Comprendre les fondamentaux des sciences cognitives pour concevoir des modules e-learning efficaces : (1/4) Le fonctionnement de la mémoire

Dans cette série d’articles, nous allons nous appuyer sur les sciences cognitives pour comprendre les mécanismes d’apprentissage et en déduire des recommandations concrètes pour concevoir des modules multimédias efficaces.

En effet, plus l’utilisation du multimédia pour l’apprentissage se démocratise et se généralise, plus les concepteurs e-learning innovent dans les formats de formation. De la vidéo de formateur au serious game en réalité virtuelle, en passant par la vidéo pédagogique et le module interactif, à chaque format son utilité et son contexte d’utilisation (voir un article que nous avons consacré à cette question). Mais, comment faire le tri entre ce qui apporte une réelle valeur ajoutée pour l’apprentissage et ce qui ne sert qu’à produire l’effet “Waouh” ? 

Le trièdre de l’efficacité pédagogique :

En digital learning, les trois clés d’un apprentissage réussi sont :

• La bonne gestion de la charge cognitive soit les ressources mentales nécessaires à l’acquisition de l’apprentissage.
• La posture active de l’apprenant
• L’engagement de l’apprenant dans le processus d’apprentissage

Pour pouvoir comprendre à la fois la justification de ces trois leviers et les bonnes pratiques pour les mettre à profit, nous allons, dans cet article, aborder plusieurs principes de base du fonctionnement de la mémoire.

L’architecture cognitive :

Le cerveau humain met en œuvre trois types de mémoire dans un processus d’apprentissage :

La mémoire sensorielle est une mémoire transitoire qui enregistre des impressions à partir des stimuli de l’environnement ; elle comporte un canal pour chaque sens dont le canal auditif et le canal visuel. Les informations retenues sont ensuite transférées à la mémoire de travail pour être traitées. Ce traitement est nécessaire à l’information pour que celle-ci soit ensuite encodée sous forme de représentation et stockée dans la mémoire à long terme. La récupération de l’information s’effectue ensuite en transférant l’information à nouveau de la mémoire à long terme vers la mémoire de travail.

La capacité de la mémoire sensorielle se compte en millièmes de secondes en visuel et en secondes en auditif, celle de la mémoire de travail se compte en secondes. La mémoire à long terme, quant à elle, retient des informations de quelques heures à toute une vie.

Fonctionnement de la mémoire sensorielle :

La particularité de la mémoire sensorielle, c’est qu’elle capte les stimuli d’une façon très précise mais les stocke pour une durée très éphémère. La mémoire sensorielle transmet les informations à la mémoire à court terme à travers le processus d’attention, qui consiste à se concentrer sur un aspect de l’environnement en ignorant le reste. La mémoire sensorielle ignore donc toutes les informations qu’elle considère comme inutiles dans un contexte donné sans faire intervenir aucun effort mental conscient.  De plus, contrairement aux autres types de mémoires, elle ne peut pas être améliorée à travers la répétition. L’objectif de l’apprentissage sera donc de stimuler suffisamment la mémoire sensorielle à travers ses différents canaux pour qu’elle capte les informations les plus pertinentes par rapport à l’objectif d’apprentissage. Exemple : Lorsqu’un enfant est absorbé par son jeu, il peut ne pas entendre une personne qui l’appelle. Son attention ne lui permet de transmettre que les informations sensorielles relatives au jeu.

Fonctionnement de la mémoire de travail et de la mémoire à court terme :

Comme nous l’avons vu, la mémoire de travail comporte une unité de traitement qui permet d’effectuer des raisonnements et de comprendre le langage par exemple. Mais, elle comporte également une mémoire à court terme ; cette mémoire retient entre 5 et 9 éléments à la fois, soit 7 éléments en moyenne. Deux méthodes permettent à la mémoire à court terme de retenir une information et pouvoir la stocker dans la mémoire à long terme : La répétition de maintien et le tronçonnage.

