Comment notre mémoire nous aide à apprendre

Aujourd’hui, on va revenir encore une fois sur ce qu’il y a dans notre cerveau, et donc dans celui de nos élèves aussi. On va parler de la mémoire et de son fonctionnement. Ou plutôt DES mémoires et de leurs fonctionnements.

Pourquoi c’est important de parler des types de mémoires ?

Parce que tout apprentissage démarre dans la mémoire, et qu’il est donc illusoire de se dire qu’on peut apprendre quelque chose sans passer par là. Tout apprentissage démarre de la mémorisation. Il est donc important de comprendre, en plus du fonctionnement des neurones et de leurs connexions, qu’on a exploré dans l’épisode précédent, comment fonctionne la mémoire.

Les 2 types de mémoire

Nous avons tous 2 types de mémoire :

- la mémoire de travail = c’est la mémoire qu’on utilise quand on travaille → quand on se répète quelque chose pour le retenir (un numéro de téléphone, une liste de courses…).

- la mémoire à long terme = l’endroit où on stocke l’information pour la retenir sur le long terme (les formules ou définitions que tu connais par cœur)

Voyons ensemble comment fonctionnent ces deux types de mémoires et comment elles sont reliées.

La mémoire de travail

La mémoire de travail, comme son nom l’indique, nous permet de “travailler”. Elle permet de retenir les informations pendant quelques secondes. Après quelques secondes, les informations disparaissent de la mémoire de travail, et il faut se les répéter mentalement pour qu’elles y restent (on se répète un numéro pour s’en souvenir, on se répète sa liste de courses pour ne pas l’oublier).

En plus de ne conserver l’information que sur un court laps de temps, la mémoire de travail n’est pas très grande. Elle ne possède que 7 emplacements disponibles pour stocker des choses. Tu peux l’imaginer comme une boîte avec 7 cases. Quand les 7 cases sont remplies, tu ne sais plus rien ajouter - ou alors tu dois vider une autre case.

Ce nombre 7 n’est pas totalement fixe ; on s’accorde pour dire que la mémoire de travail d’une personne peut stocker 7 plus ou moins 2 informations. Donc une personne pourra stocker 9 informations alors qu’une autre personne ne pourra en stocker que 5. Donc certains de nos élèves ont une mémoire de travail à 5 cases, et d’autres à 9 cases. Ils sont nés avec un nombre de cases arbitraire à la naissance (nous aussi d’ailleurs), on ne pourra jamais changer ça.

Certains élèves vont donc pouvoir garder plus d’informations en mémoire de travail simultanément : on peut les comparer à des voitures de courses. D’autres élèves n’auront que peu de cases dans leur mémoire de travail : on peut plutôt les imaginer comme des randonneurs. Il n’y a pas un type d’élève qui est plus intelligent que l’autre, ce sont simplement des élèves qui ont des fonctionnements différents : la voiture de courses file, elle ne prend pas le temps de voir tout ce qu’il y a dans le paysage, elle peut aller vite mais prend moins le temps d’aller voir en profondeur les informations. Le randonneur va au contraire prendre plus de temps, avoir un apprentissage plus structuré et aller voir les choses plus en profondeur.

Ce n’est pas le nombre de cases qui fait l’intelligence ; c’est plutôt la taille des cases. Car heureusement, ça, on peut le modifier !

Si je reviens à mon analogie d’une boîte qui contient 7 cases. Imaginons que cette boîte, c’est ma mémoire de travail. Pour remplir les cases de ma boîte, il y a deux entrées possibles :

- nos 5 sens : on voit quelque chose, on entend une phrase, on sent une odeur, on touche une texture ou on goûte un nouvel aliment.

- notre attention : on peut décider d’accorder plus d’importance à certaines choses qu’à d’autres.

