2.2 Modeles d`apprentissage avec les systemes multimedias

CADRE THEORIQUE
2.1 LA THÉORIE COGNITIVE ET LE TRAITEMENT MULTIMÉDIA. ........................ 3
2.1.1 La compréhension du texte. ................................................................................ 3
2.1.2 La compréhension de l’image ............................................................................ 4
2.2 MODELES D’APPRENTISSAGE AVEC LES SYSTEMES MULTIMEDIAS ..... 5
2.2.1. Le modèle de Schnotz : Un modèle intégrateur de la
compréhension du texte et de l’image. ....................................................................... 5
2.2.2 Le modèle de Mayer : l’intégration visuelle et auditive de la narration et
l’animation............................................................................................................................ 8
2.2.3 Le modèle de Sweller : la théorie de la charge cognitive. ......................................... 10
2.2.4 La charge cognitive extrinsèque et l’ animation. ....................................... 11
2.3 LES SYSTÈMES DYNAMIQUES........................................................................ 12
2.3.1 Projets et Problèmes ........................................................................................... 12
2.3.2.Etude sur les Figures statiques et animations ............................................... 13
2.4. TECHNIQUES D’APPRENTISSAGE ....................................................................... 14
2.4.1 Techniques d’apprentissage et la charge cognitive extrinsèque. ............. 14
2.4.2 Technique d’apprentissage et la charge cognitive germane. .................... 15
2.5 RECOMMANDATIONS POUR LA CONCEPTION D’INSTRUCTIONAL DESIGN
............................................................................................................................................ 16
2.5.1 Reccomandation d’après Sweller. ............................................................................. 16
2.5.2 Le pre-training ........................................................................................................... 18
2.5.3 Principes généraux pour la conception d’instructional design d’après
Mayer. ............................................................................................................................... 19
2.4.4 Principes proposes par Narayanan et Hegarty ............................................. 22
2.5.5 Expériences faites par Narayanan et Hegarty ............................................................ 23
2.6 DE L’EFFICACITÉ DES GRAPHIQUES................................................................... 25
2.6.1 De l’efficacité des graphiques statiques et dynamiques. ........................... 25
2.6.2 Contrôle et interactivité. .................................................................................... 28
2.6.3 Effet des animations .................................................................................................. 30
2.6.4 Experiments sur le animations................................................................................... 31
2.6.5 Efficacité de l’interactivité ........................................................................................ 32
2.6.6 Les nouveaux–media ................................................................................................. 33
1
CADRE THEORIQUE
1.INTRODUCTION___________________________________________
Dans cette étude on s’intéresse aux processus cognitifs de traitement de
l’information multimédia et à l’effet de facteurs de présentation de ces informations
sur les processus cognitifs impliqués. Ces données nous permettront de générer des
recommandations pour la conception de documents multimédia efficaces.
La littérature postule que la compréhension de phénomènes dynamiques requiert la
formation d’un modèle mental qui représente non seulement les éléments systèmes et
leurs relations à l’état statique, mais qui également permet de faire tourner
mentalement ce système. Dans ce contexte, on peut penser qu’une animation
permettra de construire plus facilement une représentation du fonctionnement
dynamique du système.
Les animations sont-elles efficaces ? Comment les concevoir afin que elles soient un
matériel pédagogique efficace ?
Les animations poseraient 3 types de difficultés cognitives à l’utilisateur:
(Bétrancourt et al, 2001)
 Attentionnelles: détecter quels sont les éléments en mouvement, ce qui a
déclenché leur mouvement, qui n’est pas une tâche facile même lorsque l’on
peut ralentir ou stopper l’animation.
 Computationnelles: liées aux opérations mentales que l’on peut appliquer sur
les graphiques animés : par exemple, il est très difficile de visualiser la
trajectoire d’un point d’après son mouvement.
 Mnésiques: comprendre l’enchaînement causal des mouvements du système
demande d’avoir mémorisé les positions absolues et relatives de chaque
élément à différentes étapes de l’animation.
2
CADRE THEORIQUE
Ces difficultés entraînent une charge de traitement importante. Notre hypothèse est
que l'animation peut faciliter la compréhension de phénomènes dynamiques
seulement si l'interface fournit à l'utilisateur les moyens de diminuer la charge
cognitive. Un moyen simple de faire cela est de permettre à l’utilisateur de contrôler le
déroulement de l’animation.
2 CADRE THEORIQUE
2.1 LA THÉORIE COGNITIVE ET LE TRAITEMENT MULTIMÉDIA.
2.1.1 La compréhension du texte.
Selon beaucoup de psychologues cognitifs la compréhension d’un texte implique la
construction de représentations mentales multiples. Le lecteur d'un texte construit
une représentation mentale de la structure extérieure linguistique, extrait à partir de
cette représentation extérieure une représentation propositionnelle du contenu
sémantique d’un texte, qui est de nouveau employée pour construire un modèle
mental avec la situation (van Dijk & Kintsch, 1983; Graesser, Millis & Zwaan, 1997;
Schnotz, 1994; Weaver III, Mannes & Fletcher, 1995). La formation des
représentations propositionnelles aussi bien que la construction d’un modèle mentale
sont guidées par des schémas cognitifs.
Les
modèles
mentaux
sont
considérés
en
tant
que
« quasi-objets »
hypothétiquement internes, des objets qui possèdent une analogie structurelle ou
fonctionnelle avec d'autres objets qu'ils représentent. En conséquence, les modèles
mentaux ne sont pas des images de l'objet représenté. Ils peuvent également
représenter des situations qui ne sont pas perceptibles du tout. Ces modèles
peuvent être néanmoins considérés en tant que représentations intrinsèques
depictives.
Une depiction, est une configuration spatiale qui représente une configuration dans
un autre espace, c'est-à-dire qu’elle représente une matière avec l'aide des
vulgarisations structurales entre les configurations respectives. La depiction ne décrit
pas, mais montre plutôt les caractéristiques d'un objet. Les images réalistes et
logiques sont des représentations depictives (les images réalistes montrent des
configurations spatiales dans un espace concret, tandis que les images logiques
montrent des configurations dans un espace abstrait).
Au contraire une description représente une matière avec l'aide des symboles. Des
exemples importants de descriptions sont les phrases et les textes dans un langage
3
CADRE THEORIQUE
naturel. Dans la description d'un objet par un langage naturel, les composants sont
mentionnés par des noms, sont précisés par des adjectifs et sont mis en relation l'un
l'autre avec l'aide des verbes et des prépositions.
Quand un modèle mental a été construit sur la base d'une représentation
propositionnelle, il peut être employé pour expliquer la nouvelle information avec des
processus dirigés par schéma de l’inspection du modèle. L'information indiquée
par le modèle doit devenir explicite, c'est-à-dire, elle doit être codé dans un format
propositionnel et s'ajouter à une représentation propositionnelle.
Selon cette vue, les représentations propositionnelles et les modèles mentaux
interagissent par l'intermédiaire des processus conduits par schéma de la
construction du modèle et de l’inspection du modèle. D'un côte, les modèles mentaux
sont construits ou élaborés sur la base des représentations propositionnelles. De
l'autre, les représentations propositionnelles sont construites ou élaborées sur la
base des modèles mentaux, quand ces modèles sont employés pour expliquer une
nouvelle information qui est codée dans une forme de nouvelles propositions.
2.1.2 La compréhension de l’image
Les images sont codées directement en tant que représentations mentales depictive
ou modèles mentaux, tandis que dans la compréhension des textes un
enregistrement doit avoir lieu afin de construire un modèle mental. En conséquence,
il est plus facile de construire un modèle mental avec l'aide des images qu'avec l'aide
des textes. (Weidenmann, 1994). Un codage perceptuel des images a lieu par des
processus pré attentifs (Neisser, 1976). Ces processus sont exécutés parallèlement
aux routines visuelles automatisées inconsciemment, lesquels sont principalement
basés des données, et plutôt indépendants de la connaissance antérieure et des
objectifs de l'individu (Ullman, 1984).
Cependant, non seulement pour regarder une image mais aussi pour la comprendre,
des processus cognitifs de niveau supérieur doivent être exécutés. Les processus
respectifs s'appellent "attentifs", ils sont influencés par les connaissances antérieures
et par les objectifs de l'individu. Les apprenants sous-estiment souvent la teneur
informationnelle des images et ils pensent que un bref regard est suffisant pour
4
CADRE THEORIQUE
comprendre et extrapoler les informations appropriées (Mokros & Tinker, 1987 ;
Weidenmann, 1989).
2.2 MODELES D’APPRENTISSAGE AVEC LES SYSTEMES
MULTIMEDIAS
2.2.1. Le modèle de Schnotz : Un modèle intégrateur de la
compréhension du texte et de l’image.
Si les textes sont présentés avec des images, la compréhension des textes et des
images devient la composante d’une activité mentale complexe, la construction des
représentations mentales multiples étant basée sur différentes formes de
représentations externes. Le schéma ci-dessous montre la structure de base d'un
modèle intégrateur de la compréhension du texte et de l'image qui concerne les
interactions entre les différentes représentations pendant le traitement cognitif
d'information verbale et imagée (Mayer 1997).
descriptive
depictive
Figure1 : Schéma d'un modèle intégrateur de compréhension du texte et de l'image. (Schnotz, 2001)
Le modèle se compose de la branche descriptive (côté gauche) et depictive (côté
droit) des représentations. La branche descriptive comporte le texte (externe), la
représentation mentale (interne) de la structure de surface du texte et la
représentation propositionnelle du contenu sémantique (aussi interne). L'interaction
entre ces représentations est basée sur un traitement de symbole.
