Les effets des systèmes et des outils multimédias sur la cognition, l’apprentissage et l’enseignement

2. Des modèles d’apprentissage aux spécificités des domaines, des outils et des contextes

Ce rapport s’organise en trois grandes parties.

La première partie situe les grandes étapes qui ont marqué l’utilisation des tic dans l’enseignement depuis une trentaine d’années, eao, eiao, micro-mondes, cscl… par rapport aux modèles théoriques de l’apprentissage qui les sous-tendent.

La seconde partie présente des comptes rendus de recherche sur les effets des outils multimédias dans cinq grands domaines relevant des apprentissages cognitifs : lecture et compréhension de textes, production de textes, construction des représentations des connaissances, construction des représentations des connaissances scientifiques, apprentissage d’une langue seconde.

Dans chacun de ces domaines, on procède à :

– un inventaire raisonné des utilisations des systèmes et outils multimédias aux différents niveaux de la scolarité (école maternelle, école élémentaire, collège, lycée). Il ne s’agit pas d’être exhaustif, ni de recenser toutes les pratiques dans toutes les disciplines, mais d’arriver à une typologie illustrée des produits et à une catégorisation des modes d’utilisation en fonction de leurs effets sur l’enseignement et de leur efficacité sur l’apprentissage ;

– des bilans des travaux conduits sur les différents usages et différents modes d’utilisation.

Nous insistons tout particulièrement sur la revue et l’analyse des travaux conduits dans le domaine des sciences de la cognition dans la mesure où ces travaux permettent de construire les modèles de traitement de l’information qui sont – le plus souvent implicitement – à la base des modèles du fonctionnement cognitif des systèmes et des utilisateurs et qui fournissent les outils conceptuels capables de rendre compte :

– des modèles d’apprentissage, et donc du fonctionnement du sujet apprenant ;

– des modèles d’enseignement, et donc du fonctionnement des professeurs.

La troisième partie s’intéresse aux pratiques des enseignants. Constituée de synthèses de comptes rendus d’expériences, elle met en relation les données de la recherche avec les représentations et les attentes des enseignants. Cette mise en relation permet ainsi de définir avec plus de chance de réussite les conditions d’intégration des systèmes et des outils multimédias dans les classes et favorise l’interaction entre la recherche de laboratoire et la recherche de terrain.

3. Une méthodologie de recherche secondaire

La constitution du corpus

Ce travail s’appuie sur des recherches empiriques menées dans différents pays : la France, les États-Unis, le Canada, la Grande-Bretagne, l’Australie, l’Allemagne, l’Italie, la Suisse, la Finlande, l’Espagne, le Portugal y sont bien représentés. Cependant beaucoup de nos sources viennent d’Amérique du Nord. Non pas seulement parce que les systèmes et les outils multimédias y sont utilisés dans les établissements scolaires davantage et depuis plus longtemps qu’en Europe, mais surtout parce que c’est là qu’ont été et que sont menées les études les plus nombreuses sur les effets de cette introduction. Et même si des pratiques citées dans ce rapport à travers des exemples américains ont leurs équivalents en Europe et en particulier en France, ce sont souvent pourtant les exemples américains qu’il faudra évoquer, parce que ce sont ceux qui ont été évalués par des chercheurs.

Établir le corpus de référence a constitué la première tâche de l’équipe de recherche. Cependant, l’ampleur du domaine ne nous permettait pas d’être exhaustifs. Pour limiter cette matière, nous avons réduit nos recherches bibliographiques aux articles et aux ouvrages parus dans les années 1994 à 2000. Des références antérieures ont cependant été utilisées, lorsqu’elles constituaient une base essentielle pour comprendre les évolutions récentes. Nous avons ainsi systématiquement dépouillé les bases de données bibliographiques eric, psyclit et daf, afin de passer en revue les différents sous-domaines d’étude définis plus haut, ainsi que les revues spécialisées Computers and Composition, Computers in Education, Educational Research, Educational Psychologist, Educational Technology Research and Development, Human-Computer Interaction, International Journal Human-Computer Studies, Journal of Computer Assisted Learning, Journal of Computing in Childhood Education, Journal of Computing in Higher Education, Journal of Educational Psychology, Journal of Educational Multimedia and Hypermedia, Journal of Technology and Teacher Education, The Journal of Educational Technology. Nous avons également dépouillé les actes électroniques des colloques de l’association site (Society for Information Technology and Teacher Education). Les bibliographies des articles et des livres intégrés ainsi dans le corpus ont été également dépouillées et les livres et articles cités intégrés à leur tour.

Le corpus sur lequel repose notre étude est présenté dans ce rapport à travers la bibliographie proposée en annexe.

