L’origine et l’histoire des puzzles 

La place des puzzles à l’école

La résolution de problèmes

Gérin-Gratalou, Solonel et Tutiaux-Guillon (1994), cités par Chloé Guyard (2017), définissent la situation-problème comme une situation d’apprentissage où le problème ne peut être résolu que si l’élève remodèle ses représentations sur le sujet, ou s’il intègre une nouvelle compétence, et dépasse l’obstacle. L’apprenant est placé dans une situation de déséquilibre entre ce qu’il sait (ses connaissances et représentations initiales), et ce dont il a besoin pour résoudre le problème. En effet, la « situation est un problème quand on a un objectif, un but à atteindre, et que les moyens pour y parvenir ne sont pas disponibles et, sont à construire » (Clément, 2001, p318). Ceci va conduire le sujet à un questionnement, une remise en question de ce qu’il sait, puis l’acquisition de nouvelles procédures pour dépasser l’obstacle et résoudre le problème. De cette manière, il va intégrer de nouvelles connaissances de manière dynamique et faire évoluer ses représentations initiales.
Le puzzle constitue donc une situation-problème où le sujet va chercher à placer correctement des pièces afin de reconstituer une image. Cette situation peut être présentée dès le plus jeune âge, d’où la présence de nombreux puzzles dans les classes de maternelle.

Les puzzles dans les programmes

Dans les nouveaux programmes de l’école maternelle, issus du BO de 2015, les puzzles réaffirment leur place au sein des classes. Ces « casse-tête » sont intégrés au domaine d’apprentissage « Construire les premiers outils pour structurer sa pensée » dans le sousdomaine « Explorer les formes, les grandeurs et les suites organisées ». Il est attendu qu’un enfant de fin de cycle 1 soit capable de reproduire un assemblage à partir d’un modèle et, plus particulièrement, de reproduire un modèle (puzzle, pavage, assemblage de solides) de plus de douze éléments. De plus, les puzzles s’inscrivent dans les différentes modalités d’apprentissage de l’école maternelle, et principalement, dans les modalités d’apprentissage « apprendre en jouant » et « apprendre en réfléchissant et en résolvant des problèmes », ce qui en fait une activité « complète » (BO de 2015).
D’après Cordier et Pestel (1986), la résolution de puzzles comporte de nombreux intérêts pédagogiques : tant au plan perceptif (au niveau du traitement de l’information), qu’au plan moteur (construction d’une réponse motrice), ou encore en matière de choix faits par le sujet. Cette activité permet aussi à l’enfant d’apprendre à mener une activité à son terme. Le puzzle fait donc appel à diverses compétences mais aussi modalités d’apprentissage, ce qui en fait une activité « complète » qui a toute sa place à l’école maternelle.

Liens entre fonctions exécutives et résolution de puzzles

Comme nous l’avons vu précédemment, les FE « constituent des fonctions cognitives supérieures qui se mobilisent dans des situations non-routinières, nouvelles, conflictuelles ou lors de la réalisation d’une tâche complexe » (Diamond, 2016, cité par Duval et al. 2017, p121). Ces habiletés vont intervenir lors de la réalisation de puzzles. v Inhibition : la capacité d’inhibition intervient dans le tri des informations et le rejet de celles qui ne sont pas pertinentes. Elle va aider le sujet à choisir la bonne pièce parmi toutes les autres, en se centrant sur des critères précis (forme, couleur, motif), et en ignorant les autres.
v Mémoire de travail : la MdT va être mobilisée afin de traiter les informations nécessaires à la construction du puzzle. Par exemple : se souvenir que telle partie du puzzle nécessite des pièces vertes avec tel motif pour les feuilles ou, que pour le personnage de l’abeille, il ne manque qu’un œil donc, si le sujet trouve une pièce avec un œil dessiné dessus, cette pièce pourrait appartenir à ce personnage.
v Flexibilité : la flexibilité, qui se traduit globalement comme la capacité à alterner entre deux tâches, va avoir une participation très importante dans la résolution de puzzle. Elle sera utilisée, par exemple, lorsque le sujet va essayer d’emboîter une pièce, mais qu’il se rend compte qu’elle ne convient pas. Il faudra que le sujet soit flexible pour parvenir à changer de pièce et donc, en essayer une autre.