5
CADRE THEORIQUE
La branche depictive comprend l'image ou le diagramme (externe), la perception
visuelle (interne) ou l’image de l’affichage graphique et le modèle mental interne de
la matière depicted (représentés). L'interaction entre ces représentations est basée
sur des processus de tracés analogues de structure.
Pendant la compréhension du texte, le lecteur se construit une représentation
mentale de la structure de surface du texte, il génère une représentation
propositionnelle du contenu sémantique, et construit d’après ce texte de base, un
modèle mental de la matière décrite.
Ces procédures de construction sont basées sur une interaction descendante et
ascendante de l'activation des schémas cognitifs qui ont autant une fonction
sélective qu’une fonction d'organisation. Cette interaction a comme conséquence
une configuration spécifique des schémas cognitifs activés qui s’adapte mieux à
l'information entrante et l'organise en structure logique. L'information du texte est
traitée, en ce qui concerne les aspects morphologiques et syntatiques, par des
processus d'organisation verbale qui mènent à une représentation mentale de la
structure de surface du texte. Cette structure de surface du texte déclenche
alternativement des mécanismes d'organisation conceptuelle, aboutissant à une
représentation propositionnelle structurée et à un modèle mental.
La construction d'un modèle mental pendant la compréhension des textes implique la
transition d’une représentation descriptive à une représentation depictive.
Contrairement à la vision de la théorie de double codage de Paivio (1986), cette
transition va au-delà du simple ajout d’un nouveau code mental fournissant un
avantage quantitatif relativement à un code unique. Le point essentiel est plutôt que
les représentations propositionnelles et le modèle mental sont basés sur des
principes de représentation différents mais complémentaires. Si un modèle mental a
été construit, des processus d'inspection du modèle, tels que la lecture de la nouvelle
information de ce dernier, peuvent être appliqués. Les résultats d’un modèle
d’inspection doivent être rendus explicites par le fait qu’on les encode dans un format
propositionnel qui élabore donc les représentations propositionnelles et par le fait
qu’il peut être extériorisé par des expressions verbales.
En conséquence, les représentations propositionnelles et les modèles mentaux
agissent l'un sur l'autre sans interruption par l'intermédiaire des processus de la
construction et de l'inspection des modèles.
6
CADRE THEORIQUE
Pendant le processus de compréhension d’une image ou d’un diagramme,
l'observateur crée une représentation mentale visuelle ou une image visuelle, avec
l'aide des processus perceptuels pré attentifs, aussi bien qu'un modèle mental et une
représentation propositionnel de la matière DEPICTED (représentée). L'information
appropriée de la tâche est choisie par l'activation de haut en bas des schémas
cognitifs et codée par des processus ascendants à travers des routines visuelles
automatisées.
Le résultat est une perception visuelle structurée ou une image visuelle de l'affichage
graphique perceptif (Wertheimer, 1938 ; Winn, 1994). Le traitement sémantique est
exigé non seulement afin de percevoir, mais aussi pour comprendre une image ou
un diagramme. Ceci implique que l'individu construit un modèle mental représenté en
traçant les entités perçues spécifiques sur les entités mentales spécifiques, et les
relations spatiales et visuelles spécifiques sur des relations sémantiques spécifiques.
En d'autres termes, le modèle mental est construit de telle manière que les
structures visuo-spatiales spécifiques dans l'image ou le diagramme perçu,
correspondent aux structures sémantiques significatives de détail dans le modèle
mental et vice versa.
La construction d'un modèle mental sur la base d'une image réaliste ou d'un
diagramme est donc un processus de schéma tracé, d'un système des relations
visualo-spatiales sur un système des relations sémantiques. (Falken-hainer, Forbus
& Gentner 1989/90; Schnotz, 1993) : En raison de la symétrie des relations
d'analogie, ce processus traçant peut être exécuté dans les deux directions. Il est
possible de construire un modèle mental sur la base de l'image ou du diagramme, et
il est aussi possible de générer une image ou un diagramme sur la base d'un modèle
mental. Pour comprendre une image réaliste, l'étudiant peut employer les schémas
cognitifs de la perception journalière et de la connaissance générale du monde afin
de tracer des structures. Dans la compréhension des diagrammes, les sujets ont
besoin des schémas cognitifs spécifiques (schémas graphiques), afin de lire des
informations sur les matières représentées par la configuration visuelle et spatiale.
(Lowe 1996, Pinker 1990). Un modèle mental construisant une information imagée
diffère à plusieurs égards de la représentation perceptuelle de l'image ou du
diagramme correspondant.
7
CADRE THEORIQUE
Premièrement un modèle mental est un modèle non spécifique sensoriel de la
représentation mentale et dans ce sens est plus abstrait qu'une perception visuelle
ou une image. En second lieu, la construction d’un modèle mental implique un choix
thématique orienté vers la tâche. Le processus de tracé de structure inclut seulement
les parties de la configuration graphique qui semblent être significatives pour
quelques tâches prévues. Le restant de l’information accessible perceptivement reste
inconsidéré.
Troisièmement,
la
construction
d’un
modèle
mental
implique
l’élaboration d’un modèle basé sur la connaissance préalable, c’est pourquoi le
modèle nécessite l'information sur les attributs et les relations qui ne sont pas inclus
dans l'image ou le diagramme.
Comme avec la compréhension des textes, il est possible d'employer des procédures
d’inspection pour lire la nouvelle information depuis un modèle mental qui a été
construit à partir d'une image ou d'un diagramme. De plus, on suppose que cette
information est codée dans un format propositionnel et employée pour élaborer la
représentation propositionnelle.
Au lieu de cela, un texte peut avoir comme conséquence soit une représentation
descriptive propositionnelle, soit une représentation mentale depictive. De même,
une image peut générer, en outre, une représentation depictive même dans une
représentation descriptive propositionnelle. La compréhension des textes et la
compréhension d'images peuvent se soutenir et se joindre dans la co-construction
d'un descriptif spécifique et d’une représentation depictive spécifique. Néanmoins, la
compréhension des textes et des images peut également interférer si les
représentations descriptives et depictives soutenues des deux côtés ne sont pas
compatibles.
2.2.2 Le modèle de Mayer : l’intégration visuelle et auditive de la
narration et l’animation.
Les recherches de Mayer (2001) et de Sweller (1999) ont montré l’efficacité des
systèmes d’apprentissages qui intègrent une narration à une animation. La narration
décrit les différentes étapes de la matière dans une chaîne de cause à effet, et
l’animation visualise ces étapes. Ces recherches ont permis le développement d’une
théorie cognitive de l’apprentissage multimédia. Théorie qui se base sur l’idée que
les êtres humains ont deux canaux d’acquisition d’informations, le canal visuel et le
canal oral et, que la capacité d’acquisition d’information dans la mémoire de travail
8
CADRE THEORIQUE
est limitée, par conséquent l’apprentissage implique la sélection des informations
importantes et la construction d’un modèle mental cohérent.
Ci-dessous une représentation graphique du modèle de Mayer.
Figure2 : Le modèle de Mayer du traitement cognitif des instructions multimédia (Mayer 2001,
traduction Clavien (2003)
En analysant la figure qui représente le modèle de Mayer, nous pouvons suivre le
processus de construction des modèles mentaux appliqué à la visualisation des
présentations multimédia.
Mayer a élaboré le principe de traitement actif de l’information qui se base sur les
processus de sélection, d’organisation et d’intégration de données.
Dans une présentation multimédia, le message est constitué de figures et de mots
qui atteignent la mémoire sensorielle en traversant les systèmes auditif et visuel. Les
figures et les textes imprimés sont maintenus en tant qu’exacte représentation
visuelle durant une très courte période de temps dans la mémoire sensorielle. A ce
moment entre en jeu la sélection du matériel pertinent de la part de l’apprenant et le
message multimédia est traité dans la mémoire de travail. La mémoire de travail est
utilisée pour maintenir et organiser l’information dans la conscience active. Pendant
le processus actif de l’organisation, l’apprenant construit des relations internes parmi
les mots sélectionnées de manière à créer un modèle verbal. Pareillement
l’apprenant construit parmi les images des relations internes afin de créer un modèle
pictural. Dans le schéma, la mémoire de travail est divisée en deux parties : la partie
de gauche représente le matériel à l’état non traité qui arrive dans la mémoire de
9
CADRE THEORIQUE
travail et la partie de droite qui représente la connaissance construite dans la
mémoire de travail. Enfin, la connaissance construite dans la mémoire de travail
s’intègre avec la connaissance préexistante qui se trouve dans la mémoire à long
terme. La mémoire à long terme peut stocker une grande quantité de connaissances
pendant une période de temps illimitée, mais pour qu’une connaissance stockée en
mémoire à long terme puisse être pensée de nouveau activement et intégrée, il faut
préalablement qu’elle soit "transportée" dans la mémoire de travail, comme l’indique
la flèche qui va de la mémoire à long terme à la mémoire de travail.