Pour bien comprendre, prenons un exemple. Imaginons que je suis prof et que j’assiste à une réunion d’équipe. Je peux être très attentif à ce que mon directeur explique lors de cette réunion, et je vais remplir les cases de ma boîte avec les informations qu’il est en train de transmettre. Je peux aussi être fatigué, moins attentif, et je ne remplirai qu’une ou deux cases de ma boîte avec certaines informations venant du directeur, mais je remplirai aussi d’autres cases avec ce que regarde ma voisine sur son smartphone ou ce que j’imagine faire en rentrant chez moi. Je suis dans la même situation, mes sens captent les mêmes informations, mais mon attention n’est pas dirigée de la même façon.

C’est exactement la même chose pour nos élèves. Nous n’avons aucun pouvoir sur leurs sens (nous ne pourrons jamais faire voir quelque chose à un élève aveugle). Par contre, nous avons du pouvoir sur leur attention. Et comme ce sont les deux seules portes d’entrée vers leur mémoire de travail, il est important de chercher à focaliser leur attention sur ce qu’on veut qu’ils apprennent, pour qu’ils remplissent leurs boîtes avec des choses intéressantes.

Mais on va se retrouver face à une autre difficulté : comme tous les élèves n’ont pas le même nombre de cases dans leur boîte, certaines boîtes vont être vite remplies, alors que d’autres auront des cases vides, si on donne la même quantité d’information à tous les élèves. Les deux cas sont problématiques :

- un élève qui reçoit trop d’informations par rapport à son nombre de cases entrera en surcharge cognitive → il reçoit plus d’informations qu’il ne sait garder en mémoire de travail. Il va donc devoir faire un choix et ne garder que certaines informations. Bien souvent, quand il y a trop d’informations, la boîte décide de se vider complètement et tout est oublié.

- au contraire, un élève qui n’utilise que peu de cases va chercher à occuper ses cases vides → ce sont typiquement les élèves qui vont se mettre à papoter ou à dessiner pendant le cours, tout en arrivant à suivre.

Rajoutons encore une autre contrainte à l’utilisation de la mémoire de travail : très régulièrement, la boîte se vide automatiquement. Le contenu de toutes les cases est éjecté et remis à zéro. Ce fonctionnement est automatique, on n’y peut rien. Mais sachant cela, il est important de comprendre que la répétition est indispensable dans notre métier. Lorsqu’un élève nous demande de répéter quelque chose, ce n’est pas forcément parce qu’il n’était pas attentif ou qu’il n’a pas entendu ce qu’on a dit la première fois, ça peut aussi être parce qu’il n’y avait plus de case libre au moment où on l’a dit, ou bien que sa boîte a été vidée entre-temps.

Donc, sachant tout cela, lorsqu’on veut enseigner quelque chose aux élèves, il faut trouver le moyen d’arriver à mettre plus de choses dans une mémoire qui n’est pas extensible, et qui n’a pas la même taille chez tout le monde. Si toutes les cases ne sont pas remplies, l’élève va se débrouiller pour les remplir à sa façon, mais si toutes les cases sont remplies et qu’il y a encore de l’information à stocker, l’élève rentre en surcharge cognitive, et l’apprentissage est alors impossible. C’est donc un joli jeu d’équilibriste qu’on nous demande de faire.

Pour y arriver, voilà quelques conseils :

- plutôt que de demander aux élèves de retenir certaines choses dans leur mémoire de travail, il ne faut pas hésiter à les afficher au tableau

- se limiter à 4 ou 5 consignes maximum pour que tous les élèves arrivent à les retenir

- donner les informations au moment où les élèves en ont besoin, pour ne pas qu’elles occupent des cases inutilement

- et enfin, faire de la réduction cognitive

Je t’ai dit plus tôt que la taille des cases n’est pas fixe. Pour progresser dans ses apprentissages et pouvoir stocker de plus en plus de choses en mémoire de travail, puisqu’on ne peut pas changer le nombre de cases disponibles, il va falloir travailler sur la taille des cases, et donc la quantité d’informations qu’on peut mettre dans une case. C’est ça qu’on appelle faire de la réduction cognitive.