Méthode

Afin de mesurer les fonctions exécutives chez des enfants de maternelle (âgés de 3 à 6 ans), des professeurs des écoles stagiaires ont effectué différents tests dans le cadre de ce sujet de recherche. Chaque test a été réalisé individuellement hors de la classe, en situation duelle, pour que l’enfant puisse se concentrer au maximum, et limiter les éventuels bruits parasites.

Participants

Cette étude a été réalisée auprès de 82 élèves de maternelle résidant dans des communes de Savoie et Haute-Savoie. 13 élèves de petite section (8 filles et 5 garçons), 50 élèves de moyenne section (26 filles et 24 garçons) ainsi que 19 élèves de grande section (7 filles et 12 garçons) ont participé à l’expérimentation. L’échantillon est composé d’élèves issus de toutes les classes sociales, d’élèves allophones, et d’élèves avec des niveaux scolaires très hétérogènes. Les tests ont été réalisés dans les écoles entre les mois de janvier et mars 2020.

Mise en œuvre matérielle et déroulement

Cette étude a nécessité cinq tests devant être réalisés par chacun des enfants :
v Test « Tête – Epaules – Genoux – Pieds » ou TEGP (durée de 10 à 15 minutes)
v Test de tri de cartes à changement de dimension ou DCCS (durée de 10 à 15 minutes)
v Test de traçage des pistes préscolaires ou Trail-P (durée de 5 à 10 min)
v Test Empan mnésique (durée de 5 à 10 minutes)
v Résolution d’un puzzle de 30 pièces (durée de 3 à 10 minutes)

Test « Tête – Epaules – Genoux – Pieds » (TEGP)

Ce test permet de mesurer les capacités d’inhibition des participants. Il existe un parallèle avec le jeu du « ni oui ni non », ou le test de Stroop où le participant doit faire un effort et se contrôler. Ici, le sujet doit inhiber et donc réaliser une action qui va à l’encontre de l’instruction donnée par l’évaluateur. Le TEGP comporte trois épreuves déclinées en trois étapes : démonstration, pratique et évaluation/test. Le score s’obtient en comptabilisant les bonnes réponses immédiates (2 points), et les bonnes réponses après auto-correction de l’élève (1 point).
Dans la première épreuve, on se centre sur la tête et les pieds. Dans la « démonstration », l’examinateur touche sa tête puis ses pieds en verbalisant, puis demande à l’élève de faire comme lui. Ensuite, il demande à l’enfant de faire le contraire de ce qu’il demande (c’est la partie « pratique »). Par exemple, si l’examinateur dit à l’enfant « touche ta tête », l’enfant doit toucher ses pieds et inversement. Si l’enfant répond correctement, l’évaluateur donne un feed-back positif ; sinon il réexplique les consignes. Ici, l’adulte peut réexpliquer la consigne trois fois maximum et relève le nombre de rappels. L’enfant peut demander lui-même à l’adulte de redonner la consigne. Ensuite, dans la partie « test », l’élève est évalué. Il ne bénéficie plus d’explications de la part de l’adulte et ne reçoit plus de feedback (positif ou négatif). A l’issue de cette première épreuve, l’élève doit atteindre au moins 4 points pour passer à la suivante. S’il n’atteint pas ce score minimum, le test s’arrête.
Pour la seconde épreuve, le fond de l’activité reste le même. Néanmoins, on ajoute certaines parties du corps : les épaules et les genoux. L’élève doit continuer à faire le contraire de ce que lui demande l’examinateur. Quand ce dernier dit « touche ta tête », l’élève doit continuer à toucher ses pieds et inversement ; mais quand l’examinateur demande « touche tes épaules », l’élève doit toucher ses genoux et inversement. Comme dans la partie précédente, si l’élève n’atteint pas le score minimum de 4 points dans la phase « test », le test s’arrête.
La dernière épreuve conserve la structure et l’objectif de départ. Toutefois, on bouleverse les règles en changeant l’association « ordre-partie du corps ». Quand l’examinateur dit « touche ta tête », l’élève doit toucher ses genoux et quand il dit « touche tes genoux », l’élève doit toucher sa tête. De même, si l’adulte dit « touche tes pieds », l’élève doit toucher ses épaules et inversement ; quand l’évaluateur dit « touche tes épaules », l’élève doit toucher ses pieds.

