Dans son dernier livre, le neuroscientifique Stanislas Dehaene liste les moyens les plus sûrs pour bien apprendre. Extraits.



Le président du conseil scientifique de l'Education nationale, Stanislas Dehaene publie Apprendre ! Les talents du cerveau, le défi des machines (Odile Jacob, septembre 2018), dont L'Express publie des extraits.

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Stanislas Dehaene, le 27 juillet 2018 Franck Ferville pour L'Express

1. L'attention

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Imaginez que vous arriviez à l'aéroport juste à temps pour prendre un avion. Tout, dans votre comportement, met en évidence la concentration de votre attention. L'esprit en alerte, vous recherchez le panneau des départs, sans vous laisser distraire par le flot de passagers, puis vous identifiez la ligne qui indique votre vol. Des publicités criardes vous interpellent, mais vous ne les voyez même pas : vous vous dirigez en droite ligne vers le guichet d'enregistrement. Soudain, vous vous retournez, car un ami vient de prononcer votre prénom : ce message, jugé prioritaire par votre cerveau, s'empare de votre attention et envahit votre conscience... vous faisant oublier le numéro du guichet. Telles sont quelques-unes des fonctions clefs de l'attention : éveil et alerte, sélection et distraction, orientation et filtrage. En sciences cognitives, on appelle "attention" l'ensemble des mécanismes par lesquels notre cerveau sélectionne une information, l'amplifie, la canalise et l'approfondit. Ce sont des mécanismes anciens dans l'évolution : le chien qui oriente ses oreilles, la souris qui se fige à l'écoute d'un craquement déploient des circuits attentionnels très proches des nôtres [...]

Faire attention, c'est donc sélectionner - et, en conséquence, prendre le risque d'être aveugle à ce que nous choisissons de ne pas voir. Aveugles, vraiment ? Le terme n'est pas trop fort : une expérience célèbre, celle du gorille invisible, illustre à merveille la cécité totale que cause l'inattention. Dans cette expérience, on vous demande de regarder un petit film où des joueurs de basket, en blanc et en noir, se font des passes. Vous devez compter le nombre de passes de l'équipe blanche. Rien de plus facile, pensez vous - et de fait, trente secondes plus tard, vous donnez triomphalement le bon compte. "Oui, mais... et le gorille ?" vous demande l'expérimentateur. "Le gorille ? Quel gorille ?" On rembobine le film et, à votre stupéfaction, vous découvrez qu'un acteur, déguisé en gorille, vient de traverser toute la scène en se frappant la poitrine. Impossible de le manquer, et d'ailleurs on peut prouver que vos yeux se sont bien posés sur lui. Si vous ne l'avez pas vu, c'est que, concentré sur les joueurs de l'équipe blanche, vous étiez en train d'inhiber les personnages en noir... gorille compris ! Obsédé par la tâche de comptage, votre espace de travail mental était incapable de prendre conscience de cet incongru quadrumane. L'expérience du gorille est une découverte fondamentale des sciences cognitives, maintes fois répliquée : le simple fait de focaliser son attention sur un objet de pensée rend aveugle à d'autres stimulations. [...]

L'expérience du gorille mérite vraiment d'être connue de tous, et particulièrement des parents et des enseignants. En effet, quand nous enseignons, nous avons tendance à oublier ce que c'est que d'être ignorant. Nous pensons que ce que nous voyons, tout le monde peut le voir. Et nous ne comprenons donc pas qu'un enfant puisse, sans aucune mauvaise volonté, ne pas voir, au sens le plus littéral du terme, ce qu'on cherche à lui enseigner. Or l'expérience est claire : s'il ne comprend pas à quoi il doit faire attention, il ne le voit pas, et ce qu'il ne voit pas, il ne peut pas l'apprendre.

2. L'engagement actif

L'engagement actif est le second pilier de l'apprentissage : un organisme passif n'apprend pas. Apprendre efficacement, c'est refuser la passivité, s'engager, explorer avec curiosité, générer activement des hypothèses et les mettre à l'épreuve. [...]

