L'apprentissage des schémas, leur rôle dans l'acquisition des connaissances - article ; n°1 ; vol.72, pg 179-198

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L'année psychologique - Année 1972 - Volume 72 - Numéro 1 - Pages 179-198
20 pages
Source : Persée ; Ministère de la jeunesse, de l’éducation nationale et de la recherche, Direction de l’enseignement supérieur, Sous-direction des bibliothèques et de la documentation.
Publié le : samedi 1 janvier 1972
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J.-F. Vezin
L'apprentissage des schémas, leur rôle dans l'acquisition des
connaissances
In: L'année psychologique. 1972 vol. 72, n°1. pp. 179-198.
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Vezin J.-F. L'apprentissage des schémas, leur rôle dans l'acquisition des connaissances. In: L'année psychologique. 1972 vol.
72, n°1. pp. 179-198.
doi : 10.3406/psy.1972.27937
http://www.persee.fr/web/revues/home/prescript/article/psy_0003-5033_1972_num_72_1_27937DES SCHÉMAS L'APPRENTISSAGE
LEUR ROLE
DANS L'ASSIMILATION DES CONNAISSANCES
par J.-F. Vezin
Laboratoire de Psychologie génétique de Paris- Sorbonne
ERA au CNRS
Les recherches concernant l'apprentissage de schémas et leur rôle
dans l'acquisition des connaissances s'appuient sur les résultats des
recherches et sur des éléments théoriques appartenant à des domaines
différents de la psychologie. La théorie de la forme et les résultats
d'études concernant la perception de formes sont invoqués lorsque les
recherches insistent sur le caractère figuratif du schéma. La théorie de
l'information et les recherches qui étudient la transmission d'information
permettent de considérer ce que peut communiquer le schéma, la quant
ité d'information apportée par chacun de ses éléments. Une autre
perspective étudie le rôle du schéma dans l'apprentissage, en le compar
ant à d'autres moyens d'expression ; le schéma est alors envisagé comme
l'un des éléments d'un processus de communication des connaissances,
un moyen d'expression ayant son originalité propre, complémentaire
d'autres moyens.
Mais le mot schéma est parfois utilisé dans des sens très différents :
le même mot « » désigne par exemple un tableau synthétique
de notions (ne faisant pas appel à l'expression figurée) et une figure
représentant l'anatomie ou le fonctionnement d'un système. Inverse
ment les termes de figure, schéma, graphique sont parfois utilisés pour
désigner un même moyen d'expression. Des règles de style voulant qu'un
même mot ne fasse pas l'objet de répétitions trop fréquentes dans un
texte expliquent parfois cette diversité de termes. Mais, dans beaucoup
de cas, une autre explication peut être retenue : les termes utilisés ne
font pas toujours seulement appel au moyen d'expression lui-même,
mais aussi à la matière, ou à la relation de la matière et du moyen
d'expression. De telles considérations lorsqu'elles sont systématique
ment exploitées apportent une contribution importante à l'étude des
caractéristiques propres aux schémas, par-delà la diversité des formes
que celui-ci peut avoir. Une direction complémentaire de recherche
est d'envisager les diverses formes de schéma afin d'aboutir à une classi- 180 REVUES CRITIQUES
flcation qui tienne compte des relations du schéma et de ce qu'il exprime,
ainsi que des caractéristiques propres à différents types de schémas.
Une classification des schémas exprimant des installations électriques ou
électroniques a été entreprise par Courbin (1961). Une classification
permettant de situer le schéma par rapport à d'autres moyens d'expres
sion figurée (dessin modèle, dessin image) a été effectuée par Leplat (1967).
De nombreuses indications sur les relations du schéma et de la connais
sance exprimée et sur la classification de différents types de schémas
sont fournies par Fassina (1969).
En nous appuyant sur les caractéristiques des schémas, mises en
valeur par les études que nous venons de mentionner, il nous paraît
important de délimiter, par-delà la diversité des matières et des schémas,
les critères qui définissent le schéma. Nous appellerons schéma la repré
sentation figurée d'une connaissance, utilisant formes et dimensions
pour ne reproduire que les caractéristiques valables pour toute une
catégorie d'objets (concepts concrets, installation...) ou de phénomènes,
le schéma pouvant avoir un but descriptif ou explicatif. Les schémas
dont il sera question ici répondent aux deux critères suivants : 1) figure
(utilisation de formes et de dimensions), 2) généralité (expression des
caractéristiques valables pour une catégorie d'objets, phénomènes).
Nous nous attacherons plus particulièrement aux recherches qui ont
été effectuées dans les dix dernières années, tout en mentionnant les
recherches antérieures sur lesquelles les études récentes se sont appuyées.
