Comment des méthodes d'enseignement innovantes peuvent recâbler votre cerveau et améliorer l'apprentissage

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Le site éducation Le système d'enseignement supérieur dans le monde a fait plusieurs pas en avant, les étudiants et les écoles essayant de s'éloigner de l'ancien système consistant à mémoriser les faits et à les ingurgiter pendant les examens. Cette évolution a donné naissance à plusieurs nouvelles méthodes interactives d'enseignement, notamment les "méthodes d'apprentissage basées sur le cerveau", l'utilisation de vidéos, les quiz interactifs, la résolution de problèmes et les techniques d'apprentissage basées sur des activités. Des milliers d'études ont porté sur les voies neuronales de l'apprentissage et de la mémoire, mais dans cet article, nous allons essayer de comprendre comment ces méthodes d'enseignement innovantes peuvent améliorer l'apprentissage.

Anita déballait son sac d'école. Aujourd'hui, elle a appris la classification des plantes et des animaux. Ses devoirs consistent à observer les animaux qui l'entourent et à les classer en vertébrés et invertébrés. Elle doit également se rendre au jardin botanique de l'école et collecter des plantes en fonction de leur habitat (terre, eau ou eau rare). Elle doit ensuite dresser la liste des caractéristiques visiblement différentes dans leur apparence. 

La neurogenèse ou la naissance de nouveaux neurones ne contribue qu'à environ 0,004% de la population totale de neurones. Ainsi, la plupart des "modifications du cerveau" au cours de l'apprentissage ont été attribuées à des changements dans le nombre et la force des connexions ou synapses entre les neurones. Les neurones possèdent de longues et fines projections appelées axones et dendrites par lesquelles ils communiquent avec d'autres neurones. Les axones libèrent des substances chimiques ou des neurotransmetteurs qui se lient ensuite aux récepteurs à la surface de la dendrite réceptrice. Dès que le neurotransmetteur se lie aux récepteurs de la dendrite réceptrice d'un autre neurone, il crée directement ou indirectement un signal électrique qui provoque un "feu". Ces connexions entre les neurones sont "plastique", c'est-à-dire que plus une connexion est activée, plus elle se renforce. Par exemple, le neurone qui reçoit le signal peut devenir plus réceptif au signal (davantage de neurotransmetteurs peuvent être ajoutés à la dendrite réceptrice par le neurone qui envoie le signal). On parle également de plasticité synaptique. Si deux neurones sont activés ensemble pendant de longues périodes de temps, cela forme la base des la mémoire à long terme. C'est ainsi qu'est né le célèbre adage de Carla Shatz, "Les neurones qui tirent ensemble, se connectent ensemble". Des études ont montré que le blocage de la plasticité synaptique peut entraver l'apprentissage comportemental, ce qui indique son rôle crucial.

Revenons maintenant à notre point de discussion initial : comment différentes stratégies d'enseignement améliorent-elles ce processus d'apprentissage et de mémorisation ? Nous prendrons trois exemples de méthodes d'enseignement novatrices : les devoirs à participation active, les cartes conceptuelles et l'apprentissage par problèmes, afin de comprendre leurs effets possibles sur le cerveau.

Des devoirs fréquents et actifs

On pense généralement que la phase d'apprentissage se déroule lorsque nous étudions, tandis que les tests et les devoirs ne sont qu'une régurgitation passive des faits déjà appris. Cependant, plusieurs études ont montré que le processus de récupération des informations (comme lors des tests ou des devoirs) est essentiel à l'apprentissage.. Les élèves qui ont récupéré les informations plusieurs fois ont obtenu des résultats significativement meilleurs que les élèves qui n'ont récupéré les informations qu'une seule fois lors du test final effectué une semaine plus tard. L'étude répétée sans récupération n'a pas eu d'effet significatif sur les performances de l'élève. Les intervalles de temps entre les récupérations ont également une influence significative. Si l'intervalle de temps est trop court (~ 1 minute), il n'y a pas d'avantages significatifs, alors que des intervalles de temps plus longs (~ 6 minutes) ont un effet plus important sur la rétention.

