Introduction aux CC

Introduction
Les cartes conceptuelles sont des outils graphiques utilisés pour l’organisation et la
représentation des connaissances. Elles sont constituées de concepts, habituellement représentés
dans des cercles ou des rectangles et des relations entres deux concepts connectés par des lignes.
Les indications portées sur les lignes, se référant à des mots ou à des phrases, spécifient la relation
entre deux concepts. Nous définirons un concept comme une régularité perçue dans des
évènements, ou des ensembles d’évènements et d’objets, désignés par des labels. Le label, pour la
plupart des concepts, est un mot, parfois associé à un symbole comme + ou %, parfois plus d’un
mot est utilisé. Les propositions sont des énoncés sur des objets ou des évènements dans le monde
naturel ou artificiel. Les propositions sont composées de deux concepts ou plus, reliés par des mots
de liaisons ou des expressions pour former un ensemble signifiant. Ces éléments sont parfois
appelés unités sémantiques, ou unités signifiantes. La figure 1 donne un exemple de carte
conceptuelle décrivant l’organisation des cartes conceptuelles et illustrant leurs caractéristiques.
Figure 1 Carte conceptuelle présentant ce qu'est une carte conceptuelle. La lecture se fait de haut en bas.
Une autre caractéristique des cartes conceptuelles est la représentation sous une forme
hiérarchique avec le concept le plus général au sommet de la carte et le plus spécifique, le moins
général au bas de la carte. Cette structure hiérarchisée dépend, pour un domaine particulier de
connaissance, dépend du contexte d’application de la carte. Toutefois, il vaut mieux construire une
carte conceptuelle en se référant à une question, que nous nommerons question centrale. La carte
conceptuelle peut appartenir à des situations ou des évènements que nous essayons de comprendre
au travers de l’organisation des connaissances sous la forme d’une carte conceptuelle, cela fournit le
contexte de la carte conceptuelle.
Une autre caractéristique importante est l’utilisation de liens croisés. Ce sont des relations ou des
liens entre des concepts dans différents domaines. Les liens croisés montrent comment un concept
relatif à un domaine et utilisé dans un autre domaine représenté sur la carte. Lors de la présentation
d’une nouvelle connaissance, les liens croisés représentent des « sauts de créativités » dans la
production de connaissances. Il y a deux spécifiés des cartes conceptuelles qui facilitent la
créativité : la structure hiérarchique qui représenté dans un carte valide et la possibilité de chercher
et de caractériser de nouveaux liens croisés.
On peut aussi ajouter des exemples spécifiques d’évènements ou d’objets qui clarifieront la
signification de certains concepts. Ils ne sont pas normalement inclus dans les « boîtes », car ils ne
sont pas des concepts.
Les cartes conceptuelles ont été développées au cours de programme de recherche dans lequel on
a voulu suivre et comprendre les changements de la connaissance scientifique des enfants. Ce
programme était fondé sur la psychologie de l'apprentissage de David Ausubel (1963, 1968, 1978).
L'idée fondamentale dans la psychologie cognitive de Ausubel est que l'apprentissage consiste en
l'assimilation de nouveaux concepts et de nouvelles propositions dans des structures conceptuelles
ou propositionnelles existantes de l'élève. Cette structure des connaissances que possède l’élève est
aussi appelée « structure cognitive propre ». Au-delà de la recherche sur la conceptualisation chez
l’enfant, émerge l’idée d’une représentation sous forme de carte conceptuelle des connaissances.
C’est ainsi qu’est né un outil utilisé dans des travaux de recherche et qui s’est élargi au delà de ce
cadre.
Fondement psychologique des cartes conceptuelles
La question est posée quelques fois à propos de l'origine des premiers concepts; ils sont acquis
par les enfants, de la naissance à l'âge de trois ans, à l'instant où ils reconnaissent des régularités
dans leur environnement, et commencent à identifier les termes langagiers ou les symboles qui leur
permettent de désigner ces concepts (Macnamara, 1982).