Celles-ci se sont poursuivies dans trois directions complémentaires : la
mise en évidence d'un apprentissage de schéma, les conditions d'eff
icacité d'un schéma (lisibilité, complexité, adéquation à la connaissance
à transmettre), le rôle du schéma dans l'assimilation des connaissances.
APPRENTISSAGE DE SCHÉMAS
Cette première direction de recherche concerne la mise en évidence
de la capacité d'apprendre un schéma à partir d'objets qui le représentent
et d'utiliser cet apprentissage dans des tâches de reproduction, de discr
imination ou de catégorisation.
Le concept de scheme pourrait être invoqué. Mais lorsqu'il s'agit
de ne retenir que les aspects non aléatoires de dessins ou de formes,
de coder leur redondance, on peut considérer que ce qui est appris et
mémorisé est, dans certains cas (selon les conditions de l'apprentissage),
une figure exprimant ce qui est commun à l'ensemble des dessins, réduite
à l'essentiel. Nous utiliserons la notion de schéma dans la mesure où nous
insisterons sur le fait que ces recherches apportent une contribution au
problème de l'apprentissage (par induction) de l'expression figurée de
l'essentiel, bien que ces études ne se limitent pas à cela, et que la notion
de schéma elle-même déborde souvent cette définition stricte. J.-F. VEZIN 181
Un certain nombre d'auteurs ont mis en évidence le fait qu'un
schéma permet d'exprimer de façon codée les aspects redondants
d'éléments de l'environnement (Attnaeve, 1954 et 1957 ; Oldfield,
1954).
Le matériel utilisé dans l'ensemble des expériences exposées dans
cette première partie est décrit par Evans (1964 et 1967). Les auteurs
utilisent des dessins dont la forme s'apparente à des histogrammes,
constitués grâce à la juxtaposition de colonnes de hauteurs différentes ;
pour déterminer la succession des colonnes, les auteurs utilisent sept
valeurs qui se suivent selon un processus markovien. Le schéma corres
pond à la séquence la plus probable dans une même population de
dessins (cf. flg. 1).
1) Edmonds et Evans (1966 a) étudient l'apprentissage de schéma
et la capacité de transfert de la connaissance acquise.
Dans une phase d'entraînement un groupe expérimental (20 étu
diants) doit induire de quinze dessins présentés successivement le
schéma (schéma A) que cette population de dessins représente (dessins
dont la redondance est de 67 %). Chaque dessin est représenté d'abord
complet pendant vingt secondes, puis avec trois lacunes (3 colonnes
manquent). Le sujet doit compléter ces lacunes, ce qui permet de
contrôler son apprentissage (la bonne réponse nécessitant de tenir
compte de la séquence de colonnes la plus probable, c'est-à-dire du
schéma). Un groupe contrôle de vingt sujets reçoit un entraînement
identique, mais les quinze dessins ne représentent pas un même schéma
(dessins de redondance nulle : 0 %). On propose alors aux deux groupes
la même épreuve : quinze dessins représentant le schéma A, différents
de ceux de la phase d'entraînement, mais de redondance égale, sont
présentés successivement d'abord complets, puis avec trois lacunes à
compléter. Pour tous les dessins la capacité du canal est de 25,2 bits
par stimulus (ensemble des colonnes d'un dessin présentées pendant
20 secondes). Dans aucun cas (entraînement ou épreuve) et pour aucun
des deux groupes, les sujets n'obtiennent d'information sur l'exactitude
de leurs réponses (complètement des lacunes).
Les résultats sont les suivants : 1) Un apprentissage du schéma par
le groupe expérimental a été mis en évidence par une courbe d'apprent
issage (nombre moyen de colonnes correctement reproduites en fonction
du nombre d'essais). 2) II a été trouvé une capacité d'utiliser cet apprentdans la reproduction d'autres dessins faisant partie de la même
population : le groupe expérimental réussit mieux la reproduction des
dessins de l'épreuve que ceux de l'entraînement, et d'autre part obtient
à l'épreuve une performance supérieure à celle du groupe contrôle.