Cela soulève une autre question : les tests répétés ne font-ils qu'améliorer la mémoire, les élèves se contentant de fournir une réponse fixe à une question particulière, et améliorent-ils réellement l'apprentissage ou le "transfert des connaissances" ? Cette question a également été testée : après des études ou des tests répétés, les enfants ont été soumis à un test final qui posait des questions auxquelles on ne pouvait répondre qu'en appliquant les concepts des passages étudiés. Même dans ce cas, les élèves ayant subi des tests répétés ont obtenu de meilleurs résultats, ce qui indique une meilleure rétention et un meilleur apprentissage.

Quel effet des devoirs fréquents et actifs peuvent-ils avoir sur notre cerveau ? L'attention et la motivation sont l'un des facteurs clés de l'apprentissage et de la mémoire. Situations de récompense et la nouveauté sont associés à la libération de neurotransmetteurs, la dopamine et l'acétylcholine. Une possibilité est que la récupération fréquente d'informations et le travail actif à domicile impliquent une plus grande attention conduisant à la libération de dopamine et d'Ach, ce qui peut renforcer la plasticité synaptique, formant la base d'un meilleur apprentissage.

Cartes conceptuelles

Aujourd'hui, Anita a étudié le système immunitaire et le système digestif des humains. Son prochain devoir consistait à établir des liens entre les composants du système digestif qui pourraient influencer le système immunitaire et vice versa.

L'un des problèmes cruciaux auxquels sont confrontés de nombreux enfants est qu'ils considèrent chaque matière et chaque concept de manière isolée. C'est un problème de mathématiques, c'est un problème de physique... Ils n'ont aucune idée de la façon dont la trigonométrie qu'ils étudient en classe peut s'appliquer à des situations de la vie réelle.

Les cartes conceptuelles impliquent l'étude et l'encodage des relations entre les différents concepts que les élèves étudient à l'école. Des études réalisées sur des enfants allant de la quatrième année au niveau secondaire ont montré une meilleure rétention des connaissances dans les tests effectués après l'utilisation de cartes conceptuelles.

Comment les cartes conceptuelles peuvent-elles améliorer la rétention des connaissances ? Pour cela, il faut revenir à la façon dont nous récupérons les souvenirs. Les souvenirs et les informations sont stockés sous forme de réseaux synaptiques. Lorsque quelques nœuds d'un réseau sont activés, l'ensemble du réseau est activé et l'information est récupérée. Ainsi, un réseau qui comporte de nombreux nœuds couvrant différents concepts et souvenirs a plus de chances d'être récupéré plus rapidement et plus facilement. Ce principe pourrait expliquer pourquoi un étudiant qui a passé du temps à connecter différents concepts peut les retrouver beaucoup mieux lors d'un test.

Apprentissage par les problèmes

Aujourd'hui à l'école, Sneha a appris la photosynthèse - le processus par lequel la chlorophylle, le pigment vert des feuilles, absorbe l'énergie de la lumière. On lui a fait lire le processus dans le livre et écrire les équations de la photosynthèse plusieurs fois.

Anita, qui était dans une autre école, a également appris le processus de la photosynthèse. Comme devoir, son professeur lui a demandé de se rendre au jardin botanique, d'observer et de noter les plantes dont les feuilles n'étaient pas vertes. Ensuite, elle a dû écrire un rapport sur la façon dont les plantes avec d'autres couleurs ont survécu. Ces plantes pouvaient-elles produire leur propre nourriture si elles ne possédaient pas le pigment vert qu'est la chlorophylle ? 