Quand on est tout bébé, on a de toutes petites cases. On stocke des toutes petites informations dedans. Plus on apprend, plus nos cases deviennent grandes, et plus elles peuvent contenir un gros morceau d’information. Cette taille de case, elle est relative à ce qu’on apprend.

Si tu n’as jamais joué de musique de ta vie, tu vas commencer par apprendre la gamme, par exemple. Tu auras besoin d’une case pour “do”, puis une case pour “ré”, puis une case pour “mi”, etc. jusqu’à remplir 7 cases avec les 7 notes de la gamme. Mais si tu as déjà fait de la musique pendant un certain temps, tu sais maintenant que me donner la gamme “do ré mi fa sol la si do” en un seul morceau. C’est ça, faire de la réduction cognitive. Ce qui occupait plusieurs cases auparavant est devenu un même morceau d’information. Plus tu apprends de choses dans un domaine, dans une matière, plus les morceaux d’informations que tu peux mettre dans une case seront grands.

Typiquement, en tant que chimiste, si on me dit “atome”, je vais avoir une très grande quantité d’information qui va venir en un seul bloc dans ma mémoire de travail. Dans la case suivante, je pourrai faire appel à un autre bloc entier sur les “réactions chimiques”, par exemple. Mais si je demande à n’importe qui, qui n’est pas particulièrement familier avec la chimie, de remplir sa mémoire de travail avec ce qu’il sait sur ces deux notions, ce qu’il amènera dans ses cases sera beaucoup moins fourni.

Notre difficulté en tant que prof, c’est donc qu’on peut garder énormément de choses dans notre mémoire de travail, puisqu’on a réussi à faire énormément de réduction cognitive dans la matière qu’on enseigne. Mais les élèves en sont très loin. On peut donc avoir tendance à leur donner énormément d’informations en même temps, que nous sommes tout à fait capables de mettre dans notre mémoire de travail, mais eux ne pourront pas faire de même. On est en train de les mettre en surcharge cognitive.

Donc, pour amener nos élèves à petit à petit pouvoir gérer plus d’informations dans une même case de leur mémoire de travail, il faut encourager la réduction cognitive. Et pour qu’il y ait réduction cognitive, il faut que le cerveau se rende compte qu’on fait toujours appel en même temps aux mêmes concepts. Pour apprendre la gamme de do, on a rappelé en mémoire de travail les 7 notes de la gamme côte à côte, dans des cases différentes. Une fois qu’on a fait ça suffisamment de fois, notre cerveau va pouvoir se dire qu’il peut réunir tout ça en une seule information, en une seule case, puisqu’on appelle toujours tout ça en même temps. Il est donc super important de faire beaucoup de répétitions avec nos élèves, c’est indispensable pour arriver à ce que leur cerveau fasse de la réduction cognitive et qu’il puisse faire appel à de plus en plus d’informations simultanément.

Une manière d’y arriver, c’est de favoriser les habitudes. Pourquoi les habitudes fonctionnent si bien avec les élèves ? Parce que c’est une répétition systématique de toujours la même chose. Le cerveau va donc apprendre qu’on va toujours faire la même chose, de la même façon, dans le même ordre.

Par exemple, j’essaie d’ancrer cette habitude de résolution de problèmes en sciences chez mes élèves : je veux qu’ils passent toujours par les 4 mêmes étapes pour résoudre n’importe quel problème : d’abord, on cherche les données dans l’énoncé, puis on identifie l’inconnue, ensuite on cherche la formule adéquate pour résoudre le problème et enfin on fait la résolution numérique. Toute l’année, quel que soit le chapitre dans lequel je suis, je vais écrire ces 4 étapes (données, inconnue, formule, résolution) au tableau, toujours de la même façon. Petit à petit, ces 4 étapes vont devenir une seule et même portion d’information que l’élève va pouvoir ranger dans une seule case, alors qu’au début cela occupait 4 cases différentes.

