Le rôle de la simulation dans l’acquisition des connaissances

Éléments de didactiques

ENSEIGNER AUTREMENT!

Les nombreux travaux en didactique qui se sont intéressés à l’utilisation des

simulations dans l’enseignement ont privilégié le coté épistémologique de la relation

qui existe entre le monde des simulations, la réalité, le monde des théories et des

Figure 10 : Le monde des simulations en physique et en didactique

Cours de Didactique des sciences physiques de Jalel SAADI 2003 / 2004

modèles. Ces travaux ont mis l’accent sur l’analyse des potentialités des simulations,

négligeant ainsi l’évaluation des effets de l’introduction de ces techniques sur

l’apprentissage.

Il semble évident que l’utilisation des outils multimédias dans l’enseignement,

apporte un changement dans les traditions éducatives. Des difficultés d’apprentissage

peuvent être surmontées grâce à ces outils qui fournissent la possibilité de la présence

conjointe, du son, de l’image statique et animée. Mais, de nouvelles difficultés seront

générées par l’introduction de ces derniers. Les questions qu’on peut se poser ici sont :

Quel est l’apport de l’utilisation des multimédias dans l’enseignement ? Ces outils

permettent-ils une intégration plus facile des nouvelles connaissances dans la trame des

connaissances antérieures de l’apprenant? Et si nous admettons que ces outils ont un

effet positif sur l’acquisition des connaissances, leur introduction dans l’enseignement

va-t-elle favoriser la mémorisation des informations ou plutôt favoriser le

développement de la capacité de transfert de connaissance ?

La majorité des travaux de recherche qui se sont intéressés à l’effet de

l’introduction des nouvelles technologies d’enseignement sur la cognition est Nord

américaine. Dans les paragraphes qui suivent nous allons tenter de répondre aux

questions que nous nous sommes posés en nous référant principalement au livre de

Denis LEGROS et Jacques CRINON qui s’intitule « Psychologie des apprentissages et

multimédia ». Dans ce livre, ces auteurs ont présenté un travail de synthèse des

publications Nord américaines qui se sont intéressées à l’utilisation des multimédias

dans l’enseignement et en particulier le rôle de l’image statique et des animations33 .

3.3.1 Rôle de l’image statique

Les schémas et les images sont des sources d’information qui dépassent de loin tout ce

qu’on peut dire verbalement à propos de l’objet qu’on veut définir, décrire ou

représenter. En effet, une simple présentation d’une image ou d’un schéma peut parfois

nous dispenser d’écrire des longs paragraphes pour les décrire. A ce propos J.P.

MEUNIER (1999) disait :

« Les schémas sont des ʺpaquets dʹinformationʺ dépassant largement ce que lʹon

peut trouver dans les dictionnaires au sujet du sens des mots. Des concepts comme

ʺoiseauʺ ou ʺchienʺ comportent tout un ensemble de faits et de relations en rapport

avec ces animaux. Les schémas, disent Rumelhart et Norman, sont nos

connaissances : ʺToutes nos connaissances génériques sont enchâssées dans des

schémas »

Dans un paragraphe qui s’intitule : Texte et image statique, Denis LEGROS et Jacques

CRINON énumèrent trois types de connexions entre les informations verbales et les

informations imagés présentées dans les situations d’apprentissage multimédia et les

connaissances antérieures de l’apprenant :

« Le premier type implique la construction des connexions représentationnelles entre

l’information verbale présentée et la représentation verbale activée de cette

information ; le deuxième implique la construction des connexions

représentationnelles entre l’information imagée qui est présentée et la représentation

visuelle que se construit l’apprenant de cette information ; le troisième implique la

construction de connexions entre les représentations verbales et les représentations

visuelles construites ( connexions référentielles). »

Les deux premiers types de connexions (représentationnelles) sont utilisés pour des

tâches de mémorisation alors que pour les tâches de transfert, les trois types de

connexions (les connexions représentationnelles et les connexions référentielles) seront

mobilisés. Les auteurs du livre se référent aux travaux suivants : (MAYER et MARENO

(1998) ; MAYER, STEINHOFF, BOWER et MARS (1995)) pour montrer la validité du

principe de contiguïté36, c’est à dire l’effet positif de la présentation simultanée des

textes et des images sur la construction des connaissances et pour montrer que la

présentation simultanée du texte et des images facilite aussi bien le processus de

mémorisation que celui du transfert de connaissance.

