L'engagement actif, la curiosité, et la correction des erreurs (résumé cours 03/02/2015)

Outre l’attention, deux facteurs jouent un rôle déterminant dans les apprentissages : l’engagement actif de l’enfant, et le retour rapide d’informations (feedback). Selon la théorie du « cerveau bayésien », que nous avons examinée dans les années précédentes, l’algorithme fondamental qui permet au cerveau d’ajuster ses représentations du monde extérieur consiste en trois étapes : 

  • prédiction descendante, fondée sur le modèle interne actuel ; 
  • comparaison de ces prédictions avec les entrées reçues du monde extérieur, ce qui engendre des signaux d’erreur ; 
  • utilisation de ces signaux d’erreur afin d’ajuster le modèle interne.

Ce modèle du cerveau Bayésien suggère que deux ingrédients sont indispensables à l’apprentissage : la génération d’une anticipation sur le monde extérieur (engagement actif), et le retour d’information sous la forme de signaux d’erreur (en provenance de l’environnement ou de l’enseignant).

De nombreuses expériences, chez l’animal comme chez l’homme, au laboratoire ou à l’école, démontrent qu’un organisme passif n’apprend pas. En écho à ces travaux de neurosciences fondamentales, la recherche pédagogique indique que le cours magistral, où l’esprit des enfants peut vagabonder, est moins efficace que ne le sont les pédagogies actives, qui sollicitent l’engagement de l’enfant. Selon les expériences d’Henry Roediger et ses collaborateurs, à temps constant, l’apprentissage est optimal lorsqu’on alterne des périodes d’enseignement explicite et des périodes de test des connaissances. Les tests ne se contentent pas de mesurer les acquis, mais font partie intégrante de la pédagogie, car ils permettent à l’enfant de s’évaluer et de se corriger. L’étude de la métacognition montre que nous surestimons fréquemment nos apprentissages. De nombreux étudiants pratiquent la relecture du cours, mais cette stratégie n’a guère d’effet : c’est la mise à l’épreuve explicite des connaissances, doublée d’un retour rapide sur les éventuelles erreurs, qui constitue la meilleure stratégie.

L’idée que l’enfant doit être un acteur engagé de son propre apprentissage ne doit pas être confondue avec celle de « pédagogie de la découverte », qui voudrait que l’enfant s’empare seul d’un domaine, avec un minimum d’intervention de l’enseignant. Il ne s’agit pas de laisser l’enfant découvrir lui-même le contenu à apprendre, mais de lui proposer un environnement pédagogique structuré qui engage son attention, sa volonté et sa curiosité. Toute une série d’études, étagées sur plusieurs décennies et de nombreux domaines (lecture, mathématiques, programmation informatique, etc.) a démontré de façon répétée que, laissés à eux-mêmes, les enfants éprouvent les plus grandes difficultés à découvrir spontanément les règles qui gouvernent un domaine. La pédagogie de la découverte fait partie des mythes éducatifs que réfute un article intéressant de Kirschner et van Merriënboer (2013), au même titre que l’idée que la nouvelle génération sont des champions du monde digital (digital natives, homo Zapiens), ou que chacun possède son propre style d’apprentissage.

Chez tous les êtres humains, comme chez l’animal, la surprise, c’est-à-dire le décalage entre les attentes et la réalité, joue un rôle déterminant dans l’apprentissage. Des expériences de « blocage » (blocking) chez le rat battent en brèche la notion d’apprentissage purement associatif. En effet, il n’existe aucun apprentissage de l’association répétée de deux signaux lorsque cette association est déjà prédite par un troisième signal : pas de surprise, pas d’apprentissage. À l’inverse, chez l’enfant, les travaux récents de Lisa Feigenson montrent que, dès qu’un événement visuel inattendu suscite une réponse de surprise chez l’enfant, cette surprise s’accompagne d’un apprentissage accru.