2.2.3 Le modèle de Sweller : la théorie de la charge cognitive.
Quand un sujet doit traiter un matériel informatif multimédia faisant appel à un modèle
sensoriel (par exemple un schéma commenté par un texte écrit, comme dans le cas
de notre expérience), il doit intégrer mentalement des informations différentes, afin de
comprendre de façon synthétique ce qui lui est présenté de façon séparée. Cette
activité d’intégration mentale a un coût cognitif. L’objectif de Sweller est d’identifier ce
qui a un effet sur ce coût. Sweller se propose aussi comme objectif de trouver des
solutions pour faire baisser ce coût, et d’interpréter ces effets dans le cadre de la
théorie de la charge cognitive (Tricot, 1998).
La théorie de la charge cognitive prévoit, comme dans le modèle classique, une
structure de système cognitive composée d’une mémoire de travail à capacité
limitée dans la quelle ont lieu tous les apprentissages et les pensées conscientes, et
d’une mémoire à long terme à capacité illimité possédant un nombre important de
schémas automatisés (Tricot, 1998).
La charge cognitive est composée par deux sources différentes :
1. La source intrinsèque : la charge cognitive due à la difficulté inhérente du
matériel présenté, c'est-à-dire au nombre d’éléments qui composent le matériel
et la manière dont ils interagissent entre eux. Par exemple la charge
intrinsèque est basse si chaque élément peut être appris séparément.
2. La source extrinsèque : la charge cognitive extrinsèque ne dépend pas du
matériel ou du contenu en lui-même, mais de la manière dont il est organisé et
présenté. Le matériel doit être centré sur l’apprennant afin de diminuer la
charge cognitive extrinsèque. La source extrinsèque est aussi divisé en deux
source :
10
CADRE THEORIQUE
a. La source germane : la charge cognitive germane représente le
traitement cognitif directement utile pour l’apprentissage, enduit par la
construction d’un schéma cognitif qui porte à la connaissance.
b. La source externe : la charge cognitive externe représente le
traitement cognitif inutile pour l’apprentissage
La théorie de la charge cognitive (Sweller,1988) donne d’ailleurs des lignes directives
pour
1) prévenir
la
surcharge
cognitive
dans
les
situations
d’apprentissage ;
2) diminuer la charge cognitive extrinsèque (comme on a vu la
charge cognitive extrinsèque dépende de la manière dont le
matériel est organisé et présenté) ;
3) augmenter la charge cognitive germane qui est directement
utile à l’apprentissage.
Le concept de schéma d’apprentissage est aussi central dans la théorie de Sweller
parce qu’il permet de traiter des structures de connaissances complexes comme des
unités simples de mémoire. L’acquisition de schémas étant le but du processus
d’apprentissage.
2.2.4 La charge cognitive extrinsèque et l’ animation.
Comme on a vu
l'apprentissage est facilité par les connections effectuées en
mémoire entre les éléments représentés sous forme d'images et ceux représentés
sous forme de texte, donc l’étudiant suscité à partager l'attention entre des sources
d'informations pourtant reliées. On impose ainsi une surcharge cognitive. Cette
charge cognitive est déterminée par la complexité du matériel éducatif. Dans le cas
des animations on pourrait considérer que les animations interactives permettent un
meilleur apprentissage que les images statiques lors de l'apprentissage d'un sujet
dynamique, car les animations interactives offrent à l'apprenant des possibilités
d'explorer par des manipulations la matière à apprendre. Cependant, on peut aussi
trouver des contre-arguments. Premièrement, lorsqu'un individu apprend à l'aide
d'animations interactives, une partie de ses processus cognitifs sont utilisés pour
11
CADRE THEORIQUE
manœuvrer le programme informatique et les ressources cognitives restantes
disponibles pour traiter le sujet à apprendre sont trouvent ainsi réduites. Alors que la
charge extrinsèque est dictée par la façon dont l'information est structurée, la charge
intrinsèque est déterminée par les demandes mentales ou intellectuelles que
nécessite la tâche. Dans l'idéal, le format multimédia devrait éviter d'imposer des
charges inutiles sur la mémoire de travail.
2.3
LES SYSTÈMES DYNAMIQUES.
2.3.1 Projets et Problèmes
On peut souvent trouver un grand optimisme parmi les utilisateurs, lesquels pensent
que l'usage de différents médias, de différentes manières de coder l'information, et
l'emploi de différentes modalités sont bénéfiques pour l’apprentissage.
Les systèmes de multimédia, par exemple, semblent être très appropriés pour
présenter des situations d'étude complexes et authentiques, pour présenter
l'information dans différents contextes et en différentes perspectives, le tout d'une
manière réaliste par l'utilisation d’animations ou des vidéos, accompagnées par les
sons originaux et les commentaires vocaux. Selon le point de vue des
constructivistes sur l’apprentissage humain, de tels systèmes de multimédia
devraient être fortement appropriés pour l'acquisition de la connaissance (Resnick,
1989). Il n'y a aucun doute que les nouvelles technologies de l'information permettent
de choisir parmi divers formats la présentation de l'information, elles permettent un
apprentissage exploratoire avec des micro-mondes et une abondance d’autres
activités d’apprentissage (Jonassen &Mandl, 1990 ; Spiro et al., 1991 ; Weidenmann,
1996). Cependant, la question critique est de savoir si ces activités soutiennent le
traitement cognitif demandé pour un apprentissage efficace. (Clark, 1983 ; Kozma,
1991).
Un problème dans ce contexte est la charge cognitive de la mémoire de travail
(Chandler et Sweller, 1992). L’apprentissage autodirigé dans un contexte d'étude
interactif exige que beaucoup de décisions sur l'instruction soient prises par
l'étudiant.
Le sujet a besoin d'un but suffisamment spécifique d'acquisition de connaissance afin
de dériver des buts secondaires pour décider quelle information doit être recherchée
comme prochaine étape. Le sujet doit savoir où et comment chercher les
informations. En conclusion, la pertinence de l'information trouvée doit être évaluée
12
CADRE THEORIQUE
avant qu'un traitement sémantique plus profond puisse avoir lieu. Les étudiants se
confinent fréquemment à une petite partie des interactions possibles avec un
système d’apprentissage, afin d'éviter une surcharge cognitive.
Un autre problème vient de l’insuffisante connaissance des points forts et des points
faibles des différents systèmes de signes. Souvent, l'utilisation de nouvelles
technologies de l'information n'atteint pas ses objectifs, parce que trop peu
d'attention est donnée aux caractéristiques du système respectif de signes et des
conditions de traitement correspondantes. Des exemples de ceci peuvent être
trouvés dans l'utilisation des animations. Selon une opinion partagée par beaucoup
d’utilisateurs, des modules dynamiques devraient être présentés aux étudiants avec
l'aide des images animées plutôt que statiques, parce que les animations montrent
directement l’évolution dynamique et rendent l'information présentée plus réaliste.
Cependant, ce point de vue n'est pas toujours soutenu par des données empiriques.
2.3.2.Etude sur les Figures statiques et animations
Schnotz et Grzondziel (1996) ont réalisé une étude pour analyser l'acquisition de
connaissances avec des figures statiques et des animations dans un environnement
d'étude interactif. Dans cette étude, les étudiants ont dû comprendre pourquoi sur la
Terre existent simultanément différents horaires et jours.
Ils avaient à disposition un hypertexte avec des informations verbales qui incluaient
soit les animations soit les images statiques. Les apprenants avaient différentes
possibilités d’interagir avec les images, une des possibilités étant la manipulation
exploratoire où les sujets pourraient associer différentes villes avec différentes
périodes, tourner la Terre en conséquence, et analyser le résultat. Une autre
possibilité était une simulation de la rotation de la Terre pour évaluer l’effet de cette
rotation sur quelqu’un qui aurait voyagé autour du globe.
Les résultats ont montré que l’interaction avec l’animation offre une meilleure
compréhension que l’apprentissage avec les figures statiques. Du moment que cette
information détaillée était probablement codée dans un format propositionnel, on
peut supposer que la manipulation exploratoire des images a aidé à élaborer une
représentation propositionnelle. Par contre, cette étude ne permet pas d’affirmer
qu’en regardant les simulations de la rotation de la Terre, il y a un effet positif sur la
compréhension. Quand les sujets ont dû répondre à des questions, après avoir
étudié des points qui exigent une simulation mentale correspondante, ceux qui ont
utilisé l’animation ont montré des performances plus basses que ceux qui ont
visualisé des images statiques.
13
CADRE THEORIQUE
Si l’on suit la théorie sur la compréhension d'image présentée avant, les résultats
sont moins surprenants qu’on pourrait s’imaginer a priori. Deux effets pourraient
avoir joué un rôle important ici. D’abord, si on utilise des animations à la place des
images statiques, on décale un affichage fixe d'information à un affichage passager.
Naturellement, ceci réduit remarquablement la possibilité d'une interaction entre les
représentations mentales correspondantes, descriptive et depictive, c’est.-à-dire,
entre la représentation propositionnelle et le modèle mental. Un traitement
sémantique plus profond ne peut pas avoir lieu dans de telles conditions.
Une deuxième raison pourrait provenir du fait que les étudiants, qui pouvaient alors
employer la simulation de la rotation de la Terre, ont été involontairement préservés
d'effectuer une simulation mentale correspondante par eux-mêmes, car ils pouvaient
cliquer sur un bouton et simplement suivre le processus affiché sur l'écran. Au
contraire, les étudiants qui avaient reçu seulement les images statiques pendant
l’apprentissage ont dû effectuer les simulations mentales respectives par euxmêmes. Ceci pourrait avoir été plus ardu pour eux, mais s'est avéré être un avantage
plus tard, quand ils ont dû exécuter les processus par eux-mêmes. Les animations
peuvent évidemment gêner l'acquisition des connaissances, car elles réduisent
parfois les exigences relatives au processus cognitif de l’apprenant de façon
importune y augmentent la charge cognitive extrinsèque.
