Mémoire et résolution de problèmes

REVUE FRANÇAISE DE PEDAGOGIE
MÉMOIRE ET RÉSOLUTION
DE PROBLÈMES
par J. f. RICHARD
INTRODUCTION
1. Mémoire et intelligence
On oppose souvent
mémoire et intelligence, l'intelli-
gence étant considérée comme une activité créatrice et
la mémoire comme une activité de caractère passif et
répétitif.
En fait cette dépréciation n'est pas le fait des psy-
chologues qui
ont étudié la mémoire, elle est héritée de la
tradition philosophique. On peut s'en étonner car tous
ceux qui ont étudié la mémoire ont mis en évidence les
liens qu'elle
entretient avec les activités intellectuelles
les plus complexes (voir de Schonen,
1974). Les recher-
ches récentes insistent de plus en plus sur les stratégies
qui interviennent
soit au niveau du stockage, soit au ni-
veau de la récupération en mémoire: certaines sont d'un
niveau de complexité équivalent àcelles observées dans
la résolution de problèmes,
Piaget
et Inhelder (1968) ont développé l'idée que la
mémoire était le reflet des traitements et des opérations
N° 60 juil.-août-sept. 1982, 9~ 17
mentales et suivait le développement des structures opé-
ratoires de l'intelligence. Une perspective voisine aété
développée par l'école soviétique qui lie la mémoire
et
l'activité (Zintcheko. 1966 ;Smirnov. 19661. On trouve
également des idées équivalentes chez des auteurs anglo-
saxons
comme Craik et Lockhart (1972) pour qui la pro-
babilité qu'une
information soit conservée en mémoire
dépend du niveau de profondeur du
traitement qui aété
effectué: une information qui asubi un traitement séman-
tique aplus de chances d'être retenue qu'une information
qui aété traitée àun niveau superficiel, phonétique ou
visuel
par exemple. D'une façon générale, dans la lecture
des travaux récents on est frappé de la
similitude du lan-
gage utilisé pour parler de la mémoire et de l'intelligence.
L'idée centrale de cet article est que
l'activité deréso-
lution de problèmes dépend dans une
très large mesure
des
activités mnésiques et que pour une grande part les
difficultés rencontrées dans cette tâche sont liées aux
contraintes de fonctionnement des systèmes mnésiques.
2. Les
types de mémoires
Il faut, pour commencer, introduire deux distinctions
classiques
en psychologie, qui se recouvrent en partie
mais ne
partent pas du même point de vue:
La première distinction est faite d'un point de vue
qu'on
pourrait qualifier d'anatomique en ce sens qu'elle
envisage les
structures: c'est la distinction entre mémoi-
re â court terme (M.C.T.) et mémoire âlon9 terme IM.L.T.I.
L'autre
distinction est faite du point de vue de la
tâche àréaliser, c'est-à-dire dans une perspective fonc-
tionnelle : c'est la distinction entre mémoire de travail
(M.T.)
et mémoire permanente.
2.1.
Mémoire à court terme et mémoire àlong terme
Très schématiquement on peut considérer la mé-
moire àcourt terme comme un registre dans lequel beau-
coup
d'informations circulent :elle ressemble à la mé-
moire-tampon des informaticiens. Dans ce registre peu
d'informations sont résidentes à la fois: sa capacité est
limitée. Une information ysubsiste pendant peu de
temps: elle est sujette àeffacement à moins qu'une acti-
vité particulière n'intervienne pour la maintenir. Elle est
donc labile mais al'avantage
d'être facilement récupé-
rable.
La mémoire àlong terme est un registre àentrée plus
sélective :des opérations
de codage spécifique accom-
pagnent l'entrée
en mémoire àlong terme. C'est une mé-
moire àtrès grande
capacité: la conservation de l'infor-
mation est durable, elle offre une énorme résistance à
l'effacement. Mais c'est une mémoire dans laquelle il y a
beaucoup d'interférences entre les
informations. Celles
qui yentrent peuveQt transformer celles qui ysont déjà
9

et être àleur tour transformées par elles: ce qui est récu-
péré
n'est pas nécessairement ce qui aété stocké. Par
aifleurs, une
information présente en M.L.T. peut ne pas
être récupérable,
comme le montre le phénomène du mot
sur le bout de la langue: on est sûr de l'avoir en mémoire
mais on peut mettre très longtemps à le retrouver.
