Le cerveau : un organe complexe, mais utile à mieux connaitre pour mieux apprendre

Pour le Dr David Fortin, neurochirurgien et professeur à la Faculté de médecine et des sciences de la santé de l’Université de Sherbrooke, le cerveau serait comparable à une galaxie; il y aurait autant de connexions neuronales dans le cerveau que d’étoiles dans notre galaxie. Le fonctionnement du cerveau cache encore bien des mystères, mais au cours des dernières décennies, la recherche et les nouvel­les technologies en imagerie digitale ont permis de faire évoluer les connaissances dans les domaines des sciences cognitives, des neurosciences et de la neuroéducation.

Le cerveau humain comporte approximativement 100 milliards de neurones et chacun d’eux est connecté à environ 10 000 autres neurones. Il y aurait ainsi plus de 4 billards de connexions neuronales dans le cerveau (Fortin, 2022). Grâce aux avancées de la recherche, nous savons que ces connexions neuronales ne sont pas figées, elles se transforment sans cesse, modelées par les expériences et les apprentissages. Ce phénomène s’appelle la plasticité cérébrale (Vidal, 2012). Ainsi, apprendre consiste à établir de nouvelles connexions entre les neurones du cerveau. Une fois créées, ces connexions peuvent être renforcées, notamment en activant plusieurs réseaux de neurones à proximité de manière synchronisée et répétée. Si de nouvelles constel­lations d’étoiles peuvent se développer dans le cerveau-galaxie, d’autres peuvent aussi disparaitre. Cela signifie que les connexions neuronales qui ne sont pas activées s’affaiblissent et disparaissent. À cet effet, vous avez probablement déjà entendu l’expression anglaise « Use it or lose it ». Des études ont aussi montré que les modifi­ca­tions neuronales sont proportionnelles au temps consacré à l’apprentissage (Vidal, 2012).

Considérant que le cerveau est un organe fascinant et excessivement complexe, il y aurait beaucoup à dire. Si nous piquons votre curiosité avec ce numéro, je vous invite à revisiter quelques articles parus dans les bulletins passés, lesquels ont abordé plus spécifiquement les hormones et l’apprentissage (Morin, 2020), le fonctionnement du cerveau et les mécanismes de l’apprentissage (Beaulieu, 2018), les fonctions exécutives favorisant l’inclusion à l’université (Beaulieu, 2020), ainsi que les pratiques d’étude efficaces favorisant la réussite (Côté, 2024).

Connaitre les facteurs qui influencent le cerveau, et plus particulièrement la plasticité cérébrale, aide à mettre en place des pratiques d’ensei­gnement gagnantes et à mieux encadrer les personnes étudiantes dans leur manière d’apprendre. Ainsi, dans cet article, sont présentées cinq stratégies d’enseignement basées sur les connaissances actuelles en sciences cognitives et neuroéducation qui contribuent à soutenir les personnes étudiantes dans le processus d’apprentissage. Ces stratégies sont les suivantes :

1. Soutenir le développement d’un état d’esprit dynamique
2. Soutenir l’attention des personnes étudiantes
3. Rendre actives les personnes étudiantes
4. Favoriser l’apprentissage par la répétition
5. Enseigner à mieux apprendre