2.4. TECHNIQUES D’APPRENTISSAGE
2.4.1 Techniques
extrinsèque.
d’apprentissage
et
la
charge
cognitive
La théorie de la charge cognitive a mis en évidence divers processus qui produisent
de la charge cognitive extrinsèque, la charge qui dépende de la manière dont le
matériel est organisé et présenté. Par exemple, lier mentalement des sources
d’informations séparées physiquement ou s’occuper des informations redondantes.
Comme nous l’expliquons plus en détail dans ce paragraphe, divers formats de
présentation, qui réduisent la surcharge cognitive extrinsèque, ont été développés :
1) l’apprentissage sans buts spécifiques (goal free effect),
2) l’étude des exemples déjà résolus (worked example),
3) l’achèvement des problèmes (completion problems ; van Merrienboer et
Krammer, 1987, 1990). L’achèvement de problèmes est un format qui prévoit une
14
CADRE THEORIQUE
solution partielle pour les apprenants qui doivent achever la solution, et il a une
fonction d’intermédiaire entre les exemples déjà résolus et les problèmes
conventionnels. Les apprenants qui travaillent avec l’achèvement des problèmes
peuvent se focaliser sur les étapes d’apprentissage et développer des schémas
cognitifs qui améliorent la performance de transfert.
2.4.2 Technique d’apprentissage et la charge cognitive germane.
La théorie de la charge cognitive a aussi étudié des technique d’apprentissage qui
augmentent la charge cognitive germane, c'est-à-dire, la charge cognitive
directement utile pour l’apprentissage. En effet, la charge cognitive germane est
utile parce qu’elle est liée à la construction de schémas cognitifs. Ces systèmes
impliquent un effort important mais ils produisent des meilleurs résultats pendant les
tests de transfert. Un de ces systèmes est le système d’élévation de l’interférence
contextuelle (High contextual interference).
Il y a différents systèmes qui permettent d’élever l’interférence contextuelle (Magill &
Hall,1991). L’interférence contextuelle faible se produit quand les exercices suivent
une certaine logique (par exemple les questions plus difficiles suivent les plus
faciles). Par contre l’interférence contextuelle élevée peut être produite par un
système d’exercices aléatoires. Les apprenants qui travaillent dans des conditions
d’interférence élevée gardent plus facilement en mémoire les données et obtiennent
des performances de transfert meilleures, mais ils ont besoin de plus de temps et ils
font un effort mental plus important. Cet effet est dû à une élaboration plus profonde
des informations acquises. Par conséquent, les apprenants conçoivent des schémas
cognitifs plus généraux qui permettent la solution d’un vaste nombre des problèmes.
Pour évaluer l’effet de l’interférence contextuelle, van Merrienboer et al. (2002) ont
testé 69 sujets pendant l’apprentissage d’un problème biologique. Ce problème était
divisé en chapitres. Les sujets qui travaillaient dans des conditions de faible
interférence, à l’entraînement, devaient répondre à des questions ordonnées par
groupes qui correspondaient aux chapitres. Les autres sujets qui travaillaient avec
des conditions d’interférence élevée devaient répondre à des questions ordonnées
en séquence aléatoire. Sachant que les questions étaient divisées en exercices
contextuels (mémoire à court terme) et exercices généraux (mémoire à long terme),
le premier groupe de sujets a employé un temps de réponse inférieur en obtenant
un bon score aux réponses des exercices contextuels, tout en ayant fourni un effort
15
CADRE THEORIQUE
cognitif bas. Néanmoins, les sujets qui ont travaillé avec une interférence
contextuelle élevée ont obtenu des résultats meilleurs de 30% en comparaison aux
autres pour les exercices généraux. Pour cette raison, le système d’apprentissage
dans les conditions d’interférence élevée est un exemple de charge cognitive
germane.
2.5
RECOMMANDATIONS
D’INSTRUCTIONAL DESIGN
POUR
LA
CONCEPTION
2.5.1 Reccomandation d’après Sweller.
Chandler et Sweller (1991) postulent que si le format de présentation du matériel
nécessite un traitement complexe, la capacité cognitive du sujet sera détournée du
processus d’apprentissage qui sera par conséquent détérioré (Bétrancourt, 1996)
Sur la base des résultats des recherches faites sur la conception de situations
d’apprentissage, Chandler & Sweller (1991) ont déduit les principes suivants :
- Il ne faut pas spécifier le but (goal free effect): D’après Sweller (Tricot 1998), si on
indique le but d’un problème à un sujet qui n’a pas le schéma pour trouver une
solution à ce problème, on induit chez lui une approche d’analyse moyens–fins qui
peut être immensément coûteuse du point de vue cognitif et aboutir à une triste
absence d’apprentissage. En réalité, avec ce genre de stratégie visant à résoudre les
problèmes, le sujet doit garder en mémoire de travail, à la fois le but, l’état du
problème, leurs relations, les opérateurs qui diminuent leur différence, et le sous-but.
Par contre, les problèmes sans but défini n’exigent que le maintien en mémoire de
travail de chaque état du problème et des opérateurs qui peuvent s’y appliquer. Ainsi
l’apprentissage est amélioré en utilisant des problèmes sans buts spécifiques. Une
meilleure efficacité didactique des problèmes sans but spécifié, comparé à celle de
problème à but spécifié, a été illustrée dans de nombreuses expériences en biologie
et en trigonométrie.
-Travailler sur des exemples de problèmes résolus entraîne un meilleur
apprentissage que travailler sur de problèmes non-résolus. (worked exemple) :
L’effet est contre-intuitif, mais s’explique par une baisse de la charge cognitive, une
focalisation de l’attention sur les états de problème et sur les opérateurs associés, ce
16
CADRE THEORIQUE
qui permet l’inférence de solutions universelles ou de schémas. Cet effet a été mis en
évidence en algèbre par Sweller et Cooper (1985, Cooper & Sweller, 1987). Mais la
seule utilisation de problèmes résolus n’est pas une bonne solution. En effet, l’action
de générer de nouvelles solutions est considéré comme un acte créatif chez
l’apprenant qui peut, au contraire, être inhibé dans sa créativité s’il doit toujours se
confronter à des problèmes déjà résolus. Il est donc opportun de proposer aux
apprenants des exercices complémentaires non résolus, sans oublier que la
conception de bons exemples de problèmes résolus n’est pas facile.
-
Intégrer
les
informations
pour
éliminer
l’effet
de
dissociation
de
l’attention (split attention effect) : Pour éliminer l’effet de dissociation de l’attention,
qui s’exprime principalement lors du travail sur des exemples des problèmes résolus,
il faut incorporer physiquement les informations textuelles et les informations imagées
mutuellement référencées. Sweller (1988) montre que l’élimination de l’effet de
dissociation a lieu quand il y a un grand besoin d’attention, comme par exemple
quand il y a une énorme quantité d’éléments d’information simultanément référencés
et/ou un médiocre niveau de connaissance dans le domaine traité. En effet la
répartition de l’attention sur plusieurs sources d’informations rend l’apprentissage plus
difficile.
- Il est mieux d’utiliser deux modalités sensorielles plutôt qu’une : La charge en
mémoire de travail est mineure quand le même matériel est présenté en utilisant les
canaux auditifs et visuels, plutôt que le canal visuel uniquement. Quand le matériel
verbal est présenté oralement, la phase d’étude de configurations « matériel verbal
/matériel imagé » simultanément référencés est plus efficace que quand le matériel
verbal est présenté par écrit.
- Il ne faut pas présenter d’information redondante (redundancy effet) : Quand
deux informations redondantes sont présentées à un sujet, la charge cognitive est
plus importante que quand une seule de ces informations est présentée. Il faut
convenir que la redondance dépend largement du niveau d’expertise du sujet dans le
domaine de la situation traitée et en plus l’effet de redondance est contre-intuitif. Par
17
CADRE THEORIQUE
conséquent, présenter simultanément de manières différentes la même information
rend l’apprentissage plus difficile.
2.5.2 Le pre-training
Dans l’étude de Mayer et al (2002) les auteurs examinent les effets d’un
entraînement avant l’apprentissage même (pre-training), cet entraînement est basé
sur la théorie de la construction de modèles mentaux divisée en deux étapes (Mayer
et Chandler, 2001). Dans la première étape, l’apprenant construit un modèle de
composantes (component model) pour chaque partie importante du système.
Chaque composante du système est considérée comme une unité qui a un nom et
qui peut se trouver dans des états différents. Dans la deuxième étape, l’apprenant
construit un modèle causal pour le système entier, lequel doit décrire une séquence
de relations cause à effet.
La difficulté pour les apprenants est de construire le modèle de composantes et le
modèle causal en même temps qu’ils regardent l’animation. Pour éviter la surcharge
cognitive que cela peut produire Mayer et al (2002) propose d’utiliser un pre-training
constitué de trois niveaux.
