Controverse sur la théorie de la charge cognitive

Cet article a été rédigé dans le cadre du cours Semactu 2010-2011

Resumé - Abstract La théorie de la charge cognitive, introduite par le psychologue John Sweller dans les années 80, a été récemment fortement critiquée par plusieurs chercheurs. Cet article se propose de définir succinctement les principes, concepts et méthodes de cette théorie, puis d’exposer les différentes critiques qui lui ont été adressées. Mots-clés  : théorie de la charge cognitive, charge intrinsèque, charge extrinsèque, charge germane, critiques conceptuelles, critiques méthodologiques.

Introduction

La théorie de la charge cognitive, proposée par le psychologue australien John Sweller à la fin des années 80, est un modèle reconnu de la psychologie cognitive. Récemment, la revue “Instructional Science” a publié des réflexions de De Jong et Moreno (2010) qui identifient un certain nombre de problèmes conceptuels et méthodologiques, remettant ainsi en cause sa validité.

Théorie de la charge cognitive

Avant d’entrer dans le “vif du sujet” en énonçant les critiques qui lui ont été adressées (voir points 3 et 4), il convient de définir brièvement le principe de cette théorie, d’en préciser les principaux concepts et d’exposer la méthodologie généralement adoptée pour la mesurer. La théorie de la charge cognitive a été développée dans sa première version par John Sweller en 1988, afin d’expliquer les réussites et les échecs des apprenants aux tâches qui leur sont demandées. Elle s’appuie sur l’idée que la mémoire de travail, qui rend possible tous les apprentissages, a une capacité limitée ; l’apprentissage peut donc être entravé, si les tâches demandées la sollicitent de manière trop importante. La mémoire à long terme, quant à elle, pourrait stocker des informations de manière illimitée.

Types de charges cognitives

Sweller a tout d’abord distingué deux types de charge cognitive principales, avant d’y ajouter la charge germane dans la seconde version de sa théorie, à la fin des années 90 :

1) Charge cognitive intrinsèque Ce premier type fait référence aux caractéristiques du contenu présenté et à son niveau d’interactivité  ; par exemple, une tâche de mémorisation par coeur de vocabulaire allemand entraînerait une charge cognitive intrinsèque supérieure à la modification d’une photographie dans un logiciel informatique. Ayres considère que cette charge ne peut pas être diminuée par de quelconques influences externes : “it [intrinsic load] cannot be directly influenced by instructional designers although... it certainly needs to be considered” (Sweller et al., 1998, p.262, cité par De Jong, 2010, p.107).

2) Charge cognitive extrinsèque (ou inutile) La charge cognitive extrinsèque fait quant à elle référence à la manière dont l’information est présentée et est fortement liée aux choix du concepteur pédagogique. Elle se caractérise donc par tout ce qui est susceptible de perturber l’apprentissage, en créant du travail supplémentaire pouvant nuire à l’apprenant. Par exemple, il n’est pas surprenant qu’une présentation Power Point épurée, aux couleurs contrastées, soit source d’une charge extrinsèque moindre que des dias chargées, où s’entremêlent textes et illustrations. Le concepteur pédagogique peut donc limiter cette charge extrinsèque, en épurant le support, mais aussi en favorisant une sollicitation simultanée des capacités auditives et visuelles - notamment.

3) Charge cognitive germane Au contraire des deux autres, ce dernier type de charge devrait être favorisé. Matériel variable auquel se confronte l’apprenant ; création de schémas mentaux en se confrontant à un même type de matériel ; effet favorable sur l’apprentissage. En somme, le concepteur pédagogique ne peut pas influencer la charge intrinsèque ; mais il devrait, dans l’idéal, limiter la charge extrinsèque et favoriser la charge germane.

Mesure de la charge cognitive

S’il importe que la charge cognitive ne soit pas trop élevée pour favoriser l’apprentissage, quelle méthodologie adopter pour la mesurer ? De Jong (2010) distingue trois types de mesures - qui, vous le verrez plus bas (voir chapitre 4), sont actuellement fortement contestés : 1) “self-reporting” : Introduit par Paas (1992), il s’agit d’un questionnaire qui invite l’apprenant à estimer son effort mental en l’indiquant sur une échelle à neuf points. Plusieurs autres auteurs ont alors élaborés leurs échelles, faisant varier le nombre d’items. Dans tous les cas, on part ici du principe que la perception de l’effort fourni est un indicateur de la charge cognitive éprouvée.