1. Soutenir le développement d’un état d’esprit dynamique

Apprendre n’est pas une question de don ou de talent, mais bien une question d’effort, de persévérance et d’utilisation efficace des stratégies d’apprentissage. Le principe d’état d’esprit dynamique — growth mindset — réfère à cette croyance. Plus spécifiquement, ce principe consiste à croire que l’intelligence se développe grâce à ses efforts et que les erreurs sont des opportunités pour apprendre et s’améliorer. L’intelligence est ici définie comme la capacité d’une personne à raisonner, à résoudre des problèmes et à apprendre de l’expérience. À contrario, avoir un état d’esprit fixe consiste à croire que l’intelligence est une caractéristique stable et que les erreurs indiquent plutôt un manque de capacités. Des études ont montré que l’état d’esprit façonne la manière de réagir face aux défis, difficultés et échecs. Ainsi, l’état d’esprit est un indicateur de la motivation et de l’apprentissage, de même qu’il semble avoir un impact plus large sur le fonctionnement cognitif des personnes. Globalement, des études (Moser et al., 2011; Schröder et al., 2017; Sheffler et al., 2023) montrent que les personnes qui croient avoir une influence sur leur capacité à apprendre sont plus motivées et persévèrent davantage que celles qui ont un état d’esprit fixe. Généralement, ces personnes visent des objectifs d’apprentissage. Elles ont ainsi davantage tendance à activer des mécanismes de correction d’erreurs suivant une rétroaction et rebondissent plus facilement après un échec. L’engagement soutenu dans les diverses activités leur permet par ailleurs de renforcer ou développer des connexions neuronales.

Pour l’essentiel, retenez que soutenir le développe­ment d’un état esprit dynamique aide les personnes étudiantes à mieux relever les défis et apprendre de leurs erreurs qui sont des opportunités d’apprentissage. Développer un état d’esprit favorable aux apprentissages sera possible, notamment en discutant de ce phéno­mène avec elles. Ce dialogue peut d’ailleurs aider les personnes étudiantes à mieux comprendre les raisons qui vous ont amené à privilégier certaines méthodes pédagogiques à d’autres et, ainsi, réduire leur résistance aux pédagogies dites plus actives.

2. Soutenir l’attention des personnes étudiantes

Capter et conserver l’attention des personnes étudiantes revêt d’une grande importance, tout comme leur volonté et leur habileté à se concentrer sur la matière. Sans attention, il ne peut y avoir d’encodage de nouvelles informations et dans le processus d’apprentissage, l’encodage joue un rôle fondamental. Mettre en place des conditions pour avoir accès aux capacités cognitives optimales d’une personne débute donc avec un souci d’accroitre son attention et d’éviter une surcharge de la mémoire de travail. Rappelons que la mémoire de travail fonctionne comme un espace actif qui permet de réaliser des traitements sur des informations maintenues ponctuellement dans la mémoire à court terme.

Plus concrètement, les exemples d’actions suivants sont une manière de mettre en place des conditions gagnantes pour capter l’attention des personnes étudiantes et éviter de les surcharger cognitivement :

• Planifier des séquences d’enseignement par tranches, identifier les objectifs et les étapes.
• Proposer des tâches et du contenu authentique, pertinent pour la personne étudiante et suffisamment complexe.
• Diversifier les méthodes d’enseignement.
• Organiser les documents et l’environnement d’apprentissage numérique de manière aérée, structurée, mettre en évidence les sections et les informations importantes.
• Varier les représentations et offrir davantage de représentations visuelles (ex. utiliser les schémas conceptuels, les représentations imagées, les capsules audio ou vidéo).
• Rendre disponibles les notes de cours à l’avance et encourager le partage entre les personnes étudiantes.
• Miser sur la collaboration (ex. offrir la possibilité de travailler en équipe, de travailler en entraide).

Finalement, il est essentiel de sensibiliser les personnes étudiantes à savoir que les sources de distraction nuisent considérablement à leurs performances. Le cerveau n’est pas multitâche. Ainsi, lorsqu’une personne fait deux choses simultanément comme écouter un exposé et regarder son fil Facebook, son attention est divisée et sa mémoire de travail est occupée par des informations inutiles aux apprentissages visés. À cet effet, une étude (Ward et al. 2017) a montré que la simple présence du téléphone intelligent sur son bureau, dans son pantalon ou dans son sac impactait le fonctionnement cognitif d’une personne comme si le téléphone occupait une partie de l’espace de la mémoire de travail. Les résultats de cette étude ont révélé que la présence du téléphone sur le bureau était particulièrement nuisible à l’apprentissage et cette nuisance était accrue chez les personnes étudiantes qui indiquaient avoir une certaine dépendance à leur appareil. Dans le même ordre d’idée, les résultats d’une autre étude (Sana et al., 2013) ont révélé que l’ordinateur en classe a lui aussi un impact important sur les performances des personnes étudiantes. Dans cette étude, non seulement les personnes qui effectuaient des tâches multiples avec leur ordinateur performaient moins, mais également les personnes qui avaient dans leur champ de vision d’autres personnes qu’elles voyaient effectuer des tâches multiples.