La premier niveau représente la définition des composantes principales du système,
le deuxième est la ségrégation et l’appellation de chaque composante pour aider
l’apprenant a considérer chaque composante comme une unité séparé, et le
troisième consiste en la définition des états dans lesquels chaque composante peut
se trouver (prenons l’exemple proposé par Mayer, à savoir le fonctionnement du
frein, pour lequel la pédale du frein peut être en bas ou en haut).
Pour tester ce système de pre-training Mayer et al (2002) ont développé trois
expériences. Dans la première expérience la moitié des étudiants (35) ont reçu un
texte de pre-training, construit selon les trois étapes précédemment expliquées.
Après, tous les étudiants ont regardé une animation avec narration sur le
fonctionnement du frein et ont dû rendre un test de rétention et de transfert. Les
étudiants qui ont eu le pre-training ont obtenu de meilleurs résultats dans le test de
rétention et surtout dans le test de transfert.
Lors d’une deuxième exprérience, le pre-training était fait avec l’ordinateur. Comme
dans la première expérience, les étudiants qui ont fait le pre-training ont réussi
nettement mieux dans le test de rétention et surtout dans le test de transfert. Ceci
confirme que le pre-training, soit sur papier soit montré à l’ordinateur, est un outil
efficace et important pour réduire la charge cognitive et augmenter l’efficacité de
l’apprentissage.
18
CADRE THEORIQUE
Il est toutefois possible d’émettre une critique à ces deux premières expériences
puisque les étudiants ayant fait le pre-training ont employé plus de temps sur
l’apprentissage que les autres étudiants. Pour cette raison, Mayer et al (2002) ont
réalisés une troisième expérience dans laquelle un groupe d’étudiants recevait un
pre-training, un deuxième groupe ne le recevait pas et un troisième groupe recevait
un training identique au premier groupe, mais donné après la vision de l’animation
(post-training).
De nouveau, le groupe pre-training a obtenu un score nettement meilleur dans le
test de transfert que les autres deux groupes, incluant le groupe post-training.
Les résultats de ces trois expériences sont donc cohérents avec la théorie de
construction de modèle mental en deux étapes : la construction d’un modèle de
composantes avant la construction d’un modèle causal.
Les étudiants qui avaient construit le modèle de composantes pendant le pretraining ont obtenu des scores de transfert nettement meilleurs que les autres
étudiants qui devaient construire en même temps le modèle de composantes et le
modèle causal pendant la vision de l’animation. De manière générale, ces résultats
sont cohérents avec la théorie de la charge cognitive (Sweller, 1999) ,dont nous
avons parlé ci-dessus, et avec la théorie cognitive de l’apprentissage multimédia
(Mayer 2001)qui sera l’objet de notre prochain chapitre.
2.5.3 Principes généraux pour la conception d’instructional design
d’après Mayer.
Dix années de recherche sur le multimédia a été faite dans un laboratoire de Santa
Barbara. Grâce à ces résultats, Mayer a conçu un certain nombre de principes à
respecter dans l’élaboration de documents explicatifs multimédia :
1. Le principe multimédia : Effet positif de la présence d’illustrations. Il est toujours
conseillable de présenter la matière en format texte et en format graphique en
même temps.
L’effet multimédia souligne un meilleur apprentissage des étudiants utilisant les mots
et les images, plutôt que les mots seulement, autant dans le contexte des livres que
dans les contextes des ordinateurs.
19
CADRE THEORIQUE
Plusieurs études ont était faites par Mayer et collaborateurs ; en général, les
apprenants qui travaillent soit avec des textes et des figures sur une page, soit avec
des animations et des textes lus à haut voix obtiennent de meilleurs résultats (6897%) que les apprenants qui travaillaient seulement avec des textes écrits. Cet effet
général est cohérent avec la théorie cognitive d’apprentissage multimédia dans le
sens que les apprenants qui travaillent avec des systèmes multimédia utilisent la
mémoire visuelle et verbale (Paivio, 1986).
2. Le principe de cohérence : Effet positif de la suppression d’informations non
pertinentes pour l’apprentissage (détail, musique, etc…). Il ne faut pas utiliser des
mots ou des images étrangers au contexte. L’ effet de cohérence suppose que les
étudiants apprennent plus quand du matériel non pertinent est exclus que quand il
est inclus, autant dans le contexte des livres que dans les contextes des
ordinateurs.
Un exemple est donné par une expérience faite sur l’apprentissage du
fonctionnement des éclairs (Harp and Mayer, 1997). Pour un certain nombre
d’étudiants, des phrases intéressantes mais inutiles (exemple : un joueur de football
était foudroyé pendant un match) ont été ajoutées à l’explication et elles ont produit
un fort effet négatif (-90%) sur le résultat d’apprentissage. Cet effet de cohérence a
également été observé dans des expériences sur des systèmes multimédia. Mayer
(2002) affirme que des mots ou des figures non directement liés au sujet peuvent
perturber l’organisation de schéma d’apprentissage.
3. Le principe de contiguïté spatiale : Effet positif de la proximité physique des
sources d’informations visuelles, le texte et les figures doivent être présentés les uns
à coté des autres. Grâce à l’effet de contiguïté spatiale, les étudiants apprennent
mieux quand les mots sont mis à coté de la figure qui correspond, autant dans le
contexte des livres que dans les contextes des ordinateurs. Par exemple, Moreno et
Mayer (1999) ont montré que les résultats d’apprentissage étaient de 43% meilleurs
lorsque des phrases explicatives étaient mises directement sur la figure plutôt qu‘en
bas de cette dernière dans une expérience d’animation. Quand les mots et les
figures sont montrés les uns à côté des autres, il est plus facile pour les apprenants
de garder les deux sources des messages dans la mémoire de travail.
20
CADRE THEORIQUE
4. Le principe de contiguïté temporelle : Effet positif de la proximité temporelle
des sources d’informations visuelles et orales. Plusieurs expériences réalisées au
début des années 80 ont testé cette hypothèse en présentant de manière synchrone
ou successive des éléments visuels et leurs commentaires sonores. L’équipe de
Mayer a reproduit cet effet en utilisant des animations multimédias. Elles démontrent
la toute supériorité d’une présentation simultanée des informations visuelle et orales
(Jamet, 2002).
5. Principe de modalité : Effet positif de l’utilisation de la modalité orale pour
expliquer une source d’informations visuelles. Cette utilisation optimisée des modes
d’entrée du système cognitif devrait permettre une meilleure répartition des
ressources cognitives et permettre un traitement plus synchrone des deux sources
d’information. Pourtant l’effet apparaît sur des documents suffisamment complexes
pour imposer une charge élevée sur la mémoire de travail et pas pour un matériel
simple.
6. L’effet de personnalisation, dans lequel les étudiants apprennent plus
profondément si les mots sont présentés dans un style de conversation plutôt que
dans un style formel, autant dans le contexte des livres, qui utilise des mots écrits,
que dans les contextes des ordinateurs, qui utilisent une explication orale. Par
exemple, dans les expériences d’apprentissage sur la foudre, des phrases
personnalisées (« ton nuage ») étaient utilisées au lieu de phrases impersonnelles
(« le nuage ») ou des phrases comme « quand tu regardes le ciel.. » étaient
ajoutées. Ce langage personnalisé a permis d’obtenir des résultats entre 36 et 116%
meilleurs, autant dans le simple texte que dans les expériences multimédia. L’effet
de personnalisation stimule apparemment la motivation à l’apprentissage.
7. Principe de redondance, l’utilisation d’informations redondantes dans des
modalités différentes peut avoir un effet négatif sur l’apprenant.
8.
Principe
des
différences
interindividuelles :
les
principes
évoqués
précédemment sont liés à des aptitudes qui varient d’un individu à l’autre.
Ces principes sont en accord avec les recherches de Hansen (1999), de Hegarty et
al. (2002), de Byrne et al. (2000), et de Faraday et Sutcliffe (1997).
21
CADRE THEORIQUE
Une condition fondamentale de l’apprentissage multimédia est que les apprenants
soient capables de garder simultanément dans la mémoire de travail des
représentations visuelles et verbales. Les systèmes d’apprentissages qui le
permettent sont probablement efficaces. Pour conclure Mayer (2002) affirme que
l’élaboration des systèmes d’apprentissage multimédia doit se baser sur la théorie
cognitive et sur les connaissances du fonctionnement du cerveau humain.
2.4.4 Principes proposes par Narayanan et Hegarty
À ces principes proposés par Mayer (2002), Narayanan et Hegarty (2002) suggèrent
d’ajouter d’autres principes.
L’utilisation de matériel multimédia est progressivement augmentée dans le système
d’enseignement. Pour cette raison la recherche sur le système d’apprentissage doit
étudier comment les utilisateurs apprennent des informations multimodales (par
exemple verbales et visuelles) et comment rendre ces présentations plus efficaces.
Un autre aspect à clarifier est l’efficacité de la méthode d’apprentissage à travers le
multimédia relativement à la méthode traditionnelle.
Narayanan et Hegarty (2002) ont développé des lignes guides pour rendre efficaces
les systèmes d’apprentissage qui utilisent des systèmes qui combinent textes,
figures et présentations orales, ainsi qu’un modèle qui fait comprendre comment les
utilisateurs perçoivent les présentations multimodales.
Ce modèle suggère que la compréhension procède selon une séries d’étapes
desquelles l’utilisateur intègre ses propres pré-connaissances avec les informations
présentées pour se construire un modèle mental du système étudié.