Imaginez que je présente 60 mots à trois groupes d'étudiants. Aux uns, je demande de juger si ces mots sont écrits en minuscules ou en majuscules ; aux deuxièmes, s'ils riment avec "chaise" ; et aux troisièmes, s'il s'agit de noms d'animaux ou pas. Ensuite, à l'impromptu, je leur fais passer un test de mémoire. Résultat : la mémoire des mots est bien meilleure dans le troisième groupe, qui traitait les mots en profondeur, au niveau du sens (75 % de réussite), que dans les deux autres groupes, qui traitaient soit la surface du mot écrit (33 % de réussite), soit celle du mot parlé (52 % de réussite). On trouve certes une faible trace implicite des 60 mots dans tous les groupes - un peu d'apprentissage a laissé son empreinte subliminale dans les systèmes orthographiques et phonologiques. Cependant, seul le travail en profondeur induit une mémoire explicite, détaillée, des mots perçus.

Le même phénomène survient au niveau des phrases : faire l'effort de les comprendre soi-même, sans que l'enseignant donne la solution, entraîne une bien meilleure rétention des informations en mémoire. C'est une règle générale, que le psychologue américain Henry Roediger énonce ainsi : "Rendre les conditions d'apprentissage plus difficiles, ce qui oblige les étudiants à un surcroît d'engagement et d'effort cognitif, conduit souvent à une meilleure rétention." [...]

Prenons un autre exemple : l'apprentissage de la physique. Des étudiants de licence doivent apprendre les concepts abstraits de moment cinétique angulaire et de couple moteur. Séparons les en deux groupes : aux uns, on donne dix minutes d'expérimentation avec une roue de bicyclette, et aux autres, dix minutes d'explications verbales et d'observations des autres étudiants. Résultat : l'apprentissage est bien meilleur dans le groupe qui bénéficie d'une interaction active avec les objets physiques. Rendre l'enseignement plus profond, plus engageant est un gage de succès.

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3. Le retour sur erreur

Les Shadoks, avec humour, l'érigeaient au rang de principe : "Ce n'est qu'en essayant continuellement que l'on finit par réussir... En d'autres termes, plus ça rate et plus on a de chances que ça marche !" Sans aller aussi loin, il est vrai qu'il est pratiquement impossible de progresser si l'on ne commence pas par échouer - à condition de recevoir un signal de feed back, une rétroaction qui nous indique la bonne voie. C'est pourquoi le retour sur erreur est le troisième pilier de l'apprentissage, et l'un des paramètres éducatifs les plus influents : la qualité et la précision du retour que nous recevons déterminent la rapidité avec laquelle nous apprenons [...]

Prenons l'analogie du jeu vidéo. Lorsque vous découvrez un nouveau jeu, forcément, vous ne savez pas quelle est la manière efficace de progresser. Vous n'avez pas envie qu'on vous rappelle en permanence à quel point vous êtes mauvais ! C'est pourquoi les concepteurs de jeux vidéo introduisent, au départ, des niveaux extrêmement faciles, où vous vous faites plaisir en gagnant presque à coup sûr. Très progressivement, la difficulté augmente et, avec elle, le risque d'échec et de frustration - mais les programmeurs savent la mitiger en mélangeant le facile et le difficile, et en vous donnant toute latitude de rejouer le même niveau autant que nécessaire. Progressivement, votre score s'améliore... et un jour d'allégresse, vous franchissez ce maudit obstacle qui vous bloquait. Maintenant, comparez cela avec le bulletin de notes d'un mauvais élève : il démarre l'année avec une mauvaise note, et au lieu de le remotiver en lui laissant repasser le même test jusqu'à la réussite, on lui impose, chaque semaine, un exercice nouveau, toujours au-delà de ses capacités. Jour après jour, son "score" reste voisin de zéro. Sur le marché du jeu vidéo, un design aussi désastreux serait un échec cuisant. [...]