Test de tris de cartes à changement de dimensions

Le tri de cartes à changement de dimensions (DCCS) permet de mesurer la flexibilité, et donc la capacité à alterner entre plusieurs informations ou tâches. L’évaluateur demande à l’élève de trier des cartes sur lesquelles figure une image en fonction de critères évolutifs. Ce test se décline en plusieurs étapes : il y a au total deux étapes de démonstration et trois étapes de pratique (test). Il y a deux scores à l’issue du DCCS. Le premier résulte des bonnes réponses aux deux premières étapes de pratique, et le second correspond à la somme des points de la dernière partie de pratique.
Au départ, deux boîtes sont placées devant l’élève avec, sur chacune d’elle, une carte modèle : un lapin bleu est placé sur la boîte située à gauche de l’enfant, et un bateau rouge sur la boîte située à sa droite. L’examinateur possède un tas de cartes avec des images de lapins et bateaux (bleus ou rouges) rangées dans un ordre précis. Certaines possèdent un cadre noir qui sera nécessaire à la dernière étape de pratique. L’enfant doit ranger les cartes selon les critères énoncés. Avant chaque essai, le protocole prévoit un rappel de la règle de tri à l’enfant, par exemple : « Donc rappelle-toi, si c’est un lapin il va ici, mais si c’est un bateau il va là ».
Il existe deux ordres de passation pour le DCCS. Leur contenu est identique : les tâches demandées et les critères de tris sont les mêmes. Seul l’ordre de présentation des cartes diffère. Ainsi, dans l’ordre 1, les élèves doivent trier les cartes d’abord en fonction de leur forme, puis en fonction de leur couleur. Dans l’ordre 2, c’est l’inverse ; les élèves trient en premier les cartes en fonction de leur couleur, puis en fonction de leur forme. 45 élèves ont passé le DCCS dans l’ordre 1, et 36 élèves l’ont passé dans l’ordre 2.
Pour démarrer, l’évaluateur présente les deux boîtes à l’enfant et explicite le critère de tri pour le jeu des formes. Il indique précisément que les lapins vont dans une boîte et les bateaux dans l’autre. Ensuite, il fait un exemple avec la première carte, puis demande à l’enfant où va la seconde carte. L’adulte lui demande de la ranger dans la bonne boîte et donne un feed-back positif ou négatif en fonction de la réponse. Ensuite, dans la première phase de test (composée de huit essais), l’évaluateur ne donne plus de feed-back à l’enfant et relève le nombre de bonnes réponses.
Pour l’étape suivante, l’évaluateur annonce à l’élève que la règle change et qu’il va jouer au jeu des couleurs. De la même manière que pour l’étape 1, il explicite la règle en montrant que les images rouges vont dans une boîte et les bleues dans l’autre. Ensuite, on passe à la phase de test où l’enfant n’a plus de feed-back, et où l’évaluateur comptabilise le nombre de bonnes réponses sur les huit essais proposés. On ne passe à la dernière partie du DCCS que si l’enfant obtient au moins cinq lors de ces deux phases de test.
La dernière partie commence également par une démonstration où l’évaluateur modifie la règle du jeu. On conserve les mêmes images, mais certaines sont entourées d’un cadre noir. L’examinateur explicite la nouvelle règle auprès de l’enfant : si l’image est entourée d’un cadre noir, on joue au jeu des couleurs, sinon, on joue au jeu des formes. Il donne ensuite un exemple avec cadre et un exemple sans cadre. Puis, on passe à la phase de test avec douze essais, où l’élève trie les cartes selon la nouvelle règle. L’évaluateur comptabilise seulement les bonnes réponses.