Il en résulte qu’il est important d’ouvrir le dialogue avec les personnes étudiantes pour les sensibiliser aux impacts du multitâche pendant les séances de cours, les périodes de travail et d’étude. Je vous encourage à écouter ces deux segments radio de l’émission Pénélope disponibles sur Ohdio et de les partager avec les personnes étudiantes. Cette entrevue avec la spécialiste en neurosciences Sonia Lupien aborde les principes d’attention fragmentée (1^re partie – extrait de 7 minutes) et d’engagement cognitif (flow) (2^e partie – extrait de 9 minutes).

3. Rendre actives les personnes étudiantes

L’apprentissage actif a plusieurs impacts sur l’expérience d’apprentissage des personnes étudiantes. D’abord, les méthodes actives sont souvent dynamiques, expérientielles et contextualisées (authentiques), ce qui peut susciter davantage d’engagement et de motivation chez les personnes étudiantes. Aussi, le fait de miser sur des apprentissages actifs sollicite pleinement les fonctions attentionnelles des personnes étudiantes. Dans une situation d’apprentissage actif, celles-ci doivent nécessairement porter attention, engager leurs ressources pour discriminer ce qui est important ou non afin de participer à l’activité tandis que dans une situation magistrale, par exemple, la personne étudiante a le choix de se mettre en mode d’écoute passive et se désengager. Les fonctions attentionnelles sont davantage sollicitées lorsque les tâches sont nouvelles et complexes. De plus, les méthodes actives nécessitent davantage de fonctions de haut niveau comme la résolution de problème, la prise de décision ainsi que la manipulation de l’information (mémoire de travail), ce qui favorise les processus mnésiques (encodage-consolidation-récupération). Autrement, ces méthodes sont souvent interactives, offrant ainsi des expériences socialement et émotionnellement stimulantes, répondant à des besoins humains fondamentaux.

En 2014, Freeman et ses collègues ont examiné 225 études qui comparaient les perfor­mances des personnes étudiantes dans les cours de premier cycle en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques dans le cadre d’un cours traditionnel et d’un apprentissage actif. Cette méta-analyse a révélé que les résultats moyens aux examens des personnes étudiantes qui avaient été placées dans des contextes d’apprentissage actif s’étaient améliorés d’environ 6 %, de même qu’elle a montré que les personnes étudiantes exposées à des méthodes d’enseignement magistral étaient une fois et demie plus à risque d’échouer que les personnes étudiantes dans les classes d’apprentissage actif.

4. Favoriser l’apprentissage par la répétition

Comme une image vaut mille mots, plusieurs chercheurs comparent le cerveau à une forêt. Dans une forêt vierge bondée de végétation, il est difficile de se déplacer. C’est le fait d’emprunter un même tracé de manière répétée que progressivement un sentier se trace. Tant et aussi longtemps qu’une personne circule dans les sentiers, elle écrase la végétation et rend les déplace­ments plus faciles. En revanche, si la personne cesse d’emprunter les sentiers, ou les emprunte que très rarement, la végétation repousse et ses déplacements sont difficiles. Oublier est donc complètement humain. Dans cette analogie, il faut retenir un principe important nécessaire à la consolidation des apprentissages : l’activation répétée des connexions neuronales liées aux apprentissages.