Pourquoi le fait de se tester à intervalles réguliers a-t-il des effets aussi positifs ? Parce qu'il exploite l'une des stratégies les plus efficaces que les sciences de l'apprentissage ont découvertes : l'espacement des apprentissages. C'est la règle d'or : distribuer les périodes d'entraînement plutôt que de les agglomérer. Au lieu de grouper tout l'apprentissage en une seule fois, on alterne les périodes d'étude et de test, et on révise régulièrement à des intervalles de temps de plus en plus espacés.

Des décennies de recherches en psychologie expérimentale montrent que l'espacement est une stratégie bien plus efficace que l'enseignement en une seule fois. Si l'on dispose d'un temps fixe pour apprendre, mieux vaut répartir les leçons dans le temps que de tout apprendre d'un bloc. La distribution de l'apprentissage sur plusieurs jours a des effets massifs : l'expérience montre que l'on peut multiplier sa mémoire d'un facteur 3 lorsqu'on révise à intervalles réguliers plutôt que de tenter d'apprendre en une seule fois. La règle est simple, et tous les musiciens la connaissent : mieux vaut quinze minutes de travail tous les jours de la semaine que deux heures concentrées sur une seule journée.

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Pourquoi la stratégie d'espacement fonctionne t elle si bien ? L'imagerie cérébrale montre que le regroupement des problèmes en une seule session diminue l'activité cérébrale, peut être parce que l'information répétée perd progressivement de sa nouveauté. La répétition semble également créer une illusion de savoir, un excès de confiance dû à la présence de l'information en mémoire de travail - elle paraît disponible, on l'a en tête, on ne voit pas l'intérêt de travailler plus. Au contraire, l'espacement des apprentissages augmente l'activité cérébrale. Il semble créer un effet de "difficulté désirable" en interdisant le simple stockage en mémoire de travail, et en forçant ainsi les circuits sollicités à travailler plus.

Quel est l'intervalle de temps le plus efficace entre deux répétitions de la même leçon ? Une forte amélioration est observée lorsque l'intervalle est de vingt-quatre heures - probablement parce que le sommeil, comme nous le verrons dans un instant, joue un rôle central dans la consolidation des apprentissages. Mais le psychologue américain Hal Pashler et ses collègues montrent que l'intervalle optimal dépend de la durée de rétention en mémoire que l'on souhaite obtenir. Si l'on a besoin de se souvenir d'une information pendant quelques jours ou quelques semaines, alors il est idéal de la réviser tous les jours. Si, par contre, on souhaite que les connaissances soient préservées pendant plusieurs mois ou plusieurs années, il faut allonger l'intervalle de révision en proportion. L'effet est massif : une seule répétition d'une leçon, quelques semaines après la première, multiplie par trois les nombres d'items qu'on parvient à rappeler quelques mois plus tard ! Pour garder l'information en mémoire le plus longtemps possible, le mieux est d'augmenter progressivement l'espacement temporel : on commence avec des leçons tous les jours, puis une révision au bout d'une semaine, d'un mois, d'un an... Cette stratégie garantit une mémoire optimale à chaque instant.

4. La consolidation

Prenez un bon élève en fin de CP. Sa première année d'école s'est bien passée. Soutenu par les trois premiers piliers de l'apprentissage, il a vite appris à lire. Il s'est engagé activement dans la lecture, avec curiosité et enthousiasme. Il a appris à prêter attention à chaque mot, à chaque lettre, de la gauche vers la droite. Et, au fil des mois, il est parvenu à corriger ses erreurs pour décrypter fidèlement les correspondances entre les lettres et les sons, et reconnaître les mots irréguliers. Pourtant, ce n'est pas encore un lecteur fluide. Il lit lentement et avec effort. Que lui manque-t-il ? Il lui reste encore à déployer le quatrième pilier de tout apprentissage : la consolidation. Celle-ci doit encore rendre automatique et inconsciente l'activité de lecture qui, pour l'instant, mobilise toute son attention.