Les types de recherches

Les recherches consacrées aux tic à l’école peuvent se classer en deux grandes catégories, caractérisées par deux types d’approche et deux types de méthodes. On y retrouve la dichotomie souvent relevée à propos des recherches en didactique. Ainsi les auteurs de la banque de données daf³ (Gagné, Sprenger-Charolles, Lazure & Ropé, 1989) distinguent les recherches qui visent plutôt à saisir le réel dans sa complexité comme les études de cas en psychologie et en ethnométhodologie de celles qui utilisent une démarche hypothético-déductive, le plus souvent expérimentale. Les critiques, de part et d’autre, sont fortes. Les expérimentalistes reprochent aux ethnométhodologues leur manque de “ rigueur ” et l’utilisation d’une démarche plus “ intuitive ” que réellement scientifique, alors que pour les ethnométhodologues c’est, a contrario, la rigueur de la démarche expérimentale, et en particulier le contrôle strict de la situation, qui pose problème. Le “ toutes choses égales par ailleurs ” des expérimentalistes ne permet pas de rendre compte du “ réel ”.

S’interrogeant sur ce qui permet de définir un texte comme un texte de recherche, ces chercheurs en didactique du français (langue maternelle), considèrent qu’une recherche se caractérise par son objectif, et ils en voient quatre : décrire, théoriser, expliquer ou transformer ; sa méthodologie, elle-même sous-divisée en démarche et mode d’investigation. Et ils concluent :

“ On peut considérer que la poursuite d’un des objectifs possibles de recherche et l’utilisation d’une démarche et de modes d’investigation appropriés constituent les deux caractéristiques nécessaires d’une activité de recherche. Vouloir évaluer en plus la pertinence de l’objectif poursuivi et la validité de la méthodologie utilisée constituerait une entreprise irréaliste, car trop exigeante et trop subjective à la fois. ”

Type de recherche	Démarche centrale d’investigation	Objectif	Visée
Recherche descriptive	Stratégie d’observation	décrire	Comprendre ou expliquer
Recherche théorique	Analyse conceptuelle	théoriser	Comprendre ou faire des prédictions
Recherche expérimentale	Expérimentation	expliquer	Corroborer/réfuter des prédictions
Recherche-action	Intervention	transformer	Comprendre

Les choses se compliquent encore lorsqu’on étudie le domaine des technologies éducatives où les références disciplinaires sont encore plus nombreuses. Aux disciplines enseignées, à la psychologie cognitive, à la sémantique, à la psychologie sociale, à la sociologie, à la théorie de la communication, et aux aspects proprement didactiques viennent s’ajouter, par exemple, l’informatique, l’intelligence artificielle, l’ergonomie, les sciences de l’ingénieur.

C’est pourquoi les travaux recensés utilisent une grande diversité de méthodes, qui va de l’expérimentation la plus contrôlée à l’entretien non directif, en passant par les méthodes quasi expérimentales, l’analyse de protocoles individuels, l’enquête ou l’observation de comportements induits. Ces travaux s’intéressent à la nature spécifique des effets des tic, mais aussi, de façon transversale, à ce qui détermine ces différents effets : les facteurs liés aux systèmes eux-mêmes, mais aussi les facteurs liés aux sujets ou encore aux contextes pédagogiques.

Par exemple, à partir d’une analyse récente des travaux réalisés dans le cadre des effets de l’apprentissage collaboratif, Dillenbourg (1999) rend compte d’un certain nombre de constats qui sont la preuve de la grande multiplicité des méthodologies utilisées. Ces situations pédagogiques peuvent impliquer deux pairs, un petit groupe (trois à cinq élèves) ou une classe (vingt à trente élèves, voire plus). Ces élèves sont engagés dans une session qui peut durer de vingt minutes à plusieurs années, dans une activité qui consiste à suivre un cours, à étudier le matériel-support de cours, à apprendre ou à résoudre des problèmes… en communiquant oralement ou bien par le biais d’une machine, et de façon synchrone ou non, fréquemment ou non… Il reste que la plupart des recherches empiriques réalisées pour déterminer l’efficacité de l’apprentissage collaboratif en contexte multimédia ont impliqué un effectif et un temps réduits : deux à cinq sujets collaborant pendant à peu près une heure (Dillenbourg, 1999). Néanmoins on trouve, dans le cadre du cscl⁴ par exemple, des situations qui impliquent environ quarante sujets qui suivent des cours sur l’année. Les résultats d’une méthode sont, bien entendu, difficilement transférables à l’autre, et la question de la généralisation se trouve posée à chaque étape du processus.

