L’état actuel de la réflexion sur les mémoires humaines : ce que nous apportent les neurosciences 

L’état actuel de la réflexion sur les mémoires humaines : ce que nous apportent les neurosciences

Les neurosciences pour expliquer la mémorisation

La mémoire, de manière générale, correspond (dictionnaire Larousse) à l’« activité biologique et psychique qui permet d’emmagasiner, de conserver et de restituer des informations ». Les neurosciences, « ensemble des disciplines scientifiques qui étudient le système nerveux » (dictionnaire Larousse) et notamment le cerveau pour la mémoire, permettent aujourd’hui, d’après P. Lledo, de revisiter l’éducation et les apprentissages. En effet, les neurosciences ont permis une grande avancé e dans la connaissance structurale et fonctionnelle du cerveau (notamment grâce à de nouvelles techniques d’imagerie cérébrale) et permettent la mise en place de nouvelles techniques d’apprentissage à l’école , pour un fonctionnement optimal de notre mémoire.
Mais la mémoire intéresse les scientifiques (ou autrefois appelés pens eurs et chercheurs) depuis l’antiquité. Les premières études sur la mémoire ont commencé vers la fin du XIX ème siècle. Il existe depuis deux techniques d’étude : la technique pathologique (études de cas où des personnes présentent des troubles de la mémoire) et la technique expérimentale (réalisation de tests sur des individus). Grâce notamment aux études pathologiques (plus précisément les pertes de mémoire), il a été démontré que la mémoire n’est pas localisé e en un seul endroit de notre cerveau (d’où les expressions « j’ai de la mémoire » ou l’inverse) mais plusieurs zones sont impliquées : c’est la théorie des mémoires partielles (défendue par Ribot – 1881).
Ainsi, dans les années 1950, des recherches permettent de démontrer qu’il existe deux grandes formes de mémoire : la mémoire à court terme et la mémoire à long terme. La mémoire à court terme a une capacité limitée de stockage et entraî ne un oubli rapide (10 secondes) tandis que la mémoire à long terme a une très grande capacité de stockage ainsi qu’un oubli progressif (pouvant aller jusqu’à plusieurs années par exemple pour oublier des images). Ces deux formes de mémoires sont bien distinctes mais néanmoins elles sont très liées : la mémoire à court terme est la première étape pour une mémorisation à long terme.
Elle correspond à ce que l’on nomme la mémoire de travail : elle permet la manipulation et le traitement d’informations. C’est cette mémoire que nous utilisons au quotidien pour pouvoir réaliser deux tâches en même temps par exemple.

Définition du problème

Nous avons vu que la répétition (à hauteur d’une centaine de fois) permettait à la mémoire procédurale de s’améliorer. La mémoire qui nous intéresse ici particulièrement est la mémoire sémantique car elle permet le stockage des connaissances sur le monde qui nous entoure : il s’agit donc de la mémoire qu’utilisent nos élèves pour retenir. A travers son système de répétition espacée, Ebbinghaus affirme que la répétition favorise la mémorisation : mais est-ce valable pour toutes les mémoires ? De plus, quels outils pourrions-nous proposer à nos élèves pour réaliser des répétitions ?
Alain Bentolila définit quatre niveaux d’objectifs d’apprentissage (figure 7) : le savoir déclaratif, le savoir-faire, la stratégie et la compétence.
Nous nous intéresserons surtout, lors de l’expérimentation, à deux niveaux : le savoir déclaratif, qui constitue les connaissances « brutes » que l’élève apprend et mémorise, et la compétente : mobiliser ses ressources, ses connaissances dans une situation donnée.
Après avoir observé plusieurs stratégies de répétition visant à augmenter la mémorisation, j’ai choisi d’en tester une : la réalisation de questionnaires et exercices. Voici alors le problème que j’ai choisi de traiter : l’utilisation d’un outil adapté à visée de répétition (questionnaires, exercices) permet-il aux élèves de mieux mémoriser (ancrage du savoir déclaratif voire atteinte de la compétence), de retarder l’oubli et donc une meilleure mobilisation des notions pour l’évaluation finale ?

