Apprentissage de notions scientifiques par génération de schémas sur tablettes numériques : études chez des élèves de collège en situation individuelle et collaborative

Ce travail de recherche avait pour objectif général d’étudier les effets de l’apprentissage actif d’élèves de cinquième en leur faisant générer des schémas sur tablette numérique. Plus spécifiquement, les études conduites dans cette thèse ont cherché à répondre à deux questions de recherche :

• QR1 : Quels sont les effets de la génération de schémas sur l’apprentissage à partir de textes scientifiques selon différents types de consignes ou guidages donnés aux élèves (c’est-à-dire, dessiner les éléments du texte~; dessiner les éléments mis en gras dans le texte ; dessiner les éléments issus du texte et d’une illustration fournie) ?
• QR2 : Quels sont les effets du travail collaboratif entre élèves lors de la génération de schémas sur tablette ?

Des textes avec illustrations sont souvent présentés pour décrire des phénomènes scientifiques (Ainsworth et al., 2011). De nombreuses études ont montré qu’ils sont plus efficaces pour l’apprentissage des élèves que des textes sans illustrations (voir par exemple, Mayer, 2002). Toutefois, le traitement des textes illustrés peut créer de la complexité pour les apprenant·e·s (Renkl et Scheiter, 2017). Pour réduire ces difficultés, il est proposé aux élèves de générer leur propre illustration à partir d’un texte, ce qui renvoie à l’activité de génération de schémas (Van Meter et Firetto, 2013 ; Van Meter et Garner, 2005).

Toutefois, les études ne montrent pas toujours d’effets positifs de la génération de schémas sur l’apprentissage des élèves (voir par exemple, Fiorella et Zhang, 2018), et les schémas réalisés sont d’assez faible qualité dans la plupart des études (voir par exemple, Schmidgall et al., 2020). Pour faciliter l’activité de génération de schémas, des supports peuvent être fournis (Brod, 2021 ; Fiorella et Zhang, 2018). Toutefois, peu d’études ont examiné les effets de ces différents types de support lors de la génération de schémas sur l’apprentissage (voir par exemple, Schmidgall et al., 2020 ; Van Meter, 2001).

Ces supports prennent différentes formes. Premièrement, ils peuvent prendre la forme de guidages comme des consignes ou du matériel fourni pendant l’activité. Nous faisions l’hypothèse que les élèves qui disposeraient d’un support à la génération de schémas (par exemple une illustration fournie pendant que l’élève dessine pour qu’il ait un modèle) produiraient des schémas de meilleure qualité que les élèves qui dessineraient des schémas sans support. De plus, nous supposions que les élèves qui généraient des schémas auraient de meilleures performances d’apprentissage que les élèves qui ne généraient pas de schémas, uniquement lorsqu’ils bénéficiaient d’un support dans cette tâche.

Deuxièmement, les supports peuvent prendre la forme d’une collaboration entre élèves (voir par exemple, Chi et Wilye, 2014). En effet, le travail collaboratif interviendrait comme un support de la génération de schémas grâce au développement d’une mémoire transactive, au conflit socio-cognitif, aux processus métacognitifs collectifs, etc. Très peu d’études ont, cependant, été réalisées sur le travail collaboratif lors de la génération de schémas (voir Bollen et al., 2015 ; Gijlers et al., 2013 ; Van Dijk et al., 2014). Nous faisions l’hypothèse que les élèves travaillant par groupe produiraient des dessins de meilleure qualité que ceux générant des schémas seuls. De plus, nous supposions que les élèves travaillant en collaboration pour générer des schémas en commun auraient de meilleures performances d’apprentissage que les élèves générant des schémas seuls.

La deuxième étude a été menée auprès de 71 nouveaux et nouvelles collégien·ne·s issus de quatre classes. Une fois encore, notre objectif était double. Nous souhaitions : 1) examiner les effets de la génération de schémas sur l’apprentissage des élèves, et 2) étudier les effets d’un nouveau guidage de la génération de schémas où les informations à générer étaient mises en gras dans le texte.
Les élèves étaient répartis dans trois groupes (voir Figure 3) :

1. Groupe 1 : Apprentissage à partir d’un texte illustré ;
2. Groupe 2 : Apprentissage à partir d’un texte non-illustré et génération des schémas par l’élève ;
3. Groupe 3 : Apprentissage à partir d’un texte non-illustré et génération des informations mises en gras dans le texte par l’élève (nouveau guidage).