En résumé en mémoire à court terme les limitations
sont principalement dans la capacité de stockage et la
brièveté de la conservation de l'information; en mémoire
àlong terme les aspects déterminants sont le codage de
l'information qui intervient au moment du stockage et sa
récupération.
2.2.
Mémoire permanente, mémoire de travail, mé-
moire opérationnelle
La mémoire opérationnelle conserve les informations
qui sont utiles aux traitements impliqués par la réalisa-
tion d'une tâche (Bisseret,
1970). Dans ce type de mé-
moire il y a une remise à jour continuelle en fonction des
exigences
de la tâche. Par le biais de ces dernières est
exercé un
contrôle sur la rétention en mémoire: les infor-
mations
sont conservées pendant le temps nécessaire et
sont généralement oubliées quand elles sont devenues
inutiles. Par exemple, dans
la correction de copies, l'ensei-
gnant retient des informations concernant la copie en
cours de correction; lorsqu'il passe àune autre copie il
y a effacement (pas
forcément conscient) des informa-
tions spécifiques à la copie, ce qui évite les interactions
(par exemple, imputer àune copie les fautes repérées
dans
la copie précédente),
Une autre notion voisine est celle de
mémoire de tra-
vail. Par là on entend une mémoire àcapacité limitée (du
type
de la mémoire àcourt terme), où sont stockées les
informations utiles à la tâche, et dont la capacité de
stockage dépend des activités cognitives qui sont exer-
cées
en même temps. Les auteurs qui utilisent cette
notion se réfèrent généralement à
la conception selon
laquelle il existe un système àcapacité
limitée dont la
capacité est partagée entre le stockage d'informations
et l'exercice d'activités cognitives non automatisées':
inférences, comparaisons, recherche en mémoire àlong
terme,
contrôle de l'exécution de la tâche (Richard,
1980). Si la charge mentale constituée par ces activités
cognitives est
importante la capacité de stockage est
réduite car alors ne
peuvent s'exercer des activités qui,
comme la répétition mentale, permettent de maintenir
plus longtemps l'information en mémoire à court terme.
L'exemple suivant
montre comment la capacité de
maintien
d'informations en mémoire à court terme peut
être réduite par la mise en jeu d'une activité cognitive
intetiérente. En mémoire immédiate le nombre d'éléments
que l'on peut retenir et rappeler est de l'ordre de 7 à 8.
La situation habituellement utilisée pour l'étude de
10
l'empan mnésique peut être modifiée de la façon suivan-
te
(Wimbey et Leiblum, 1967) :
_
on fait entendre une liste de chiffres terminée par
un mot, par exemple le mot VERT;
_ le sujet adevant lui une liste de couples mots-
nombres, du type:
ROUGE 1
VIOLET 2
ROSE 3
BLEU 4
VERT 5
JAUNE 6
ORANGE 7
•
•
•lorsqu'il entend le
mot « VERT» 11 doit rechercher
ce
mot dans la liste, lire le nombre correspondant, ici 5 ;
- il doit alors écrire ~ la ligne 5de sa feuille de ré-
ponse tous les chiffres de la liste dont il se souvient.
Le simple fait de ne pouvoir rappeler immédiatement
la liste des chiffres mais de devoir auparavant rechercher
le numéro de
la ligne où donner sa réponse diminue à
peu près de moitié le nombre de chiffres rappelés.
3,
Les deux types d'activités mnésiques dans la réso-
lution de problèmes
L'exemple suivant montre
comment dans la résolu-
tion de problème interviennent deux types d'activités
mnésiques.
Dans une situation de résolution de problème, on
doit d'une part conserver momentanément des informa-
tions dont on abesoin pour des traitements ultérieurs
(données du problème, résultats déjà calculés
... ), d'autre
part rechercher en mémoire à long terme des connais-
sances, des règles
d'action utilisées pour la résolution.