Steve Masson, professeur et chercheur en neuroéducation, va jusqu’à suggérer aux personnes enseignantes de tenir pour acquis que tout ce qui est appris peut être oublié. Pour cette raison, nous devrions soumettre régulièrement les personnes étudiantes à des activités qui leur demandent de se rappeler ce qu’elles ont appris. L’activation répétée mène à l’accom­plis­sement plus rapide et plus efficace des connexions neuronales. La consoli­dation des apprentissages est un processus qui nécessite donc beaucoup de temps. Elle se fait grâce à la planification de plusieurs moments d’activation espacés dans le temps, des moments d’activation de courte durée, mais d’intensité élevée (tâches suffisamment exigeantes nécessitant une concentration soutenue) (Masson, 2020). D’autre part, des études ont montré que la récupération de l’information en mémoire de travail est facilitée lorsque les contextes sont similaires à la situation d’apprentissage. En ce sens, pour favoriser la consolidation des apprentissages, utiliser des contextes similaires est bénéfique, puis pour favoriser le transfert des apprentissages, varier les contextes permet de les généraliser.

Finalement, pour soutenir la consolidation des apprentissages, l’évaluation formative s’avère être une stra­tégie d’apprentissage très efficace puisqu’elle permet d’activer les connexions neuronales. La rétroaction fréquente fait ainsi partie du processus d’apprentissage.

5. Enseigner à mieux apprendre

Comme personne enseignante, nous présumons que la très grande majorité des personnes étudiantes universitaires a des méthodes de travail et d’étude efficaces. Malheureusement, il n’en est rien. Ma collègue l’évoquait dans un récent article portant sur la réussite étudiante, faire des résumés, relire ses notes de cours, surligner les passa­ges importants d’un texte et utiliser des moyens mnémotechniques pour mémoriser des contenus sont des méthodes de travail et d’étude commu­nes, mais il en résulte généralement un apprentissage superficiel (Côté, 2024).

Une première intervention pourrait être de guider les personnes étudiantes dans la prise de notes. Plusieurs méthodes existent, dont la méthode Cornell et la carte heuristique [segment radio sur Ohdio]. Ces méthodes sont particulièrement performantes pour la mémorisation, notamment parce qu’elles favorisent des stratégies efficaces d’organisation. Pour aider à améliorer la prise de notes, une activité de comparaison de notes personnelles peut également être proposée en classe. Cette activité de courte durée permet aux personnes étudiantes de comparer leurs notes personnelles avec d’autres personnes, et ce, dans le but de les compléter et d’y ajouter les informations qui leur ont échappé.

Finalement, une autre intervention pourrait être de guider les personnes étudiantes dans leur méthode de travail et d’étude. Il est d’une importance capitale que les personnes étudiantes comprennent enfin qu’il est contreproductif d’étudier longtemps la veille d’un examen ou d’une situation d’évaluation. Pour apprendre mieux, elles devraient étudier un peu chaque jour. Ainsi, le premier conseil à leur donner en début de session est de déterminer ce qu’elles doivent étudier et à quels moments elles doivent le faire. L’espacement entre les périodes d’étude permet au cerveau de demeurer actif plus longtemps. De plus, le sommeil est bénéfique à chaque période d’activation. Ensuite, le deuxième conseil serait de les encourager à suivre leur progrès, l’évolution de leurs apprentissages. Lorsqu’elles parviennent à se remémorer des informations la plupart du temps, elles peuvent réduire la fréquence de révision du contenu et le remplacer par du nouveau contenu. Enfin, le troisième conseil pourrait être de les encourager à utiliser l’élaboration, l’intercalage, la formulation d’exemples concrets, ainsi que le double encodage qui sont des stratégies d’apprentissage efficaces (Weinstein et Smith, 2016). L’élaboration consiste à expliquer et décrire les idées avec de nouveaux détails. L’intercalage consiste à découper en petits morceaux les contenus à étudier afin qu’elles puissent étudier plusieurs contenus au cours d’une même période d’étude. Le double codage consiste à combiner les mots et les images.

