L’utilisation de plus en plus courante de documents électroniques a permis de proposer de nouvelles formes de présentation : des simples liens hypertextes aux illustrations dynamiques en passant par des fenêtres ponctuelles (pop-up) ou des documents multimodaux oraux et visuels [1]. Ces nouvelles possibilités ne se traduisent pas nécessairement par une amélioration des performances (Jamet, 2002a). L’une des raisons les plus courantes est la surcharge du système cognitif…

D’après la théorie des schémas, ces connaissances en MLT sont souvent organisées, catégorisées et stockées sous forme de schémas, c’est-à-dire dans un format correspondant à la manière avec laquelle elles seront par la suite utilisées (Chi et al., 1982). Depuis les travaux princeps de De Groot (1965) sur l’expertise des joueurs d’échecs, l’étendue et la qualité des connaissances contenues en MLT sont considérées comme des facteurs les plus importants à considérer pour expliquer les performances humaines, bien plus que la qualité de la chaîne de raisonnements en mémoire de travail à partir des simples stimuli (Kirschner, 2002).

Pour Sweller (1999), dont nous allons présenter la théorie, il n’y a pas d’expertise sans schémas. Ceux-ci fournissent le sens à l’immense quantité d’informations continues en mémoire à long terme et permettent, en catégorisant de multiples stimuli sous forme d’un élément catégorisé à traiter, de libérer de l’espace de traitement en mémoire de travail. Les limitations de la MDT peuvent donc gêner la construction, la mise à jour, l’automatisation et le stockage des schémas en MLT, activités considérées comme l’essence même de l’apprentissage. Il est donc primordial de chercher à comprendre quels sont les facteurs qui déterminent le niveau de charge en mémoire de travail.

La théorie de la charge cognitive (TCC) que proposent Sweller et ses collaborateurs distingue actuellement trois types de charge :

La charge cognitive extrinsèque met l’accent sur les formats de présentation. Une présentation inadéquate de l’information peut compromettre l’apprentissage ou tout au moins le rendre plus difficile. C’est ce dernier point, que nous nous proposons de développer à travers une analyse des effets des illustrations et des modalités orales ou écrites de présentation de l’information.

Sweller et son équipe ont ainsi mis en évidence la supériorité d’un format intégré par rapport à un format séparé dans des situations variées d’apprentissage : résolution de problèmes géométriques (Sweller et al., 1990), apprentissage de logiciels (Chandler et al., 1991 ; Cerpa et al., 1996), utilisation de schémas électriques (Chandler et al., 1991). Cette même équipe a pu mettre en évidence que l’efficacité de l’intégration est liée aux connaissances préalables des sujets : elle n’est en fait pertinente que pour des novices (Kalyuga et al., 1998).

L’un des inconvénients majeurs de ce type de présentation est la limitation, à la fois d’ordre perceptif et esthétique, de la quantité d’informations écrites. L’une des solutions à ce problème viendra peut-être de l’utilisation dans les documents électroniques des pop-up. Ces fenêtres ponctuelles apparaissent à la suite d’un clic ou d’un passage de la souris sur un lien hypertexte à l’endroit où était positionné le curseur. Il s’agit donc d’une forme d’intégration spatiale qui n’est pas soumise aux mêmes limites que l’intégration spatiale classique. (Bétrancourt et al., 1998) démontrent qu’une version des schémas sur le fonctionnement d’un système d’évacuation des fumées est plus efficace en terme de rappel lorsque le texte est présenté dans des fenêtres ponctuelles plutôt que présenté en format séparé. Les études utilisant ces fenêtres ponctuelles demeurent trop peu nombreuses pour établir des conclusions plus générales. Néanmoins, les travaux que nous menons actuellement dans notre laboratoire semblent confirmer l’intérêt qu’il y a à utiliser ces pop-up dans les documents pédagogiques.

Les effets positifs de la présence d’illustrations dynamiques sont déjà largement attestés. La présence d’une animation accompagnant un document sonore facilite sa mémorisation ainsi que la résolution de problèmes de compréhension (Mayer et al., 1991, 1992 ; Hidrio et al., 2002a) par rapport à une condition où le document sonore est présenté seul.

La présence de démonstrations animées serait, par exemple, utile lorsque la tâche implique de réaliser l’action dans un délai de quelques minutes après la démonstration (Palmiter et al., 1993). Dans le cadre d’une coopération avec un de nos partenaires industriels, nous avons cherché à optimiser l’utilisation de l’aide d’un moteur de recherche Internet [3] en nous appuyant sur ce principe. L’aide fournie à la base est écrite. Elle présente le système de syntaxe de recherche utilisée par ce moteur. Nous avons comparé les effets d’une telle aide si elle est complétée par une démonstration animée (cf. figure 2) qui illustre le processus de saisie de requêtes (Hidrio et al., 2002).