• Répétition de maintien : les études scientifiques ont montré qu’une information non répétée était progressivement perdue pour complètement disparaître au bout de 20 secondes. La répétition de maintien consiste à maintenir l’information active dans la mémoire de travail pour ne pas l’oublier. Notion à ne pas confondre avec la répétition espacée qui consiste à répéter ou réviser l’information à intervalles réguliers et de plus en plus espacés à mesure que l’information est ancrée dans la mémoire à long terme. (voir l’article sur les techniques de mémorisation en e-learning ).
• Le tronçonnage, quant à lui, consiste à regrouper les éléments d’information en une unité significative d’information sur la base de similarités ou autre principe d’organisation.

D’autres méthodes de regroupement de l’information existent, que nous ne détaillerons pas ici, comme les associations de mot, les moyens mnémotechniques, etc. Ces regroupements permettent d’optimiser l’utilisation de la capacité de stockage de la mémoire à court terme (les 7 unités de stockage en moyenne) en s’appuyant sur des schémas de connaissance existants dans la mémoire à long terme.

Exemple : Retenir la suite de chiffres 1914191819391945. Il sera très difficile de retenir cette série en retenant chiffre par chiffre, cela reviendrait à retenir 16 éléments indépendants. Par contre, si on analyse la séquence on remarque qu’il s’agit de dates et là on devra retenir 4 nombres seulement. Si on fait appel à nos connaissances historiques, on remarquera qu’il s’agit là des dates de début et de fin des guerres mondiales dans un ordre chronologique. Et là on retiendra l’ensemble des dates avec un minimum de charge cognitive grâce au tronçonnage .

Fonctionnement de la mémoire à long terme :

Se souvenir le plus longtemps possible des informations utiles et savoir les récupérer efficacement, tel est le double objectif du processus  d’encodage de la mémoire à long terme. Sans entrer dans tous les détails de fonctionnement de la mémoire, voici trois principes clés qui impactent l’encodage de l’information en mémoire :

• Le contexte de l’encodage : les souvenirs remontent plus facilement lorsque le contexte de récupération correspond au contexte d’encodage. Exemple : Vous aurez moins de mal à vous souvenir de l’identité d’un collègue de travail que vous voyez parfois dans un contexte professionnel que si vous le rencontrez alors que vous êtes en vacances quelque part.
• Les niveaux de traitement : plus le niveau de traitement de l’information est élevé, plus l’information a de chances d’être ancrée dans la mémoire. Si le traitement implique plus d’analyse, d’interprétation, de comparaison et d’élaboration, il en résulte de meilleurs souvenirs. Exemple : on aura plus de chances de retenir les 3 étapes d’un processus si on analyse la logique entre les étapes, on le compare à d’autres processus similaires et on teste nos propres connaissances dessus.
• L’impact des émotions : Les émotions permettent un ancrage plus élevé d’un souvenir en mémoire, mais également une récupération plus facile. Exemple : On se souvient tous d’événements douloureux ou très heureux même très lointains dans notre enfance, une brûlure d’enfance, la naissance d’un enfant, ce que l’on était en train de faire lorsqu’on a appris le décès de quelqu’un, etc.

Ainsi, à partir du fonctionnement de ces trois types de mémoire, on comprend pourquoi il faut être très sélectif à la fois sur la pertinence, la quantité et la complexité des tâches d’apprentissage présentés à l’apprenant. Le but étant de lui permettre d’encoder avec pertinence, de stocker durablement et de récupérer efficacement les compétences utiles dans la mémoire à long terme.

Même si ces notions sont loin de couvrir tout ce que la neuroscience sait sur le fonctionnement de la mémoire humaine, elles nous donnent quelques clés  pour prendre les bonnes décisions pédagogiques. Dans le prochain article, nous allons aborder les notions de charge cognitive ainsi que les recommandations concrètes qui en découlent dans le domaine du digital learning.

Pour finir, nous vous invitons à effectuer un quiz rapide pour bien ancrer les différentes notions que nous venons d’aborder :