2) mesures physiologiques : Très contestée (voir Paas & Merrienboer, 1994), cette seconde manière de mesurer la charge cognitive s'intéresse à la variation du rythme cardiaque de l’apprenant ; ce qui serait intrusif et permettrait davantage la mesure de l’état émotionnel que de la charge mentale de travail. Plusieurs études ont malgré tout persévéré dans cette voie, combinant la mesure du rythme cardiaque à celle de la pression sanguine (Fredericks et al., 2005) ou de la dilatation des pupilles (Paas et al., 2003) - notamment.

3) “dual-task” : Plus rare, ce dernier type de mesures consiste à introduire une seconde tâche peu coûteuse parallèlement à la tâche d’apprentissage ; par exemple, réagir aussi vite que possible à un changement de couleur. Cette approche part du principe qu’une performance médiocre à la seconde tâche peut être liée à une surcharge cognitive durant la tâche première.

Critiques conceptuelles

Depuis 2007, des voix s’élèvent (notamment Schnotz et Kürschner et, plus récemment, De Jong, 2009 et Holton, 2009) pour critiquer les fondements la théorie de la charge cognitive. Le débat se cristallise surtout autour des questions conceptuelles et méthodologiques. “Although there are some indications given, none of the studies makes it very clear how mental load and mental effort relate to the central concepts of intrinsic, extraneous, and germane cognitive load. This terminological uncertainty has direct consequences for how studies on influencing cognitive load are designed as well as for how cognitive load is measured” (De Jong, 2009, p. 114).

Selon Holton (2009), l’adjonction du concept de charge cognitive germane par Sweller en 1998 a rendu la théorie de la charge cognitive infalsifiable, ce qui pose un véritable problème épistémologique. En effet, pour être considérée comme scientifique, une théorie doit être falsifiable et réfutable (Popper, 1934). Dans le cas de la théorie de la charge cognitive, la charge cognitive germane permet, selon ses détracteurs, la justification de tous les résultats expérimentaux en désignant a posteriori les éléments qui entravent l’apprentissage comme charge cognitive extrinsèque et ceux qui le favorisent comme charge cognitive germane. Selon De Jong (2010) “there seems to be no grounds for asserting that processes that lead to (correct) schema acquisition will impose a higher cognitive load than learning processes that do not lead to (correct) schemas”.

Quant aux définitions, il est peu aisé de distinguer réellement les charges cognitive, intrinsèque, extrinsèque et germane. Moreno (2009) relève d’ailleurs le manque de clarté, voire la subjectivité dans la définition de certains termes. Tout d’abord, on ne peut vraiment distinguer la charge cognitive intrinsèque de la charge cognitive germane. Rappelons que la première porte sur le matériel d’apprentissage alors que la seconde porte sur le processus d’apprentissage. Or les deux sont intimement liés. En effet, le matériel d’apprentissage ne peut, en lui-même, générer de la charge cognitive. C’est le processus engagé par l’apprenant lorsqu’il appréhende ce matériel qui peut produire de la charge cognitive. “Without any action on the side of the learner, there cannot be cognitive load. This means that cognitive load only starts to exist when the learner relates elements, makes abstractions, create short cuts, etc.” (De Jong, op. cit., p. 110). L’opportunité d’une charge cognitive germane semble donc liée à la nature du matériel d’apprentissage utilisé et remet donc en cause la pertinence de distinguer ces deux types de charges cognitives.

Par ailleurs, la différence entre charge cognitive extrinsèque et germane ne semble pas être plus pertinente car elle dépend du degré d’expertise de l’apprenant. “A cognitive load that is germane for a novice may be extraneous for an expert. In other words, information that is relevant to the process of schema construction for a beginning learner may hinder this process for a more advanced learner” (Paas et al., 2004, p. 2-3, cité par De Jong, 2010). En effet, ce qui est pertinent pour un débutant ne l’est pas forcément pour un expert (“expertise-reversal effect”).

