Notes de Cours - Apprentissage

Définition de l'Apprentissage

Introduction

L'apprentissage est abordé selon quatre axes principaux :

• Machine Learning (ML) : Développement d'algorithmes et utilisation de données pour réaliser des analyses prédictives. Ceci est couramment utilisé dans divers domaines tels que :

  • La publicité (analyse des achats pour anticiper de nouveaux achats potentiels).

  • La santé (prédiction de pathologies).

  • Les services (hotlines).

• Éducation (Sciences de l'éducation) : L'apprentissage est défini comme un changement dans les capacités, la compréhension et l'attitude. L'apprentissage est considéré comme ayant eu lieu lorsque ces changements deviennent manifestes, favorisant ainsi le développement de compétences par l'enrichissement des connaissances.

Il existe différents types d'apprentissage :

• Informel : Se déroule en dehors du cadre scolaire, à travers les interactions sociales, ce qui constitue un facteur de motivation pour l'apprentissage.

• Formel : Le tutorat en face à face est la méthode la plus efficace pour améliorer les performances d'apprentissage. Les nouvelles technologies sont fréquemment employées pour réduire les coûts liés aux ressources humaines, en offrant un interlocuteur unique. Par exemple, Duolingo signale les erreurs commises par l'apprenant.

• Les pratiques didactiques sont également importantes.

Ce cours se concentre sur la psychologie cognitive et les neurosciences cognitives.

Psychologie Cognitive et Neuroscience Cognitive

Chaque individu est perçu comme un système traitant des informations de diverses modalités : visuelles, auditives, olfactives, sensorielles et gustatives.

Apprentissage : Modification des connaissances en mémoire, que ce soit par l'intégration de nouvelles informations ou par la réorganisation/modification des connaissances existantes.

L'apprentissage et la mémoire sont intrinsèquement liés. Le cerveau traite les informations sensorielles et les structure.

L'apprentissage est un processus qui peut se dérouler sur une période courte ou longue et qui implique plusieurs mécanismes.

• En neurosciences : L'apprentissage est le processus par lequel le cerveau réagit aux stimuli (informations sensorielles). Cela se produit via les connexions neuronales qui permettent de traiter et de stocker (mémoriser) les stimuli.

Communications Inter-neuronales

Les communications inter-neuronales se font via les neurotransmetteurs, qui traitent les informations et facilitent l'apprentissage. Bien que tous les neurones fonctionnent de manière similaire, certaines régions cérébrales sont spécialisées dans des fonctions spécifiques (par exemple, la reconnaissance des visages).

Loi de Hebb (1949)

$Neurones \ qui \ s'activent \ ensemble \ se \ connectent \ ensemble$.

Le cerveau traite les informations répétées, car les connexions neuronales se répètent et se solidifient. Ces connexions se forment en fonction de l'expérience du sujet, qui est une adaptation à l'environnement.

La réactivation des réseaux neuronaux permet de consolider les apprentissages.

Plasticité Cérébrale

La plasticité cérébrale permet au cerveau de modifier sa structure et sa fonction au cours du temps et en réponse à l'environnement. C'est la base du processus de mémorisation, des apprentissages et du développement cognitif. Elle permet l'apprentissage et n'a pas d'âge limite ; l'apprentissage ne s'arrête jamais.

Réorganisation des Circuits Cérébraux

La réorganisation des circuits cérébraux peut mener à la récupération. D'autres réseaux neuronaux peuvent être mis en place pour compenser. Dans le cas de troubles neurodéveloppementaux, des remédiations cérébrales sont mises en place pour entraîner le cerveau à utiliser les bonnes régions.

Lien entre Éducation et Neurosciences

La répétition est nécessaire pour apprendre, c'est un phénomène progressif. Lorsqu'une erreur est répétée, il est difficile de la désapprendre.

Mémoire à Long Terme vs. Mémoire à Court Terme

• Mémoire à long terme : Capacité illimitée et durée longue.

  • Mémoire déclarative et mémoire procédurale.

    • La mémoire déclarative peut être divisée en deux types :

      • Mémoire épisodique et mémoire autobiographique.

      • Mémoire sémantique.

• Mémoire à court terme : Capacité limitée et durée courte.

  • Mémoire à court terme et mémoire de travail = Traitement + Stockage.

La mémoire de travail est corrélée à la réussite scolaire. Il existe une grande variabilité entre les individus et cela dépend des situations. Une charge en mémoire de travail supérieure aux capacités peut entraîner une situation d'échec. Pour alléger le stockage ou le traitement, il est conseillé de fournir des supports auxquels les apprenants peuvent avoir recours pour compensation.