Si nous voulons résumer par un schéma (figure C-1-14) le rôle de l’image statique et les

App

rentissages qu’elle favorise, ce sera le suivant:

Les performances dans les tâches de transfert dépendent de plusieurs facteurs. Legros

et CRINON citent les connaissances antérieures de l’apprenant et les différences

individuelles dans la capacité de traiter l’espace37 (la visualisation des formes, la

rotation des objets et les activités d’assemblage). Les auteurs du livre citent les résultas

des travaux récents dirigés par GYSELINCK, EHRLICH, CORNOLDI, De BENI et

DUBOIS ( 2000) concernant l’amélioration des performances dans la résolution des

problèmes nécessitant la production des inférences et leurs relations avec la qualité des

habilités spatiales du sujet :

« Les résultats de leurs expériences indiquent que dans une situation d’apprentissage

avec un outil multimédia, la compréhension des textes portant sur les notions de base

en physique est améliorée par la présentation des illustrations et ce, de façon plus

importante pour les questions nécessitant des inférences que pour les questions

nécessitant un rappel des faits (paraphrases)…

Dans la condition texte + illustration, les étudiants avec de bonnes habilités spatiales

améliorent leur performance pour les questions nécessitant la production

d’inférences, alors qu’aucune différence n’est détectée en ce qui concerne les

étudiants aux habilités spatiales faibles.»

Ils ajoutent en se référant aux travaux de (MAYER et GALLINI (1990) ; MC DONALD et

STEVENSON (1998)) que la présentation simultanée du texte et des images rend le

processus de transfert plus efficace dans une tâche de résolution de problème chez les

novices qui ont peu de connaissance sur l’objet d’étude, cependant, elle reste sans effet

chez les sujets qui possèdent des connaissances assez poussées dans le domaine.

3.3.2 Rôle de la simulation

Tous les travaux Nord Américains cités dans le livre : psychologie des

apprentissages et multimédia se sont mis d’accord sur l’effet bénéfique de la

présentation conjointe du texte avec les images sur l’amélioration des performances des

apprenants lors de la résolutions de problèmes nécessitant la production d’inférence. Ce

consensus ne semble pas avoir lieu lorsqu’il s’agit de montrer la supériorité de

l’utilisation des images animées des animations et des simulations numériques. En effet

les résultats présentés par LEGROS et CRINON et qui représentent un travail de

synthèse des publications Nord Américaines sur la question montrent qu’ils sont

mitigés et contradictoires. A ce propos ces deux auteurs disaient :

« Certains concluent en faveur des animations (Rieber, 1990b ; Mayer & Anderson,

1991 ; 1992). D’autres n’indiquent aucune supériorité des images animées sur les

images statiques (Wright, Milroy et Lickorish, 1999). »38

Ils ajoutent quelques lignes plus loin que selon SCHNOTZ (2001), le passage de l’image

statique aux images animées présentent deux inconvénients. Le premier est la

diminution de la compréhension globale en faveur d’une augmentation de la

mémorisation des détails. La seconde est l’effet de distraction que peut provoquer la

présentation d’une animation. SCHNOTZ ajoute que l’effet de distraction produit par la

présentation de l’animation est incompatible avec la construction active des

connaissances.

Au terme de leur analyse de vingt-cinq études empiriques PARK et HOPKINKS (1993)

imputent l’incohérence des résultats obtenus aux problèmes méthodologiques ou à

l’inadéquation des outils utilisés avec les caractéristiques de la situation

d’apprentissage.

Park (1998)39 opte pour la supériorité des animations par rapport aux images statiques

dans les situations d’apprentissages ou les phénomènes étudiés sont dynamiques et

complexes. Il ajoute que les animations sont plus efficaces que les graphiques statiques

pour la résolution de problèmes de transfert complexes, mais pas pour les problèmes

simples.

3.4 Les avantages et les inconvénients de l’utilisation des simulations dans

l’enseignement

Les travaux de recherches sur le rôle des animations et simulations dans

l’apprentissage ne sont qu’à leur début. Les avantages et les inconvénients de leurs

utilisations dans l’enseignement ne sont pas totalement maîtrisés. Nous essayerons de

mettre en lumière les points les plus importants.