Le modèle mental est une représentation interne que l’individu se construit du
monde qui l’entoure, dans une tentative de le comprendre et d’interagir avec lui.
A travers les opérations de catégorisation, jugement, récupération en mémoire,
généralisation, spécification,etc.., les individus construisent un modèle mental d’un
système dynamique en décomposant ce système en éléments simples, en
récupérant des connaissance antérieures, en encodant mentalement les relations.
D’après
Narayanan
et
Hegarty
(2002)
le
développement
d’un
système
d’apprentissage doit tenir compte de six points stratégiques (ci-dessous), dont les
quatre premiers représentent les quatre étapes selon lesquelles on construit un
modèle mental.
22
CADRE THEORIQUE
1. Le principe de segmentation : il faut aider les utilisateurs à segmenter le
système en plusieurs composantes simples.
2. Le principe de pré-connaissances : il faut stimuler les utilisateurs à faire des
liens entre les informations données et leurs connaissances préalables sur le sujet.
3. Le principe des références multiples : il faut utiliser des systèmes (par exemple
des hyperliens) pour mettre en évidence quand différents médias se réfèrent au
même objet traité.
4. Le principe de simulation mentale : il faut utiliser des graphiques ou des
systèmes interactifs pour stimuler l’utilisateur à développer une prévision du
fonctionnement du système avant le visionnement de l’animation.
5. L’identification de l’enchaînement des événements qui se déroulent dans le
système étudié : Par exemple il est important d’utiliser des hyperliens entre les
textes et les figures ou les animations.
6. La construction d’un système mental dynamique qui intègre les
informations sur le comportement de chaque composante pour comprendre le
mécanisme du système entier : Il est certain que l’apprentissage est facilité si les
utilisateurs peuvent développer un modèle dynamique avant de voir une animation.
Pour l’apprentissage d’un système complexe il est plus utile d’étudier l’ordre causale
et logique de fonctionnement de ce système avant d’en visionner l’animation. Par
exemple : l’utilisateur doit être capable de contrôler la vitesse de déroulement de
l’animation et l’animation doit être divisée en plusieurs parties pour permettre à
l’utilisateur la compréhension de chaque partie avant la vision de la suivante.
2.5.5 Expériences faites par Narayanan et Hegarty
Pour tester les hypothèses décrites ci-dessus Narayanan et Hegarty (2002) ont
effectué des expériences sur l’apprentissage d’un système mécanique. Ils ont testé
94 étudiants qui ont été séparés en quatre groupes. Le fonctionnement du système
mécanique a été présenté avec un système hypermédia pour le premier groupe et
avec un système conventionnel pour le second, les deux
système ayant été
développés selon les lignes directrices de Narayanan et Hegarty (2002). Les
23
CADRE THEORIQUE
troisième et quatrième groupes ont utilisé respectivement un système hypermédia et
un système conventionnel développé pour un CD-rom commercial.
La présentation hypermédia a été structurée en quatre parties :
1. Une partie qui montrait la segmentation hiérarchique en composantes
principales du système.
2. Un questionnaire pour faire développer aux utilisateurs un modèle mental
dynamique.
3. Une description du fonctionnement des composantes du système.
4. Une description du fonctionnement du système global.
Les résultats des tests de rétention et de transfert étaient nettement meilleurs pour
les étudiants qui travaillaient avec les présentations hypermédia (groupe 1) et
conventionnelle (groupe 2) développées selon les lignes directrices de Narayanan et
Hegarty (2002). De plus, les différences d’efficacité entre les groupes 1 et 2 étaient
minimes. Ces résultats montrent que il n’y a pas forcement de différences
d’efficacité entre les système d’apprentissage hypermédia et conventionnel. Le
contenu et la structure du matériel d’apprentissage sont plus importants que le
système employé (hypermédia ou conventionnel).
Les systèmes d’apprentissage proposés par Narayanan et Hegarty (2002) offrent de
multiples avantages par rapport au CD-Rom commercial :
1. Les systèmes d’apprentissage stimulent les utilisateurs à développer un
modèle mental dynamique, augmentant la compréhension de l’animation
(Hegarty et al., 2002).
2. Les utilisateurs ont la possibilité de contrôler la vitesse de déroulement de la
présentation et de l’adapter à leur rythme d’apprentissage.
3. Les animations sont toujours accompagnées par des commentaires qui
expliquent les caractéristiques et les fonctionnements des composantes du
système.
4. Le CD-rom commercial contient beaucoup de détails ludiques qui, en effet,
produit une surcharge cognitive.
24
CADRE THEORIQUE
Une autre expérience a été faite par Narayanan et Hegarty (2002) sur
l’apprentissage d’un système informatique et a donné des résultats similaires aux
résultats de l’expérience sur l’apprentissage du système mécanique.
En général l’étude de Narayanan et Hegarty (2002) donne une contribution à la
recherche sur les avantages des animations par rapport aux systèmes
conventionnels d’apprentissage (cf. Palmiter et Elkerton, 1993).
De plus, ils donnent une contribution à la constitution du modèle cognitif sur
l’apprentissage multimédia.
L’apprentissage à travers le multimédia a lieu quand les apprenants sont capables
de construire une représentation mentale depuis les images et les textes qu’on leur
propose.
L’apprentissage multimédia suppose que les apprenants peuvent apprendre plus
profondément avec un message multimédia bien présenté, constitué de mots et
d’images, par rapport à un document traditionnel qui présente uniquement du texte.
Quand on parle d’apprentissage profond, on se réfère à un type d’apprentissage qui
amène l’apprenant à pouvoir extrapoler les notions acquises à la résolution de
problèmes plus vastes.
Pour concrétiser l’engagement de l’apprentissage à travers le multimédia, nous
avons besoin d’une recherche qui réponde aux questions suivantes :
Est-ce que les étudiants apprennent plus profondément avec des messages
multimédia ou oralement ? Dans quelles conditions, il est utile d’ajouter des images
à des mots ? Comment fonctionne un apprentissage multimédia ?
Pour répondre à ces questions, Mayer (2002) comme on a vu ci-dessus propose un
plan de recherche ayant pour but de déterminer, en premier lieu, les principes de
base de la recherche qui expliquent les méthodes utilisées par les dessins
multimédia et déterminer dans quelle mesure ces méthodes sont efficaces à travers
divers milieux d’apprentissage.
2.6 DE L’EFFICACITÉ DES GRAPHIQUES
2.6.1 De l’efficacité des graphiques statiques et dynamiques.
A la fin du siècle dernier, un nombre assez conséquent de recherches a permis de
montrer
que,
généralement,
l’ajout
d’une
illustration
graphique
facilitait
la
mémorisation et la compréhension d’un matériel verbal (Willows & Houghton, 1987 ;
Mandl & Levin, 1989 ; Denis, 1984), et particulièrement lorsque le matériel explique le
25
CADRE THEORIQUE
fonctionnement de systèmes dynamiques (Mayer, 1989). En effet, les graphiques
permettent de représenter au moyen du medium spatial les relations spatiales mais
aussi fonctionnelles ou temporelles qui lient les éléments de la situation ou systèmes
décrits (Betrancourt & Tversky, 2000). Ce faisant, les graphiques fournissent un
support à l’élaboration d’un modèle mental qui représente de façon analogique la
structure de l’objet décrit et permet ainsi de produire des raisonnements inférentiels.
En définitive, si le texte est optimal pour les informations absolues (mesures,
positions), les graphiques sont plus adaptés pour transmettre des informations
relationnelles, facilitant les opérations de comparaison menées par le lecteur.
Autrement dit, un graphique est plus performant pour représenter la configuration
générale et la structure du référent (organisation spatiale ou temporelle des éléments,
composition, etc.), alors que le texte transmet mieux les détails et contraintes de
tâches à accomplir (Tversky, Bauer-Morrison & Bétrancourt., 2002).
Dans ce contexte, il est légitime de penser qu’un graphique animé aura toutes les
chances de faciliter la compréhension du fonctionnement de systèmes dynamiques
tels que dispositifs mécaniques, processus biologiques ou phénomènes physiques,
dans la mesure où il permet de visualiser ce fonctionnement. Au niveau de la forme,
l’animation est séduisante et l’on peut penser qu’elle motivera d’avantage l’utilisateur
à étudier le document. De fait, avec les récentes avancées des technologies
graphiques informatisées, la présence de graphiques dynamiques a proliféré dans les
documents multimédia et sites web. Mais qu’apporte réellement un graphique animé
du point de vue du traitement de l’information par rapport à un graphique statique ?
L’atout des animations est de fournir un support au sujet pour la construction d’un
modèle mental “ qui tourne ” (runnable mental model, d’après Mayer, 1989), ce qui
rend le traitement de l’information plus facile qu’à partir d’un simple texte écrit ou qu’à
partir d’un texte accompagné d’une image statique. En effet, Hegarty & Sims (1994)
ont montré que la résolution d’inférences concernant le fonctionnement d’un système
de poulies à partir de graphiques statiques et de textes demandait un effort cognitif
considérable aux sujets. Ceux-ci procédaient par animation mentale locale, poulie par
poulie, dans l’ordre de la chaîne causale, et ce processus était d’autant plus difficile
que les sujets avaient de faibles compétences visuo-spatiales. Le texte reste
approprié à la description d’une séquence linéaire de procédures, cependant, dans le
cas où les procédures sont cycliques, l’animation devrait être particulièrement
adaptée.
