Soutenance mémoire
CADRAGE SCIENTIFIQUE
Le cerveau : organe de l’apprentissage
L’architecture du cerveau
Les avancées technologiques ont permis de mieux comprendre l’organisation et le fonctionnement du cerveau. Ainsi, on sait aujourd’hui que le cerveau humain est composé de neurones, dont le nombre est estimé entre quatre-vingt-six milliards et cent milliards à l’âge adulte, qui forment un réseau très dense, et de cellules gliales, qui soutiennent et nourrissent les neurones. La récurrence de certaines activités (motrices ou intellectuelles) entraine le renforcement des connexions neuronales qui y sont associées, par un processus appelé la myélinisation. Ainsi, le cerveau a une tendance à la spécialisation : il devient de plus en plus performant dans les activités qu’il exerce fréquemment. Cependant, tout au long de la vie, des connexions entre les neurones continuent à se faire et à se défaire. C’est l’une des facettes de ce que l’on appelle la plasticité cérébrale. La capacité d’apprendre ne s’arrête donc jamais. Les apprentissages continuent de se faire à tout âge, modifiant et remodelant la structure interne du cerveau.
La géographie du cerveau est, elle aussi, désormais assez bien connue. Le cerveau est composé de plusieurs parties, impliquées dans des fonctions différentes . Parmi elles, le cortex cérébral constitue la couche externe du cerveau. C’est la partie du cerveau qui s’est développée le plus récemment au cours de l’histoire évolutive des primates (deux ou trois millions d’années) et qui comporte la majorité des neurones. Sur chaque hémisphère cérébral, le cortex cérébral se divise en quatre régions : le lobe frontal, le lobe pariétal, le lobe temporal et le lobe occipital [Cf. Annexes – Figure 1 : Schéma des lobes cérébraux]. Chacun de ces lobes est impliqué dans des fonctions cognitives dites « supérieures » comme la pensée, la perception sensorielle, le langage, la mémoire.
La partie du cerveau qui nous intéresse particulièrement ici est le lobe frontal et plus spécifiquement le cortex préfrontal, partie la plus antérieure du lobe frontal. Il est responsable de nos processus de pensée, nos capacités à juger, décider, planifier et contrôle les processus cognitifs fondamentaux pour les apprentissages. Autrement dit, c’est le centre exécutif du cerveau qui régit, notamment, les fonctions exécutives.
Les différentes régions du cerveau atteignent leur maturité à des rythmes très différents.
La maturité cérébrale est entendue au sens du renforcement des connexions permettant la stabilisation du parcours de l’information en vue d’accéder à la capacité d’exécuter des fonctions spécifiques . Autrement dit, la maturation cérébrale est le processus qui mène à un état cognitif stable et achevé. Cette maturation est précoce pour les régions à l’arrière du cerveau (lobe occipital, région sensori-motrice), suivie par la maturation des lobes temporaux et pariétaux (régions associatives). Enfin, le lobe frontal et, de surcroit, le cortex préfrontal se développe le plus tardivement et atteint sa maturation complète vers vingt-cinq ans.
Ainsi, le développement des fonctions exécutives dépend de la maturation du cortex préfrontal, qui survient tardivement. Les élèves de maternelle ont donc un cortex préfrontal encore très immature, ce qui explique un certain nombre de leurs comportements et biais cognitifs. Ils n’ont pas des fonctions exécutives encore très développées. Il est alors nécessaire de prendre en compte cette donnée dans la perspective de l’amélioration de leurs fonctions exécutives. Un travail doit s’effectuer auprès des élèves de maternelle pour développer leurs fonctions exécutives, mais il faut rester conscient qu’ils sont contraints par le calendrier du développement cognitif intrinsèque aux êtres humains.