Pour vous aider à mettre en application ces principes, nous vous invitons à utiliser et partager avec les personnes étudiantes cette ressource éducative libre (six stratégies d’étude pour un apprentissage efficace) joliment illustrée et traduite en français.

Références bibliographiques

Beaulieu, M. (2018, 1 juin). Comment apprend-on… et comment en tenir compte en enseignement? Perspectives SSF, Université de Sherbrooke. https://perspectivesssf.espaceweb.usherbrooke.ca/2018/06/01/comment-apprend-on-et-comment-en-tenir-compte-en-enseignement/

Beaulieu, M. (2020, 1 février). Développer les fonctions exécutives : pour favoriser l’inclusion à l’université. Perspectives SSF, Université de Sherbrooke. https://perspectivesssf.espaceweb.usherbrooke.ca/2020/02/01/developper-les-fonctions-executives-pour-favoriser-linclusion-a-luniversite/

Côté, J.-A. (2024, 28 mars). Des pratiques d’étude efficaces pour favoriser la réussite. Perspectives SSF, Université de Sherbrooke. https://perspectivesssf.espaceweb.usherbrooke.ca/2024/03/28/des-pratiques-detude-efficaces-pour-favoriser-la-reussite/

Freeman, S., Eddy, S. L., McDonough, M., Smith, M. K., Okoroafor, N., Jordt, H. et Wenderoth, M. P. (2014). Active learning increases student performance in science, engineering, and mathematics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(23), 8410-8415. https://doi.org/10.1073/pnas.1319030111

Fortin, D. (2022). Le cerveau, une galaxie dans votre tête : tout ce que nous savons sur le cerveau, simplifié et vulgarisé. Presses de l’Université du Québec.

Masson, S. (2020). Activer ses neurones. Pour mieux apprendre et enseigner. Odile Jacob.

Morin, S. (2020, 1^er décembre). Les hormones et l’apprentissage. Perspectives SSF, Université de Sherbrooke. https://perspectivesssf.espaceweb.usherbrooke.ca/2020/12/01/les-hormones-et-lapprentissage/

Moser, J. S., Schroder, H. S., Heeter, C., Moran, T. P. et Lee, Y.-H. (2011). Mind your errors: evidence for a neural mechanism linking growth mind-set to adaptive posterror adjustments. Psychological Science, 22(12), 1484–1489. https://doi.org/10.1177/0956797611419520

Sana, F., Weston, T. et Cepeda, N. J. (2013). Laptop Multitasking Hinders Classroom Learning for Both Users and Nearby Peers. Computers & Education, 62, 24-31. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2012.10.003

Schröder, H. S., Fisher, M. E., Lin, Y., Lo, S. L., Danovitch, J. H. et Moser, J. S. (2017). Neural evidence for enhanced attention to mistakes among school-aged children with a growth mindset. Developmental Cognitive Neuroscience, 24, 42–50. https://doi.org/10.1016/j.dcn.2017.01.004

Sheffler, P., Kürüm, E., Sheen, A. M., Ditta, A. S., Ferguson, L., Bravo, D., Rebok, G. W., Strickland-Hughes, C. M. et Wu, R. (2023). Growth Mindset Predicts Cognitive Gains in an Older Adult Multi-Skill Learning Intervention. The International Journal of Aging and Human Development, 96(4), 501–526. https://doi.org/10.1177/00914150221106095

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Ward, A. F., Duke, K., Gneezy, A. et Bos, M. B. (2017). Brain Drain: The Mere Presence of One’s Own Smartphone Reduces Available Cognitive Capacity. The University of Chicago Press Journals, 2(2), 140-154. https://www.journals.uchicago.edu/doi/epdf/10.1086/691462

Weinstein, Y. et Smith, M. (2016, 18 août). Six Strategies for Effective Learning. Learning Scientists. https://www.learningscientists.org/blog/2016/8/18-1