La répétition et le fait d'avoir une consigne concise et simple permettent de mieux mémoriser. La décomposition d'une tâche en plusieurs étapes permet de réduire les coûts de traitement de la tâche.

Selon Atkinson et Shiffrin, apprendre c'est :

Principe de l'Apprentissage

Apprentissage Statistique

Aujourd'hui, l'IA simule le comportement humain en faisant des prédictions d'informations via la fréquence d'informations, de la même manière que l'humain le fait à travers ses expériences qui sont des patrons statistiques.

Le cerveau calcule en temps réel la fréquence des événements, qu'ils soient fréquents ou rares. Ce sont les capacités computationnelles qui se réalisent à travers les connexions neuronales. Le calcul de la fréquence de ces événements permet l'adaptation du comportement humain (prédiction de ce qui va se passer).

Exemple : Faire du vélo. Plus on pratique un chemin, plus on détermine quel est le chemin le plus optimal, parfois de manière non intentionnelle. De même pour un jeu ou un sport, ou pour l'apprentissage d'une nouvelle langue.

Il y a donc un apprentissage statistique qui se fait et qui est implicite. Même s'il n'y a pas d'intention d'apprendre, il y a de l'attention.

Illustration

Illustration avec l'expérience de l'apprentissage du langage oral de Saffran, Aslin & Newport sur des nourrissons de 8 mois avec un langage artificiel avec des mots trisyllabiques répétés aléatoirement. Certains mots seront appris.

On fait ensuite écouter des mots familiers et non familiers via la procédure Head turn preference. Résultat : préférence pour la nouveauté : temps d'écoute plus long pour les stimuli non familiers que familiers. Il y a donc un apprentissage implicite et statistique des structures langagières.

Expérience Doignon-Camus & Zagar, (2005; 2006) avec les fréquences à l'écrit. On encode des groupes de lettres via l'apprentissage statistique.

Expérience Cas de l’orthographe (travaux de Pacton):

Obidar Poulon Ripove Dugir Bilavo Fertu Opatile Ribor Bilefeau

Rend compte que l'apprentissage statistique est fait sans instruction est explicite.

Exemple de la tour de Londres : Montre que le progrès ne dépend pas de l'âge. Même un adulte avec une déficience intellectuelle progresse de manière implicite.

Pour effectuer un apprentissage implicitement, il faut une exposition répétée à un environnement. L'apprentissage implicite et statistique signifie que l'on alloue à l'encodage de toutes les informations fréquentes.

Extraction régularité statistique => ?? Si les erreurs que l'on fait sont fréquentes alors on va souvent la faire.

Apprentissage Social (Théorie de Vygotski)

• Au niveau social : entre les personnes – Interpsychologique

• Au niveau individuel : intra psychologique

L'individu apprend des autres puis apprend seul.

• Développement présent => Apprentissages réalisés seuls = acquis

• Dev prochain => Réalisé en non-autonomie avec l'aide d'un adulte

Il y a donc une zone proximale de développement. Il faut amener une personne à faire ce qu'elle ne sait pas faire afin qu'elle progresse sur ses acquis. Elle a besoin d'un médiateur progresser.

Selon Piaget, on part de ce que l'enfant connait pour progresser. Il a une approche purement cognitive, le rôle des autres ne joue pas. Il progresse step by step.

Cependant, les études récentes montrent qu'il y a un lien entre les activations cérébrales et la nature des interactions sociales. Pas forcément une causalité mais il y a une corrélation.

Types d'actions pour apprendre :

• L'observation sans réplication des actions ou du langage

• Réplication des actions de l'enseignant

• Apprentissage par interaction => Il peut être implicite ou explicite, il requiert un feedback.

L'expérience de Meltzoff montre que l'apprentissage par imitation est présente quasiment dès la naissance de l'enfant.

Les interactions sociales permettent de faire de l'apprentissage statistique.

Les expériences sont meilleures quand on suit en direct que quand c'est enregistré.

Voir un visage est moins délétère dans les apprentissages que quand on n'a pas de visage.

Quand on est en distanciel ou qu'on fait une activité d'apprentissage en différé, les indices sociaux sont distrayants ou exigeants cognitivement.

L'apprentissage social est favorisé quand il y a partage de l'attention. L'attention partagée est un socle commun pour l'apprentissage. Pour les enfants, c'est le fait de suivre le regard (orientation partagée de l'attention entre adulte et enfant) qui permet de maximiser l'apprentissage.

Ce n'est pas juste l'interaction qui compte, mais aussi le moment où l'interaction est produite.

