Que se passe-t-il derrière le regard vide ?
Quel que soit notre domaine, nous avons tous connu des moments où certains élèves semblent accrochés à chaque mot, engloutissant nos messages, images, graphiques et visuels avec un engagement robuste. Dans ces mêmes classes, cependant, il y aura un certain degré de confusion, des regards perplexes, ou au pire, le regard vide ! Dans mon domaine d’enseignement de l’anatomie, comme dans beaucoup d’autres disciplines des STEMM*, l’utilisation presque omniprésente du multimédia et d’autres visualisations informatiques de plus en plus complexes est une pièce importante de notre trousse à outils pédagogiques pour la classe, le petit groupe ou même l’entretien individuel de niveau supérieur. Bien qu’une image dise effectivement mille mots, les mots que chaque personne entend, ou plus important encore, comprend, varient considérablement.
Mon laboratoire, le Corps for Research of Instructional and Perceptual Technologies (CRIPT Lab), utilise le paradigme expérimental de la capacité spatiale pour explorer comment les individus utilisent les images pour apprendre. Chacun d’entre nous possède à des degrés divers l’orientation spatiale, le sens de la direction et la capacité de manipuler mentalement des objets, ou capacité spatiale. Ce trait peut être mesuré à l’aide d’une variété de tests qui indiquent nos prouesses. On pense que la capacité spatiale influence nos choix éducatifs et même nos résultats dans ces matières (Wai, Lubinski et Benbow 2009). Nous nous appuyons sur la théorie cognitive de l’apprentissage multimédia (Mayer) et sur la théorie de la charge cognitive (Valcke 2002) pour suggérer que les personnes ayant de faibles aptitudes spatiales subissent des charges d’apprentissage parasites plus importantes lorsqu’elles s’efforcent de suivre les visualisations complexes qui sont parfois utilisées pour démontrer un phénomène. Nous avons commencé à recueillir des données neurophysiologiques pendant l’apprentissage et les tests. Rassurez-vous ; il ne s’agit pas de tests d’intelligence fourre-tout, mais ils ont une applicabilité prédictive raisonnable et croissante.
Le doctorant en éducation Jay Loftus a étudié comment le flux sanguin cérébral est élevé chez les personnes à haute capacité spatiale par rapport à celles à faible capacité spatiale lorsqu’elles utilisent des images statiques pour apprendre les os des pieds ou les gros vaisseaux de la poitrine. L’objectif n’était pas d’apprendre leurs noms ou leurs fonctions, mais plutôt de comprendre comment ces parties anatomiques s’assemblent.
Conséquemment, les personnes à haute capacité spatiale obtiennent de meilleurs résultats aux tests qu’il a conçus, et ce, avec un débit sanguin cérébral plus élevé. Pour les réponses incorrectes, les personnes à forte capacité spatiale présentaient une légère baisse du flux sanguin, mais le flux sanguin des personnes à faible capacité spatiale tombait en dessous de leur niveau de base, ce qui indique une dérivation potentielle du sang vers d’autres zones du cerveau pour tenter de répondre à la question. Nous avons tendance à considérer cela comme un « rythme de travail » cérébral plus élevé pour accomplir le travail. En un sens, les personnes à faible capacité spatiale subissent des charges cognitives externes plus élevées dans cette modalité d’apprentissage et de test (Loftus, Jacobsen et Wilson, 2016). Loftus étudie actuellement ces effets en utilisant des images dynamiques, communes à de nombreux environnements multimédias, et l’effet semble encore exacerbé.
Nous avons voulu sonder plus profondément pour mieux comprendre si l’aptitude spatiale est « tout dans la tête ». Nous sommes allés un peu plus loin pour voir si des personnes ayant des capacités spatiales différentes examinent les visualisations de la même manière. Victoria Roach, doctorante, a utilisé la technologie de l’oculométrie pour répondre à ses questions. L’eye tracking utilise des caméras à haute vitesse pour observer les mouvements de l’œil pendant l’observation d’un écran. Grâce à cette technologie, elle a mesuré les événements liés au lieu et au moment de l’examen d’un visuel. D’un point de vue visuel et cognitif, nous, les humains, traitons les informations visuelles uniquement lorsque nous fixons les éléments de notre monde visuel. Roach a donc développé une mesure de la saillance (« où » combiné à « quand ») dans chaque image. Elle a suivi des personnes pendant qu’elles effectuaient des tests de rotation mentale. Ainsi, à la fin de l’expérience, elle connaissait leur score de rotation mentale, ou leurs résultats au test, ainsi que la saillance de leur attention pendant le test. Des résultats intéressants ont commencé à émerger de ses expériences. Tout d’abord, les personnes à forte et faible capacité spatiale prêtent attention à différentes parties de la même image présentée. C’est intéressant en soi, mais considérez que l’endroit où l’on regarde dans l’image peut donner des indices pour mieux s’orienter et déduire le sens.
