Apprendre et progresser

La charge cognitive : la mémoire de travail est étroite

Essayez de calculer 47 × 36 de tête pendant que quelqu'un vous dicte un numéro de téléphone. Vous savez faire chacune des deux choses, mais pas les deux ensemble. Cette fiche explique pourquoi, et ce que cette étroitesse de l'esprit change à la façon d'expliquer, d'apprendre et de concevoir un document.

L'idée en bref

La mémoire de travail est l'espace mental où l'on garde et manipule les informations dont on s'occupe à l'instant. Elle est très limitée : elle ne retient que quelques éléments nouveaux à la fois et les perd en quelques secondes si l'on cesse d'y penser. La mémoire à long terme, elle, n'a pas de limite connue. La charge cognitive est la quantité de travail que l'on impose à la mémoire de travail à un moment donné. Lorsqu'elle dépasse la capacité disponible, on ne comprend plus et l'on n'apprend plus.

La théorie de la charge cognitive a été proposée par le psychologue australien John Sweller, dans un article de 1988 consacré à la résolution de problèmes, puis développée avec de nombreux collègues. Elle s'appuie sur des travaux plus anciens. George Miller avait estimé en 1956 la capacité de la mémoire immédiate à environ sept éléments, « plus ou moins deux ». Nelson Cowan a ramené cette estimation à environ quatre en 2001, pour des éléments que l'on ne peut ni regrouper ni se répéter.

Trois charges et un remède : les connaissances acquises

Sweller distingue plusieurs sources de charge. La charge intrinsèque tient à la matière elle-même : plus les éléments à considérer ensemble sont nombreux et liés entre eux, plus elle est élevée. La charge extrinsèque tient à la présentation : consignes confuses, informations dispersées, détails décoratifs. Elle ne sert à rien et l'on peut la réduire. La théorie a longtemps ajouté une troisième charge, dite essentielle (germane), qui correspond à l'effort utile pour construire des connaissances durables. Les versions récentes de la théorie la présentent plutôt comme la part des ressources consacrée à la charge intrinsèque.

L'étroitesse de la mémoire de travail ne vaut que pour ce qui est nouveau. Ce que l'on connaît bien est rangé en mémoire à long terme sous forme de schémas, des ensembles organisés que l'on manipule comme un seul élément. Un lecteur débutant déchiffre des lettres, alors qu'un lecteur expert voit des mots. William Chase et Herbert Simon ont montré en 1973 que les maîtres d'échecs retiennent d'un coup d'œil une position de partie, parce qu'ils y reconnaissent des configurations connues, mais qu'ils ne font guère mieux que les débutants si les pièces sont posées au hasard. Leur avantage tient aux configurations rangées dans leur mémoire à long terme, et non à une mémoire de travail plus vaste.

Concevoir une explication ou un document

La théorie a produit une série de résultats pratiques, obtenus par des expériences comparant deux façons d'enseigner le même contenu. L'effet de l'exemple résolu, décrit par Sweller et Graham Cooper en 1985, montre que des débutants apprennent mieux l'algèbre en étudiant des problèmes déjà résolus pas à pas qu'en cherchant seuls la solution d'autant de problèmes. L'effet d'attention partagée montre qu'un schéma dont la légende est placée à l'écart oblige à faire des allers-retours coûteux, et qu'il vaut mieux écrire les indications sur le schéma. L'effet de redondance montre qu'une information répétée sous deux formes à traiter en même temps gêne au lieu d'aider.

Quand s'en servir

Le modèle sert à quiconque explique quelque chose à des débutants : enseignant, parent, formateur, rédacteur d'une notice ou d'un formulaire. Il sert aussi à celui qui apprend, pour comprendre pourquoi il décroche. Voici les questions à se poser :

• Combien d'éléments nouveaux mon interlocuteur doit-il tenir ensemble à ce moment précis ?
• Qu'est-ce qui, dans ma présentation, occupe son attention sans servir l'apprentissage ?
• Quelles connaissances préalables faudrait-il rendre automatiques avant d'aller plus loin ?
• Puis-je confier une partie de la charge au papier, à un schéma ou à une liste ?

Limites et pièges

La théorie repose sur une base expérimentale abondante, et elle compte parmi les cadres les plus influents de la psychologie de l'éducation. Elle a pourtant des faiblesses reconnues. La charge cognitive se mesure mal : on recourt le plus souvent à une échelle où l'apprenant évalue lui-même son effort mental, ce qui reste indirect. La distinction entre les types de charge est difficile à établir en pratique, et des critiques, comme Ton de Jong en 2010, ont fait remarquer qu'elle permet d'expliquer après coup presque n'importe quel résultat, ce qui affaiblit le pouvoir prédictif de la théorie.

Le principal piège d'usage est de conclure qu'il faut toujours tout simplifier. Les recommandations valent pour les débutants. Slava Kalyuga et ses collègues ont décrit en 2003 un effet de renversement lié à l'expertise : les aides qui soulagent le novice, comme les exemples résolus et le guidage détaillé, deviennent inutiles ou gênantes pour celui qui sait déjà, et qui progresse mieux en résolvant des problèmes. Une difficulté bien choisie fait aussi partie de l'apprentissage. La théorie invite à supprimer la charge inutile, sans supprimer pour autant l'effort d'apprendre.

Enfin, la théorie parle de traitement de l'information et laisse de côté la motivation, les émotions et le sens que l'élève donne à ce qu'il apprend. Elle décrit une contrainte réelle, mais elle ne constitue pas à elle seule une pédagogie.