Il y a une nette différence dans la manière dont Sneha et Anita ont appris la photosynthèse. Plusieurs études ont montré que l'apprentissage basé sur les problèmes entraîne une meilleure rétention et une meilleure compréhension conceptuelle du texte. L'une des possibilités est que l'apprentissage basé sur les problèmes pourrait améliorer l'attention et la motivation, facteurs dont il a été démontré qu'ils augmentent la sécrétion de dopamine, chez les enfants. La sécrétion de ces neurotransmetteurs peut forger de nouvelles connexions synaptiques et ainsi améliorer la rétention et l'apprentissage de l'enfant.

Ainsi, des méthodes d'enseignement innovantes peuvent améliorer la constitution neurobiologique des enfants, ce qui permet une meilleure compréhension des concepts et une meilleure rétention par rapport à la simple lecture et à l'écriture de passages de livres - des modes d'enseignement passifs.

Cependant, plusieurs systèmes éducatifs emploient des méthodes d'enseignement "basées sur le cerveau" qui n'ont aucune base scientifique et sont donc des outils d'enseignement inefficaces, sans compter qu'ils encouragent la pseudo-science. Pour conclure, examinons quelques-uns des mythes associés aux neurosciences et à l'éducation.

Neurosciences et éducation - mythes et vérité

L'un des programmes les plus populaires 'mythe du cerveauest le 'la "théorie du cerveau gauche et du cerveau droitCe qui suggère que chez chaque individu, le côté droit ou gauche du cerveau est dominant. Certains pédagogues encouragent même à déterminer si un élève a le cerveau droit ou gauche et à essayer différentes stratégies d'enseignement en fonction des résultats. Bien que certaines fonctions du corps puissent être attribuées au côté gauche ou droit du cerveau, rien ne prouve jusqu'à présent que des côtés différents peuvent dominer chez des individus différents. Le mythe se poursuit en suggérant que les personnes au cerveau gauche sont plus logiques et analytiques, tandis que les personnes au cerveau droit sont intuitives et objectives. Ainsi, un enfant étiqueté "cerveau gauche" ou "cerveau droit" peut avoir le sentiment qu'il est inné et incapable de faire preuve de créativité ou de logique. La séparation de la logique et de la créativité n'est pas non plus scientifique, car les problèmes logiques impliquent souvent des solutions créatives.

Des études ont montré que près de 50% des éducateurs de différents pays, dont le Royaume-Uni, les Pays-Bas, la Grèce, la Chine et la Turquie, croient au neuromythe selon lequel nous n'utilisons que 10% de notre cerveau. Les neuromythes dans l'éducation se répandent généralement lorsque les éducateurs et les neuroscientifiques ne communiquent pas. De nombreuses explications ou arguments contre ces mythes sont présentés dans des revues difficiles d'accès ou dans un langage difficile à comprendre pour les non-spécialistes. Il est donc nécessaire d'ouvrir des voies de communication entre les enseignants et les scientifiques afin de dissiper ces idées fausses.

Que nous réserve l'avenir ?

Bien que plusieurs études aient testé la façon dont le cerveau stocke et récupère les souvenirs pendant l'apprentissage, il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas. Quelle est la nature exacte du lien entre l'apprentissage et les signatures moléculaires et cellulaires dans le cerveau ? Comment organisons-nous les connaissances ou les informations dans notre cerveau, et quelle est la base de la métacognition - le processus de compréhension de notre propre processus de pensée ?

Plutôt que d'employer des stratégies qui promeuvent la pseudo-science et les neuromythes, une compréhension des théories et des mythes actuels, et une meilleure communication entre les scientifiques et les éducateurs peuvent aider à développer des stratégies d'enseignement plus efficaces et à convertir les notes de laboratoire en enseignement en classe.
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À propos de l'auteur

Surat Saravanan est titulaire d'un doctorat en sciences biologiques du Tata Institute of Fundamental Research (TIFR), à Mumbai. Elle travaille en free-lance comme rédactrice et écrivain scientifique et a suivi le cours "Writing in the Sciences" proposé par l'université de Stanford, aux États-Unis.

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