Les fonctions exécutives
Le cortex préfrontal est le siège des fonctions exécutives. Elles sont définies comme des habilités cognitives qui nous permettent de nous adapter à des situations nouvelles et de développer des stratégies adaptées pour atteindre un objectif. Elles entrent en jeu dans nos processus organisationnels et décisionnels et sont considérées comme les composantes les plus importantes de notre fonctionnement cognitif. Généralement on retrouve six fonctions exécutives : l’activation, la planification, l’inhibition, la flexibilité cognitive, la régulation émotionnelle et la mémoire de travail.
L’activation permet de se mettre à la tâche, c’est l’impulsion qui permet d’agir, d’entreprendre. Autrement dit, lors d’une tâche scolaire à effectuer, l’activation permet à l’élève de démarrer le « travail ». Cette fonction est centrée sur l’action. C’est également la première des fonctions exécutives sollicitée dans la recherche d’un objectif à atteindre (scolaire ou non).
L’activation implique donc la prise d’initiatives et de décisions et relève de la capacité de motivation intrinsèque à l’élève. Évidemment, la question de la motivation extrinsèque est également une composante essentielle à prendre en compte pour les enseignants, a fortiori avec des élèves d’école maternelle pour qui le contexte d’apprentissage et de réalisation de la tâche reste un levier important d’enrôlement.
La planification est la capacité à s’organiser dans le temps pour atteindre un objectif précis. Elle requiert d’anticiper les différentes actions et de les organiser dans la ligne du temps pour atteindre l’objectif visé. Mais elle requiert également des compétences de classement. En effet, il est nécessaire de pouvoir catégoriser des objets, des faits, des connaissances, etc., afin de les organiser dans le temps. Concrètement, à l’école maternelle, ces compétences se travaillent dès le plus jeune âge, où il est demandé aux élèves de trier, de classer, de ranger.
L’importance de la construction de la notion du temps et d’espace prend aussi sens dans cette visée de développer la capacité de planification. Les activités autour d’images séquentielles mettent par exemple en évidence ce processus de planification : remettre dans l’ordre une séquence d’actions avec un début et une fin. Ainsi, les élèves doivent anticiper les différentes étapes de l’histoire présentée, en comprendre le sens et l’ordonner dans la ligne du temps afin qu’elle ait un début et une fin, autrement dit que l’histoire atteigne un objectif final précis. Cette activité courante en école maternelle structure le temps mais aussi la capacité de planification.
Le contrôle inhibiteur
Une fonction déterminante
Le contrôle inhibiteur semble jouer un rôle déterminant dans les apprentissages, bien que, comme nous l’avons évoqué, les processus de pensée mettent en jeu simultanément plusieurs fonctions exécutives, aucune n’existant indépendamment des autres.
Revenons plus en détail sur le « Test du Marshmallow » mis en place par le psychologue Walter Mischel de l’université Stanford. Cette étude longitudinale, c’est-à-dire l’observation d’un même groupe d’individus répétée dans le temps, réalisée auprès de 550 enfants en âge de l’école maternelle entre 1968 et 1974, puis suivis sur trois décennies, permettait d’évaluer la capacité des enfants à différer une récompense. L’enfant était placé devant un marshmallow et recevait une consigne : il peut manger le marshmallow tout de suite, mais s’il attend jusqu’au retour du chercheur, il en aura un second. Les conclusions de cette étude longitudinale ont été établies en confrontant plusieurs données : d’une part les données initiales prises au moment de la réalisation du test (QI des enfants, milieu socio-économique et résultats au test d’autocontrôle), d’autre part, dans le cadre du suivi longitudinal, les comportements jugés à risque à l’adolescence (fumeurs précoces, décrochage scolaire, parents-adolescents) et enfin les conditions de santé et la situation socio-économique à l’âge adulte (dépendance à la drogue, problèmes divers de santé, infection de maladies sexuellement transmissibles, statut socioéconomique, parent isolé, difficultés financières, casier judiciaire). Le croisement de ces données a ainsi amené les chercheurs à tirer la conclusion suivante : le plus prédictif dans le devenir de ces enfants est, premièrement, le milieu socio-économique et, deuxièmement, le contrôle de soi, et non le QI. Les deux éléments de la conclusion sont notables. D’une part, cette étude rappelle le rôle et l’impact puissant de l’environnement dans la construction de la personne et son orientation. Les neurosciences cognitives ne peuvent donc en faire abstraction.