3.4.1 Les avantages

Denis LEGROS et Jacques CRINON (2002) finissent le paragraphe consacré aux

animations par la conclusion suivante :

« L’état actuel des connaissances nous permet de penser que la présentation des

informations à l’aide des animations joue plusieurs rôles importants. Elle permet

d’attirer et de maintenir l’attention du sujet ( Sharp et al, 1995), de représenter le

domaine qui implique le mouvement explicite ou implicite ( White, 1984),

d’expliquer les relations structurelles ou fonctionnelles entre plusieurs composantes

des systèmes complexes et d’aider les sujets à construire les modèles mentaux des

domaines en question ( Fredericksen, White & Gutwill, 1999 ; Gentner & Stevens,

1983 ; Kosma, Russell, Jones, Marx & Davis, 1996). Il semble important cependant

de rester prudent et d’éviter la séduction de l’aspect ludique et attractif des

animations ou des vidéos… »

Dans cette citation les auteurs présentent les avantages de l’utilisation des animations

en mettant l’accent d’une part sur son côté motivant et d’autre part sur son pouvoir de

donner une vue globale et systémique du phénomène étudié. Nous ajouterons ici que

les simulations rendent l’apprenant un élément actif dans la construction de ses

connaissances car ces nouvelles techniques privilégient l’interactivité, la rétroaction et la

possibilité de revenir aux simulations et aux explications chaque fois que l’apprenant

sent le besoin d’y revenir pour consolider les connaissances qu’il a déjà construites ou

qui sont en construction. Favorisant ainsi, une progression personnalisée dans

l’acquisition des connaissances. Ce qui est difficilement réalisable avec les cours

traditionnels tutoriaux.

3.4.2 Les inconvénients

Un des inconvénients majeur de l’utilisation des simulations dans l’enseignement est

que les élèves et les étudiants lui attribuent un statut moindre par rapport au statut

qu’ils donnent habituellement aux formalismes mathématiques. Les étudiants

perçoivent ce niveau comme étant ni de la réalité, ni de la théorie (BEAUFILS, 2001). 40

Le fait de ne pas lier le monde des simulations à la réalité est légitime voire même

nécessaire vu que les simulations sont basées essentiellement sur un modèle et par

définition même du mot modèle en physique, ce dernier ne représente pas la réalité, il

représente une tranche de la réalité empirique, perçue par celui qui tente de la

modéliser. D’ailleurs, toute utilisation faisant référence à la réalité est dans ce cas une

erreur fondamentale (BEAUFILS, 2001).41

L’effet de distraction est le deuxième inconvénient que nous allons traiter ici. Il est clair

que lors de la première présentation par l’enseignant d’une simulation, l’attention va

être focalisée sur les mouvements, les couleurs et les schémas présents dans la

simulation. Quelques minutes plus tard, leur attention se focalisera peu à peu sur le

contenu et ils passeront à la mémorisation des détails. Une compréhension globale ou

une vue systémique ne sera atteinte qu’un peu plus tard. C’est à dire après avoir vu la

simulation à plusieurs reprises. Nous ne pouvons pas affirmer que les élèves

atteindront ce stade au bout de combien de minutes car cela dépend de beaucoup de

paramètres liés à l’utilisateur ( son age, son degré de maîtrise des outils informatiques,

sa motivation personnelle, son image de soi concernant le phénomène visualisé…).

Donc si nous nous résumons, il y a trois étapes nécessaires par lesquelles passe

l’apprenant devant ces simulations :

La phase de distraction

La phase de mémorisation des détails

La phase de la construction de vue systémique du phénomène simulé.

La première phase qui est considérée par certains comme un inconvénient s’opposant à

une construction active des connaissances (SCHNOTZ (2001)), n’est que passagère. En

effet, cet effet de distraction ne dure que quelques minutes ou quelques dizaines de

minutes et s’atténue au fur et à mesure que l’apprenant commence à se familiariser

avec ces nouvelles techniques. De plus, cet effet n’est pas aussi néfaste qu’il apparaît, il

peut devenir le catalyseur de la construction des connaissances. Divers travaux de

recherche (BRUNER, BANDURA, LEVY-LEBOYER…) mettent l’accent sur le rôle de la

motivation dans la construction des connaissances. Ces travaux distinguent au moins

deux facteurs qui peuvent être déterminants dans la motivation d’une personne pour

entamer une étude donnée et la réussir. Le premier est un facteur intrinsèque à

lʹapprenant : il s’agit de son image de soi concernant le domaine d’étude en question. Le

deuxième est externe et c’est ce qui nous concerne ici. Une méthode qui utilise les

nouvelles technologies d’enseignement et plus particulièrement les simulations attire