L’enfant n’attend pas seulement la nouveauté de façon passive, mais il la recherche activement : c’est ce qu’on appelle la curiosité. Selon Hunt (1965) et Berlyne (1960), la curiosité serait un signal spécifique de motivation à l’exploration des situations inconnues. Selon Loewenstein (1994), elle résulterait de l’identification d’un décalage entre ce que l’on connaît et que l’on aimerait connaître, décalage que l’on tente de réduire. Kaplan et Oudeyer (2007) postulent qu’un organisme agit avec curiosité lorsqu’il recherche les situations dans lesquelles l’apprentissage est maximal. L’enfant examinerait les différents environnements à sa disposition et choisirait celui où la vitesse d’apprentissage (diminution des signaux d’erreur) est la plus grande. Simulé chez un robot, cet algorithme conduit à une implémentation effective de la curiosité : le robot apprend successivement les différentes propriétés des objets mis à sa disposition, en les abandonnant dès que s’installe une absence de progrès.

Les neurosciences et l’imagerie cérébrale chez l’homme suggèrent que la curiosité passe par l’activation endogène du circuit dopaminergique de la récompense. Ainsi, en l’absence de tout renforcement explicite, le simple fait de parvenir à apprendre constitue une récompense en soi. L’information nouvelle possède une valeur intrinsèque pour le système nerveux. Ce que nous appelons la curiosité n’est rien d’autre que l’exploitation de cette valeur.

Pourquoi, dans ces conditions, l’école semble-t-elle rapidement altérer la curiosité des enfants ? Les expériences de Bonawitz et coll. (2011) fournissent une piste de recherche. Elles montrent que l’enfant à qui on fournit un enseignement trop explicite finit par accorder une confiance plus grande à l’enseignant qu’à ses propres capacités d’exploration. Plus précisément, lorsqu’un expérimentateur, de façon répétée, dévoile la totalité des fonctions d’un jouet, les enfants, confrontés à un jouet nouveau, n’ont plus la curiosité d’en explorer toutes les facettes. On peut donc tuer la curiosité lorsque l’enseignement ne laisse aucun élément à découvrir. Dans la mesure où le signal de récompense lié à la curiosité entre en compétition, au sein du même circuit dopaminergique, avec les récompenses et punitions extérieures, il est également possible de décourager la curiosité en sanctionnant chaque tentative endogène d’exploration par une punition exogène. La punition répétée entraîne un syndrome d’impuissance acquise (learned helplessness), associé au stress et à l’anxiété, dont la recherche animale démontre qu’ils inhibent les apprentissages.

Quelles sont les conséquences pédagogiques de ces découvertes ? Le rôle clé de l’engagement actif souligne à quel point il importe que l’enfant soit maximalement attentif, actif, prédictif : plus sa curiosité est grande, plus son apprentissage augmente. Pour maximiser la curiosité, il faut veiller à présenter à l’enfant des situations d’apprentissage qui ne soient ni trop faciles, ni trop difficiles : c’est le principe d’adaptation de l’enseignement au niveau de l’enfant. Afin de préserver l’engagement et la curiosité, l’enseignant doit éviter d’asséner un long cours magistral, mais faire intervenir les enfants, les tester fréquemment, les guider tout en leur laissant découvrir certains aspects par eux-mêmes, et récompenser systématiquement leur curiosité plutôt que de la décourager.

L’importance du retour d’information, quant à lui, souligne le statut pédagogique de l’erreur. Enfants et enseignants devraient prendre conscience que du point de vue des neurosciences cognitives, loin de constituer une faute ou une faiblesse, l’erreur est normale, inévitable même, en tout cas indispensable à l’apprentissage. Mieux vaut un enfant actif qui se trompe et apprend de ses erreurs, qu’un enfant passif et qui n’apprend rien. Ne confondons pas l’erreur (signal informatif) avec la sanction qui ne fait qu’augmenter la peur, le stress, et le sentiment d’impuissance. Les motivations positives et les récompenses modulent l’apprentissage. Notons enfin que le mot « récompense » n’implique aucun retour à un béhaviorisme naïf : chez notre espèce, éminemment sociale, le regard des autres et la conscience de progresser constituent des récompenses en soi.