Encore une fois, on voit l’importance de faire des choses de façon explicite, toujours de la même façon, en répétant des exercices similaires, pour que l’élève apprenne de manière efficace au début d’un apprentissage. Il faut donc éviter l’enseignement de type inductif ou de la découverte au début d’un nouveau chapitre si on veut que tous les élèves arrivent à assimiler les nouvelles informations.

Donc, ça, c’était pour la mémoire de travail. Passons maintenant au deuxième type de mémoire.

La mémoire à long terme

Si la mémoire de travail correspond à la RAM de ton ordinateur, la mémoire à long terme, c’est plutôt ton disque dur. C’est l’endroit où tu vas stocker l’information sur le long terme. Et comme apprendre, c’est mettre de l’information en mémoire à long terme, c’est important de comprendre comment on fait passer une information de la mémoire de travail, qui est temporaire, à la mémoire à long terme.

Il n’y a pas de chemin direct qui envoie directement des choses en mémoire à long terme - on doit toujours d’abord faire passer l’information par la mémoire de travail. Ce qui va être intéressant c’est donc les liens entre ces deux mémoires.

On peut imaginer que la séparation entre ces deux mémoires, ce n’est pas un mur étanche, mais plutôt une grille poreuse. L’information peut passer d’une mémoire à l’autre. Plus une information va passer de temps en mémoire de travail, plus cette information va pouvoir être stockée dans la mémoire à long terme. Mais pour qu’une information reste dans la mémoire à long terme, on ne peut pas l’y mettre une fois et ne plus y toucher. Il faut faire l’effort d’aller la rechercher et de la remettre dans notre mémoire de travail. C’est ce qu’on appelle faire de la récupération en mémoire. Plus on va faire cet effort de se rappeler une information, d’aller la récupérer dans notre mémoire, plus l’information va s’ancrer dans notre mémoire à long terme. Et ça, c’est le phénomène d’ancrage mnésique. Pour ancrer quelque chose dans notre mémoire à long terme, il faut donc faire l’effort conscient d’aller le récupérer dans sa mémoire, plusieurs fois.

Cette récupération fonctionne mieux si on espace les différents moments de rappel : au début, on va rechercher l’information en mémoire sans trop attendre, puis on va petit à petit espacer le temps entre deux récupérations. Et attention, quand je dis qu’on va rechercher l’information, ça ne veut pas dire qu’on relit l’information, ou qu’on nous donne de nouveau l’information ; la façon la plus efficace de faire, c’est de nous-mêmes nous rappeler de l’information que l’on veut ancrer. Au début, c’est difficile, et on aura probablement besoin d’aller la relire ou qu’on nous la re-dise, mais petit à petit, c’est vraiment le principe de faire l’effort nous-mêmes de se souvenir de l’information qui va l’ancrer dans notre mémoire à long terme.

Donc quand tu poses une question en classe à tes élèves, et qu’un petit malin donne la réponse tout haut pour tout le monde alors que tu avais demandé que chacun réfléchisse pour soi, ce petit malin est en fait en train d’empêcher tous les autres de faire cet exercice de récupération en mémoire, et il prive donc les autres élèves d’une partie importante du mécanisme d’apprentissage.

La porosité entre les deux mémoires, donc la facilité avec laquelle une information passe d’une mémoire à l’autre, dépend de plusieurs facteurs :

- la qualité de notre sommeil : bien dormir, et dormir suffisamment, facilite l’apprentissage

- notre niveau de stress : on apprend mieux lorsqu’on n’est pas stressé

- notre activité physique : l’apprentissage est meilleur lorsqu’on a une activité physique régulière

- nos émotions : l’apprentissage est plus efficace lorsqu’il est lié à des émotions positives - donc qu’on le veuille ou non, l’affectif qu’on développe avec nos élèves joue un rôle dans leurs apprentissages

- ce qu’il y a déjà dans notre mémoire à long terme : plus on a de choses dans notre mémoire à long terme, plus on est capable d’y envoyer de nouvelles choses. ça veut donc dire qu’un bon élève, qui a déjà beaucoup de choses stockées dans sa mémoire à long terme, aura plus facile à en stocker beaucoup d’autres, tandis qu’un moins bon élève, qui a moins de choses dans sa mémoire, aura plus de mal à y envoyer autant de nouvelles choses. On a donc les bons élèves qui deviennent encore meilleurs, et les moins bons qui progressent aussi, mais moins que les bons. Donc l’écart se creuse de plus en plus entre bons et moins bons élèves.