Prenons
comme exemple le problème des crypto-
grammes:
DONALD
+GÉRALD D~5
ROBERT
-de D=5on tire T=0en allant rechercher en
mémoire à long terme l'algorithme de l'addition et on
.note qu'on a 1
en retenue à la 26 colonne;
- on peut ensuite déduire que D+G ~ 9 : pour
cela on abesoin de remarquer 0+G=R(donnée du
problème présente sous Jes yeux) et d'aller chercher en
mémoire de travail lïnformation R ~ 9(qui aété fournie
dans
I~ consigne: les lettres représentent les chiffres de
oà 9);

-on peut déduire ensuite que R>5 : pour cela il
faut rechercher
en mémoire de travail l'information D=
5, récupérer (toujours en mémoire de travail) nnforma-
tion T=0, et se souvenÎr (information donnée dans la
consigne) que le même chiffre ne peut correspondre à
deux lettres. On déduit G*,O àpartir de ces deux derniè-
res
informations et de D == 5et G =1= 0on déduit R>5 ;
-on remarque alors que Rest impair: pour cela il
faut retrouver
en M.L.T. la connaissance qu'un nombre
ajouté à
lui-même est un nombre pair et retrouver en
mémoÎre de travail la trace
de la retenue dans la 26colon-
ne;
-on peut alors déduire R=7ou 9 : pour cela il faut
retrouver en mémoire de travail les deux informations,
Rest impair
et R>5 ... ;
-
et ainsi de suite ...
Dans cette activité de résolution on fait appel à la
fois àdes connaissances en mémoire àlong terme (pro-
priétés,
relation~s, règles 'générales de déduction, algo-
rithmes) et àdes
informations en mémoire de travail qui
sont ou bien des données fournies dans la consigne ou
bien des résultats déjà calculés.
1. - LES LIMITATIONS DE LA MÉMOIRE ACOURT
TERME
1. La capacité limitée de la mémoire à court terme
Tout le monde reconnaît que la capacité de la mé-
moire àcourt terme est limitée.
La difficulté est de savoir
quelle est réellement cette capacité. Les résultats expé-
rimentaux obtenus par différentes techniques ne sont
guère concordants.
La technique de loin la plus répandue est celle du
rappel, qui est utilisée dans
la mesure de l'empan mnési-
que. Quand le
rythme de présentation n'est pas trop rapi-
de, quand les
items sont familiers, (lettres, chiffres) et que
le rappel est demandé
immédiatement après la présen-
tation ;le nombre d'items rappelés est de l'ordre de 7
pour des adolescents et des adultes.
Quand une activité cognitive
même peu complexe
est insérée entre
la présentation et le rappel, le rappel est
nettement plus faible comme on l'a signalé plus haut.
Wimbey et Leiblum (1976) ont comparé la condition
classique (rappel
immédiat) et la condition décrite plus
haut où préalablement
au rappel le sujet doit rechercher
àquelle ligne de
sa feuille donner ses réponses en consul-
tant une liste. Les items àrappeler étaient des chiffres
rangés
en listes de 5, 6, 7, 8 ou 9et présentés au rythme
rapide de 2à la seconde. Le nombre de chiffres rappelés
est 5,5
en moyenne par liste dans la condition de rappel
immédiat, il est seulement de
2,33 en moyenne dans la
condition de rappel différé.
On observe également une
diminution importante du
nombre d'items rappelés quant au lieu de présenter une
liste courte de l'ordre de l'empan
et de demander le rappel
de l'ensemble de la liste, on présente une liste très longue
(20 ou 30 éléments), on l'interrompt àun moment donné
et on
demande au sujet de rappeler tous les derniers
items dont il se souvient. L'empan mesuré de cette façon,
et appelé empan mobile (running span, Pollack, Johnson,
Knaff,
1959), est nettement plus réduit.
Dans
la technique classique de mesure de l'empan on
surestime vraisemblablement
la capacité de la mémoire
à court terme, car les conditions de présentation permet-
tent d'utiliser des repères spatio-temporels de début et
de fin de liste et d'user au mieux des possibilités de répé-
tition mentale. Ce n'est que dans les conditions les plus
favorables que le rappel est de l'ordre de 7
éléments: ce
nombre constitue une
limite supérieure de la capacité de
la mémoire à court terme.