Il est vrai que la méthode privilégiée ne répond pas seulement à un objectif scientifique, mais aussi aux traditions de recherche et aux théories de référence de chaque champ disciplinaire. Ainsi, les études très contrôlées et donc localisées sur un nombre restreint de facteurs et de participants dans un temps assez court sont les plus courantes chez les psychologues cognitivistes, alors que les études longitudinales, faisant appel à des variables invoquées et à des effectifs de sujets plus importants, sont privilégiées dans les traditions psychosociologiques.

Nous n’avons pas limité nos analyses à la présentation des études utilisant seulement l’une ou l’autre de ces deux méthodes. Au contraire, nous avons tenté d’élargir nos investigations sur une échelle permettant d’appréhender la réalité des études empiriques dont l’objet est d’évaluer les effets cognitifs, socio-cognitifs et comportementaux des tic.

Afin d’offrir au lecteur une idée des méthodes mises en œuvre par la communauté des chercheurs, nous présentons quelques exemples des méthodologies les plus fréquentes dans les recherches dépouillées.

Les expérimentations

On trouve bien évidemment une quantité importante de recherches de laboratoire dans lesquelles les auteurs tentent d’établir des liens de causalité entre phénomènes locaux⁵. En général, ces manipulations très contrôlées mettent en jeu une, deux, voire trois variables indépendantes dont on attend des effets sur de nombreuses variables dépendantes. En effet, le coût (temps ; moyens techniques, financiers et humains) nécessaire à la mise en place d’un protocole expérimental dans le domaine des tic entraîne le plus souvent l’utilisation d’un important panel d’indicateurs. Par exemple, dans une recherche expérimentale consacrée aux effets de l’apprentissage coopératif et des attentes des élèves lors de l’utilisation du multimédia, Cavalier et Klein (1998) manipulent deux variables et observent leurs effets sur dix dimensions d’attitude, sur les types d’interactions développés par les élèves, sur les stratégies de navigation et sur le temps consacré à l’analyse de chaque fenêtre du logiciel. D’où la richesse de chaque étude et le grand intérêt d’une telle démarche qui permet à travers le croisement des facteurs d’affiner la compréhension et l’analyse des effets. Le contrôle des variables manipulées nécessite souvent l’utilisation de logiciels limités, conçus pour le besoin de la recherche ; néanmoins, certaines études utilisent des produits logiciels (par exemple des hypertextes) réels. Ces expérimentations ont alors l’avantage d’être réalisées en milieu social naturel. On glisse alors vers des quasi-expérimentations, qui cherchent à contrôler les variables tout en conservant la complexité du contexte scolaire d’apprentissage⁶.

On peut rattacher aux recherches expérimentales les “ méta-analyses ” qui passent en revue des recherches empiriques déjà publiées et les soumettent à une grille commune de lecture, constituée par des variables repérables dans l’ensemble des recherches primaires analysées. Dans une étude de Bangert-Drown (1993) constituée d’un corpus de trente-deux recherches portant sur l’utilisation du traitement de texte et comparant deux groupes, l’un utilisant un traitement de texte, l’autre écrivant sans traitement de texte, cinq variables sont examinées : le niveau de classe, le niveau de compétence à écrire, le type d’ordinateur (isolé ou en réseau), la localisation des ordinateurs (en classe ou en salle spécialisée), l’organisation du travail devant l’ordinateur (travail individuel ou en petits groupes).

Dans une étude de Liao (1999), consacrée à l’étude des effets des systèmes hypermédias sur la recherche d’informations, les quarante-sept recherches retenues obéissent aux critères méthodologiques les plus exigeants de la recherche expérimentale. En effet, ont été éliminées du corpus les études qui n’avaient pas suffisamment de données quantitatives ou celles qui utilisaient seulement des coefficients de corrélation ou des Chi carré. De même les comptes rendus qui ne faisaient pas l’objet de publications dans des revues accessibles en bibliothèque n’ont pas été pris en compte.

La part des recherches expérimentales dans les travaux consacrées aux tic est importante. Ross et Morrison (1996) font une analyse des 303 articles parus dans la section “ Recherche ” de la revue etr&d⁷ entre 1953, date du premier numéro, et 1992. La répartition des méthodologies utilisées révèle que les recherches de type expérimental sont passées de 22 % à l’origine de la revue à 77 % en 1992. Pour ce qui est des quasi-expérimentations, on passe de 44 % à 8 %, et pour les méthodes descriptives (recherche corrélationnelle, observation, analyse ethnographique), de 33 % à 13 %.

Cette évolution est, bien entendu, liée aux plus grandes capacités actuelles de simulation technique dans les laboratoires, mais aussi à la volonté de contrôler les facteurs explicatifs dont on attend des effets grâce à des hypothèses de recherche de plus en plus précises, car générées par des modèles théoriques de plus en plus prédictifs. Cependant, malgré le développement important de ces recherches, et le ton euphorique qui caractérise généralement leurs conclusions, les données précises sur les acquis sont pour l’instant rares (Burton, Moore & Holmes, 1995).