Faire travailler les apprenants ensemble permet de mieux apprendre.

Facteurs d'Apprentissage

Engagement Actif et Stratégies d'Apprentissage

Le plus grand défi dans l'apprentissage est l'oubli.

Selon le test d'Ebbinghaus, l'oubli est très rapide juste après l'apprentissage, la majeure partie se faisant durant les 20 premières minutes. La chute de l'oubli ralentit avec le temps.

Alors, quelles stratégies d'apprentissage ?

Lire et Relire (La liste de mots de Tulving)

Présentation de 26 mots 6 fois (sans information d'un test ultérieur de mémoire) puis une seconde fois la même liste qu'ils doivent mémoriser.

2 groupes : 1 avec new list, 1 avec la même liste présentée 12 fois. Aucune différence entre les deux groupes, même courbe d'apprentissage.

On voit que la stratégie de relecture est inefficace pour mémoriser : elle est consommatrice de temps sans réel bénéfice. C'est cependant la stratégie la plus utilisée par les apprenants car on ne nous enseigne pas à apprendre. De plus, la relecture crée une illusion de la connaissance car on est plus familier avec la leçon.

Le Testing

Permet de faire de la récupération en mémoire : exemple de Roediger et Karpicke (2006) où 120 étudiants doivent apprendre 2 textes en ayant 4 périodes de 7 minutes.

On a 2 groupes qui ont été séparés :

Les tests sont faits sans feedback. Il y a eu un temps de pause puis un test de rappel à 5 min; 2 jours et 1 semaine.

• 5 mins après => Gr1 meilleurs résultat

• 2 jours après => Gr2 meilleurs résultat (malgré une baisse pour les deux groupes)

• 1 semaine après => Gr2 meilleurs résultat et écart encore plus grand (Gr2 se rappelle autant que le Gr1 1 jour après)

Différence entre étudier et se tester :

• Etudier : efficace pour la mémorisation immédiate

• Se tester : Efficace pour mémorisation à long terme

L'étude 2 est toujours la même avec le même nb d'étudiant et la même méthode.

• Gr1 => Etudier test 4 fois 5 mins

• Gr 2=> 3 études + 1 test mémoire

• Gr3 => 1 Etude + 3 tests mémoire

Résultat = % idée rappeler

• 5 mins après : Gr1 top 1; Gr 2 top 2; Gr 3 top 3

• 1 semaine après : Inverse

Courbe de l'oubli => Bcp plus importante pour le Gr1 (-60%) que pour le Gr 3 (-20%)

• Impression => Gr1 bcp plus confiant sur sa capacité à mémoriser; pas de diff Gr2 et Gr3 => Prédictions perf basée sur leurs connaissances à court termes

• Effet de test => Voir la def avec QQ d'autre

Cet effet est dû au fait : de réactiver les groupes de neurones associés à l'apprentissage => permet de consolider les connexion neuronales et les traces mnésiques. Cela fait que notre mémoire est plus stable et résistante à l'oubli.

De plus on a traitement profond qui est effectué car on fournit un effort => Plus l'effort est important plus l'apprentissage est renforcé par la récupération. De ce fait si la récupération est difficile plus la trace neuronale va être forte. Cela permet d'augmenter et renforcer les indices de récupération. Il y a aussi une concordance entre le test et l'évaluation finale => on se met dans les mêmes conditions => Le testing est un processus identique que celui nécessaire pendant l'évaluation.

Pour que les tests soient efficaces, il faut :

• Que les tests soient corrigés => Les feedbacks permettent de corrigé nos erreurs

• Qu'ils soient espacés car cela nécessite un effort dans la récupération

Encore plus efficace quand l'apprenant doit produire des réponses.

Tout cela fonctionne peu importe si le test est réussi ou non => L'important c'est l'effort.

Il faut donc essayer de réaliser plusieurs tests => Quel que soit la forme : Récupérer l'info principale, relater 5 faits sur un thème donné, produire un résumé, etc.

Il faut qu'ils soient espacés dans le temps et permettent de réduire l'anxiété et avoir une impression positive des tests.

Vagabondage

Focalisation sur une autre chose pendant qu'on mène une tâche.

Tous les groupes ont eu un cours de lecture et un cours de math à 4 périodes différentes. Après les cours :

• Gr 1 : Test

• Gr2 : Réétudier

• Gr3 : Nouveau cour de math

Le groupe 1 était toujours au courant d'avoir un test à la fin de chaque cours. Lors de la 4ème période, ils ont tous eu un test après les 2 cours.

Le GR1 a eu un meilleur résultat au test de 4eme période, avait moins de vagabondage et prenait bcp + de notes.