On peut également étudier la capacité de
la mémoire
à court terme, sans exiger un rappel explicitedes éléments
présentés mais en
demandant au sujet d'effectuer un trai-
tement sur des données qu'il n'a pas sous les yeux mais
qu'il aenregistrées dans
sa mémoire. Case (1972) a uti-
lisé une tâche de sériation mentale Qui aces caractéris-
tiques.
On présente verbalement une suite de nombres
de plus en plus grands àl'exception du
dernier: la tâche
du sujet est
d'indiquer en quelle position celui-ci doit être
mis
pour être à sa place dans la série. Supposons, par
exemple, que l'on donne
la suite 3, 9, 18, 11 ; le sujet
doit répondre 3car 11 est en troÎsième position dans la
série. Pour déterminer quelle position adans la série le
dernier
nombre présenté, le sujet doit évidemment retrou-
ver dans
sa mémoire les différents nombres de la liste.
Des enfants de
10 ans réussissent la tâche quand la suite
est de longueur 4
comme dans rexemple ci-dessus, mais
quand
la suite est plus longue ils échouent. Dans une
situation de rappel
immédiat ils sont capables pourtant
de restituer une liste contenant deux éléments de plus
en moyenne.
Donc, lorsque l'on
doit effectuer un traitement même
simple (une comparaison dans l'exemple ci-dessus) sur
des données
en mémoire, la capacité de stockage de la
mémoire à court terme est nettement inférieure àl'empan.
Il est important de remarquer que dans toutes ces
expériences sur
la capacité de la mémoire à court terme,
les
items constituent un ensemble amorphe. Si les élé-
ments présentés sont organisés, s'ils constituent, par
exemple, des phrases,
le nombre d'éléments susceptibles
d'être
maintenus en mémoire à court terme est beaucoup
plus élevé. Ainsi on peut retenir après une seule lecture
presque
autant de phrases simples que de mots isolés.
11

2. La compétition en mémoire àCourt terme
On ade bonnes raisons actuellement de penser que
dans le système àcourt terme, il y a
compétition entre
d'une part, le stockage de
l'information et d'autre part,
l'exercice
d'activités cognitives non automatisées qui
peuvent
se faire difficilement sans contrôle conscient et
qui éventuellement peuvent s'accompagner d'une verb~
Iisation. Ce sont par exemple des activités de comparaI-
son, d'inférence,
d'anticipation, de construction de repré-
sentation, d'élaboration de plans, de test d'hypothèses,
d'identification perceptive dans des conditions difficiles,'
de sélection
de réponses, etc. Baddeley et Hitch (1974)
ont réalisé une série d'expériences qui permettent de
préciser dans quelles
conditions une telle compétitio~
intervient. Dans l'une de ces expériences le sUjet dott
évaluer une assertion, du
type de celles présentées dans
le tableau 1, en répondant par vrai ou faux,
Tableau 1
Types
da phrases présentées dans l'expérience de Baddaley et Hitch
119741
Énoncé Stimulus Réponse
correcte
An'est
pas précédé par B
BA
faux
Aprécéde B
AB vrai
Aest précédé par B
BA vrai
An'est pas précédé par B
AB
vrai
Par exemple on lui présente la phrase «An'est pas
précédé
par B»puis on lui présente les deux lettres BA.
La réponse attendue est «faux )} puisque dans BA, Aest
précédé par
B, On mesure le temps de réponse.
Le sujet
doit exécuter simultanément une autre tâche
qui varie selon les
conditions: il doit répéter mentalement
une suite de 6chiffres qui lui aété présentée avant
la
tâche de jugement et qu'il devra restituer ensuite, ou bien
il doit compter rapidement de 1à6ou encore répéter
«The ... The ... The ... », Ces deux dernières conditions sont
destinées à
imposer au sujet une activité de répétition
sans charge mentale. Dans
la condition contrôle le sujet
exécute seulement
la tâche de jugement. Les résultats
sont présentés dans les tableaux 2et 3.
