi.ronnement. En fait une th~oriede l'intervention constructiviste doit s'adresser a tous les aSL::,ccts traditionnels de l'(~nseignement : comment pr':::;se::t~r
information aiJX étudiants, comment organiser l.es séquences dida:::::t_iques, et quelles sortes d'information en retour fournir pendant ces séquences. Ces pr6occupations traditionnelles de l'enseignement prennent une nouvelle substance quand elles sont abordées dans une perspective constructiviste. Bien que l'entreprise de construire une th~oriedidactique gui soit constructiviste a tout juste débuté, il ost possible à'esquisser à grands traIts quelques-unes des questIons q'li sont à l'ordre du jO!J.r l'avan-cement des recherches. Ce sera mon propos dans les pages de concl'.lsion.
Les repr~senta~ionsdidactiques
Une des questions centrales pour toute théorie de l'intervention didactique concerne la forme sous laquelle l'information est le mieux transmise ~ l '~l~ve. Dans l'enseignement traditionnel, il ~tait tacitement supposé qu'une analyse do la t~chc qui spécifiait la performance ou la connais-sance des experts dans lln domaine donnerait non seulement des "objectifs'I pour l'enseignement dans ce domaine, mais aussi les contours de la [orme dans laquelle l'information sera présentée aux élèves. Dans cette hypoth~se,
~x~er~s. Pl\Jt6t, i l s'agit de trouver repr~sentations didHctlq~!e~ l permettent aux ~lèvcs dE construire ~.aduelleffient ces représer~tatlorlS S'experts ~o~r eux-m~m~~.
je J.'ai d~jà noté, le th~me de l a constructio~ ~ partir dl~~ a9f~en tissage pr~c~dent est un vieux thème dE la psychologie de !'éd~catio~. Dans les théories du comportement, il a g~néralement été 5iJPFosé les connaiss~ncespréalables facilitaient ~ln nouvel apprentissage. C'c5t-~-dirGr que de nouvelles capacités ccnstr01tes
1~5 composantes de plus anClcnrles, et que les conllaissances cumuleral l'avons Vll, coutefolS,
p~ealabl~ pout inter[~r2r ~vec l'acquisitlcn de ~8cveauxCOtlCepts. Cec~ siqnif
en int~rf~renceest n~cessaire. U~C thiorie l ' ir!t.:::
rven-tlon ti2S ~if[~~entede celle d6rivie de la ~héorle de l!a~~rentissagE
Id'"~, n;j'cessairt;:;> PCi..-Lt,- guider l;C:l.scignell;e;;~~dans Ctê:',' cas. I-'()iEt ue dél:")2\ la notion piageti'2nne àé'.,"elopPE'ment génét
.Ltè ré:3'~11tél'L l'un cor:flit entre (le:3 3chèmes er comp ctitiori pC~lt ê-tl"i.:' élaboré dans l,:; contexte de la mat"~,:C' à Zlfprendr'Ô-:, et p(>ut. ètl~c liè
d'intcrv~ntion qui explorent diff~rcntesapprüc!lcs pour relier de no~veaux
apprentIssages à des anciens. De plus, on peut se demander si il vaut mIeuX Ignorer les conceptions pr0alablcs qui sont incompatibles et aIder les ~tudiantsa constrUIre nouvelles conceptions, ou bie:) confronter directement les anCH::'nnes ct les nouv*"lles? Ces t'ipes de gur::stions ont rarement ~t~ posées dans le contexte de la didactiq~e, excep~~ par les chercheurs explorant les implications éducatives de Piaget (e.g.
DLCKWORTH, 1979). Elles devront surement étre prise en compte dans uno
théorie constructiviste de l'~ducationdans la fonction.
Une nouvelle th~orie de la pratIque dans l'apprentissage
Le temps est aussi venu pour un nouveau regard sur une ~j_eillequestion: le r6le de la pratique dans l'apprentissage. Selon les théories tradition-nelles, les comp~tencesne changent pas d'une mani~re fondamentale lors de la pratique, mais deviennent plutôt plus fortes, plus rapides et plus sûres. Les recherches cognitives récentes montrent que la pratique procure aussi l'occasion de découvertes cognitives ct que la compréhension et
le savoir-faire peuvent entrainer des changements qualitatifs au cours de la pratlque. Je pense que ceci nous entraine à reconsidérer le r6J.e de la pratique dans l'apprentissage. Pourquoi la pratique conduit parfois à des inventions productives, et quelquefois à des pensées "rigldes " , distordues, déplorées par WERTHEIMER. De plus, la pratique procure l'occa-sion, - et peut être la motivation - pour inventer ct tester de nouvelles procédures, ce qui modifie substantiellement la distinction traditionnelle entre les savoir-faire et la compréhension. Il est mSme passible q~e
la pratique soit nécessaire dans certains domaines de llapprentissage au développement d'une compréhension profonde. Il est sûr que les types de pratique offertes par l'enseignement, et les mani~res dont la pratique procédurale est mélangée à des incitations à la réflexion et à la construc-tion d'explicaconstruc-tion, influencent le développement de la compréhension.
Evaluer la compréhension les liens entre la connaissance et la performance
L'évaluation des capacit~s de l'étudiant au départ et' les r~sultats de l'apprentissage font intégralement partie de l'intervention didactique.
tl160rie cognitive de l'intervention doit par cons~quentinclure aes prJncipes 90111 une ~valuationqui soit capable de r~v~ler l' 6tat de ~onnalssa~cede l'élève. En particulier, les principes de base pour inf6rer la connaissance à partir de la performance, doivent par cons~quent ·~tr,=~ cL~gag(',s. I,es IJsychologues coqni tivistes régul ièrement font de telles 1::u~rE'nC2Sdans leur laboratoire. Mais l'effort est habituellement indivlduel
ôLl nec. Ces inférences survivent si, apr~s lnspection d'une Grande quantit~ de données et de r~cherchesd'autres scientifiques. ?lles restent plausibles. Pour l'~valudtion p~dagogique, les tâches
les inf~renc~spermises à propos de compétences sous-jacentes aura~nt LeSOln cttêtre spécifiées plus systématiquement. La t,l-aduction des m~thodes de l'analyse cognitive dans des formes utiles pOJr 114valuation didactique constItuE, un autre ordre du jour important pour une théorie cognitive Cie l'intervention0
CONCLUSION
J'ai essayé dans cet exposé d'esquisser à grands traits une révolution éme~gentedans la psychologie de la didactique. La perspective cognitive qui maintenant pénètre la psychologie et les disciplines voisines, a des implications profondes pour la manière dont, nous devons penser
l'enseignement·Comme je l ' a i suggér~ ici, la nouvelle vue de l'élève comme un constructeur actif de connaissance nous oblige à une profonde reconsidération de beaucoup des postulats des théories de la didactique que nous aVlons jusque là. Nous avons présenté quelques-unes de ces nouvelles directions. Mais les questions particuli~resque nous avons abordées ici sont seulement des exemples de la manière dont l'approche traditionnelle de l'enseignement peut prendre une nouvelle substance à travers une théorie cognitive de la didactique.
