Quelle est la meilleure manière d’enseigner à des élèves ?

classe enseignementEn cette période de rentrée scolaire, j’ai décidé de vous parler de la science de l’enseignement, et de l’enseignement de la science ! Oh, rassurez-vous, je ne vais pas essayer d’expliquer aux enseignants comment ils doivent faire leur métier en général, mais plutôt parler d’un débat spécifique dont j’ignorais qu’il avait fait l’objet de nombreuses publications : les bénéfices de la pédagogie active.

Dans ce billet, nous allons voir pourquoi il paraît évident que la pédagogie active est bien meilleure que les méthodes d’enseignement classiques, et pourquoi finalement ça n’est peut-être pas si sûr que ça !

C’est vous le prof !

Faisons une expérience de pensée : vous êtes prof de physique en collège. Vous devez enseigner à vos élèves la chute des corps, et notamment le fait que – dans le vide – tous les corps tombent de la même manière, quelle que soit leur masse ou leur nature.

On vous donne le choix entre deux méthodes :

  • Une méthode dite par instruction directe : vous faites prendre à vos élèves cahier et stylo, vous attrapez votre craie, et vous écrivez solennellement au tableau « Dans le vide, tous les corps tombent de manière identique avec une accélération égale à la celle de la pesanteur g = 9.8 m/s2 ». Vous répétez, vous encadrez en rouge et vous leur demandez d’apprendre bien ça par cœur.
  • Une méthode dite « active » : vous formez de petits groupes et demandez à vos élèves ce qu’ils pensent de la chute des corps. Puis vous leur faites faire des expériences de chute dans un tube dans lequel on peut faire le vide et lâcher des objets. Ils expérimentent avec divers objets (une plume, une pièce de monnaie) et chronomètrent les trajectoires dans le tube. Et ils arrivent eux-mêmes à la conclusion d’une chute identique avec une accélération constante, tout en étant marqués par le spectaculaire comportement de la plume tombant dans le vide

Pour beaucoup, il est évident que la seconde méthode est bien meilleure pour l’apprentissage et la compréhension. D’ailleurs comme le disait Confucius (ça fait toujours classe de citer Confucius) :

« J’entends, j’oublie.

Je vois, je retiens.

Je fais, je comprends. »

Le constructivisme

confucius_jean_piagetCe que Confucius résume de manière limpide est devenu une théorie de la pédagogie, apparue au XXème siècle sous le terme de constructivisme. Son idée essentielle est que l’apprentissage est un processus actif : on retient et on comprend mieux le savoir que l’on a construit soi-même, que l’on a découvert, par opposition à celui que l’on a reçu « tout cuit ».

Puisqu’on est dans les citations, Jean Piaget (ci-contre à côté de Confucius), un des pères fondateurs du constructivisme nous disait :

« Chaque fois que l’on enseigne prématurément à un enfant quelque chose qu’il aurait pu découvrir par lui-même, on lui empêche de l’inventer et donc de le comprendre complètement »

Si l’on suit l’idée constructiviste, il serait donc plus efficace d’apprendre (et donc d’enseigner) par des activités pratiques, des jeux et des échanges en groupe, que par un cours magistral, un livre ou une présentation.

L’apprentissage par les problèmes

A partir de l’idée de constructivisme, plusieurs variantes de pédagogie active ont été développées, mais elles tournent toutes plus ou moins autour des mêmes ingrédients que l’on retrouve dans ce qu’on a appelé « l’apprentissage par les problèmes » [1].

L’idée est de partir d’un problème situé dans son contexte, et pas forcément « bien posé » (par exemple « A quelle vitesse tombent les objets ? »). Un travail en groupe permet d’analyser le problème, de mobiliser des connaissances antérieures et d’essayer de formuler des hypothèses et des stratégies pour le résoudre. Et c’est en résolvant le problème que l’on construit soi-même le savoir nouveau à acquérir.

Bien sûr dans ce type de pédagogie, le rôle de l’enseignant change, puisqu’il n’est plus là pour délivrer le savoir, mais plutôt pour faciliter sa découverte par les élèves.

L’apprentissage par les problèmes s’applique particulièrement bien à la science, comme dans l’exemple que je citais au début de ce billet. Via des travaux pratiques ou des projets scientifiques, les élèves peuvent construire eux-même les connaissances qu’ils doivent acquérir, et ce en reproduisant le chemin pris par des chercheurs professionnels pour réaliser leurs découvertes.