Voilà en gros comment fonctionne la mémoire lorsqu’on essaie de faire apprendre quelque chose à nos élèves. Tous les apprentissages ne suivent pas ce modèle-là. Par exemple, lorsqu’une émotion très puissante est présente, l’apprentissage peut se faire instantanément, sans répétition, et s’ancrer fortement en mémoire à long terme. C’est le cas par exemple lorsque notre vie est en danger. Donc certaines choses peuvent s’ancrer en mémoire en une fois, mais ce n’est pas le cas de tous les apprentissages scolaires, et donc de ce qui nous intéresse ici.

Donc pour résumer :

Notre cerveau est constitué de neurones qui se connectent entre eux lorsqu’il y a un apprentissage.

Ces neurones forment la mémoire, qui se divise en deux types de mémoire :

- la mémoire de travail, qui peut contenir un nombre limité d’informations pour un temps très court, de l’ordre de quelques secondes. Le nombre d’informations n’est pas le même dans la mémoire de travail de tout le monde (le nombre de cases disponibles varie de 5 à 9 en fonction des individus, et personne n’y peut rien changer).
- la mémoire à long terme stocke les informations - elle a une capacité infinie. Pour y envoyer des informations, il faut passer par la mémoire de travail. Une information est stockée plus en profondeur à chaque fois qu’on fait l’effort d’aller la récupérer en mémoire à long terme et qu’on la ramène en mémoire à court terme.

Lorsqu’on veut apprendre quelque chose de nouveau à nos élèves :

- il faudra donc veiller à éviter la surcharge cognitive, en ne leur donnant pas plus d’informations à traiter qu’ils n’ont de cases dans le mémoire de travail.

- il faut focaliser leur attention sur les informations qu’on veut leur faire apprendre, pour que ce soient ces informations-là qu’ils mettent dans leur mémoire de travail.

- il faut chercher à ce qu’ils réalisent de la réduction cognitive, c’est-à-dire qu’ils créent de plus gros blocs d’informations à mettre dans chaque case de leur mémoire de travail. Pour faire ça, il faudrait créer des habitudes, des rituels, en faisant toujours appel aux mêmes choses en même temps, pour que les élèves les associent et en fassent un seul “bloc d’information”. Ces habitudes, ce sont par exemple les séances d’exercices où les élèves travaillent sur une série d’exercices très similaires, autrement appelés “faire du drill”, même si on n’aime pas dire qu’il faut en faire. C’est pourtant indispensable pour faire de la réduction cognitive, en rendant des procédures automatiques, pour qu’elles occupent moins de place en mémoire de travail.

- il faut favoriser l’ancrage mnésique, c’est-à-dire le fait d’ancrer une information de plus en plus en profondeur dans la mémoire à long terme. Pour y arriver, l’élève doit faire l’effort d’aller récupérer régulièrement l’information dans sa mémoire à long terme, et l’utiliser en mémoire de travail. Au départ, il doit aller la récupérer très régulièrement, puis petit à petit de manière plus espacée.

Ça, c’est la théorie. Mais tu te demandes peut-être comment mettre tout ça en pratique dans tes classes, car tout ce vocabulaire très scientifique n’est pas vraiment utile face aux élèves. Quelles techniques utiliser pour faire de la réduction cognitive ? Ou encore comment faire pour favoriser l’ancrage mnésique ? C’est ce dont on va parler dans de prochains articles.

Je te donne déjà rendez-vous la semaine prochaine pour découvrir 5 pratiques de classe pour que tes élèves retiennent mieux, et on parlera encore dans les prochains mois de techniques pour favoriser l’ancrage à long terme !