Matériel

L’ensemble de l’expérimentation est réalisé au cours du chapitre « La diversité des êtres vivants » appartenant au thème 2 du programme des Sciences de la Vie et de la Terre : « Le vivant et son évolution ». Ce chapitre a une durée d’environ 3 mois car il aborde de nombreuses notions de diversité et de génétique.
La classe test (3èmeE) réalise ce que j’ai nommé des « entraînements ». Le but de ces entraînements est de répéter des savoirs déclaratifs pour être plus à l’aise lors de situations plus complexes. Les élèves réalisent ces entraînements à la maison.
Le premier entraînement est au format papier, les suivants sont au format numérique.
Pour cela, j’ai utilisé le site internet « https://learningapps.org/ ». J’ai choisi ce site car il permet de créer des exercices interactifs soi -même (parmi une proposition de supports présente sur le site internet). L’enseignant a ainsi un compte sur lequel il peut créer des classes et y déposer les exercices que les élèves doivent réaliser. Chaque élève possède un identifiant et un mot de passe pour se connecter (les noms des élèves n’apparaissent pas).
L’enseignant a la possibilité de vérifier si l’élève s’est connecté et a effectué le travail.
Les deux exercices interactifs que j’ai créés à l’aide de LearningApps sont un questionnaire à choix multiple et un texte à trous. Lorsque l’élève se rend sur le site internet pour s’entrainer, il a la possibilité de réaliser l’exercice autant de fois qu’il le souhaite et a accès aux bonnes réponses (correction).
Les deux groupes classes ont donc des conditions différentes (entrainements ou non) mais effectuent les mêmes évaluations. Ces évaluations sont toujours au format papier et comportent deux niveaux de questions :
 Niveau 1 – le savoir déclaratif : dans ces questions sont alors testé es seulement les connaissances « brutes » : par exemple des définitions, des valeurs, des notions, etc.
 Niveau 2 – la compétence : dans ces questions est testé e l’utilisation implicite des connaissances « brutes ». Les questions ne demandent pas explicitement de restituer le savoir déclaratif mais son utilisation est néanmoins nécessaire pour une réponse correcte.

Résultats

Cette partie a pour but de présenter les résultats obtenus lors de l’expérimentation.
L’interprétation en sera faite dans la partie suivante (2.3).
Le premier entraînement réalisé avec la classe test (3èmeE) est sous la forme d’un questionnaire format papier donné en devoir maison (annexe 1) : les élèves pouvaient utiliser leur cours pour répondre aux questions, seulement s’ils en ressentaient le besoin (ils devaient cocher une case dans ce cas). Ce questionnaire a pour but de réviser la leçon, de répéter une première fois les savoirs déclaratifs.
J’ai réalisé des statistiques sur ce premier entraînement, dont l’ensemble est présenté dans le graphique n°1, dans le but de comparer l’évolution de mes élèves, entre la restitution du savoir déclaratif (lors de ce devoir maison) et la compétence (lors de la dernière évaluation).
Pour chacune des questions du questionnaire : deux barres sont représentées. La première représente le nombre total d’élèves dans la classe, subdivisée par les 3 catégories énoncées dans la partie « méthodologie ». La seconde colonne représente le nombre d’élèves de la classe ayant utilisé le cours pour la question. Ainsi, par exemple, la question 1 était : « Quels sont les deux types de caractères que possèdent les êtres humains ? ». Cette question demande à l’élève de restituer un savoir déclaratif.
Pour leur deuxième entraînement, les élèves de la classe test (3 ème E) ont réalisé, à la maison, un questionnaire à choix multiple numérique sur le site « https://learningapps.org/»(le questionnaire est présenté en annexe 2 ainsi que la source). La réalisation de cet exercice était obligatoire (l’enseignant a la possibilité de contrôler si les élèves l’ont réalisé ou non).
A la suite de ces deux entraînements pour la classe test (3 ème E), une évaluation est réalisée pour les deux classes (témoin et test). Dans cette évaluation (présentée en annexe 3), les deux niveaux de difficultés présentés dans la partie « méthodologie » (savoir déclaratif et compétence) sont évalués (indicateur C). L’ensemble des résultats est présenté dans le graphique n°2.