26
CADRE THEORIQUE
Ainsi, l’animation devrait être le moyen le plus naturel pour communiquer le concept
de changement dans le temps, de même que l’espace dans les graphiques est le
moyen le plus naturel de transmettre des relations spatiales. L’animation devrait donc
être efficace pour représenter des processus comme les systèmes de régulation
biologiques, ou les phénomènes météorologiques et les circuits électriques. Etant
donné les nombreux domaines pour lesquels l’animation semble
l’accessibilité
croissante
des
outils
permettant
de
créer
des
convenir, et
animations,
l’enthousiasme des concepteurs de systèmes d’informations multimédia est
compréhensible. Cependant, les recherches qui ont estimé les apports de l’animation
ne vont pas renforcer cet enthousiasme (Bétrancourt & Tversky, 2000, Bétrancourt,
Bauer-Morrison & Tversky, 2001, Rieber & Kini, 1991). En effet, l’animation n’a induit
de bénéfices par rapport à des illustrations statiques que dans un nombre limité
d’études, que ce soit en termes de mémorisation ou de compréhension, ou même de
motivation.
En réalité l’aspect du “ changement temporel ” pourrait apporter plus de difficultés de
traitement à l’utilisateur que de bénéfices. D’après les études faites jusqu'à présent,
on pense que le traitement d’un flux continu d’informations, présentes dans les
animations, provoque une surcharge cognitive qui nuit à l’acquisition de
connaissances, même pour expliquer le fonctionnement de systèmes changeant dans
le temps comme par exemple en ingénierie, physique, astronomie, ou biologie.
L’attitude que nous adoptons face à cette contradiction est que la pertinence d’une
interface animée ne peut s’évaluer qu’en fonction du contexte dans lequel elle va être
utilisée et sur la base de modèles de traitement cognitif des informations multimedia.
En d’autres termes, c’est l’adéquation entre le contenu, sa mise en forme et le
contexte dans lequel il va être utilisé qui prime. Narayana & Hegarty (2002) montrent
d’ailleurs qu’un matériel dont la structure et le contenu sont conçus en accord avec
leur modèle cognitif de traitement des informations multimédia est plus efficace qu’un
matériel qui ne l’est pas, la présence ou non d’animations ne faisant à ce moment-là
aucune différence. Sur la base de plus d’une décennie d’études sur les documents
multimédia, des principes de conception comme nous avons mentionné ci-dessus
(paragraphe2.5.3), ont été mis en évidence pour une utilisation optimale des formats
de présentation offerts sur support informatique (Jamet, 2002 ; Mayer & Moreno,
2002).
27
CADRE THEORIQUE
Ainsi, les difficultés que soulève le traitement d'une animation seraient liées aux
limitations perceptives et cognitives dans le traitement d’une situation visuelle
changeante. L’animation peut être conceptualisée sous forme d’étapes même si le
mouvement réel est continu. Finalement, le moyen le plus naturel de le communiquer
serait de représenter ces étapes sous forme d’une série de graphiques statiques, qui
permettent la comparaison entre états, et la réinspection des actions et états
précédents. En revanche, les animations sont insaisissables et lorsqu’elles peuvent
être ré-inspectées, elles doivent être étudiées en mouvement, ou il peut être difficile
de percevoir tous les changements simultanément.
En définitive, les animations poseraient 3 types de difficultés cognitives à l’utilisateur
(Bétrancourt et al., 2001) :

attentionnelles : détecter quels sont les éléments en mouvement, ce qui a
déclenché leur mouvement, qui n’est pas une tâche facile même lorsque l’on peut
ralentir ou stopper l’animation.

“computationnelles ” : liées aux opérations mentales que l’on peut appliquer sur les
graphiques animés : par exemple, il est très difficile de visualiser la trajectoire d’un
point d’après son mouvement.

mnésiques : comprendre l’enchaînement causal des mouvements du système
demande d’avoir mémorisé les positions absolues et relatives de chaque élément
à différentes étapes de l’animation.
Nous postulons que l'animation peut faciliter la compréhension de phénomènes
dynamiques si l'interface fournit à l'utilisateur les moyens de diminuer ou de contrôler
la charge cognitive qu'entraîne leur traitement. Un facteur simple mais prometteur est
le niveau de contrôle que l'utilisateur peut exercer sur le rythme de défilement de
l'animation.
2.6.2 Contrôle et interactivité.
D’après Mayer et Chandler (2001), un contrôle simple de l'utilisateur sur l'animation
(possibilité de faire des pauses entre séquences animées) pourrait affecter les
processus cognitifs à la fois durant la phase d'apprentissage et durant la phase de
restitution. Ce contrôle pourrait avoir deux effets principaux sur les processus
d'apprentissage : il pourrait réduire la charge cognitive de l'apprenant et ,par ce fait, lui
permettre de construire petit à petit un modèle mental cohérent. Dans deux
expériences, des étudiants sont invités à suivre deux présentations successives de la
28
CADRE THEORIQUE
même animation commentée découpée en huit séquences sur la formation des
éclairs. Puis on leur fait passer un test de rétention de l'information et un test de
transfert des connaissances. Dans la première expérience, les apprenants de la
première condition ont la possibilité de contrôler la cadence de l'animation : la
présentation stoppe après chaque séquence, et le sujet choisit de passer à la
séquence suivante en pressant sur un bouton (D pour discret). Puis ils assistent à la
même animation en continu, c'est-à-dire sans contrôle (C pour continu). Ces étudiants
de la condition DC obtiennent de meilleurs résultats au test de transfert que les
apprenants qui ont reçu les deux présentations dans l'ordre inverse, c'est-à-dire CD.
Aucune différence n'est observée au test de rétention. Dans une seconde expérience,
les apprenants peuvent exercer un contrôle sur la cadence de l'animation et ce sur les
deux présentations successives (DD). Ils obtiennent de meilleurs résultats que les
apprenants qui ne pouvaient pas agir sur le déroulement des animations (CC). Ces
résultats confirment la théorie de la charge cognitive mais également la théorie de la
construction des modèles mentaux.
Suite à ces premières recherches, nous postulons que le contrôle sur le défilement
permet à l'apprenant de maîtriser efficacement son traitement de l'animation. Alors
que Mayer & Chandler (2001) ont utilisé le degré minimal de contrôle (possibilité de
lancer la séquence suivante), Schwan & Riemp (à paraître) ont, à l'inverse, utilisé un
niveau de contrôle avec de multiple possibilités.
Schwan et Riemp (à paraître) ont étudié l’apprentissage des nœuds nautiques avec
la vidéo. Dans cette expérience, la moitié des sujets (18) utilisait des vidéos qu’elle
pouvait contrôler (interrompre la vidéo quand ils le désiraient, changer la vitesse et la
direction de la vidéo) et l’autre moitié utilisait des vidéos sans pouvoir les contrôler.
Les sujets étaient sensés apprendre a nouer quatre nœuds de difficulté progressive.
Les quatre vidéos ne contenaient ni du texte écrit ni du texte audio et chacune avait
une durée de 14 à 35 secondes.
Les sujets avaient la possibilité de visionner la vidéo autant de fois qu’ils le
désiraient. Ils pouvaient aussi pratiquer les nœuds autant de fois qu’ils le désiraient,
mais seulement quand la vidéo était arrêtée. Une fois qu’ils avaient appris à faire le
nœud ils devaient le montrer aux expérimentateurs.
Les sujets qui ne pouvaient pas contrôler la vidéo ont employé un temps
d’apprentissage nettement plus long (66-95%), de même que pour le temps de
visionnement de la vidéo (7- 53%) et le temps d’exercice sur le nœud (100-300%).
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CADRE THEORIQUE
Les sujets qui pouvaient contrôler la vidéo ont beaucoup utilisé la possibilité de
contrôle surtout pour les nœuds les plus difficiles.
Cette étude a montré l’efficacité du contrôle de la vidéo par les utilisateurs. Des
résultats similaires ont été obtenus par Shyu & Brown (1995). Néanmoins, les études
de Lowe (1999) et de Schnotz (1999) ont obtenu des résultats opposés. La principale
différence entre ce deux groupe d’étude est que Lowe et Schnotz ont étudié
l’apprentissage de concepts abstraits (par exemple la dynamique météorologique) et
Schwan et al et Shyu et Brown ont étudié l’apprentissage de matières plus pratiques.
Apparemment les sujets qui devaient apprendre des concepts abstraits n’ont pas eu
la capacité de générer des schémas d’apprentissage, alors que les sujets qui
apprenaient des matières pratiques ont su gérer le contrôle de la vidéo pour créer un
apprentissage efficace avec une faible charge cognitive extrinsèque.
Dans cette étude, nous explorons l'effet de deux niveaux de contrôle sur le
traitement qu'en fait l'utilisateur et l'efficacité de l'apprentissage résultant. En accord
avec les études précédentes, nous postulons que la possibilité de contrôler le
rythme de défilement de l'animation permet de diminuer la charge cognitive et
d'améliorer l'efficacité de l'apprentissage et l'expérience subjective de l'apprenant.
Cependant, nous faisons l'hypothèse qu'un niveau de contrôle trop complexe induit
une charge de gestion de la présentation qui va finalement diminuer l'efficacité du
traitement par rapport à un contrôle minimal.