(Soit dit en passant, j’ai souvent eu l’impression dans ma scolarité que les TP scientifiques – de la 2nde jusqu’à la fac – étaient plus proche de l’instruction directe que de la pédagogie active, avec des énoncés très dirigés du genre « Faites ci et observez ça », et laissant peu de place à l’exploration).

La pédagogie active, est-ce que ça marche vraiment ?

enfant dormant en classeSelon les tenants de ce mode d’enseignement, les méthodes actives permettent d’améliorer la compréhension, la mémorisation et la capacité des élèves à résoudre des problèmes, mais aussi leur motivation à apprendre et à travailler en groupe. Bref, que du bon.

Cela paraît limpide, et pourtant … cette croyance se base surtout sur l’intuition, mais assez peu sur des études approfondies ! Tout d’abord, il est évident que dans certains domaines, l’instruction directe est bien plus efficace que la méthode active. Je doute que vous ayez envie d’apprendre à conduire un avion à partir de rien, en explorant par vous même les différents commandes de l’appareil sans aucun guide !

Mais même dans des domaines scientifiques, plusieurs études ont montré que l’instruction directe pouvait être plus efficace que les méthodes actives. En mathématiques, Sweller et Cooper ont constaté [2] qu’un exercice explicitement traité et résolu par l’enseignant était mieux assimilé que le même exercice que les élèves devaient résoudre par eux-même. De même Clahr et Nigham [3] ont vérifié que la qualité de la mémorisation et de la compréhension était identique, quel que soit le type de pédagogie suivi (active ou directe).

Une théorie a été proposée pour expliquer pourquoi la méthode active n’est pas la panacée universelle. Elle se base sur l’idée de mémoire de travail [4]. Nous savons que notre mémoire de travail a une capacité limitée (comme la RAM de votre ordinateur). Si un élève doit résoudre un problème très ouvert, il va saturer sa mémoire de travail pour essayer d’explorer l’espace des solutions, et n’en aura plus de disponible pour l’apprentissage et la mémorisation. Alors qu’avec l’instruction directe, toute la mémoire de travail est utilisée pour comprendre et apprendre.

jouetLa pédagogie, une arme à double tranchant

Récemment, une expérience menée par des chercheurs de Harvard et du MIT sur des enfants de 4 à 6 ans a permis de confirmer les bienfaits de la pédagogie active [5], mais tout en rendant bien compte de ses limites.

Chaque enfant se voyait présenter un jouet bizarre, dont vous avez une photo ci-contre. Il est possible de faire plein de choses avec ce jouet, mais seulement 4 actions spécifiques déclenchent une fonction intéressante (un son, de la lumière, de la musique…). Au départ on montre à l’enfant une seule de ces fonctions (le son), et on lui donne le jouet pour voir ce qu’il fait avec.

Les chercheurs ont comparé plusieurs cas :

  • Cas « pédagogique » : On montre à l’enfant la fonction « son », puis on lui tend l’objet pour qu’il joue avec;
  • Cas « de base » : On ne montre rien à l’enfant (mais on lui donne le jouet quand même);
  • Cas « interrompu » : On montre la fonction « son », mais l’instructeur s’interrompt dans son explication, donne le jouet à l’enfant et s’en va en prétextant qu’il a oublié de faire quelque chose;
  • Cas « naïf » : L’instructeur tend l’objet à l’enfant, en activant « accidentellement » la fonction « son ».

En observant combien de temps et de quelle manière les enfants jouaient avec l’objet, les chercheurs ont noté que les enfants du cas « pédagogique » jouent moins longtemps, explorent moins le jouet et découvrent moins de fonctions que celui du cas de base. Le fait de donner des instructions limite donc la capacité d’exploration des enfants.

Plus intéressant : dans le cas « interrompu » et le cas « naïf », l’enfant explore également plus que dans le cas « pédagogique ». Comme s’il avait compris qu’il y avait peut être plus de choses à découvrir que ce que l’instructeur avait montré initialement.

La conclusion des auteurs est que l’instruction directe par les adultes est donc une arme à double tranchant : d’un côté elle permet d’enseigner des choses explicites aux enfants, de l’autre elle limite leur capacité d’exploration. Il faut donc pouvoir adapter nos méthodes en fonction du contexte et des choses à enseigner, et savoir laisser aux enfants la bonne dose de liberté pour stimuler leur capacité d’exploration sans pour autant les noyer dans les possibilités.