3) En réponse à une question qui leur était posée tout de suite après
l'expérience, les sujets du groupe expérimental ont dit ne pas avoir
fait usage d'une règle (sous quelque forme que ce soit) pour se remémor
iser les colonnes qu'il fallait reproduire dans les dessins à lacunes. 1 Dessin 2 Dessin
Dessin 3 Dessin 4
Schéma
Fig. 1. — Exemple de quatre dessins (d'après Evans, 1967)
et schéma correspondant (4, 2, 1, 6, 3, 5, 7)
La séquence est ici composée de colonnes dont les hauteurs peuvent
avoir sept valeurs. L'ordre de succession le plus probable des sept hau
teurs est le suivant : 4, 2, 1, 6, 3, 5, 7. Chaque dessin est composé de douze
colonnes (de sept hauteurs différentes). La redondance de chaque dessin
est de 50 %. Chacun commence ici par la hauteur 4 afin de rendre plus
clair l'exemple. Mais, en ce qui concerne les dessins présentés aux sujets,
le premier élément est toujours déterminé au hasard. D'autre part l'unité
de mesure a une longueur de deux carreaux, ce qui permet d'accentuer
les différences entre les hauteurs. J.-F. YEZIN 183
L'apprentissage du schéma semble donc s'effectuer sans qu'il soit néces
saire de formuler une règle.
Dans la mesure où la séquence la plus probable peut être représentée
de façon figurée (cf. fig. 1) et où la réponse demandée au sujet consiste
en une reconstitution d'éléments relatifs à cette figure, on peut dire
qu'il y a apprentissage de schéma, expression figurée de l'essentiel
(l'essentiel est ici le non-aléatoire).
Edmonds et Evans (1966 b) dans une recherche ultérieure ont essayé
de voir si les résultats obtenus par l'expérience qui vient d'être présentée
pouvaient être utilisés pour prédire la performance de sujets dans une
tâche équivalente mais concernant des schémas différents : nouvelles
séquences de colonnes et nouvelle capacité du canal. Vingt-huit étu
diants doivent apprendre un schéma à partir d'exemples qui le repré
sentent selon la procédure indiquée ci-dessus (15 dessins présentés
successivement d'abord complets puis avec trois lacunes). Ces étudiants
sont répartis en quatre groupes de sept sujets, chaque groupe ayant à
apprendre un schéma différent. Dans les quatre cas les dessins ont une
redondance de 67 %, mais la capacité du canal est de 10,08 bits par
stimulus (présenté pendant 20 secondes) ; chaque dessin est composé de
douze colonnes. Aucune différence n'est apparue dans les performances
des quatre groupes et celles-ci ont donc été combinées. Une courbe
d'apprentissage a été tracée et les auteurs ont montré que l'apprentis
sage du schéma n'a pas été affecté par le changement dans la capacité
du canal. Les pentes des courbes obtenues dans l'expérience précédente
et dans celle-ci sont équivalentes.
L'apprentissage du schéma mis en évidence ici à partir d'une tâche
de reproduction de lacunes a été mis en dans une autre expé
rience à partir d'une tâche de classement (Evans et Arnoult, 1967).
Edmonds et Mueller (1967 b) ont alors voulu étudier la capacité
d'apprendre non plus un schéma à partir d'exemples qui le représentent,
mais plusieurs schémas à partir d'exemples mêlés représentant l'un
ou l'autre des schémas. L'intérêt de cette étude vient du fait qu'il
s'agit de tâches que les sujets rencontrent fréquemment dans des situa
tions réelles. Cette tâche ajoute à la difficulté d'apprendre chaque schéma
celle d'être obligé en même temps de différencier les schémas entre eux.
Il s'agissait d'apprendre à quarante-cinq étudiants en psychologie
trois schémas qu'ils devaient induire de quatre séries de neuf dessins
(12 colonnes ; redondance 67 %). Dans une série de neuf dessins chaque
schéma est illustré par trois dessins. Les dessins représentant ne se suivent pas obligatoirement mais sont mêlés à ceux repré
sentant les autres schémas. Après chaque série de neuf dessins, il est
présenté trois dessins successifs illustrant un même schéma, l'un des
trois schémas par groupe de quinze sujets. Chaque groupe reçoit quatre
fois une série de trois dessins du même schéma. Chacun des quarante-
huit dessins (4 fois 9 + 4 fois 3) est présenté d'abord complet pendant 184 REVUES CRITIQUES
quinze secondes, puis avec trois lacunes (3 colonnes que le sujet doit
retrouver). Une courbe d'apprentissage est tracée pour chaque groupe
(donc pour chaque schéma) à partir des quatre séries de trois dessins.
Les résultats montrent que la difficulté d'apprentissage de chacun des
trois schémas est la même et que la courbe de performance de chaque
schéma indique un apprentissage ; les résultats sont semblables à ceux
obtenus par les auteurs dans leurs recherches précédentes concernant
un seul schéma.
Dans une recherche ultérieure (Ed. M. Edmonds et S. C. Edmonds,
1969) les auteurs montrent que l'apprentissage de schémas effectué
à partir d'une tâche de classement de dessins représentant deux schémas
peut être transféré au d'autres dessins illustrant les mêmes
schémas.