C'est une capacité extraordinaire qui fait partie de l'héritage évolutionniste de tous les êtres
humains. Après l'âge de trois ans, l'apprentissage d'un nouveau concept ou d'une nouvelle
proposition se fait surtout par le biais du langage, et se réalise essentiellement par un processus
d'apprentissage réceptif par lequel de nouvelles significations émergent en se posant des questions
et en obtenant une clarification des relations entre les anciens et les nouveaux concepts et
propositions. Ces acquisitions sont fortement facilitées lorsque des expériences concrètes ou des
tuteurs sont disponibles; d'où l'importance d'une activité pratique pour l'apprentissage scientifique
avec de jeunes enfants, mais ceci est également vrai pour des élèves de tout âge et de tout domaine.
Outre la distinction entre le processus d'apprentissage heuristique dans lequel les propriétés des
concepts sont de façon autonome identifiées par l'élève, et le processus d'apprentissage réceptif dans
lequel les propriétés des concepts sont décrites en utilisant le langage et transmis à l'élève, Ausubel
fait la grande distinction entre l'apprentissage machinal et l'apprentissage signifiant.
L'apprentissage signifiant requiert trois conditions :
1. Le matériel à étudier doit être clair au plan conceptuel et présenté dans un langage imagé par
des exemples qui tiennent compte des connaissances antérieures de l'élève. Les cartes
conceptuelles peuvent aider à satisfaire cette condition, à la fois en identifiant les grands
concepts généraux (avant toute instruction portant sur des concepts spécifiques), et en
contribuant au découpage des tâches d'apprentissage à travers une connaissance
progressivement plus explicite qui peut être encrée en développant des structures
conceptuelles.
2. L'élève doit posséder une connaissance préalable pertinente. Cette condition est facilement
réunie après l'âge de trois ans pour virtuellement tous les domaines de savoir, mais il est
indispensable d'être prudent et explicite en construisant des structures conceptuelles si on
espère présenter une connaissance spécifique exhaustive dans tout domaine, lors de leçons
ultérieures. Nous voyons donc que les conditions (1) et (2) sont liées et sont toutes les deux
importantes.
3. L'élève doit choisir d'apprendre de façon constructive. Le seul paramètre sur lequel
l'enseignant, ou le tuteur, a une prise indirecte, c'est la motivation des élèves qui les pousse à
apprendre en associant de nouvelles connaissances à leurs connaissances antérieures, au lieu
de tout simplement mémoriser des définitions ou des procédures. Le contrôle, indirect, sur
ce choix est surtout présent dans les stratégies de formation et d'évaluation utilisées. Les
stratégies de formation qui insistent sur les relations entre connaissance acquise et nouvelle
connaissance encouragent un apprentissage intelligent. Les stratégies d’évaluation qui incite
l’élève à associer des nouvelles idées aux concepts connus encouragent aussi l’apprentissage
intelligent. N'oublions pas que les évaluations objectives typiques demandent rarement plus
qu'un apprentissage machinal (Holden, 1992). En fait, les pires formes d’évaluations
objectives, ou évaluations à réponses courtes, demandent une restitution mot à mot
d'énoncés. Cette situation peut rendre difficile un apprentissage signifiant dans lequel la
connaissance nouvelle doit être incluses dans les structures existantes, ce qui rend difficile la
possibilité, pour l'élève, de se souvenir textuellement des définitions ou des descriptions
données. Ce genre de problème a été identifié il y a de cela plusieurs années par le livre de
Hoffman (1962), intitulé The Tyrannie of Testing (la tyrannie de l'évaluation).
Comme nous l’avons noté précédemment, il est important de reconnaître que les individus sont
différents quant à la quantité et à la qualité des connaissances qu’ils possèdent, ainsi que la force de
leur motivation à chercher des moyens d’incorporer des nouvelles connaissances à celles qu’ils
possèdent déjà. La créativité peut-être vue comme un haut niveau d’apprentissage signifiant. Cette
idée est illustrée figure 2.
Figure 2 L'apprentissage peut varier de très mécanique à très
signifiant. La créativité résulte d'un haut niveau d'apprentissage
signifiant.
On confond souvent apprentissage mécanique et apprentissage signifiant avec des approches
d’enseignement qui varie continûment d’une approche frontale (qui peut être masquée ou explicite)
à une découverte autonome où les élèves perçoivent les régularités et construisent leurs propres
concepts. À la fois, la présentation directe et les méthodes de découvertes peuvent conduire à une
apprentissage signifiant pour l’élève, en fonction des dispositions de l’élève et de l’organisation de
la formation. Ces différences sont présentées figure 3. Il est erroné de croire que des activités de
« recherche » assurent un apprentissage signifiant. Peu d’étudiants possèdent, réellement une
compréhension, même rudimentaire, des phénomènes qu’ils étudient, ces activités produisent une
faible plus value dans l’acquisition des connaissances.