Pour examiner les effets du travail collaboratif lors de la génération de schémas (QR2), la troisième étude a été menée auprès de 78 nouveaux et nouvelles collégien·ne·s issu·e·s de quatre classes. L’objectif était de comparer les effets d’une activité individuelle de génération de schémas aux effets d’une activité pendant laquelle les élèves travaillaient en binôme.
Ils étaient répartis dans deux groupes :

1. Groupe 1 : Génération individuelle de schémas ;
2. Groupe 2 : Génération de schémas en binôme.

En plus des mesures d’apprentissage et de l’évaluation de la qualité des dessins produits, les interactions estimées des élèves en binômes ont été analysées en les classant dans quatre catégories :

• Les interactions centrées sur la tâche (par exemple, donner des explications, poser des questions)
• Les interactions socio-affectives (par exemple, s’encourager, se critiquer)
• L’absence d’interactions au sein des binômes
• Les interactions non reliées à la tâche (par exemple, bavardages

Étude 2 : Dans la seconde étude, nous avons testé les effets d’un guidage, qui prenait la forme d’une mise en gras des informations à dessiner, pour augmenter l’engagement cognitif des élèves dans la tâche de dessin (QR1). Les élèves qui généraient leurs schémas en représentant les informations mises en gras dans le texte (groupe 3) ont produit plus d’éléments dans leur schéma complexe que ceux qui ne disposaient pas de ce guidage (groupe 2). Toutefois, il est intéressant de noter qu’ils n’ont pas réussi à représenter tous les éléments, indiquant qu’ils ont des difficultés dans la représentation visuelle de ces éléments.

Concernant leurs performances, aucune différence entre les groupes n’a été trouvée. L’ajout du guidage (groupe 3) a même eu des effets négatifs car ces élèves ont moins bien mémorisé les informations qui n’étaient pas mises en gras dans le texte. Nos résultats semblent donc indiquer que l’attention des élèves aurait bien été focalisée sur les éléments mis en gras mais aux dépens des autres éléments du texte (effet de traitement ciblé ; voir par exemple Jamet et Michinov, 2022).

Ainsi, pour répondre à notre première question de recherche, le fait de fournir des supports à la génération de schémas, comme une illustration servant de modèle, ou une mise en gras des informations textuelles à dessiner, a permis aux élèves de dessiner des schémas de meilleure qualité. Toutefois, ils ne leur ont pas permis de mieux apprendre le document.

Plusieurs éléments ressortent de ces différentes études. Premièrement, rendre l’apprenant actif via l’activité de génération de schémas sans support supplémentaire n’est pas efficace pour de jeunes apprenant·e·s, ce qui confirme les conclusions de la méta-analyse récente de Brod (2021). En effet, cette activité ne permet pas aux élèves de mieux mémoriser et de mieux comprendre un document. Ainsi, il semble nécessaire d’aider les apprenant·e·s dans cette tâche générative en leur fournissant des supports adaptés à l’activité de dessin, comme des guidages.

Concernant les supports testés dans nos deux premières études, nos travaux ont permis de montrer que fournir un modèle ou mettre en gras les informations à générer dans le texte sont des guidages qui améliorent la qualité des schémas générés. Toutefois, ils n’ont eu aucun effet positif sur l’apprentissage des élèves. Ainsi, ils peuvent être proposés en classe, mais leurs limites sont à prendre en compte. Les résultats de notre deuxième étude semblent indiquer qu’il est nécessaire d’aider les élèves pendant l’activité générative en leur fournissant des représentations visuelles des informations à générer, comme par exemple, une image de la vague du tsunami ou une image du séisme. D’autres études devront donc être réalisées dans l’avenir pour mieux comprendre comment rendre plus efficace l’activité de génération de schémas pour des élèves aussi jeunes.

Enfin, s’agissant des effets de la génération collaborative de schémas sur les apprentissages, nos résultats incitent à fournir des scripts de collaboration permettant la régulation des interactions sur la tâche (c’est-à-dire, poser des questions, donner des explications). Ces résultats rappellent la nécessité, lorsque les élèves travaillent en groupe, de structurer l’activité avec des instructions aux élèves favorisant le conflit socio-cognitif (c’est-à-dire amener les élèves à confronter leurs idées et à argumenter leurs points de vue sur la tâche (Buchs et al., 2008))