Test Empan mnésique

Trois tests ont été menés pour mesurer la MdT : le test des blocs de Corsi, un test d’empan avec des chiffres inversés et un test d’empan de mots inverse. Ici, les élèves doivent mémoriser les informations données, puis les traiter pour les rendre dans l’ordre inverse.

Test des blocs de Corsi

Ce test se divise en deux parties. L’examinateur et l’élève se placent autour d’un plateau sur lequel sont disposés neufs cubes parfaitement identiques. Sur chacun d’eux, figure une lettre allant de A à I, qui n’est visible que par l’examinateur. Ce test est introduit par le biais d’une marionnette (Gabrielle) qui fait tout à l’envers.
Le test débute par une phase de démonstration. L’évaluateur montre le cube A, puis le cube B en les nommant, puis les montre avec la marionnette dans l’ordre B – A, en réexpliquant que la marionnette fait tout à l’envers. Il demande ensuite à l’enfant de faire ce que ferait la marionnette. S’il répond correctement, on passe à la phase de test, sinon l’évaluateur refait une démonstration en réexpliquant.
La phase de test comporte cinq séries constituées chacune de deux essais. Dans la première série, l’adulte montre deux blocs que l’enfant doit ensuite montrer dans l’ordre inverse. Un point est accordé à chaque essai. Si l’élève se trompe aux deux essais d’une même série, le test s’arrête et on passe au suivant. A chaque série, l’examinateur rajoute des blocs pour atteindre 5 blocs lors de la dernière série. Le sujet peut obtenir au maximum 10 points.

Test à empan de chiffres inverse

Ce test intervient à la suite du test des blocs de Corsi avec deux parties également. Une phase de démonstration permet à l’examinateur de rappeler à l’enfant que Gabrielle fait tout à l’envers. Ensuite, il donne un exemple à l’aide de la marionnette : « par exemple, si je dis 6 – 9, Gabrielle va me dire 9 – 6 ». L’enfant doit à son tour faire comme la marionnette.
Comme pour l’épreuve précédente, pour la phase de test, il y a cinq séries de deux essais. L’examinateur énonce une suite de chiffres que l’enfant doit restituer à l’envers. Dans la première série, l’évaluateur annonce deux chiffres, puis, augmente le nombre de chiffres annoncés, pour atteindre cinq chiffres lors de la dernière série. Un point est accordé à chaque bonne réponse. Si l’enfant se trompe sur les deux essais d’une même série, le test s’arrête.

Test à empan de mots inverse

Ce test intervient en dernier et se divise lui aussi en deux étapes. Lors de la démonstration, l’évaluateur rappelle que la marionnette fait tout à l’envers et qu’elle répète même les mots à l’envers. Ensuite, il donne un exemple : « par exemple, si je dis chat – bouche, Gabrielle va me dire bouche – chat ». L’enfant doit à son tour faire comme elle.
Pour la phase de test, ici encore on compte cinq séries de deux essais. Au début, l’enfant est invité à répéter deux mots dans l’ordre inverse, puis la tâche se complexifie au fil des séries avec davantage de mots (cinq mots par essais lors de la dernière série). Chaque bonne réponse vaut un point et s’il y a deux erreurs sur une même série, le test s’arrête.
Le relevé des scores se matérialise de la manière suivante.

Résultats

Après avoir mené les différents tests auprès des élèves, nous avons mis en commun les résultats obtenus afin d’obtenir un échantillon plus grand, et donc des analyses plus pertinentes. Nous chercherons à vérifier s’il existe des liens de corrélation, ou de régression, entre les différentes FE et la performance au puzzle. Les résultats nous permettront aussi de constater s’il y a un lien entre le milieu social, l’exposition au bilinguisme et le développement des FE. Les calculs ont été effectués avec le logiciel Statistica. Les résultats présentés ci-dessous sont obtenus pour un seuil de confiance à 0,95. Dans ces analyses, notre effectif maximal est de 82 participants. Ceci explique la marge d’erreur assez forte qui est exprimée sur chaque graphique par les barres verticales bleues.