Apprentissage
signifiant
Recherche scientifique
Création musicale
Architecture
Multimédia
Études
Cartes
Conceptuelles
Production
intellectuelle
Lectures
Présentations
Apprentissage
mécanique
Tables de
multiplication
Application de
« recettes »
Activités scolaires
de laboratoire
Application de formules
pour résoudre des
problèmes
Découverte guidée
Essais – Erreur
Puzzles
Découverte Autonome
Figure 3 Exemples
Les des cartes conceptuelles sont non seulement des outils d'apprentissages, mais aussi des outils
d'évaluations, encourageant ainsi les élèves, ou les étudiants, à utiliser des modes d'apprentissage
significatifs (Novak & Gowin, 1984; Novak, 1990, Mintzes, Wandersee et Novak, 2000). Les cartes
conceptuelles sont aussi efficaces pour identifier des idées correctes et des idées incorrectes chez les
élèves. Elles peuvent être aussi efficaces que les longues entrevues cliniques (Edwards & Fraser,
1983).
Une autre avancée importante dans notre compréhension de l'apprentissage est que la mémoire
humaine n'est pas un « récipient » à remplir, mais plutôt un ensemble complexe de systèmes mémoires reliés entre eux. La figure 4 illustre les trois systèmes - mémoires du cerveau humain.
Figure 4 Principaux types de mémoires
et leur organisation
Quoique tous les systèmes - mémoires soient interdépendants (et contiennent des informations
qui vont dans toutes les directions), le système - mémoire le plus important est la mémoire à court
terme ou « mémoire active ». Toute information qui arrive est organisée et traitée dans la mémoire
active par interaction avec les connaissances contenues dans la mémoire à long terme. Il y a
cependant une limite, la mémoire active ne peut traiter qu'un nombre limité d'unités mémorisables
(5 à 9) en même temps.
Ce qui veut dire que les relations entre deux ou trois concepts sont la limite de la capacité de
traitement de la mémoire active. Par exemple, si on propose de mémoriser une liste de 10 à 12
chiffres et lettres en quelques secondes, la plupart des personnes en retiendront de 5 à 9. Toutefois,
si les lettres sont regroupées pour former un mot connu, plus de 10 chiffres ou lettres seront
mémorisés. Dans ce même test, si on propose de mémoriser 10 à 12 mots connus, seulement 5 à 9 le
seront. Si les mots ne sont pas familiers, seulement 2 à 3 mots seront mémorisés. Inversement, si les
mots sont familiers et peuvent être rattachés à des connaissances précédemment acquises, plus de
12 mots seront mémorisés.
Il faut noter que la mémorisation des connaissances apprises mécaniquement se fait dans la
mémoire à long terme, comme les connaissances acquises de façon construite ; la différence se fait
sur la possibilité qu’offre la deuxième méthode d’intégrer les nouvelles acquisitions aux
connaissances précédentes. Les connaissances acquises mécaniquement sont assez vite oubliées, la
structure cognitive de l’élève n’est pas actualisée ou modifiée pour évacuer les idées fausses. Les
erreurs persistant, il y peu de possibilité de réutiliser les nouvelles connaissances ou de résoudre de
nouveaux problèmes (Novak, 2002).
Donc, structurer de grands domaines de connaissance exige une séquence ordonnée d'itérations
entre la mémoire active et la mémoire à long terme lorsque de nouvelles connaissances arrivent
(Anderson, 1991). Nous pensons que l'une des raisons qui expliquent que le processus de
construction d'une carte conceptuelle est si puissant, pour faciliter un apprentissage significatif, est
qu'il sert de gabarit pour aider à organiser la connaissance et à la structurer, quoique la structure doit
être construite pièce par pièce avec de petites unités de concepts et de structures propositionnelles
interagissant. Beaucoup d'élèves et d'enseignants sont surpris de voir comment cet outil simple
facilite l'apprentissage significatif et la création de puissantes structures de connaissance qui
permettent non seulement d'utiliser la connaissance dans de nouveaux contextes, mais également de
retenir la connaissance pour de longues durées (Novak, 1990; Novak & Wandersee, 1991). On
connaît encore très peu les processus de la mémoire et la manière dont en définitive la connaissance
est intégrée dans notre cerveau, mais il paraît évident, selon plusieurs recherches, que notre cerveau
travaille à organiser les connaissances en structures hiérarchiques, et que les méthodes
d'apprentissage qui facilitent ce processus améliorent de façon significative la capacité
d'apprentissage de tous les élèves (Bransford et al., 1999).