L'analyse de ses temps de réponse est révélatrice. Elle montre que plus les mots sont longs, plus il lui faut de temps pour les déchiffrer. La courbe est linéaire, ce qui est caractéristique d'une opération sérielle, pas à pas : chaque lettre supplémentaire ajoute un cinquième de seconde au total. C'est tout à fait normal : à son âge, lire, c'est encore déchiffrer les lettres et les syllabes une par une. Mais ce n'est pas définitif : avec la pratique, dans les deux années qui suivent, sa lecture va s'accélérer et devenir plus fluide. Après deux ou trois années de pratique intensive, l'effet de la longueur des mots aura disparu. Devenu un lecteur efficace, il mettra le même temps pour lire un mot de trois lettres ou de huit lettres. Sa reconnaissance visuelle sera passée d'un traitement séquentiel à une opération parallèle : l'identification simultanée de toutes les lettres du mot.

La consolidation, c'est cela : passer d'un traitement lent, conscient, avec effort, à un fonctionnement rapide, inconscient, automatique. Notre cerveau ne s'arrête jamais d'apprendre. Même lorsqu'une compétence est maîtrisée, il continue de la surapprendre. Il dispose de mécanismes de routinisation qui "compilent" les opérations que nous utilisons régulièrement sous la forme de routines plus efficaces. Il les transfère dans d'autres régions du cerveau où elles pourront se dérouler inconsciemment, en toute autonomie, sans perturber les autres opérations en cours. [...]

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Ce qui est vrai pour la lecture vaut aussi pour tous les autres domaines de l'apprentissage. Lorsque nous pratiquons un instrument de musique, que nous apprenons à conduire une voiture ou à taper à la machine, nos gestes sont initialement sous le contrôle du cortex préfrontal : nous les produisons lentement, consciemment, un par un. Au bout de quelques séances, tout effort a disparu, et nous pouvons parler ou penser à autre chose : l'activité motrice s'est transférée dans le cortex moteur et surtout dans les noyaux gris centraux, un groupe de circuits sous corticaux qui enregistrent nos comportements automatiques et routiniers (y compris les prières et les jurons!). Même chose dans le domaine de l'arithmétique : pour un enfant débutant, chaque calcul est une montagne qui demande de gros efforts d'attention et mobilise les circuits du cortex pré frontal. A ce stade, le calcul est séquentiel : pour résoudre 6 + 3, l'enfant va typiquement compter les étapes une par une "7, 8... 9 !" Au fil de la consolidation l'activité pré-frontale s'évanouit, au profit des circuits spécialisés du cortex pariétal et temporal ventral.

Pourquoi la routinisation est elle si importante ? Parce qu'elle libère les ressources du cortex. Souvenez vous que les réseaux de contrôle exécutif du cortex pariétal et pré-frontal imposent un goulot d'étranglement cognitif : ils ne peuvent pas faire deux choses à la fois. Pendant qu'ils se concentrent sur l'exécution d'une tâche donnée, toutes les autres décisions conscientes sont ralenties ou abolies. Ainsi, tant qu'un apprentissage n'est pas automatisé, il absorbe les précieuses ressources de l'attention exécutive et empêche l'enfant de se concentrer sur toute autre chose. Consolider un apprentissage, c'est rendre les ressources du cerveau disponibles pour d'autres objectifs.

Prenons un exemple concret. Imaginez que vous deviez, simultanément, vous concentrer sur la lecture d'un texte et résoudre un problème de maths, comme un lecteur débutant :

"Hin hotomobilist kit Nanth pour Pari à katorzeure. La distensse ai de troa sans quilomaitre. Ile harive à dicesetteure. Kaile été sa vitaisse moi hyène ?"

La difficulté est claire : il est pratiquement impossible de faire les deux choses en même temps. La difficulté de lecture abolit toute capacité de réflexion arithmétique. Pour progresser, il est indispensable que les outils mentaux qui nous sont les plus utiles, tels que la lecture ou l'arithmétique, deviennent comme une seconde nature, qu'ils opèrent inconsciemment et sans effort. Nous ne pourrons pas construire les plus hauts niveaux de la pyramide éducative sans en avoir d'abord consolidé les fondations.

Apprendre ! Les talents du cerveau, le défi des machines, Stanislas Dehaene (Odile Jacob, septembre 2018).