Interprétation

Nous allons, dans cette partie, interpréter les résultats obtenus lors de l’expérimentation. Pour cela, nous allons reprendre par ordre chronologique les résultats.
A l’observation des résultats de la première évaluation (graphique n°2), il est possible de dire que, de manière générale, après 2 entraînements :
– Le nombre d’élèves ayant une réponse correcte est, soit le même, soit plus élevé dans la classe test que dans la classe témoin,
– Le nombre d’élèves ayant une réponse fausse (ou absence de réponse) est, soit identique, soit plus faible dans la classe test que dans la classe témoin.
Si l’on s’intéresse à l’indicateur C : les élèves de la classe test réussissent en général mieux les questions de type compétence (graphique 4) mais obtiennent la même performance concernant les questions de type savoir déclaratif.
Ainsi, suite à ces premiers résultats, il n’est pas encore possible de dire que la répétition a permis une amélioration des performances des élèves de la classe test.
Suite à cette évaluation, les élèves de la classe test ont bénéficié d’un entrainement supplémentaire. Ainsi, lors de l’évaluation 2 (graphique n°5), nous pouvons remarquer :
– une réduction systématique du nombre de mauvaises réponses (ou absence de réponses) dans la classe test par rapport à la classe témoin,
– une augmentation du nombre de bonnes réponses pour cette même classe (sauf pour la question 4).
Ces mêmes résultats sont visibles sur les deux niveaux de questions. Il y a :
– plus d’élèves répondant correctement à une question de type savoir déclaratif dans la classe test que dans la classe témoin. Mais cette augmentation n’est que légère pour les questions de type compétence.
– Moins d’élèves répondant de manière incorrecte (ou ne répondant pas) dans la classe test que dans la classe témoin pour les deux niveaux de question. Le résultat est significatif pour la question 6 de type compétence : plus d’élèves dans la classe test obtiennent la totalité des points grâce à une réponse correcte. C’est -à-dire que plus d’élèves réussissent à faire le lien entre phénotype et génotype, alors que seul un élève réussit à faire ce lien dans la classe témoin (production élève n°1). Malgré le fait que certains élèves connaissent correctement les définitions (génotype et phénotype) et les donnent dans leur réponse, ils n’arrivent pas à comprendre ce qui les lie (production élève n°2). Ce phénomène est observable dans les deux classes, mais moins fréquent dans la classe test.

Discussion critique et limites potentielles de la recherche

La recherche et l’expérimentation que j’ai menées ont des limites que je me dois d’exposer.

Discussion des résultats obtenus

Les résultats obtenus à la suite de l’expérimentation sont cohérents par rapport à la recherche menée au préalable. En effet, les travaux d’Ebbinghaus indiquaient que la répétition de manière espacée permettait une meilleure restitution des savoirs. C’est ce que j’ai pu observer. Le but de cette expérimentation était de savoir si l’utilisation d’un outil en particulier, le questionnaire exercice, permettait d’améliorer l’ancrage des connaissances en mémoire sémantique (mémoire utilisée à l’école), mais aussi si cela permettait de mieux maîtriser le savoir déclaratif dans le but d’acquérir une compétence. Les résultats sont obtenus sur de faibles effectifs. Parfois les différences entre la classe test et la classe témoin sont minimes. Certaines différences sont plus véritables, notamment lorsque cela concerne des questions de savoir déclaratif, énoncées avec plus de clarté. Mais il est effectivement difficile de démontrer que l’augmentation de la performance de la classe test pour des questions de type compétence est due à cet outil. Je pense que cela a tout de même joué un rôle, mais seulement pour certains élèves, déjà à l’aise avec le savoir déclaratif. En effet, plus l’élève répète, plus il ancre le savoir déclaratif en mémoire. Ainsi, le temps nécessaire pour restituer une notion est plus court : l’élève maîtrise cette notion. Cela laisse alors l a possibilité d’aller plus loin et de mobiliser ses connaissances pour répondre à des questions implicites : car la maîtrise d’une compétence repose tout d’abord sur les connaissances.