Bien qu'il soit vrai que certains élèves ont de la difficulté à construire des cartes conceptuelles et
à les utiliser, au moins, au début de leur expérience, cette difficulté le résultat de plusieurs années de
pratique d'apprentissage mécanique, plutôt que la résultante de différences de structures cérébrales
en soi. Ce que l’on appelle des différences de « styles d'apprentissage » sont, dans une grande
mesure, des différences dans les types d'apprentissages que les élèves utilisent et qui varient
continûment d’un apprentissage mécanique, à un apprentissage presque exclusivement signifiant. Il
n'est pas facile d'aider les élèves de la première catégorie à rejoindre ceux de la deuxième. Bien que
les cartes conceptuelles puissent les aider, les élèves ont besoin qu'on leur apporte des éléments sur
les mécanismes du cerveau et l'organisation de la connaissance, et cet enseignement devrait
accompagner l’utilisation des cartes conceptuelles. Le contenu des paragraphes suivants pourrait
constituer le programme de formation pour une bonne utilisation des cartes conceptuelles. On
trouvera d’autres informations dans Mintzes et al., 1998.
Pour illustrer la difficulté, pour des individus, de modifier leur façon de voir, particulièrement si
l’apprentissage s’est fait de façon mécanique, nous citerons les interviews réalisées dans le cadre du
Private Universe Project (PUP) à Harvard University (Schneps, 1989). L’équipe du PUP a
interviewé 23 diplômés de Harvard, alumni and faculty, demandant à chacun d’eux « pourquoi y a
t’il des saisons ? » Seuls onze concepts, bien organisés sont nécessaires pour comprendre pourquoi
il y a des saisons, une organisation de ces concepts est représentée figure 5. Les enquêteurs du PUP
trouvèrent 21 des 23 interviewés qui ne savaient pas expliquer pourquoi il y a des saisons. Dans ce
groupe se trouvait un récent diplômé qui venait de suivre un cours de physique sur le mouvement
des planètes, ils croyaient que les saisons étaient dues à la différence d’éloignement de la terre par
rapport au soleil, lors de sa rotation autour du soleil. La principale raison pour laquelle il y a des
saisons est l’inclinaison de l’axe de la terre par rapport au plan de l’écliptique. Les 21 étudiants ont
confondu ce phénomène avec l’expérience qu’ils ont de la chaleur d’une lampe qui est plus intense
lorsqu’on en est proche. Ils ont fait un transfère de connaissances de façon erronée.
Figure 5 Une représentation possible permettant de comprendre
pourquoi il y a des saisons
Fondements épistémologiques
Comme indiqué plus haut, nous définissons les concepts comme des régularités perçues (ou des
modèles) sur les événements, sur les objets, sur une série d'événements ou d'objets, désignés par des
étiquettes. Ce qui est généralement admis, c'est que les processus d'apprentissage signifiants décrits
plus haut sont les mêmes processus utilisés par les scientifiques et les mathématiciens pour
construire un savoir nouveau. En fait, Novak affirmait que la construction de novelle connaissance
n'est rien d'autre qu'un niveau relativement élevé d'apprentissage signifiant accompli par des
individus qui ont une bonne organisation de leurs connaissances, ainsi qu’un engagement
émotionnel pour leur donner du sens (Novak, 1977; Novak, 1998). L’épistémologie est une
branche de la philosophie qui traite de la nature des connaissances et de la construction de
nouvelles. Il y a d’importantes relations entre la psychologie de l’apprentissage, comme nous le
comprenons aujourd’hui, la création de nouvelles connaissances est un processus constructiviste
impliquant à la fois les connaissances et les émotions. Les élèves qui font l’effort de créer des cartes
conceptuelles s’engagent dans un processus de création.