Quand
le sujet doit retenir 6chiffres en mémoire le
temps de réponse à la tâche de jugement est notablement
augmenté, et Cette augmentation est d'autant plus forte
que la phrase est plus complexe et le jugement plus dif-
ficile,
12
Tableau 2
Temps de réponse èla tAche de jugement pour
les différentes conditions expérimentales
(d'après Baddeley et Hitch, 1974, table Ill. p. 55)
Temps de réponse
Tâche concurrente
(en secondes)
1Aucune (situation contrôle)
2,79
2Répéter
"The, .. The.,. The»
3,13
3.
Répéter
{( 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1,2,3,.
"
3,22
4.
Répéter 6chiffres présentés auparavant et
4,27
les retenir
Tableau 3
Oifférence dans le temps. de réponse moyen entre la condition 4
(répétition de 6chiffres èretenir)
et la situation 1(contrôle) pour les4 types de phrases
(d'après Baddeley
et Hitch, 1974}
Différence avec
Forme
de la phrase
la situation contrôle
(en secondes)
-Affirmative -active
0,70
- Affirmative· passive 1.10
-Négative· active
1,40
_Négative - pasSive
2.40
La tâche mnésique intetière donc avec la tâche de
jugement et ceci d'Çlutant plus que la tâche de jugement
est plus complexe. Un autre résultat de l'expérience de
Case
(1972) citée plus haut va dans le Sens de cette
interprétation et suggère qu'il y a également une dété-
rioration de la rétention en mémoire à court terme quand
l'actÎvité cognitive concurrente est plus complexe. Ces
auteurs constatent
en effet que la différence entre le
nombre d'éléments maintenus en mémoire dans une
tâche de rappel
immédiat et le nombre d'éléments main-
tenus en mémoire dans une tâche de sériation mentale
tend à diminuer avec l'âge: cette différence qui est de
2,5 éléments vers 8-9 ans tend àdiminuer avec l'âge.
Cela peut
s'expliquer par le fait que chez des jeunes
enfants la tâche de comparaison de nombres est nette-
ment plus complexe et constitue une charge mentale plus
importante que pour des adolescents chez qui elie tend à
s'automatiser de sorte qu'elle n'interfère pratiquement
plus avec le stockage en mémoire.
Pourquoi y
a-t-il concurrence entre les activités de
stockage
et des activités de traitement? On ne peut pour
l'instant que formuler des hypothèses, dont l'une des
plus plausibles est que
l'information en M.C.T., étant très

labile, doit, pour n'être pas perdue, être entretenue par
une activité
qui po-urrait être une sorte de récapitulation,
de révision périodique
dont \a répétition mentale est une
forme. Si pendant le
même temps sont exécutés des trai-
tements cognitifs complexes qui ne souffrent pas d'être
interrompus, alors l'information
en M.C.T. pourra avoir
disparu parce que cette activité de récapitulation aura
été empêchée (voir Richard, 19811.
3. Relation
entre capacité de stockage en mémoire
à court terme et résolution de problèmes
Diverses recherches
ont mis en évidence une corréla-
tion entre la mesure de l'empan et la réussite dans la
résolution de problèmes. Ainsi Whimbey, Fishof et Sili-
kowitz (1969) trouvent une corrélation de .76 entre
l'empan mnésique mesuré selon la technique décrite plus
haut (p. 10)
et la réussite àdes problèmes du type suivant,
où A,
B, Cet 0représentent des catégories d'objets dif-
férents. Vous avez 8A, 3 B, 2 C et 5 0, on vous donne
2 B
et 5 D. Combien avez-vous pour chaque catégorie?
(réponse: 8A, 58, 2 C, 10 Dl. Cette corrélation est
d'autant plus remarquable que la réussite àces problè-
mes,
tout comme l'empan mnésique, sont faiblement cor-
rélés avec un
test de vocabulaire, qui est une assez bonne
estimation du niveau général d'intelligence. La corréla-
tion entre l'empan et la réussite au problème ne peut donc
s'expliquer par le facteur général d'intelligence.