Enfin pour conclure sur la pédagogie active, il faut mentionner une de ses limitations évidentes : elle nécessite plus de ressources que l’instruction directe. Plus de matériel, plus de temps et aussi plus d’enseignants possédant des compétences spécifiques. Plus facile à dire qu’à faire !

Billets reliés :

Sur l’apprentissage par les projets scientifiques : Mon expérience de jury aux Olympiades de Physique, année 2011 et année 2012

Références

[1] Hmelo-Silver, Cindy E. « Problem-based learning: What and how do students learn?. » Educational Psychology Review 16.3 (2004): 235-266
[2] Sweller, John, and Graham A. Cooper. « The use of worked examples as a substitute for problem solving in learning algebra. » Cognition and Instruction 2.1 (1985): 59-89.
[3] Klahr, David, and Milena Nigam. « The equivalence of learning paths in early science instruction effects of direct instruction and discovery learning. » Psychological Science 15.10 (2004): 661-667.
[4] Kirschner, Paul A., John Sweller, and Richard E. Clark. « Why minimal guidance during instruction does not work: An analysis of the failure of constructivist, discovery, problem-based, experiential, and inquiry-based teaching. » Educational psychologist 41.2 (2006): 75-86.
[5] Bonawitz, Elizabeth, et al. « The double-edged sword of pedagogy: Instruction limits spontaneous exploration and discovery. » Cognition 120.3 (2011): 322-330. Voir également MIT News.

38 réflexions sur “Quelle est la meilleure manière d’enseigner à des élèves ?

  1. Henri Poincaré disait que la physique était une science expérimentale. En effet sa démarche est celle de mesurer d´abord et d´expliquer (en trouvant la formule) ensuite. La formule physique s´adapte toujours aux mesures faites. Les mathématiques le sont bien moins quoique on peut toujours expérimenter par des exemples avant d´arriver à la certitude du théorème. On constate, par exemple d´abord que les nombres premiers qui sont la somme de deux carrés sont tous de la forme 4k+1 (et pas de la forme 4k+3). On trouve plus tard qu´en effet (2k)^2 + (2k´+1)^2 = 4k´´+1. On a la forte intuition qu´il existe un nombre infini de nombres premiers jumaux (p, p+2), mais on ne sait encore aujourd´hui comment le démontrer. Un physicien dirait -soyons honnêtes- que, de la même façon qu´il a toujours constaté, par des mesures (fort exactes parfois), que localement g = 9,81 m/s^2 ne dépent pas de la variable temps (un temps court), sans rien démonter; le nombre de nombres premiers jumaux est infini sans rien démonter. Pour un physicien -soyons honnêtes- s´il n´y a aucune raison pour que, étant donné un nombre premier p aussi grand que l´on veuille; p+2 soit premier; alors le nombre de nombres premiers jumaux est infini. Cela suffit por lui ¡Soyons honnêtes!
    Le probléme est donc, avec les sciences expérimentales, qu´il faut croire sur parole que la constance de la période du pendule ne dépent que du petit angle d´oscillation , de l´intensité locale de g et de la longueur de la corde. En général la démonstration mathématique d´un fait physique demande un niveau bien plus élevé que celui qu´on a à l´âge où on l´apprend.
    Deux corps de poids différent mettent le même temps à tomber; mais qu´est-ce que le poids, et pourquoi ne tombent-ils pas en vitese constante ? Et qu´est-ce qu´une force et une masse ?

    Le problème de la méthode pédagogique à utiliser dans l´enseignement des disciplines « strictes et rigides » (1) est donc aussi un problème de philosophie de la connaissance. A l´inverse, un expérimentaliste (un physicien) aura le droit de nous dire qu´il a écrit un petit programme sur ordinateur où il a génèré 80/log(2) triangles rectangles, et qu´il a mesuré que tous avaient une hypothénuse dont le carré égalait la somme des carrés des autre côtés. Et donc que la probabilité que le théorème de Pythagore soit faux n´est que de 1/ (nombre de protons dans l´Univers), sans avoir rien á démontrer.

    (1): scientifiques

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  5. Très intéressant !
    La pédagogie active pour l’avoir pratiquée n’est pas très gratifiante pour l’enseignant. Elle implique qu’il se mette en retrait encadrant simplement l’activité, et surtout qu’il ne transmette pas ses connaissances qu’il a passé des années à assimiler sur les bancs de la fac. Enfin quand un élève réussit l’enseignant n’y finalement que peu participé !
    Le faible motivation de l’enseignant, les effectifs imposants de la classe, et le peu de moyens font que les TP se résument effectivement le plus souvent à des tutoriels avec une série d’étapes d’un protocole à respecter. D’ailleurs que penser de la pédagogie des tutoriels très en vogue sur le web ? Permet-elle de comprendre ? Est-ce de la pédagogie active ?