Pour aller plus loin, nous imposons souvent des limites de temps à nos tests, et ce faisant, nous séparons encore plus les apprenants à haute et à faible capacité spatiale, leur donnant moins de temps pour se concentrer sur les aspects importants, et par conséquent, bloquant les apprenants à faible capacité spatiale. Si l’on donne aux gens plus de temps pour passer les tests, on constate l’évidence : les scores ont tendance à augmenter dans tous les domaines. Plus important encore, les personnes à faible capacité spatiale commencent à prêter attention aux mêmes éléments saillants de la visualisation que leurs homologues à plus forte capacité spatiale (Roach et al. 2016). Dans ses travaux de recherche, qui n’ont pas encore été publiés, Roach est allée jusqu’à définir la zone la plus saillante d’une image à partir d’un groupe de personnes à forte capacité spatiale ; elle a ensuite montré cette zone saillante à des personnes à faible capacité spatiale, en leur précisant seulement qu’il s’agissait d’un endroit important de l’image. Les personnes à faible capacité spatiale coachées augmentent considérablement leur score, ce qui équivaut à une augmentation de la moyenne générale, et l’effet est durable puisqu’elles continuent à obtenir de meilleurs résultats aux tests ultérieurs « non coachés ».
La mise en commun de ces recherches est responsabilisante pour les enseignants et les élèves. Tout d’abord, nous devons prendre conscience qu’en tant qu’éducateurs, nous pouvons modifier les charges cognitives des élèves de diverses manières, par des démonstrations bonnes, mauvaises ou laides. Si nous augmentons par inadvertance la charge cognitive étrangère d’un diagramme, d’un graphique ou d’un élément visuel, les effets sont généralisés et différentiels chez nos apprenants, et ceux dont les capacités spatiales sont les plus faibles en souffrent le plus. L’aptitude spatiale est-elle une variable dépendante de vos tests ? Imaginez maintenant ce qui se passe dans une situation de test où les délais sont courts et les enjeux élevés. Enfin, la pédagogie et notre capacité, en tant qu’éducateurs, à amener les élèves à comprendre des visualisations complexes recèlent un immense pouvoir. Si nous dirigeons l’attention, montrons aux étudiants où et comment regarder un phénomène, le fossé entre les capacités spatiales au moins est raccourci, et nos apprenants peuvent se concentrer sur le message (connaissances) plutôt que sur la visualisation (moyen).
* Les STEMM sont souvent désignés comme des disciplines impliquant la science, la technologie, l’ingénierie et les mathématiques, et nous incluons souvent la médecine pour représenter les domaines des sciences paramédicales.
Loftus, Jay J., Michele Jacobsen et Timothy D. Wilson. 2016. » Apprentissage et évaluation avec des images : A View of Cognitive Load through the Lens of Cerebral Blood Flow ». British Journal of Educational Technology. http://dx.doi.org/10.1111/bjet.12474.
Mayer, Richard E. 2014. « Théorie cognitive de l’apprentissage multimédia ». Dans Cambridge Handbook of Multimedia Learning, édité par R. E. Mayer, 31-48. New York : Cambridge University Press.
Roach, Victoria A., Graham M. Fraser, James H. Kryklywy, Derek Mitchell et Timothy D. Wilson. 2016. « The Eye of the Beholder : Can Patterns in Eye Movement Reveal Aptitudes for Spatial Reasoning ? » Enseignement des sciences anatomiques 9 (4) : 357-66.
Valcke, Martin. 2002. « Charge cognitive : Updating the Theory ? » Learning and Instruction 12 : 147-54.
Wai, Jonathan, David Lubinski, et Camilla P. Benbow. 2009. » Aptitude spatiale pour les domaines STEM : Aligning over 50 Years of Cumulative Psychological Knowledge Solidifies Its Importance ». Journal of Educational Psychology 101 (4) : 817-35.
Le Dr Tim Wilson est professeur associé à l’Université de Western Ontario. Il siège également au conseil consultatif de la conférence Teaching with Technology.
Réimprimé à partir de The Best of Teaching with Technology, un rapport présentant des articles basés sur certaines des sessions les mieux notées de la Conférence sur la technologie des professeurs d’enseignement de 2016 (désormais connue sous le nom de Teaching with Technology Conference).