D’autre part, la capacité à s’autocontrôler, autrement dit, la présence d’une inhibition plus développée, joue un rôle également déterminant dans la réussite scolaire et l’établissement de relations sociales.
Pourquoi alors l’inhibition semble jouer un rôle crucial dans l’avenir des enfants ? Quels sont les mécanismes en place ? Comment s’exerce-t-elle ? Comment entre-t-elle en jeu dans les apprentissages ?
Les trois systèmes cognitifs
Le chercheur Olivier Houdé et son laboratoire de recherche, le LaPsyDÉ, ont mis en avant trois systèmes de réflexion dans le cerveau . Le premier est rapide, automatique et intuitif. Le deuxième est plus lent, logique et réfléchi. Enfin, le troisième permet d’arbitrer entre les deux premiers systèmes [Cf. Annexes – Figure 2 : Les trois systèmes cognitifs].
Le système 1 est qualifié d’heuristique. Il est très efficace et permet de donner une réponse rapide, basée sur des automatismes (de pensée, moteurs ou encore émotionnels) et qui fonctionne souvent.
Le système 2 quant à lui est qualifié d’algorithme exact. C’est un système de réflexion plus lent basé sur la logique. Il prend donc plus de temps pour faire émerger une réponse qui, par ailleurs, est toujours correcte, contrairement aux réponses du système 1 qui peuvent être erronées.
Les deux systèmes coexistent dès la naissance, les bébés étant déjà dotés de capacités logiques. Mais si seuls ces deux systèmes existaient, l’heuristique prendrait toujours le dessus sur l’algorithme. En effet, la vitesse de traitement de l’information et d’émission de la réponse par le système heuristique (système 1) étant bien plus élevée que celle du système 2, les réponses du système 1 devanceraient toujours celles du système 2. Il ne nous parviendrait alors que les réponses automatiques. C’est pourquoi le cerveau a besoin d’un arbitre pour évaluer au cas par cas lequel de ces deux systèmes doit émettre la réponse. C’est à ce moment qu’intervient le troisième système. Il permet de faire la balance entre les deux premiers systèmes et ainsi de laisser s’exprimer également la logique, plus lente que l’automatisme.
Ce troisième système intervient par le biais de l’inhibition. Il permet de bloquer les réponses rapides et automatiques du système 1 pour laisser place à une réponse logique et réfléchie. L’inhibition, par l’action de blocage des solutions impulsives du cerveau, joue donc un rôle primordial dans les mécanismes cognitifs à l’œuvre permettant la réflexion. C’est grâce à cette fonction exécutive que s’exprime la logique. Cependant, nous l’avons vu, elle est soustendue par la région du cortex préfrontal dont la maturité est tardive. Les élèves d’école maternelle possèdent ainsi un troisième système encore fragile dans la mesure où leur cortex préfrontal est encore très immature. Ce sont les actions conjointes de la maturation et de l’éducation qui permettront le développement de l’efficience du système inhibiteur.
Le rôle et l’importance de ce troisième système, tout autant que son développement lent dans le temps, permettent de donner un éclairage sur les difficultés, ou parfois même simplement sur le comportement, d’élèves de maternelle. Il est en effet difficile pour eux de bloquer les automatismes, qu’ils soient moteurs ou de pensée, ce qui peut les rendre impulsifs.
Une erreur de raisonnement n’est pas forcément la conséquence d’une absence de capacité d’analyse, mais peut être le résultat d’un manque d’inhibition.
Cependant, même à l’âge adulte, alors que le cortex préfrontal a atteint sa maturité, l’inhibition des automatismes peut demeurer dans certaines situations un réel effort cognitif à fournir. L’inhibition est donc une compétence qu’il est nécessaire de développer dès le plus jeune âge, mais également tout au long de la vie.