Après une phase d’apprentissage du document, des utilisateurs novices sont placés dans une situation de recherche virtuelle d’informations sur le web. Le nombre de requêtes correctement effectuées est mesuré. La présence d’une animation permet le passage d’une proportion de réponses correctes d’un tiers à la moitié des requêtes. La présence d’une animation explicative ou de démonstrations semble donc avoir un effet positif, si on la compare à des conditions où elle est absente.

Néanmoins, la comparaison des deux types d’illustration (statique vs dynamique) fournit des résultats beaucoup plus mitigés. Les travaux ayant été amenés à effectuer ce type de comparaison ont abouti à des résultats différents, principalement par manque de contrôle méthodologique et de cadre théorique consistant (Bétrancourt et al., 2000 ; Park et al., 1993 ; Rieber, 1990). On peut toutefois noter que les recherches les plus récentes révèlent de plus grandes difficultés associées à l’extraction d’informations visuo-spatiales à partir d’illustrations dynamiques qu’à partir d’illustrations statiques (Schnotz et al., 1999 ; Lowe, 1999). Ces difficultés seraient relatives à :

Ces résultats ont été obtenus dans le cadre de l’apprentissage de textes écrits, et on peut s’attendre à des résultats différents avec des documents oraux.

(Hidrio et al., 2002b) ont par exemple comparé l’apprentissage d’une explication orale (portant sur le principe de fonctionnement du cycle à quatre temps d’un moteur à essence) accompagnée de divers types d’illustrations :

Une condition contrôle sans illustration a également été testée. Il faut également noter que chaque type d’illustration disposait d’une même légende, indiquant les principaux éléments du système. Les résultats de cette expérience ont montré un effet bénéfique des illustrations uniquement pour le format animé (meilleur rappel et réponses plus justes à un questionnaire d’inférences). Aucun effet des illustrations statiques n’est apparu, que ce soit pour le format statique simple ou le format statique multiple. L’apprentissage du document choisi, i.e. un système mécanique où les interactions (événements visuo-spatiaux) entre les éléments du système sont centrales à la compréhension, le format dynamique semble supérieur à tout format statique.

Une des hypothèses que nous testons actuellement concerne la référenciation implicite (ou localisation sur l’illustration) des éléments que la synchronisation explication-animation peut permettre. Ainsi, dans le document dynamique, lorsque la voix-off indiquait « le piston monte dans le cylindre », l’apprenant déduisait implicitement que l’élément qui montait était le piston (localisation + illustration du dynamisme). L’étape primordiale pour la compréhension d’intégration texte-illustration pourrait donc être facilitée par cette synchronisation.

En s’appuyant sur cette structure, on peut proposer qu’un document audiovisuel utilisant ces deux sous-systèmes sera plus efficace lorsque toutes les informations sont présentées visuellement. Si une présentation uniquement visuelle d’un texte et d’une image (graphique, schémas…) engendre une charge cognitive plus importante qu’une présentation audiovisuelle (texte à l’oral) du même matériel, le format audiovisuel devrait entraîner par conséquent un apprentissage plus performant que le format uniquement visuel. C’est ce qu’ont démontré (Mousavi et al., 1995) en comparant les performances d’étudiants à qui l’on présente des documents de géométrie soit de façon bi-modale (graphique à l’écrit et explications à l’oral) soit de façon unimodale (graphique et explications à l’écrit). Au travers de plusieurs expériences, ils observèrent de façon consistante une performance supérieure avec la présentation bi-modale. Ce type de résultat a été répliqué en utilisant une diversité de matériels pédagogiques avec une grande variété des groupes d’âge différents. Il faut préciser que les deux sources d’informations sont ici mutuellement référencées, sans pour autant être redondantes, c’est-à-dire qu’elles ne renvoient pas exactement au même pattern d’informations. (Mayer, 1997 ; Mayer et al., 1998 ; Moreno et al., 1999 ; Mousavi et al., 1995 ; Tindall-Ford et al., 1997).

Quand il s’agit de comparer des modalités entre elles et non d’évaluer les différentes formes de combinaisons multimodales, nous parlerons ici d’effet de modalité. Deux grands points sont à souligner sur les effets de modalité : lorsque l’on compare la mémorisation de documents complexes et/ou longs en fonction de leur modalité de présentation (orale ou écrite), on constate que le rappel est souvent meilleur lorsque les documents ont été lus, en partie grâce au contrôle qu’exerce le lecteur sur sa prise d’informations (possibilité de ralentir, de faire des retours en arrière par exemple). En revanche, pour des instructions courtes, la modalité orale peut être recommandée pour une utilisation immédiate des informations (Jamet, 1998 pour une présentation de ces travaux).

L’effet de redondance peut se définir comme suit : « La même information étant présente plusieurs fois sous des formes différentes (par exemple sous forme textuelle et sous forme imagée) entraîne une charge cognitive plus importante (donc des performances moins bonnes) que le même matériel présenté sans redondance. » (Tricot, 1998). Contrairement à l’idée très répandue selon laquelle présenter les mêmes informations sous différents formats faciliterait l’apprentissage, de nombreuses expériences tendent à montrer un effet négatif de cette forme de redondance. Dès à présent, il semble nécessaire d’indiquer ici qu’il s’agit de présentations imposant un traitement simultané des informations redondantes et non un traitement séquentiel, donnant lieu dans ce cas à de la révision d’information – activité largement connue pour faciliter l’apprentissage.