Analyse préliminaire

Avant l’exploitation des résultats, nous avons réalisé une analyse préliminaire afin d’identifier les différentes variables qui pourraient créer des biais dans l’étude menée. Ici, nous avons testé les variables suivantes sur le score extrapolé au puzzle : effet de l’expérimentateur, effet de l’ordre de passation du DCCS, effet du sexe de l’enfant.
Grâce à cette analyse selon la loi de Fischer, nous avons constaté qu’il y avait un effet de l’expérimentateur. Il faut donc être prudent avec les résultats obtenus car les enfants ont pu ne pas tous être testés dans les mêmes conditions. Néanmoins, on obtient F(4,55) = 5,8279, p=.00055, ce qui signifie que l’on a moins d’une chance sur mille de se tromper en généralisant ces résultats à l’ensemble des enfants de maternelle.

Discussion

Validation des hypothèses

Cette étude a été menée par un groupe de six professeurs des écoles stagiaires dans des classes de maternelle auprès d’un public très hétérogène composé de 82 enfants, âgés de 3 ans à 6 ans. L’un des objectifs était de mettre en évidence les apports du puzzle du point de vue de la résolution de problèmes, mais aussi la mobilisation de diverses compétences cognitives nécessaires pour le résoudre. Nous avions formulé différentes hypothèses à propos du rôle des FE sur la résolution de puzzle, ainsi que sur les facteurs de développement de ces FE :
v Les élèves qui ont les meilleures capacités en inhibition sont les plus performants en résolution de puzzle.
v Les élèves les plus performants en MdT sont ceux qui parviennent à résoudre un puzzle le plus rapidement.
v Les élèves les plus flexibles sont les plus performants en résolution de puzzle.
v Les enfants dont les parents ont une CSP élevée sont les plus performants aux tests de FE.
v Les enfants allophones sont meilleurs aux tests de FE que les enfants monolingues.
La première hypothèse qui visait à lier inhibition et performance au puzzle a été vérifiée par le biais du TEGP. Ainsi, plus les élèves seront performants en inhibition, meilleurs ils seront au puzzle, ce qui peut être interprété de la manière suivante : « plus l’enfant est capable de se retenir de faire un mouvement de bras vers la mauvaise direction, plus il pourra se retenir de prendre une pièce qui n’est pas la bonne ». Toutefois, les phases 2 et 3 du TEGP
mobilisent des compétences de MdT et de flexibilité, en lien avec l’impureté des tâches que nous avons déjà évoquée. Bien que ce test mesure principalement l’inhibition, nous avons une impureté de la tâche qui intervient surtout dans la partie 3, avec une intervention de la MdT.
En effet, il existe une corrélation entre la MdT composite et les résultats au TEGP. De plus, la partie 3 du TEGP comporte deux demandes d’inhibition dans la même tâche : l’enfant ne doit pas toucher la partie du corps annoncée (comme dans les autres parties), mais en plus il ne doit plus toucher la partie du corps selon l’ancienne association (qui était en vigueur dans les parties 1 et 2). A cela s’ajoute que c’est un test relativement long, qui va entraîner une certaine fatigue cognitive, surtout si l’enfant atteint la partie 3. Or, cette partie est la plus complexe et va susciter davantage les FE.
Par ailleurs, l’inhibition était aussi mesurée par le Trail-P avec la planche perturbateur – fromage. Cependant, les résultats n’ont pas permis de mettre à jour une corrélation entre ce test et la performance au puzzle. Ainsi, la capacité à ne pas relier les mauvaises cibles n’est pas prédictible du score au puzzle. Ce n’est pas parce qu’un enfant arrive à se retenir de toucher une mauvaise cible qu’il sera meilleur au puzzle. Ceci nous invite à nous intéresser aux limites de ce test. En effet, l’enfant doit déjà être capable de tenir son crayon, de réaliser un tracé, mais aussi de trier des éléments en fonction de leur taille, ce qui n’est pas encore acquis par tous les élèves, même pour des grandes sections. De plus, certaines difficultés étaient liées à la lecture de la planche par les élèves, qui se focalisent sur les éléments un à un, sans lecture globale. Ainsi, on peut se demander si ce test est vraiment adapté à cette classe d’âge pour mesurer l’inhibition.