LE CONTROLE INHIBITEUR DANS LA CLASSE
De la pratique enseignante « intuitive » à la conscientisation des enjeux
Le premier constat qui émerge des lectures réalisées pour ce mémoire est que la pratique enseignante est déjà imprégnée d’un certain nombre de gestes professionnels qui favorisent le développement des habilités cognitives, dont l’inhibition. De manière plus ou moins consciente, et avant même la popularisation des sciences cognitives, les enseignants mettent à l’œuvre dans leurs classes un certain nombre d’activités et déploient des gestes professionnels qui favorisent le développement des fonctions exécutives. Ainsi, les neurosciences cognitives viennent conforter une pratique enseignante déjà présente et donne un éclairage supplémentaire sur les enjeux qu’elle revêt.
L’importance des routines
L’outil pédagogique proposé par le livre Arrêt, observe et agis : stratégies et outils pour développer les compétences exécutives et méthodologiques des élèves, met en évidence, entre autres outils de développement de l’inhibition, l’importance de la mise en place de routines stables. En effet, ces routines, qu’elles soient de l’ordre de la structuration temporelle de la journée ou de l’ordre de la mise en place de moments d’apprentissages bien spécifiques et récurrents (ce que l’on appelle les rituels en maternelle), permettent aux élèves d’avoir un référent. Elles établissent un cadre dans lequel les élèves peuvent se repérer : une suite d’actions ou d’évènements à suivre dans un ordre précis. L’engagement des élèves dans ces routines et leur capacité à les suivre développe leur capacité à inhiber les distracteurs. Autrement dit, ils doivent contrôler leur envie de faire autre chose. Ainsi, « l’apprentissage de routines s’avère le meilleur outil pour aider les élèves à développer leur autocontrôle ».
La mise en place de routines en maternelle est une pratique courante, pour ne pas dire unanime. Dans ma classe, ces routines s’établissent de deux manières, comme évoqué précédemment. D’une part le temps scolaire est découpé en différentes plages horaires où s’inscrivent des activités ou fonctionnements de classe spécifiques [Cf. Annexes – Figure 3 :
Emploi du temps 2019-2020 classe de Moyenne Section École Vivienne]. L’emploi du temps mis en place, connu et annoncé tous les jours aux élèves, établit une récurrence de certaines activités ainsi qu’un enchainement précis. Le temps de motricité se trouve, par exemple, toujours après le temps de récréation, donnant ainsi un repère aux élèves dans le déroulé de la journée. Cette structuration quotidienne, mais aussi hebdomadaire, du temps donnent aux élèves le cadre dans lequel ils évoluent au sein de l’école. Cela développe ainsi leur structuration du temps et leur capacité d’inhibition, mais également favorise le développement d’autres compétences exécutives comme la planification.
D’autre part, des temps très spécifiques, appelés les rituels, sont également mis en place.
Dans ma classe, les rituels ont lieu lors du premier regroupement du matin, après le temps d’accueil des élèves avec leurs parents. Ils prennent la forme d’un enseignement quotidien établit selon un enchainement bien précis : comptage des présents et absents, date et météo. Les modes opératoires sont également toujours identiques, les élèves connaissent les consignes, savent à quoi s’attendre et savent ce qui est attendu de leur part.
L’importance de l’établissement de routines, déjà pratiquées par les enseignants, est de nouveau affirmée dans la visée du développement des compétences exécutives.
Des gestes et attitudes professionnels favorisant l’inhibition
D’autres pratiques courantes se révèlent également être des entrainements à l’inhibition.
Des jeux d’inhibition motrice sont notamment régulièrement pratiqués en maternelle, que ce soit en classe ou en salle de motricité. C’est par exemple le cas du jeu de la statue, 1,2,3 soleil, Jacques a dit, ou encore de petites routines de retour au calme. L’ensemble de ces pratiques favorisent le développement de l’autocontrôle et entraine les élèves à inhiber l’impulsivité motrice qu’ils peuvent avoir. Notre quotidien d’enseignant est donc rempli de « petites » pratiques qui favorisent l’exercice de l’inhibition.