Il y a par ailleurs une corrélation entre le Q1 et la
mémoire àcourt terme comme le montrent une série
d'expériences de Cohen
et Sandber9 (19771. La techni-
que utilisée pour mesurer la capacité de la mémoire à
court terme est la suivante: on présente une liste de 9
chiffres mais
au lieu de demander de répéter l'ensemble
de
la liste on demande de rappeler seulement tantôt les
trois chiffres du début, tantôt ceux du milieu, tantôt ceux
de la fin.
On aainsi des informations sur la rétention des
différentes parties de
la liste et on peut mieux apprécier
la contr"lbution de la
mémoire àcourt terme, qui est plus
importante pour la fin de la liste que pour le début. Le Q1
est dans
toutes les expériences corrélé plus fortement
avec le taux de rappel de la dernière partie de la liste
qu'avec celui de
la première partie. O'autre part, la corré-
lation est observée
même pour des rythmes de présen-
tation extrêmement rapides (6 ou 9chiffres par seconde).
Toute possibilité de répétition est donc exclue
et il appa-
raît que
la rétention en mémoire à court terme, même en
l'absence
de répétition, est liée au Q 1.
4. Les effets des limitations de la mémoire à court
tenne sur la résolution de problèmes
Les
limitations de la mémoire à court terme peuvent
se traduire de diverses manières dans la résolution de
problèmes.
Un premier
effet peut se manifester dans la compré-
hension de l'énoncé. La lecture de celui-ci met en jeu une
double activité: une activité de déchiffrage du texte et
une activité de codage et de stockage de l'information en
mémoire. La première est loin d'être automatisée chez
l'enfant, elle
peut constituer une charge mentale très
importante et d'après ce que nous avons vu concernant
la compétition entre l'activité de stockage et les activités
cognitives telles que l'identification,
on peut s'attendre
àce que le stockage en mémoire soit perturbé si la lec-
ture est difficile.
Ces
limitations peuvent se traduire par le défaut de
prise
en compte de certaines données, non pas parce que
l'élève n'aurait pas été assez
attentif dans sa lecture mais
parce qu'il
n'a pas été assez sélectif dans la mémorisa-
tion des informations, parce qu'il avoulu trop retenir de
choses
et que sa capacité mnésique aété dépassée. Elles
peuvent
se traduire, bien sûr, par l'oubli de résultats anté-
rieurs mais aussi par une restriction des possibles àconsi-
dérer, par l'omission d'éventualités alors que l'élève a
toutes les connaissances requises pour les envisager.
Ainsi, dans
le problème des cryptogrammes présenté plus
haut, beaucoup d'erreurs sont dues
au fait que l'on néglige
l'éventualité qu'il yait une retenue et que l'on se place
sanS s'en rendre compte dans l'hypothèse d'absence de
retenue.
Les
limitations de la mémoire àcourt terme peuvent
également avoir
pour conséquence une perte du contrôle
de l'exécution dans les situations où l'algorithme de réso-
lution est un peu complexe, où un certain nom bre de
sous-buts
doivent être réalisés dans un certain ordre pour
que
le but principal puisse être atteint.
5. Comment Surmonter ces limitations?
Il est assez improbable que l'on puisse améliorer de
façon sens'Ibie la capacité de
\a mémoire àcourt terme.
En revanche on peut améliorer les procédures de résolu-
tion et développer des stratégies qui exigent une moindre
charge en mémoire.
Les représentations imagées (Denis,
1979, 1982)
sont sans aucun doute un moyen efficace pour yparvenir
et ceci
pour deux raisons. La première est qu'une repré-
sentation imagée permet d'actualiser facilement l'infor-
mation qui yest contenue.
La seconde est que la repré-
sentation imagée occupe un registre mémoire qui n'est
pas
le registre verbal mais le registre visuel principale-
ment et que de ce fait elle est moins sujette aux effets de
compétition dus àl'exercice simultané d'activités cogni-
tives non automatisées.
L'utilisation de représentations imagées appropriées
contribue à
diminuer la charge de la mémoire àcourt
13