La distinction charge intrinsèque/extrinsèque est également soumise à caution car la charge intrinsèque étant liée au matériel d’apprentissage, elle ne peut donc être diminuée que si le matériel change. Or certains auteurs (dont De Leeuw et Mayer, 2008) contestent cette affirmation en montrant que si l’on modifie la complexité de certaines phrases dans un texte, tout en maintenant intact le matériel de base, la charge cognitive extrinsèque sera toutefois modifiée.

Enfin, il importe de distinguer la notion de charge (subie, liée à la tâche), de la notion d’effort (également liée à la tâche mais agie et non subie car relative aux caractéristiques du sujet et de son environnement). Ces deux termes sont souvent employés comme synonymes dans la littérature alors que, selon De Jong (op. cit., p. 113), ce n’est pas le cas. “Following this approach, one might say that intrinsic and extraneous cognitive load concern cognitive activities that must unavoidably be performed, so they fall under cognitive load; germane cognitive load is the space that is left over that the learner can decide how to use, so this can be labelled as cognitive effort.”

De plus, un certain nombre d’études statuent sur le fait que les différents types de charges cognitives peuvent s’additionner (par exemple Paas et al., 2003a) alors que d’autres démontrent, au contraire, qu’elles n’interagissent que si elles sont considérées comme faisant partie de la même catégorie ontologique. En clair, la théorie de la charge cognitive postule qu’additionnées, les charges intrinsèque, extrinsèque et germane ne peuvent pas dépasser les ressources de notre mémoire de travail. De Jong souligne que ces charges ne sont pas de même nature et qu’il est donc contestable de vouloir les additionner.

Critiques méthodologiques

Au niveau méthodologique, De Jong et Moreno (cités par Hotlon, op.cit.) mettent en cause la validité des résultats obtenus lors d’études menées en laboratoire, de façon décontextualisée avec des personnes ne présentant pas d’intérêt particulier pour les matières d’apprentissage proposées. La plupart des conclusions de ces recherches n’ont d’ailleurs pas été confirmées quand elles ont été testées en situations réelles et ont même parfois donné des résultats inverses à ceux obtenus en laboratoire.

Par ailleurs, le “self-reporting”, mesure de l’effort mental perçu, ne permet pas, selon les détracteurs de la théorie de la charge cognitive, une analyse fiable et valide. Concrètement, il s’agit d’un questionnaire développé par Paas et al. (2003b) que l’apprenant est invité à remplir en indiquant son degré de perception d’effort mental sur une échelle à neuf points. D’autres échelles ont été élaborées et utilisées depuis, combinant souvent de façon peu claire les notions de difficulté et d’effort. De Jong (op. cit.) relève d’ailleurs des différences contradictoires entre la charge cognitive mesurée à l’aide de cette échelle et les résultats à des tests de performance. La motivation semblerait jouer un rôle dans cette particularité. De Jong (ibid.) souligne toutefois qu’à aucun moment la validité des tests n’est remise en question. En répondant à ces questionnaires, les sujets interprètent parfois la notion de charge en tant que difficulté. Cela interroge sur ce qui est véritablement mesuré et demande d’interpréter ces résultats avec beaucoup de circonspections.

Enfin, Holton (op.cit.) relève l’”ignorance sélective” des théoriciens de la charge cognitive relative à d’autres recherches pédagogiques ou cognitives. Ces théoriciens plaident, en effet pour la base de leur modèle dans la recherche cognitive, mais ignorent toute une part de celle-ci. C’est le cas, par exemple, du modèle de la mémoire de travail de Baddeley, développé dans les années 70, qui est le plus souvent ignoré dans les travaux sur la charge cognitive.

Conclusion

Plusieurs chercheurs remettent actuellement en question ce modèle phare de la psychologie cognitive, avec plus ou moins de radicalité. Certains (dont Moreno), sont particulièrement virulents à l’égard de cette théorie et la considèrent désormais comme une impasse. D’autres chercheurs (dont De Jong) adoptent un point de vue plus modéré et n’entendent pas remettre en question l’ensemble de la théorie de la charge cognitive. Ces chercheurs reconnaissent les nombreux apports que cette théorie a amené à la psychologie cognitive et plaident pour l’émergence d’une théorie renforcée conceptuellement et méthodologiquement.