Une pratique que j’ai mise en place dans ma classe a plus particulièrement attiré mon attention dans la mesure où, jusque-là, je n’avais pas considéré son rôle dans l’entrainement à l’inhibition. Il s’agit d’une consigne donnée aux élèves concernant l’« attitude » qu’ils doivent avoir durant les temps d’ateliers. Pour les temps d’ateliers, je forme généralement quatre groupes : un groupe en apprentissage dirigé avec moi, un groupe en apprentissage semi-dirigé avec l’ASEM et deux groupes en autonomie. Dans cette configuration de classe, l’autonomie des élèves pose de réelles questions. Comment laisser deux groupes d’enfants seuls sans intervention de l’enseignant ? Si j’autorise les élèves en autonomie à me demander de l’aide, comment faire pour que cela ne perturbe pas l’atelier dirigé que je suis en train de mener et ne distraie pas les élèves du groupe dirigé ? Dans ce soucis de gestion de classe j’ai opté pour les solutions suivantes : premièrement les ateliers en autonomie sont pensés pour être au maximum réalisables seuls (matériel facilitant l’autonomie, consigne simple et claire). Deuxièmement il est dit de façon explicite aux élèves ce qu’ils doivent/peuvent faire lorsqu’ils ont terminé l’activité (toujours la même consigne au cours de l’année, ce qui facilite le repérage : laisser son travail terminé sur la table, placer l’étiquette de son prénom à côté, puis aller faire une activité libre – à prendre dans l’étagère d’activités libres qu’ils ont l’habitude de fréquenter).
Enfin – et c’est le point qui nous intéresse particulièrement –, pour les éventuelles demandes que pourraient avoir les élèves en autonomie au cours de l’activité, j’ai mis en place un système qui me permet de gérer de front les différents groupes : les élèves qui sont en autonomie (et même ceux qui sont avec l’ASEM si besoin) peuvent venir me poser des questions concernant leur activité durant le temps d’atelier. Pour cela ils doivent poser en silence leur main sur mon épaule. Ce simple geste me permet alors de savoir qu’un élève a besoin d’aide sans qu’il m’interrompe verbalement avec le fameux « maîtresse ! », ni ne perturbe les autres élèves du groupe dirigé en les distrayant de leur tâche. Ainsi cela permet, tout autant aux élèves du groupe dirigé qu’à moi-même, de rester concentrés sur l’activité. Dès qu’un moment se libère, j’apporte l’attention nécessaire à l’élève qui attend la main posée sur mon épaule. Cette technique était donc pour moi une façon de « gérer » la classe. Cependant, le travail mené pour ce mémoire m’a permis de poser un nouveau regard sur cette pratique.
Mise en place d’un protocole expérimental dans la classe
Contexte de classe
La classe dont j’ai la charge cette année se trouve dans une école du deuxième arrondissement de Paris et est composée de 20 élèves de Moyenne Section. Le niveau général des élèves est bon : ils possèdent une bonne maîtrise de la langue française ainsi qu’une bonne compréhension globale des attendus scolaires. De manière générale, le climat de la classe est plutôt serein et studieux. Évidemment le cadre nécessite d’être reposé fréquemment, mais dans l’ensemble les élèves sont volontaires, intéressés et impliqués dans la vie de la classe et de l’école.