    Une question subsiste pour moi, comment varie l’efficacité de la pédagogie active en fonction de l’âge ?

    J’estime pour ma part qu’à partir d’un certain âge on doit pouvoir comprendre sans faire.J’imagine en effet que le pouvoir de l’imagination permet de transposer facilement des explications d’un livre ou d’un enseignants en faits « observés mentalement »… Si tel n’est pas le cas j’arrête de lire !

    Voilà pour ma part et je pense qu’on l’aura compris, je ne suis pas pour la pédagogie active…

    • Tiens c’est marrant, je n’avais pas du tout envisagé cet aspect des choses. J’ai fait un peu de cours de sciences en maternelles (de manière « active ») et c’était très fun; mais je n’avais pas imaginé la frustration que tu décris ! Intéressant !
      Je ne sais pas si je suis d’accord avec toi sur la question de l’âge. J’essaye d’apprendre de temps en temps un nouveau langage de programmation, et un bon projet pratique et un peu ouvert, il n’y a rien de tel !

  6. Intéressant. Dans les discussions sur les pédagogies alternatives à l’enseignement classique, le temps supplémentaire nécessaire est souvent négligé, alors que c’est une énorme contrainte.

    Une autre approche pédagogique, que je trouve très puissante en tous cas dans le supérieur, est le « peer instruction » (http://blog.peerinstruction.net/). En gros, on demande aux étudiants de réfléchir à une question en petits groupes (2 ça va très bien), puis on collecte les réponses, puis on donne un retour. Les étudiants ayant réfléchi à la question retiennent bien mieux la réponse, et voient mieux l’intérêt du cours magistral qui suit et développe ce point. Les questions sont de préférence très simples, au moins en apparence, mais forcent à réfléchir au contenu du cours, de préférence de manière contr-intuitive. Cela permet aussi de voir quels points sont bien aquis et lesquels ont besoin de renforcement, en temps réel.

    Mais à nouveau ça prend plus de temps…

    • Le probleme c’est que si on travail par groupe, je pense que certain eleves ne vont pas forcement apprendre non plus, car ce n’est pas eux qui auront trouve la solution.
      Je m’explique:
      Si par exemple on pose une question (scientifique par exemple), et qu’on les met en groupe de 3 ou 4. Ils finiront probablement par trouve la reponse en contribuant chacun un peu, mais au final aucun des eleves n’aura eu le raisonnement ‘complet’. Alors on peut dire que les uns vont expliquer aux autres, mais dans ce cas la on revient a de l’enseignement direct, a part que ce n’est pas le prof qui va leur expliquer.
      Et dans le cas ou c’est un eleve du groupe qui trouve toute la reponse, je pense que les autres ne comprendront pas non plus d’ou lui vient cette reponse.

      Je pense qu’il est important qu’un eleve puisse, a partir d’un probleme, arrive a une solution par lui meme, cela lui apprend a developper un raisonnement du debut a la fin.

      Apres, en ce qui me concerne, ce qui m’a toujours frustrer dans l’enseignement, c’est de nous apprendre des trucs, et lorsqu’on pose des questions, on nous repond regulierement: « Tu verras ca l’annee prochaine ».
      Du coup on reste avec des questions et des points obscure dans des theories. Alors je sais bien qu’on peut pas tout apprendre d’un coup, mais bon…

