Théorie de la charge cognitive

Introduction

La théorie de la charge cognitive a été développée par Sweller et ses collègues (1988, 1989, 1994 cités dans Brame, 2016).

Schéma des composantes de la mémoire, repris et traduit de Mayer et Moreno (2007)

Cette théorie postule que la mémoire a plusieurs composantes, la mémoire sensorielle, la mémoire de travail et la mémoire à long-terme (voir figure ci-dessus).

Les 3 types de mémoire

Premièrement, la mémoire sensorielle collecte des informations de l’environnement à travers deux canaux, un canal verbal, auditif et un canal visuel, pictural. Cette mémoire est transitoire. Un processus d’attention permet la sélection de certaines de ces informations pour être traitées et stockées temporairement en mémoire de travail. La mémoire de travail a une capacité de traitement limitée. C’est pourquoi les informations sont ensuite stockées à long terme en mémoire à long terme qui a une capacité illimitée. Le traitement effectué par la mémoire de travail est un prérequis pour encoder les informations en mémoire à long-terme. Ainsi, parce que la mémoire de travail a une capacité très limitée, l’apprenant doit être sélectif concernant les informations qui proviennent de la mémoire sensorielle auxquelles il prête attention durant un apprentissage.

Ce qui veut dire qu’il est indispensable de tenir compte des caractéristiques de la mémoire de travail lorsqu’il s’agit de faire le design de l’apprentissage.

Il est important de comprendre que la mémoire de travail repose sur une ressource fortement limitée, à savoir l’attention. Ainsi, pour qu’une information soit retenue, il faut que l’attention se focalise dessus suffisamment longtemps. Toutefois, il faut noter que l’attention ne peut se porter que sur une seule chose à la fois : elle va ainsi procéder par épisode (le « multitâche » est donc un mythe).

Par ailleurs, l’attention est obligée de se partager entre traiter l’information en cours d’une part, et la maintenir en mémoire d’autre part.

Toutes les informations qui ne sont pas dans le focus de notre attention déclinent en mémoire. Nous pourrions résumer ainsi : « loin des yeux, loin du traitement ».

Application dans l'apprentissage

Les 3 types de charge cognitive

Ce modèle suggère que chaque expérience d’apprentissage a 3 composantes, 3 types de charge cognitive : la charge intrinsèque (‘’intrinsic load’’), la charge générative (‘’germane load’’) et la charge inutile (‘’extraneous load’’) (Brame, 2016).

Charge intrinsèque

Premièrement, la charge intrinsèque est la charge inhérente à tout sujet d’étude. En d’autres mots, elle renvoie à la complexité inhérente du contenu d’apprentissage. Elle est ainsi déterminée par le degré de connexions entre les connaissances rattachées au sujet d’étude. L’exemple le plus courant pour illustrer ceci est une paire de mots (par ex : bleu = azul) qui a une charge intrinsèque très faible, au contraire de la grammaire qui contient de multiples niveaux de connexions et des relations conditionnelles. Ainsi l’apprentissage de la grammaire est un sujet avec une charge intrinsèque élevée (Brame, 2016).

Charge générative

Deuxièmement, la charge générative est le niveau d’activité cognitive nécessaire pour atteindre l’apprentissage désiré, par exemple, faire des comparaisons, faire des analyses, etc. Le but final de ces activités est de maîtriser le sujet d’étude jusqu’à avoir un schéma d’idées richement connectées (Brame, 2016).

Charge inutile

Troisièmement, la charge inutile rassemble tous les efforts cognitifs qui n’aident pas à l’apprentissage (Brame, 2016). C’est souvent la charge cognitive provoquée par une leçon qui n’est pas bien conçue (par ex : consignes confuses, informations inutiles etc.), mais cela peut aussi être de la charge cognitive provoquée par des menaces de stéréotypes ou un syndrome de l’imposteur (voir de Jong, 2010).

Ainsi, cette théorie de la charge cognitive propose déjà des éléments de réflexions en ce qui concerne l’apprentissage et la construction des supports d’enseignement. Ainsi, les enseignants devraient viser à minimiser la charge cognitive inutile et considérer attentivement la charge intrinsèque du sujet en construisant leurs cours, l’idée étant de structurer le matériel d’apprentissage avec attention lorsqu’il contient une charge intrinsèque élevée (Brame, 2016).

