La Charge Cognitive - I. Le goulot d'étranglement qui empêche vos élèves d'apprendre

C'est le premier article de notre grande série sur l'enseignement des mathématiques basé sur la recherche.

Vous l'avez sans doute vécu : vous introduisez une nouvelle notion, vous la trouvez limpide, et en quelques minutes, vous voyez le regard de certains élèves se voiler. Ils ont décroché.

Est-ce un manque de motivation ? De "bosse des maths" ?

Souvent, la réponse est plus simple et plus technique : la surcharge cognitive. C'est sans doute le concept le plus important pour comprendre pourquoi un élève apprend... ou n'apprend pas.

Pour les besoins de cet article, nous allons volontairement simplifier des concepts issus de décennies de recherche en psychologie cognitive. Notre but est d'être pratique. Pour celles et ceux qui souhaitent creuser la théorie, une section « Pour aller plus loin » vous attend en fin d'article !

Deux mémoires, deux rôles

Pour simplifier à l'extrême, notre cerveau gère l'information avec deux systèmes principaux :

1. La Mémoire à Long Terme : C'est votre "archive" personnelle. Elle est immense, quasi illimitée. C'est là que sont stockées vos tables de multiplication, la définition d'un vecteur, ou comment résoudre une équation du premier degré.
2. La Mémoire de Travail : C'est votre "bureau" mental. C'est là que vous traitez l'information maintenant.

Le problème ? Ce bureau est minuscule.

Le goulot d'étranglement : la Mémoire de Travail

La mémoire de travail est l'endroit où se passe la réflexion. Mais elle ne peut gérer qu'un nombre très faible d'éléments nouveaux en même temps. Les estimations modernes parlent de 4 à 5 éléments maximum.

Exemple concret : Essayez de retenir cette suite de chiffres : 8 3 9 1 0 4 2 tout en essayant de calculer de tête combien font 13 x 14.

C'est presque impossible. Votre mémoire de travail sature instantanément. C'est pourtant ce qui arrive à un élève quand il doit :

• Comprendre votre nouveau vocabulaire (ex: "colinéaire").
• Regarder le schéma complexe au tableau.
• Se souvenir de la formule que vous venez de donner.
• Et essayer de l'appliquer à un exercice.

Quand la mémoire de travail est pleine, l'apprentissage s'arrête net. L'information "glisse" et ne sera jamais transférée vers la mémoire à long terme.

Apprendre = Transférer de la Mémoire de Travail à la Mémoire à Long Terme

Le véritable apprentissage, c'est la création de "schémas" (des blocs de connaissances) dans la mémoire à long terme.

Un expert (comme vous) n'utilise presque pas sa mémoire de travail pour résoudre un problème qu'il connaît. Il récupère un schéma complet de sa mémoire à long terme (ex: "schéma de résolution d'équation du second degré"). Cela libère sa mémoire de travail pour la vraie réflexion stratégique.

Mais un élève est un novice sur les notions du lycée. Il n'a pas ces schémas. Il dépend à 100 % de sa mémoire de travail tragiquement limitée.

L'implication N°1 pour notre pédagogie

Si nous voulons que nos élèves apprennent, notre rôle premier est de protéger leur mémoire de travail de la surcharge.

Nous ne pouvons pas leur demander de "découvrir" des notions complexes par eux-mêmes en partant de zéro. C'est la recette parfaite pour la surcharge, l'échec et le découragement.

Alors, comment faire ?

C'est l'objet de notre prochain article : l'art d'atomiser les notions complexes.

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Pour aller plus loin

Pour ceux qui souhaitent approfondir les fondements théoriques de la charge cognitive, voici quelques références essentielles qui inspirent nos réflexions :

• Sweller, J. (2011). Cognitive Load Theory. In Psychology of Learning and Motivation (Vol. 55, pp. 37-76). Academic Press. L'un des textes fondateurs de John Sweller, qui pose les bases de la théorie. Un incontournable pour comprendre les différents types de charge (intrinsèque, extrinsèque, essentielle).

• Centre for Education Statistics and Evaluation (CESE). (2017). Cognitive load theory: Research that teachers really need to understand. Une excellente synthèse de 12 pages (gratuite, en anglais) qui distille l'essentiel de la théorie pour une application directe en classe.

• Willingham, D. T. (2009). Why Don't Students Like School?: A Cognitive Scientist Answers Questions About How the Mind Works and What It Means for the Classroom. Une traduction brillante des concepts de psychologie cognitive en conseils pratiques. Traduit en français sous le titre : « Pourquoi les élèves n'aiment-ils pas l'école ? ».

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