  7. Merci pour ce billet, sur un sujet qu’on ne traite pas assez sur le c@fé des sciences. Le problème, c’est que les sciences de l’éducation sont une discipline à part entière, où psychologie, sociologie, sciences cognitives, économie, et philosophie se mêlent, et donnent un réseau de connaissance très complexe, avec un corpus d’études scientifiques très dense. Il s’agit aussi d’une science humaine, où la reproductibilité des résultats n’a pas le même sens qu’en science dure ! Ainsi il est difficile d’extraire par exemple, un type de pédagogie (active, « classique, « explicite ») du lieu où elle est pratiquée (contexte socio-culturel des acteurs), du pays dans lequel elle est pratiquée, de la compréhension approfondie (ou non) de l’enseignant de la méthode pédagogique adoptée, etc. Et il y a un élément très important aussi, que souligne Jean-Philippe, c’est l’âge et le niveau des élèves. On peut difficilement comparer l’apprentissage de la lecture et des éléments de base des mathématiques, à l’enseignement en lycée, et encore moins dans le supérieur ! Il me semble personnellement, que les pédagogies actives, les enseignements par projets, sont passionnants dans l’école primaire, comme l’ont développés Montessori, Freinet, Steiner, mais aussi A. Giordan. La transposition de ce type d’enseignement n’est pas « naturelle » dans le secondaire, et encore moins sans doute dans le supérieur. Mais il existe déjà beaucoup d’expérimentations à ce sujet. De même, le « peer instruction » doit être formidable dans le supérieur, éventuellement en lycée, mais d’intérêt plus limité avant.
    Bon, pour finir ce commentaire qui n’en finit plus, un dernier élément qui me semble fondamental : à quoi reconnaît-on un enseignement qui fonctionne ? La réussite scolaire ? la compréhension profonde des phénomènes qu’on étudie ? L’épanouissement de l’élève ? Les partisans de la « pédagogie explicite » par exemple expliquent que grâce à leur méthode, les élèves obtiennent de meilleurs résultats… En fait, cette « pédagogie » n’a été développée que pour répondre exactement aux critères qui sont classiquement évalués… Critères qui laissent à désirer. On en arrive à la philosophie de l’éducation, ou même à la politique éducative. Que voulons-nous réellement pour les élèves ? (Arrêtez moi, sinon je remplis encore 5 pages !)

    • La question du critère de réussite est très importante en effet. Eric Mazur, qui est venu présenter le peer instruction dans mon université, a raconté qu’il se considérait un bon enseignant, puisque (1) les étudiants réussissaient les examens, et (2) les fiches d’évaluation étaient positives. (Il enseigne la physique à des étudiants de médecine.) Mais quand il a posé des questions basiques de compréhension de la physique dans un format moins scolaire, il a découvert que la majorité des étudiants ne savaient pas répondre. Ils n’avaient pas vraimement compris ni assimilé les résultats.

      Il y a une anectode similaire dans l’autobiographie de Feinmann, où des étudiants qui connaissent par coeur les lois de l’optique sont incapables d’expliquer les reflets de la lumière sur la mer qu’ils voient par la fenêtre.

      De ce point de vue, je trouve que de réformer un enseignement sans réformer l’examen est souvent vain, parce que la grande majorité des étudiants vont faire ce qui est nécessaire pour réussir, et on va les en récompenser. Si pour réussir il faut réciter, enseignez comme vous voulez, ils apprendront par coeur (et oublieront le lendemain).

      • Oui mon expérience des examens « à la française », c’est que j’ai eu des bonnes notes en licence et maîtrise de physique car je savais faire des intégrales et résoudre des équas diffs, mais sans savoir comment marche le savon (ou autres questions de ce genre…) Quant à monter une manip n’en parlons pas 🙂

      • Exemples intéressants, mais est-ce une question de pédagogie ou de contenu du cours? N’est-ce pas lié simplement à une cours trop théorique et manquant d’exemple pratiques?

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  9. Merci beaucoup pour cet article très intéressant.
    Le gros problème avec les sciences de l’éducation, au moins en France, c’est qu’elles sont largement polluées par une approche idéologique et mettent de côté les approches empiriques.

    De façon un peu raisonnable, il est possible que la méthode « explicite » a ses limites et qu’elle produit des effets pervers(soulignés par les intervenants précédents), et que les pédagogies actives peuvent un réel intérêt, par contre, il semble des plus hasardeux(en tout cas, c’est ce qui ressort de votre article) de vouloir faire de ces dernières le socle de la pratique de l’enseignement.
    De mon point de vue, les apprentissages de bases, un certain nombre de connaissances à transmettre doivent se faire sur le mode direct, l’usage de pédagogies actives intervenant plus à la marge afin de permettre aux élèves d’élaborer par eux-même une démarche, de prendre conscience de leur lacunes, de prendre du recul , d’acquérir de l’autonomie.

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  11. Article intéressant, mais je pense que certaines matières scientifiques sont mal traitées à l’école.
    Pour cela il faudrait redéfinir les objectifs pédagogiques.

    Je vous invite à jeter un coup d’oeil sur ce lien, http://www.agentmajeur.fr/files_actus_fr/Effet%20Majeur%2013.pdf

    Une agence de communication donne des conseils pour bien définir ces objectifs.
    Si vous désirez d’autres conseils en communication scientifique je vous propose cette agence, Agent Majeur.
    http://www.agentmajeur.fr/

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