Comme définis ci-dessus, les concepts et les propositions sont les briques de base des
connaissances. Nous pouvons utiliser l'analogie selon laquelle les concepts sont comme les atomes
de la matière et les propositions sont comme les molécules de la matière. Il y a aujourd'hui environ
460 000 mots dans la langue anglaise (la plupart correspondent à des concepts), ceux-ci peuvent
être associés pour former un nombre infini de propositions. Quoique beaucoup de ces combinaisons
soient des non-sens, il est toujours possibilité de former un nombre infini de propositions
consistantes. Nous ne serons jamais à court d'idées pour créer une nouvelle connaissance!
Bien qu'il soit important d'étudier plus en profondeur le processus de construction de la
connaissance, et la nature de la connaissance, ceci n'est pas le propos de cet article.
Comment construire de bonnes cartes conceptuelles
Pour apprendre à construire une carte conceptuelle, il est important de débuter dans un domaine
de connaissance familier à l’élève. Puisque les structures des cartes conceptuelles dépendent du
contexte dans lequel elles seront utilisées, il est préférable de considérer une partie d'un texte, d'une
activité de laboratoire, d'un problème ou d'une question particulière qu'on veut comprendre. Ceci
crée un contexte qui aidera à déterminer la structure hiérarchique de la carte conceptuelle. Il est
aussi utile de choisir un domaine limité de connaissance pour les premières cartes.
Une bonne méthode, pour définir le contexte pour une carte conceptuelle, est de construire la
question centrale ; c’est une question qui clarifie la spécification du problème que la carte doit
résoudre. Chaque concept doit répondre à une question centrale et une bonne question centrale
conduit à une carte plus riche. Les débutants ont tendance à produire des cartes conceptuelles qui
correspondent au domaine étudié plutôt qu’à la question centrale.
Une fois qu'un domaine a été choisi, l’étape suivante est d'identifier les concepts clés qui
s'appliquent à ce domaine. Généralement 15 à 25 concepts seront suffisants. Ils sont organisés sous
forme de liste ordonnée, des concepts les plus généraux, les plus inclusifs (pour ce problème
particulier ou cette situation particulière), aux concepts les plus spécifiques, les moins généraux.
Bien que cet ordre soit approximatif, il aide à démarrer ce processus de construction d'une carte.
Nous pouvons placer les concepts dans la carte lorsque l’association est intéressante.
L'étape suivante consiste à construire une carte conceptuelle préliminaire. Ceci peut être fait en
écrivant tous les concepts sur des « Post-its », ou, encore mieux, en utilisant le logiciel IHMC
CmapTools (Cañas et al., 2004b, http://cmap.ihmc.us). Les Post-its permettent à un groupe de
travailler sur un tableau blanc ou sur une grande affiche, et de déplacer les concepts facilement.
C'est nécessaire lorsque qu'on débute la mise en place d'une bonne organisation hiérarchique. Les
logiciels sont plus pratiques en ce sens qu'ils permettent le déplacement des concepts avec les
phrases de liaison, mais aussi, le déplacement de groupes de concepts et de liens pour restructurer la
carte. Les logiciels permettent en plus de faire des impressions, permettant d'avoir un produit qui
peut être envoyé par e-mail ou par d'autres canaux qui autorisent un partage facile avec des
collaborateurs.
La construction d’une carte conceptuelle n’est jamais complètement terminée ; après la phase
préliminaire, il est nécessaire de la revoir. D’autres concepts peuvent être ajoutés. Une bonne carte
est le résultat d’au moins trois révisions.
La figure 3 montre une liste de concepts pour la construction d'une carte qui répond à la question
« Qu'est-ce que c'est une plante? ». Ce qui est illustré est une des multiples cartes possibles. Aussi
simple est-elle, cette carte peut contenir quelques propositions qui sont inédites pour le lecteur. Il
est important de reconnaître qu'une carte conceptuelle n'est jamais achevée. Après l'élaboration
d'une carte préliminaire, il est toujours nécessaire de la réviser. Les bonnes cartes sont souvent
révisées trois fois ou plus. C'est une des raisons pour laquelle les logiciels sont si utiles.