Les délais de l’expérimentation

Il serait intéressant de réaliser cette même expérimentation sur l’ensemble de l’année : les résultats deviendraient alors certainement de plus en plus affinés, notamment ceux concernant l’acquisition d’une compétence.
Si l’on s’intéresse au test de l’oubli (évaluation 3) et que l’on compare les résultats obtenus par la classe test pour une même question (question 1 de l’évaluation 2 et question 1a de l’évaluation 3 : « Définis le mot gène ») : plus d’élèves réussissent à donner une réponse correcte après deux semaines de non-répétition que lors de la deuxième évaluation. Deux semaines n’ont donc pas suffit pour démontrer que l’oubli est réellement retardé par la répétition. Un délai plus long est donc préconisé pour une réalisation similaire d’expérimentation.

L’utilisation de questionnaires papiers ou numériques

J’ai toujours choisi de traiter la répétition de la même manière, c’est-à-dire sous la forme de questionnaires réalisés à la maison. Mais ces questionnaires n’étaient pas toujours de la même nature : parfois ils étaient au format papier et les réponses à rédiger sur une feuille, parfois ils étaient numériques sur un site internet interactif (LearningApps) et sous la forme d’un questionnaire à choix multiple (ne pouvant donc répéter à ce moment que les connaissances « brutes ».) Se trouve alors dans ces divers questionnaires une limite : le format papier ou numérique peut avoir une action différente sur la mémorisation des connaissances.
Effectivement, le format QCM interactif sur internet permet peut-être à certains des élèves de mieux mémoriser et se souvenir lors d’une évaluation. C’est un point que je n’ai pas traité dans cette expérience.

Les différents outils adaptés pour les répétitions

De plus, il existe d’autres techniques pour répéter, seulement un outil a été testé dans cette expérimentation : ce n’est pas forcément le plus efficace. Il faudrait réaliser la même expérimentation mais avec l’utilisation d’autres outils comme par exemple les cartes mentales, la réalisation de fiches de révision par les élèves, les rappels de 10 minutes en début de cours de savoirs déclaratifs, etc.
Il est également possible d’utiliser différents modes d’évocation (entrées sensorielles différentes). Ces modes d’évocations sont mis en jeu pour activer la mémoire de travail, dont nous avons vu qu’elle était la première étape pour un ancrage en mémoire à long terme. Chaque individu est plus sensible à un ou plusieurs modes d’évocation (visuel, auditif, kinesthésique, etc.). Il pourrait être intéressant de travailler par techniques de rappel avec nos élèves. Nous pourrions leur proposer de choisir leur technique à travailler.
– Mémoriser par association (association de contexte à une notion),
– Mémoriser par illustration (cartes mentales, schémas, dessins, etc.),
– Mémoriser par classement,
– Mémoriser par représentation spatiale,
– Etc.
Cette pratique est très répandue aux Etats-Unis. J’ai pu l’observer directement dans des écoles américaines. Sans résultats chiffrés d’augmentation de performance, je peux néanmoins affirmer que la motivation des élèves en est augmentée.

Importance de l’hygiène de vie

Pour une mémorisation optimale, comme le dit P-M Lledo, dans l’interview « neurosciences et apprentissage », il est nécessaire de répéter pour mémoriser mais aussi de dormir. Dans mon expérience je n’ai pas pu analyser cet aspect étant donné que je n’avais pas d’information sur le moment où mes élèves réalisaient leur questionnaire dans la journée, et si leur sommeil était de qualité. Ainsi, le test était peut-être réalisé pour certains le lendemain de leur répétition (espacé d’une nuit de sommeil donc) tandis que pour d’autres une semaine après leur répétition (espacé de sept nuits au maximum). Ce temps de sommeil entre répétition et évaluation est important mais impossible à mesurer dans mon expérimentation.