Il faut d’ailleurs noter que, dans de nombreuses recherches expérimentales, le matériel utilisé est très rarement évalué pédagogiquement avant l’expérimentation proprement dite. Il provient souvent d’études antérieures ou il est constitué d’un produit logiciel déjà commercialisé. De plus, ce matériel n’est pas toujours choisi en fonction des préoccupations des enseignants. En effet, les questions du chercheur ne correspondent pas toujours aux préoccupations des enseignants.

C’est sans doute l’une des raisons qui expliquent les évolutions de ces dernières années, caractérisées par un regain d’intérêt pour les méthodologies qualitatives (Koschmann, 1996). Ce constat confirme la nécessité d’associer les enseignants et les chercheurs dans les nécessaires réflexions théoriques sur les implications des nouvelles technologies sur l’apprentissage et l’enseignement.

L’observation qualitative

Les méthodologies évoquées ici mettent l’accent sur les processus plus que sur les résultats et s’attachent à fournir des observations nourries des descriptions détaillées des phénomènes. Ces méthodologies sont particulièrement pertinentes quand il s’agit de prendre en compte le rôle des interactions et de la communication dans l’apprentissage, par exemple dans un paradigme théorique comme le cscl, ou dans un domaine d’étude comme l’apprentissage des langues.

Ces techniques sont aussi utilisées pour comprendre les stratégies de navigation ou de récupération d’erreurs des apprenants. Une méthode couramment utilisée est le “ think-aloud ” (en français, “ penser à haute voix ”, ou encore “ méthode des protocoles verbaux ”) ; elle permet d’expliciter les connaissances construites et les processus à la base de cette construction, mais qui sont donc peu contrôlés et peu repérables à la simple observation. Ici les chercheurs analysent en détail les activités d’un nombre restreint de sujets qui réalisent de nombreuses tâches. Par exemple, Hill et Hannafin (1997) observent les stratégies utilisées par quatre adultes lors de recherches d’information sur un navigateur Internet. Ils utilisent pour cela de nombreuses variables repérées auprès des participants dans une pré-enquête (savoir métacognitif, perception de son efficacité personnelle, sentiment de contrôle, connaissance du système et du domaine). Ils corrèlent ensuite ces variables avec l’observation des participants durant la navigation : verbalisation, audit des cheminements dans le système, pauses, erreurs, rectifications, entretiens post-étude, interviews.

Enquêtes

Les enquêtes permettent d’analyser les représentations que les apprenants et les enseignants construisent ou activent au cours de leurs activités, et donc d’adapter les outils et les systèmes en fonction de la demande et des besoins. On utilise par exemple les entretiens ou les échelles d’attitude, orientés sur le système technique, sur l’objet à connaître, sur autrui ou sur soi.

Néanmoins, ici comme ailleurs, l’utilisation des techniques d’interrogation directe pose des problèmes majeurs : rien ne permet d’affirmer que les individus ont un accès direct et non ambigu à leurs représentations initiales et aux processus (Caron-Pargue & Caron, 1989). Pour combler cette lacune les chercheurs utilisent souvent des mesures complémentaires et alternatives. Par exemple, la motivation est non seulement évaluée à partir de réponses à des questionnaires plus ou moins directs, mais aussi par l’observation des comportements (persistance sur la tâche, choix d’une activité…) et des états mentaux qu’elle provoque (sentiment de confiance en soi, par exemple).

En bref, nous pouvons conclure, avec Ross et Morrison (1996), que c’est le croisement des méthodologies et de leur utilisation conjointe sur un même objectif qui entraîne les résultats les plus pertinents. L’appel à des recherches de types différents, mais complémentaires s’est imposé à nous en raison de la nature même de notre objet. Les recherches de type expérimental permettent en effet de tester des modèles de fonctionnement cognitif et d’accéder à des informations sur le rôle de tel ou tel facteur, toutes choses égales par ailleurs. Les recherches qualitatives de type ethnographique permettent de leur côté de saisir la complexité du fonctionnement d’une classe ou d’un groupe d’apprentissage, d’observer finement les conditions de l’apprentissage et de faire des hypothèses nouvelles. Les enquêtes et les entretiens permettent d’y ajouter la dimension des représentations que les sujets se font de leur activité.

Dans ce travail, nous ne nous situons pas dans une confrontation théorique qui mettrait en concurrence des représentations abstraites de la réalité, mais nous mettons en lumière des points communs dont la visée est pragmatique, même si la vigueur des débats actuels témoigne de la richesse et de la diversité des points de vue et de l’incomplétude des connaissances.