De plus, comme la mémoire de travail a une capacité limitée et qu’elle est indispensable pour l’encodage en mémoire à long-terme, il est important de faire en sorte que les apprenants traitent de façon active et envoient en mémoire à long-terme les informations les plus importantes (Brame, 2016).

Conception de dispositifs d'apprentissage

Tricot (2017) décrit 14 principes ou "effets" qui peuvent être pris en compte lors de la conception de dispositifs pédagogiques afin de minimiser la charge extrinsèque (et idéalement intrinsèque) et de libérer un maximum de mémoire de travail pour l'apprentissage. Ils sont notamment :

1. L'effet de non spécification du but selon lequel il est plus efficace de ne pas trop spécifier le but d'un problème à résoudre, mais de laisser à l'élève la possibilité d'interpréter la tâche.
2. L'effet du problème résolu selon lequel Il est souvent préférable d'étudier un problème résolu que de résoudre un problème pour apprendre.
3. L'effet du problème à compléter selon lequel au lieu de (demander aux élèves de résoudre un certain nombre de problèmes, il est plus efficace d'alterner les problèmes résolus et les problèmes à résoudre.
4. L'effet d'attention partagée selon lequel il est conseillé d'éviter toute information supplémentaire (comme les images décoratives) qui se trouve à côté du problème réel et qui peut distraire l'apprenant.
5. L'effet de modalité selon lequel il est préférable de présenter deux sources d'information dans des modalités différentes (par ex. auditive et visuelle) plutôt que d'utiliser une seule modalité.
6. L'effet de redondance selon lequel l'information redondante a tendance à détériorer l'apprentissage.
7. L'effet de l'interactivité entre éléments selon lequel les effets 1-6 sont efficaces à condition que la charge cognitive intrinsèque soit à la base élevée (i.e. l'apprenant doit mettre plusieurs éléments en relation pour comprendre un problème).
8. L'effet de variété des exemples selon lequel il vaut mieux faire varier les exemples au fur et à mesure de l'apprentissage que d'"inonder" les apprenants de trop d'exemples différents au début.
9. L'effet de disparition progressive du guidage selon lequel il convient de présenter progressivement aux élèves des tâches nécessitant de plus en plus d'autonomie.
10. L'effet d'imagination selon lequel on peut remplacer la réalisation d'une tâche par l'imagination de sa réalisation, les deux étant parfois aussi efficaces l'une que l'autre pour l'apprentissage.
11. L'effet d'auto-explication qui souligne l'intérêt d'expliquer un concept à soi-même (parfois plus efficace que d'essayer de le mettre en pratique tout de suite).
12. L'effet de l'information transitoire selon lequel les informations présentées sous forme de vidéos/documents sonores, etc. imposent généralement aux élèves une charge cognitive supplémentaire par rapport au texte et aux images.
13. L'effet de mémoire de travail collectif selon lequel le travail individuel est généralement plus efficace pour les tâches simples, tandis que le travail en groupe - uniquement pour les tâches difficiles (que l'élève ne pourrait pas réaliser lui-même).
14. L'effet de renversement dû à l'expertise selon lequel les effets 1-13 ne s'appliquent pas aux apprenants avancés ; ils ne fonctionnent que si les apprenants ont peu de connaissances dans le domaine. Pour les apprenants avancés ou les experts, les principes à utiliser pour concevoir l'apprentissage seraient en fait souvent à l'opposé de ceux décrits ci-dessus.

Bibliographie

• Brame, C. J. (2016). Effective Educational Videos: Principles and Guidelines for Maximizing Student Learning from Video Content. Life Science Education, 15(6), 1-6.

• de Jong, T. (2010). Cognitive load theory, educational research, and instructional design: some food for thought. Instr Sci, 38, 105-134.

• Tricot, A. (2017). Quels apports de la théorie de la charge cognitive à la différenciation pédagogique ? Quelques pistes concrètes pour adapter des situations d’apprentissage. Dans Notes remises dans le cadre de la conférence de consensus du Cnesco et de l’Ifé/Ens de Lyon « Différenciation pédagogique : comment adapter l’enseignement pour la réussite de tous les élèves ?», pp.157-165.