Malgré un bon niveau général en terme d’attendus scolaires, certains élèves ont des difficultés à persister dans la tâche. Ils ne parviennent pas à aller jusqu’au bout de l’activité demandée et donc de l’apprentissage engagé. Ils ont alors besoin d’un soutien supplémentaire pour rester impliqués dans l’activité. Peut-être la difficulté à inhiber les distracteurs pendant l’activité (des camarades qui parlent à côté, envie de faire autre chose, etc.) entre en jeu dans le manque de persistance à la tâche et donc l’accès à l’apprentissage en cours. Pendant les temps de regroupement, la prise de parole de certains élèves est également parfois mal contrôlée. Elle peut survenir au mauvais moment (pendant que je suis en train de parler), ou en coupant la parole à un camarade ou alors qu’elle n’a pas été sollicitée (pendant des lectures d’albums par exemple). Une nouvelle fois cette « attitude » peut révéler un manque d’autocontrôle face à une envie irrépressible de prendre la parole.
Évidemment cette lecture des différents comportements dans la classe est à modérer.
D’une part il est évident que l’on ne peut pas attendre d’élèves de 4-5 ans (voire encore trois ans en début d’année scolaire) d’être pleinement impliqués dans toutes les tâches scolaires et de réussir à se contrôler constamment (lever le doigt pour prendre la parole, rester attentif et ne pas bouger pendant un regroupement, etc.). Je reste bien consciente que ce sont des enfants, qui plus est de bas âge, et qu’il est tout à fait normal qu’ils fassent preuve d’impulsivité et d’un certain manque d’autocontrôle – nous l’avons par ailleurs signifié dans la première partie de ce mémoire : leur cortex préfrontal est encore très immature. D’autre part, il ne s’agit pas non plus de poser un « diagnostique » purement cognitif, qui omettrait les autres composantes qui interviennent dans la vie de la classe (relation aux autres, rôle de l’enseignant, climat de classe, etc.) et dans la construction de la personne (environnement familial, composantes socioaffectives, etc.). Il est cependant intéressant de porter ce regard sur la classe, sous l’angle de la capacité d’autocontrôle. Cela nous permet d’ajouter un point d’analyse mais aussi et surtout de déployer des moyens supplémentaires pour accompagner les élèves face aux difficultés qu’ils peuvent rencontrer.
Le protocole qui aurait dû être proposé au sein de la classe, permettrait d’observer si l’entrainement à l’inhibition permet aux élèves un meilleur accès à l’apprentissage visé.
Protocole expérimental
Le protocole reprend celui des chercheurs du LaPsyDÉ, Rossi et al. , dont les conclusions seront exposées dans la troisième sous-partie. L’expérience menée se découpe en trois phases : une phase de pré-test, une phase d’apprentissage et enfin une phase de post-test. In fine, l’apprentissage visé porte sur la capacité d’observation et d’attention sélective. Ce protocole permet de tester de manière conjointe les deux hypothèses que j’ai émises. Plus exactement, l’hypothèse 1 sera testée de manière autonome, un entrainement à l’inhibition sans approche métacognitive étant proposé. L’hypothèse 2 est quant à elle testée en lien direct avec l’hypothèse 1. En effet, la métacognition mise en place au cours du protocole s’établit dans le cadre d’un entrainement à l’inhibition. Il ne sera donc pas possible de distinguer les résultats de l’hypothèse 2 hors mise en place de l’hypothèse 1.
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Table des matières
Introduction
1. Cadrage scientifique
1.1. Le cerveau : organe de l’apprentissage
L’architecture du cerveau
Les fonctions exécutives
1.2. Le contrôle inhibiteur
Une fonction déterminante
Les trois systèmes cognitifs
Les mécanismes d’apprentissage
1.3. Vers une pédagogie cognitive ?
2. Le contrôle inhibiteur dans la classe
2.1. De la pratique enseignante « intuitive » à la conscientisation des enjeux
L’importance des routines
Des gestes et attitudes professionnels favorisant l’inhibition
L’inhibition comme outil de développement des compétences sociales
2.2. Mise en place d’un protocole expérimental dans la classe
Contexte de classe
Protocole expérimental
Les modalités d’observation et de recueil des données
2.3. Retour sur l’expérience de Rossi et al
2.4. Discussion
Retour sur les hypothèses
Les limites d’une neuroéducation
Conclusion
Bibliographie
Annexes
Résumés
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