2.6.3 Effet des animations
L’effet des animations sur la performance de l’apprentissage est le sujet de
nombreuses
publications
synthétisées
par
Betrancourt
et
Tversky
(2000).
Sept études sur le douze qui ont comparé des présentations conventionnelles avec
des présentations avec animations ont trouvé des effets positifs, ou partiellement
positifs, des animations sur la performance de l’apprenant. Par exemple, Baek et
Layne (1988) ont démontré que l’utilisation des animations peut améliorer
l’apprentissage des règles mathématiques qui décrivent la relation entre temps,
distance et vitesse. Par contre, cinq autres études n’ont pas trouvé de différences
importantes entre l’animation et le système conventionnel (par exemple Pane et al.,
1996). Palmiter et Elkerton (1993) ont montré que l’utilisation des animations avait des
effets positifs sur l’apprentissage à court mais pas à long terme.
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CADRE THEORIQUE
Betrancourt et Tversky (2000) ont également résumé les modalités de construction
des animations. Plusieurs études ont montré que les figures, en général, et aussi les
animations sont plus efficaces qu’un simple texte pour décrire et mémoriser les
relations entre des objets ou des événements (Larkin et Simon, 1987 ; Paivio, 1991)
et pour gagner l’attention des apprenants (Rieber et Kini, 1991).
Par contre, les animations ne sont pas utiles quand les apprenants ont déjà
développé un modèle mental du sujet (par exemple quand ils sont experts du sujet)
ou quand le sujet même est facilement imaginable. De plus, les animations ne
peuvent être utiles que quand elles sont bien structurées et correspondent avec
précision à la situation d’apprentissage.
Les apprenants ont souvent eu des difficultés à suivre le déroulement de l’animation
et, en même temps, à en extrapoler les informations importantes pendant son
déroulement (Lowe, 1996). Rieber et collaborateurs (1990, 1991) ont montré
l’efficacité des animations dans deux cas :
1. La transmission d’un concept ou d’une règle qui implique un déroulement dans
le temps ou une relation entre temps et espace.
2. La transmission d’un processus dynamique qui est difficile à imaginer pour
l’apprenant.
Au contraire, si la matière étudiée n’implique pas la compréhension d’un processus
dynamique, les animations peuvent provoquer une surcharge cognitive.
2.6.4 Experiments sur le animations
Des systèmes d’apprentissage à travers des animations ont été développés depuis
la fin des années 80, par exemple pour des systèmes de logiciel informatiques. Une
expérience sur un tel système d’animation a été réalisée par Palmiter et Elkerton
(1993). 48 étudiants ont été testés sur un logiciel informatique Macintosh, parmi
lesquels trois groupes ont été formés. Le premier groupe devait apprendre le logiciel
uniquement avec un texte écrit, le second devait apprendre le logiciel uniquement
avec une animation et le troisième groupe devait apprendre le logiciel avec
animation et texte.
Les trois groupes d’étudiants étaient testés tout de suite après l’apprentissage (test
de immédiat) et aussi une semaine après (test différé). Pendant ce test, Palmiter et
Elketon ont posé des questions presque identiques et similaires à celles résolues
pendant l’apprentissage.
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CADRE THEORIQUE
Les résultats du test de rétention pour le deuxième et le troisième groupe étaient
nettement meilleurs (16%) que ceux du premier groupe, et le temps employé était
plus court. Par contre, pendant le test de transfert, les résultats du premier groupe
étaient légèrement meilleurs et le temps employé nettement plus court que pour les
autres groupes.
La différence entre le test de rétention et le test différé était surtout importante pour
les question similaires.
Il y a plusieurs explications pour le fait que les deuxième et troisième groupes
étaient plus performants et plus rapides au début. Par exemple, ils ne perdaient pas
de temps a lire le texte et a interpréter les différentes étapes d’apprentissage. En
outre, comme ils l’ont aussi admis dans un questionnaire, les groupes 2 et 3 avaient
la tendance à imiter simplement l’animation. Ce processus d’apprentissage très
superficiel peut expliquer le temps d’apprentissage rapide, mais aussi les mauvais
résultats pendant le test de transfert. Les apprenants de groupes 2 et 3 n’ont donc
pas construit de chemins d’apprentissage.
Il est intéressant de souligner que les résultats du groupe 2 (seulement animation) et
du groupe 3 (animation plus texte) étaient presque identiques même si les
apprenants du groupe 3 affirmaient dans un questionnaire qu’ils avaient donné la
même attention à l’animation et au texte. Pourtant il est probable qu’ils n’aient pas
fait attention à ce dernier. Il est aussi possible qu’ils aient remarqué que le texte et
l’animation étaient redondants et, pour cette raison, ils se sont concentrés
exclusivement sur l’animation.
Grâce aux questionnaires, on déduit que l’animation plait aux apprenants et qu’ils
aimeraient l’utiliser de nouveau, la trouvant plus simple que le texte. Pour cette
raison, Palmiter et Elkerton (1993) suggèrent de se concentrer dans les futures
recherches sur une méthode d’amélioration de l’efficacité des apprentissages avec
animation, afin de mieux combiner texte et animation et pour évaluer les effets du
contrôle sur l’animation par les apprenants.
2.6.5 Efficacité de l’interactivité
L’efficacité de l’interactivité des animations et de l’apprentissage en général a été
étudiée, par exemple, par Palmiter et Elkerton (1993) et par Kinzer et al. (1989), les
quels n’ont pas trouvé d’avantages des interaction dans l’apprentissage. Par contre,
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CADRE THEORIQUE
Gonzales (1996) a montré que les interactions peuvent augmenter la précision et la
motivation des apprenants.
Plusieurs études ont montré l’importance de la façon de laquelle une animation est
construite. Il est toujours important que l’attention des apprenants soit dirigée vers les
aspects plus importants de la matière. Quand la matière est composée par plusieurs
étapes différentes liées par des relations de cause à effet, la segmentation peut
améliorer l’efficacité de l’animation et la production d’un modèle mental précis. De
plus, d’après les études de Mayer et collaborateur (2001, 2002), afin qu’une animation
soit vraiment efficace, elle doit être accompagnée par une description à vive voix
simultanée, et les textes et les graphiques doivent être physiquement proches les uns
des autres.
Les animations ne représentent pas un remède universel, néanmoins elles peuvent,
dans certains cas, augmenter l’efficacité de l’apprentissage. En résumé, les
animations sont efficaces quand la matière étudiée implique un mouvement de
trajectoire ou de changement dans le temps. Dans ces cas, les animations aident à
développer un modèle mental de processus dynamique et surtout à améliorer les
résultats de transfert. Par contre l’animation peut générer de la surcharge cognitive si
elle n’est pas strictement nécessaire, ou si son interprétation est trop difficile pour
l’apprenant.
2.6.6 Les nouveaux–media
Pendant les dernières deux décennies, l’art de présenter l’information a subi de
grands changements dûs au développement de systèmes informatiques qui sont
devenus capables de traiter et visualiser une énorme quantité d’informations quasi
instantanément. Pour cette raison, les médias dynamiques visuels, tels que les
vidéos interactives, l’hyper-video et la réalité virtuelle, ont émergé.
Ces médias intègrent des illustrations iconiques réelles avec les trois principales
caractéristiques du nouveau–média :
1. La structure non-linéaire.
2. L’utilisation convenue de nombreux systèmes symbole.
3. Le contrôle qui donne à l’utilisateur l’opportunité de choisir le rythme et la
façon dans laquelle est présentée l’information.
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CADRE THEORIQUE
On discutera si, et dans quelles circonstances, l’action élargie de l’utilisateur mène à
une meilleure compréhension de l’information visuelle présentée.
Un grand nombre d’expériences récentes ont été réalisées sur la psychologie des
médias, surtout sur les médias iconiques. Un des grands avantages des médias
iconiques est que leurs contenus peuvent être adaptés aux besoins cognitifs de
l’utilisateur. Les études de Schwan, Garsoffky et Hesse (2000) on montré que la
possibilité d’introduire des coupures dans les vidéos facilitait le processus cognitif,
grâce à la segmentation du matériel dans des unités plus courtes et donc plus
facilement compréhensibles. En général, les auteurs des vidéos et des films ont la
possibilité d’optimiser les conditions de compréhension, possibilité qui n’est pas
donnée aux spectateurs. Nénamoins, les médias avec contrôle permettent aux
spectateurs de les gérer, d’adapter la présentation à son besoin cognitif individuel.
Dans ce sens, non seulement le rapport entre auteur et utilisateur des vidéos est
profondément changé, mais aussi le rapport entre activité mentale imposée par
l’auteur et la réorganisation des schémas mentaux choisis par le spectateur.
Toutefois, il faut dire que la possibilité de contrôler le média avec des commande
comme « stop », « pause », « rembobiner », « avancer », etc… augmente le nombre
d’activités qui doivent être planifiées et mémorisées, ainsi que le nombre de
décisions qui doivent être reprises par l’utilisateur pendant la présentation de la
vidéo. Pour cette raison, la charge cognitive externe nécessaire pour gérer le
contrôle de la vidéo (Schnotz, Boeckheler & Grzondziel, 1999) peut être plus
importante que les avantages produits par le contrôle même (simplification mentale
et adaptation aux besoins de l’utilisateur). Il est par conséquent nécessaire de
construire les fonctions de contrôle de telle façon que la charge cognitive externe soit
réduite au minimum.
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