Les neurosciences au service de l'apprentissage

Quand les avancées des sciences cognitives facilitent l'apprentissage

Les pédagogies alternatives basées sur l'observation des enfants (comme la pédagogie Montessori) et celles basées sur les sciences cognitives sont complémentaires et ont une influence positive sur la capacité d'apprentissage de nos enfants.

Nous souhaitons partager ici avec vous quelques-unes des idées principales que Stanislas Dehaene, professeur titulaire de la chaire de psychologie cognitive expérimentale au Collège de France, détaille dans son article publié dans ParisTech Review en novembre 2013.

Le potentiel des sciences cognitives est énorme si l'on sait tirer parti de leurs découvertes sur le cerveau des très jeunes enfants et transposer tout ce corpus de connaissances dans le domaine de l'éducation. Que sait-on, précisément ?

Stanislas Dehaene a écrit :

S'il fallait ne retenir qu'une seule découverte majeure pour ces dix dernières années, c'est que le cerveau, dès l'enfance, est intrinsèquement très organisé. Il contient d'emblée ce qu'on pourrait nommer des algorithmes, et l'apprentissage proprement dit ne fera que les activer et les recycler pour des usages culturels et scolaires. La remarquable plasticité du cerveau humain le rend habile, à tout âge, à apprendre. Encore faut-il savoir en tirer parti. C'est ici que les neurosciences ont leur mot à dire.

La plasticité cérébrale est notre processus d'apprentissage

Prenons comme exemple l'apprentissage des nombres. L'enfant est doté d'intuitions profondes en matière de repérage sensoriel du chiffre : avant tout apprentissage formel de la numération, il évalue et anticipe les quantités. Apprendre à compter puis à calculer équivaudrait à tout simplement tirer parti de ces circuits préexistants, et, grâce à leur plasticité, à les recycler. L'apprentissage formel de l'arithmétique se "greffe" sur le "sens du nombre" présent chez l'enfant et sollicite la même zone cérébrale.

Le maître-mot, alors, est la plasticité cérébrale. Car c'est précisément ce qui nous permet d'apprendre. Cette plasticité, on doit la comprendre comme une remarquable capacité à recycler des circuits présents dès l'origine.

La plasticité cérébrale est la capacité du cerveau à créer, défaire ou réorganiser les réseaux de neurones et les interactions entre ces neurones. C'est un processus continu et dynamique de création, de renforcement et d'élimination de connexions synaptiques. C'est notre processus d'apprentissage.
Ce processus d'apprentissage commence avant la naissance et se poursuit avec beaucoup de puissance au cours des premières années de la vie pendant lesquelles il pose les fondations de l'architecture cérébrale.
La plasticité diminue ensuite progressivement avec une baisse très nette à la puberté. Mais elle se poursuit tout de même à l'âge adulte.
Elle est, et c'est un point très important, mobilisable tout au long de la vie.

Les facteurs de réussite d'un apprentissage selon les sciences cognitives

Les sciences cognitives ont identifié quatre facteurs principaux de réussite d'un apprentissage : l'attention, l'engagement actif, le retour d'information, et enfin, la consolidation.

1. L'attention : un filtre qu'il faut savoir captiver et canaliser

L'attention est le mécanisme de filtrage qui nous permet de sélectionner une information et d'en moduler le traitement. Il faut captiver l'attention de l'enfant sur sa tâche et éviter les éléments susceptibles de l'en distraire.

2. L'engagement actif : un organisme passif n'apprend pas

Le principe directeur est on ne peut plus clair : un organisme passif n'apprend pas. On recherchera donc un engagement actif. L'enseignant ne peut mobiliser que si l'enfant qui apprend se mobilise. Or, sans tester la fiabilité d'une connaissance, on restera dans une illusion de savoir. L'enfant qui apprend doit pouvoir se tester. De plus, l'enfant apprendra moins bien si le problème est simple. Autrement dit, rendre les conditions d'apprentissage plus difficiles va paradoxalement aboutir à un surcroît d'engagement et à un effort cognitif, synonymes de meilleure attention. L'apprentissage est donc optimal lorsque l'enfant l'alterne avec des tests répétés de ses connaissances.