Apport du mémoire au regard des perspectives professionnelles

La recherche et les analyses effectuées au cours de ce travail nous ont permis de lier les différentes FE à la résolution de puzzles, ce qui est intéressant d’autant plus que les puzzles sont très présents en classe, et appartiennent à la résolution de problèmes. Ceci renforce mon idée de progression, avec des niveaux basés sur le nombre et la forme des pièces, au travers d’un livret qui s’étend sur plusieurs périodes. Cette étude m’a permis de constater l’importance de tenir compte des motifs et couleurs présents sur les pièces dans les critères. La posture de chercheur que nous avons dû adopter nous a permis de questionner certaines de nos pratiques, mais aussi d’observer nos élèves avec un autre regard. N’étant pas dans une posture d’enseignement mais d’observateur, nous ne pouvions pas aider nos élèves.
Ainsi, nous avons pu identifier plus précisément quelles étaient leurs difficultés, leurs procédures dans des tâches ciblées. Je pense que cette posture, bien que déstabilisante, est un atout pour un enseignant dans l’évaluation des compétences des élèves, mais aussi pour analyser sa propre pratique.
Ce travail nous a montré l’importance du lien entre la recherche et le terrain. En effet, lors de discussions en groupe de mémoire, nous avons pu souligner le fait que certains tests (comme celui sur l’empan de mots inverses), ne pouvaient pas être abordés de la même manière avec des enfants dont le français est la langue maternelle, qu’avec des enfants allophones. C’est la pratique de classe qui a permis de soulever la nécessité de travailler au préalable le vocabulaire, afin que ces élèves aient les mêmes chances de réussite que les autres. De même, pour le test du TEGP, c’est la pratique de classe qui permet de justifier un travail préalable sur le schéma corporel, afin de s’assurer que les erreurs ne soient liées qu’à un déficit d’inhibition, et non pas à des difficultés de vocabulaire.

Table des matières
Introduction
1. Fonctions exécutives et résolution de puzzles 
1.1. Les fonctions exécutives
1.1.1. Définitions
1.1.2. Le développement des fonctions exécutives chez l’enfant
1.1.3. Les facteurs influençant le développement des FE
1.1.4. Les fonctions exécutives à l’école
1.1.5. Les techniques de mesure des fonctions exécutives chez l’enfant
1.2. Les puzzles
1.2.1. L’origine et l’histoire des puzzles
1.2.2. Intérêt cognitif des puzzles et stratégies de résolution
1.2.3. La place des puzzles à l’école
1.2.4. Liens entre fonctions exécutives et résolution de puzzles
2. Problématique
3. Méthode 
3.1. Participants
3.2. Mise en œuvre matérielle et déroulement
3.2.1. Test « Tête – Epaules – Genoux – Pieds » (TEGP)
3.2.2. Test de tris de cartes à changement de dimensions
3.2.3. Test de traçage des pistes préscolaires (Trail-P)
3.2.4. Test Empan mnésique
3.2.5. Résolution du puzzle
4. Résultats 
4.1. Analyse préliminaire
4.2. Analyses de corrélation entre les tests de FE
4.3. Analyses de régression
4.3.1. Effet des différentes FE sur le temps extrapolé au puzzle
4.3.2. Effet de l’environnement sur les tests de FE
5. Discussion 
5.1. Validation des hypothèses
5.2. Apport du mémoire au regard des perspectives professionnelles
Conclusion 
Bibliographie

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