Expliquer les neurosciences à nos élèves pour les motiver

Mr. Lledo indiquait également que pour être dans une situation de cerveau pondéré (c’est-à-dire prêt à stocker l’information, en situation de chercher à comprendre) il faut avoir le désir d’acquérir des notions (pour maintenir le cerveau performant) mais aus si être motivé.
Ces points n’ont pas non plus été traités dans la recherche d’amélioration de la mémorisation. Néanmoins, j’ai eu des retours de mes élèves, m’indiquant que les questionnaires au format numérique les avaient plus motivés à réaliser ce dernier. Ils pensent que réaliser des exercices sous ce format leur permet de mieux retenir. Nous pouvons rapprocher ce sentiment partagé par la plupart des élèves au fait que le contexte d’apprentissage et/ou de répétition influe sur la récupération des informations. Lors de l’évaluation, l’élève arrivera peut-être plus facilement à se souvenir du savoir en se visualisant chez lui, devant son ordinate ur, réalisant le questionnaire.
Les indices de récupération sont un paramètre important pour la restitution des connaissances lors d’une évaluation sommative. En effet, un élève peut connaître une définition mais avoir des difficultés à la restituer car il manque d’indice de récupération : l’élève sait, mais n’arrive pas à répondre. Le professeur peut alors l’aider, en lui indiquant le contexte d’apprentissage. Par exemple : « Souviens-toi, il s’agit d’une notion que tu as travaillé lors de l’activité 2 et que tu as révisée dans un questionnaire LearningApps ». Ces indices permettent alors à l’élève de récupérer l’in formation et de la restituer.
L’importance des neurosciences dans l’apprentissage est de nos jours croissante. Les enseignants y trouveront un avantage en expliquant à leurs élèves comment fonctionne leur cerveau. Il est important que les élèves prennent conscience de l’oubli pour pouvoir comprendre le système de répétition espacée. Peu importe la manière qu’ils choisissent pour répéter, ils progresseront forcément dans leur apprentissage. Les neurosciences et les sciences cognitives existent pour faire prendre conscience à l’Homme du fonctionnement de son cerveau : savoir comment il fonctionne nous permet alors de l’utiliser à bon escient.

Conclusion

Les neurosciences et les sciences cognitives nous apprennent que nos mémoires sont multiples, ont une localisation diffuse dans le cerveau et permettent de revisiter l’éducation et les apprentissages. Grâce à l’expérimentation mise en place pour répondre au problème, nous pouvons donc dire que favoriser des outils de répétition permet à nos élèves d’améliorer l’ancrage du savoir déclaratif en mémoire. Cette utilisation permet également de tendre vers l’acquisition d’une compétence. En e ffet, suite à de nombreux entraînements, les élèves sont moins désorientés lorsqu’ils sont face à une situation complexe.
Néanmoins, il faut envisager de s’adapter aux différents profils d’élèves. Chacun d’entre eux sera plus à l’aise avec un type d’outil (numérique, papier, graphique, texte, etc.). Il faut dont les ouvrir au monde des neurosciences et sciences cognitives, leu r expliquer comment fonctionne leur cerveau, leur fournir toutes les clés possibles pour qu’ils puissent correctement l’utiliser et réussir leur scolarité.

Table des matières
Introduction 
1. L’état de l’art 
1.1. L’état actuel de la réflexion sur les mémoires humaines : ce que nous apportent les neurosciences
1.1.1. Les neurosciences pour expliquer la mémorisation
1.1.2. Les neurosciences pour expliquer l’oubli
1.2. Définition du problème
1.3. Formulation d’hypothèses
2. La démarche scientifique de résolution pour répondre au problème 
2.1. Méthodologie
2.1.1. Participants
2.1.2. Matériel
2.1.3. Procédure
2.2. Résultats
2.3. Interprétation
2.4. Discussion critique et limites potentielles de la recherche
2.4.1. Discussion des résultats obtenus
2.4.2. Les délais de l’expérimentation
2.4.3. L’utilisation de questionnaires papiers ou numériques
2.4.4. Les différents outils adaptés pour les répétitions
2.4.5. Importance de l’hygiène de vie
2.4.6. Expliquer les neurosciences à nos élèves pour les motiver
Conclusion 
Bibliographie
Annexes 

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