Apprentissage Distribué (Longue Période) vs Massif (Courte Période)

Etude Moulton :

• Grp1 => Massif de 4 sessions sur une journée

• Grp2 => Distribué 4 sessions espacées sur 1 semaine

Grp2 => Impressions négatives sur les app. Mais meilleures perf.

Pourquoi l'apprentissage massif ne marche pas ? => Sollicite principalement la mémoire à court terme + Pas d'oubli possible donc pas difficulté et d'effort de rappel actif.

Réussite à court terme => Mais oublie à long terme

Alors que app. Distribué => Fourniture d'effort pour retrouver les connaissances partiellement oubliées, cela permet de consolider et renforcer la mémoire.

Selon l'étude de Bahrick et al de 93 => Plus le délai de rétention est long plus on a de meilleure de résultat.

Selon l'étude de Cepeda et al 2008 => Plus l'évaluation est lointaine des apprentissages plus les perfs diminuent avec perf qui diminuent rapidement au début.

Apprentissage Diversifié ou Unique

L'apprentissage entrelacé permet une réussite à long terme alors que l'apprentissage à court terme permet la réussite à court termes => Essayer de diversifier les thématiques.

Elle est perçue comme plus coûteuse et moins efficace.

Rôle de l'Attention

L'attention => 3 composantes (Théorie de Costner)

• La sélection => Orientation de l'attention sur un stimulus ou une tâche.

• Attention soutenue => Sur le long terme, maintien de l'activité cognitive de façon efficace (pour effectuer tâche ou traiter le stimulus).

• Le contrôle exécutif => Système qui coordonne les processus en jeu (un peu le gestionnaire de tâche).

La Sélection Attentionnelle

La capacité d'attention des enfants varie en fonction de la journée et de l'âge => Chrono-psychologie de l'attention.

Test de barrage : Selon les études pour les enfants de 4/5 ans => Meilleure perf dans l'après-midi => + Passé 40 mins.

Pour les élèves de CM1 - 6eme + d'attention en début de journée.

Chez l’adulte : L’attention varie légèrement si l’adulte est plutôt du matin ou du soir, mais sinon très stable durant la journée.

Volonté de traiter des informations spécifiques :

• Engagement, mais si apparition d’informations nouvelles, surprenantes. Il est difficile de se désengager et donc on ne va pas traiter l’information ; Notre cerveau va la percevoir, mais sans le traiter. On parle donc de cécité attentionnelle.

Quand on souhaite orienter son faisceau attentionnel et détecter les informations cibles on est engagé, s'il y a des informations nouvelles, importantes, on va avoir du mal à se désengager et ne pas traiter l'information => C'est le phénomène de cécité attentionnelle

Pourquoi ? Car notre cerveau notre cerveau fonctionne en entonnoir et sectionne uniquement le stimulus sur lequel on s’est engagé. Donc sur les 3 stimulus qui peuvent être présent, il ne retiendra que le premier.

Attention Soutenue

Baisse de vigilance = augmentation des erreurs dans le temps.

2 processus engagés différents => Mode proactif = Engagement continu de l'attention pour anticiper ou prévenir les items critiques ou maintenir un objectif => Très consommateur en ressources => Plutôt utilisé chez les sujets âgés motivés.

Mode réactif = engagement transitoire, face à un évènement critique : qqch qui nous pose problème => Remobilisation après erreur (dans l'expérience), temps d'appui plus long.

Contrôle Exécutif

Système exécutif central qui va nous permettre de contrôler notre activité cognitive au moyen de l'attention (on parle aussi de fonction exécutive).

Tous les processus qu'on met en œuvre => Important car au centre de nos activités cognitives.

Cependant tous différents les uns et les autres sur le contrôle exécutif => Lié à la réussite scolaire.

3 grandes fonctions exécutives :

• Flexibilité => Switcher d'une tâche à un autre

• Mise à jour de la mémoire de travail => Capacité à manipuler de façon dynamique le contenu de la mémoire de travail

• Inhibition => Capacité à inhiber des réponses dominantes/automatiques

Autres fonctions :

• Planification => Planifier les différentes étapes de traitement

• Monitoring => Vérifier que ce qu'on fait est bien

• Prise de décision =>

• Régulation des émotions => Savoir géré ses émotions

L'Inhibition

Selon la théorie d'Oliver Houdé => L'inhibition liée au cortex préfrontal est le siège des fonctions exécutives => Dernière partie qui arrive à maturation dans le cerveau

Inhibition responsable de :

• bloquer/ne pas prendre en compte ce qui n'est pas pertinent

• Résister aux interférences