3. Le retour d'information : l'erreur est humaine mais aussi... indispensable

Si l'activité plutôt qu'une écoute passive est capitale, elle ne suffit pas. Les chercheurs en sciences cognitives pensent actuellement que le cortex est une sorte de machine à générer des prédictions et à mémoriser les erreurs de prédictions : il lance une prédiction, reçoit en retour des informations sensorielles, et une comparaison se fait entre les deux. La différence crée un signal d'erreur qui va se propager dans le cerveau et qui va permettre de corriger et d'améliorer la prédiction suivante. Le retour d'information est donc essentiel.

Transposé à la pédagogie, cela signifie que l'erreur est normale, inévitable et… fertile. À cela il faut énoncer deux conditions impératives : d'une part l'erreur doit être activement remarquée par l'apprenant qui, loin de l'ignorer, doit la dépasser. D'autre part, pour être fertile elle doit ne pas être trop sanctionnée, le stress étant un inhibiteur d'apprentissage. Pire, un sentiment d'impuissance bloquerait les futurs efforts.
Alors pour dépasser l'erreur et parvenir au succès, quelle serait la bonne méthode ? On privilégiera la motivation par le renforcement positif et la récompense – immatérielle. Bien entendu, il ne s'agit pas de "monnayer" le succès, encore moins de payer les enfants pour qu'ils aient de bonnes notes. Il s'agit au contraire, l'humain étant un animal social, de conclure un succès par un renforcement social : une approbation, une validation, un encouragement.

4. La consolidation des acquis

Pour s'assurer que les connaissances sont acquises, la répétition est absolument nécessaire mais doit être active : c'est l'enfant qui doit chercher à se "ressouvenir". Et c'est au professeur d'organiser la répétition de telle sorte qu'elle devienne active pour l'enfant au lieu de répéter l'information encore et encore. Afin d'assurer la consolidation des acquis, il convient donc de distribuer l'apprentissage en petites séquences, idéalement quotidiennes.

Le sommeil - un élément inattendu dans la consolidation des apprentissages

Il a été découvert qu'on pouvait en permettant à une personne de dormir, même une simple sieste, et sans réapprentissage, améliorer la mesure de sa performance. C'est que le cerveau continue à travailler pendant le sommeil : il "met en ordre" les nouveautés qu'il a enregistrées, probablement en les rejouant en accéléré. Cette vitesse accélérée lui permet de détecter des régularités, d'asseoir la mémoire épisodique (celle des faits vécus) et, avec les algorithmes, d'établir des généralisations, voire d'aboutir à des découvertes. Le sommeil joue ainsi un rôle primordial dans la consolidation des apprentissages.

Le journal scientifique Nature y avait consacré un article : nombreux sont les mathématiciens qui rapportent avoir eu au matin la solution d'un problème sur lequel ils butaient pourtant la veille. Et en répétant l'expérience en laboratoire, on a vérifié ce phénomène.

Le sommeil étant extrêmement important pour le développement de nos enfants, il peut s'avérer intéressant de mieux comprendre comment sont organisés les cycles et les phases de sommeil.

Bientôt ici en ligne des jeux éducatifs qui utilisent les dernières découvertes scientifiques pour un apprentissage efficace

En créant nos jeux éducatifs, nous tenons à respecter les principaux facteurs de réussite de l'apprentissage (l'attention, l'engagement actif, le retour d'information et la consolidation). Nos jeux sont prévus pour s'adapter au rythme d'apprentissage de chaque enfant. Savoir comment fonctionne notre cerveau ainsi que l'attention et la mémoire lorsque nous apprenons nous aide également dans la conception de nos jeux.