L’étude princeps de Chandler et Sweller (1991) a mis en évidence ce cas de figure avec un document présentant la circulation du sang à l’aide d’un texte reprenant des éléments du graphique, par ailleurs compréhensibles par eux-mêmes. En supprimant ces informations redondantes, les performances ont augmenté. Ici les auteurs jouent sur le mode de présentation et non sur la modalité (cf. Mayer, 2001) pour la distinction entre mode (verbal/imagé) et modalité (auditif/visuel). Il existe des cas de figure où la redondance est liée à la fois à la modalité (c’est-à-dire que les informations sont à la fois présentées sous forme visuelle et sous forme auditive) et au mode de présentation (c’est-à-dire que les informations sont également présentées sous forme verbale et sous forme imagée). Ce sont d’ailleurs ces ultimes cas de figure qui renvoient à la notion de redondance selon Mayer (2001) : « Les étudiants apprennent mieux à partir d’une animation (illustration) accompagnée des explications orales qu’à partir d’une animation accompagnée à la fois des explications orales et des mêmes explications retranscrites sous forme textuelle (en marge de l’animation). » L’étude de référence correspondant au principe de redondance tel qu’il est défini par Mayer et ses collègues se trouve être de fait une étude issue du champ de la théorie de la charge cognitive : il s’agit de l’étude de (Kalyuga et al., 1999). Des apprentis sont confrontés à un document multimédia portant par exemple sur la démarche à suivre dans une procédure de perçage des métaux. Les instructions à suivre sont présentées à côté d’un diagramme. Les instructions peuvent êtres absentes, écrites, orales ou présentées dans ces deux modalités simultanément. Deux types de résultats sont observés : le premier correspond à l’obtention classique de l’effet de modalité (voir plus haut), c’est-à-dire ici que le format « graphique plus texte à l’oral » est plus efficace que le format « graphique plus texte à l’écrit ». Le second correspond à l’obtention d’un effet de redondance relatif à de meilleures performances pour le format « graphique plus texte à l’oral » comparé au format « graphique plus texte à l’oral et conjointement à l’écrit ». Ici, l’ajout du texte engendre clairement une charge cognitive extrinsèque inutile, au détriment de l’apprentissage. Plusieurs études, dont celle de (Mayer et al., 2001) ont depuis répliqué cet effet de redondance sur la base d’un document visant à expliquer la formation des orages. Dans une étude menée au sein de notre laboratoire (Le Bohec et al., 2003), nous avons également répliqué ce résultat avec un document présentant des notions de base en comptabilité. L’ensemble de ces résultats indique de façon cohérente une inutilité des informations redondantes provoquant une surcharge en mémoire de travail, celle-ci se manifestant par une baisse des performances.

Une expérience récente réalisée par (Kalyuga et al., 2000) illustre ce phénomène. Des apprentis sont confrontés à un document multimédia portant par exemple sur la démarche à suivre dans une procédure de perçage des métaux. Les instructions sont présentées à côté d’un diagramme associant le diamètre du foret, la vitesse de rotation de la perceuse et la nature des métaux. Comme dans l’expérience précédemment décrite de la même équipe, les instructions peuvent êtres absentes, écrites, orales ou dupliquées dans ces deux modalités. L’apprentissage du document est évalué une première fois, puis une seconde après une phase d’entraînement. Lors de la première évaluation, le format associant le diagramme à des instructions orales est le plus efficace. Ceci est conforme à l’effet de modalité évoqué plus en avant. Conformément à ce que nous avons exposé, le format redondant est moins efficace. Le format le moins approprié est le diagramme sans instruction, ce qui confirme la nécessité pour les novices d’explications textuelles associées aux schémas. Lors de la seconde évaluation, ce diagramme sans instruction est aussi efficace que la version diagramme plus explication orale. La croissance des connaissances des apprentis pendant la phase d’apprentissage leur a permis de se passer de ces instructions cette fois redondantes avec leurs connaissances. Au final, ce document qui était le moins efficace en début d’apprentissage s’avère être le plus intéressant, non seulement parce qu’il permet des performances relativement bonnes, mais aussi parce qu’il a été traité beaucoup plus rapidement que les autres documents pendant l’apprentissage.

L’exposé a été limité aux effets des illustrations et de la modalité. Ces travaux ne sont donc qu’un aperçu de ce champ de recherches en plein développement. Les quelques études présentées ici illustrent à notre avis l’intérêt qu’il y a à prendre en compte le fonctionnement de l’utilisateur dans le processus de conception. En nous centrant sur les contraintes imposées par le système cognitif lors du processus d’apprentissage, nous avons voulu montrer qu’un document conçu en prenant en compte ces limites peut s’avérer souvent plus efficace…