2) Edmonds, Evans et Mueller (1966) ont montré que l'apprentissage
d'une série de schémas différents permettait aux sujets de parvenir à
une meilleure maîtrise de l'apprentissage de schémas en général : ils
avaient appris à apprendre des schémas. Vingt-huit sujets du groupe
expérimental apprennent trois schémas différents, à partir de trois
séries successives de quinze dessins (chaque série étant cette fois-ci
uniquement composée de dessins représentant un même schéma). Les
dessins composés de douze colonnes ont une redondance de 67 %.
La tâche finale consiste à apprendre un quatrième schéma. Les vingt-
huit sujets sont répartis en quatre sous-groupes de sept de telle manière
que l'ordre de présentation des quatre schémas puisse être varié d'un
sous-groupe à l'autre. Vingt-huit sujets du groupe contrôle (4 sous-
groupes de 7 sujets) reçoivent un entraînement identique (3 séries de
quinze dessins) mais aucun schéma n'est représenté par ces de
dessins (les dessins ont douze colonnes mais une redondance nulle).
Une analyse de variance montre : a) que la difficulté d'apprentissage
est la même pour les quatre schémas ; b) que le groupe expérimental
réussit l'apprentissage du quatrième schéma mieux que le groupe
contrôle (différence significative au seuil de .05).
3) Edmonds et Mueller (1967 a) se posent alors le problème suivant :
qu'est-ce qui est appris ? Est-ce que les sujets ont appris que telle
hauteur de colonne suit telle autre hauteur de colonne, leur apprent
issage étant alors le résultat d'apprentissages partiels de caractéris
tiques distinctes ? Ou bien est-ce que les sujets ont appris un schéma,
c'est-à-dire une forme, l'aspect dimensionnel de l'ensemble des colonnes
(le schéma que chaque dessin représente) ? Cette question est importante
car dans le premier cas il n'y a pas véritablement apprentissage d'un
schéma mais d'une somme de caractéristique (ici le fait que telle hau
teur suit telle autre). Dans le deuxième cas il y a du
schéma (forme qui résulte de l'ensemble).
Pour résoudre ce problème, les auteurs entraînent des sujets (66 étu
diants en psychologie) à distinguer parmi trois dessins celui qui est le J.-F. VEZIN 185
plus différent des deux autres (15 séries de 3 dessins, chaque dessin
comprenant 12 colonnes). Pour le groupe expérimental deux dessins
représentent un même schéma (dessins dont la redondance est de 67 %)
et le troisième dessin, de redondance nulle, ne représente aucun schéma.
Pour le groupe contrôle les trois dessins ont une redondance nulle.
L'entraînement du groupe expérimental consiste donc à discriminer
des dessins représentant un schéma du dessin ne le représentant pas,
tandis que l'entraînement du groupe contrôle consiste à discriminer des
caractéristiques juxtaposées, successives, ne présentant aucune conti
nuité. Une même épreuve de transfert est proposée aux deux groupes.
Elle consiste à discriminer des dessins représentant différents schémas.
Le groupe expérimental a une réussite supérieure à celle du groupe
contrôle. Cela montre que c'est l'entraînement à discriminer l'aspect
dimensionnel de dessins qui permet d'apprendre le schéma, et non
l'entraînement à discriminer des caractéristiques juxtaposées, isolées
les unes des autres.
4) Les dessins peuvent être plus ou moins redondants. Un accroiss
ement de la redondance est lié à un accroissement de la probabilité
d'apparition dans le dessin d'une certaine séquence : c'est-à-dire que le
dessin est plus proche du schéma. D'autre part, le dessin peut contenir
des « bruits », c'est-à-dire des caractéristiques non pertinentes qui contri
buent à rendre plus difficile le relevé des caractéristiques pertinentes. Il
est intéressant de rechercher l'effet d'une part de la plus ou moins
grande redondance, d'autre part des bruits dans l'apprentissage des
schémas.
Les auteurs (Edmonds, Walker et Evans, en préparation) s'appuient
sur des recherches concernant l'étude de la perception de formes et de
dessins (Attnaeve et Arnoult, 1956 ; Posner, 1964) et, surtout, sur les
recherches effectuées par Rappaport (1957) qui avait étudié l'effet de
l'accroissement de redondance sur la reconnaissance de formes contenant
un certain nombre de bruits ; un accroissement de redondance permett
ait une meilleure reconnaissance en présence de bruits, mais a un effet
négatif lorsqu'il n'y a pas de bruit. Edmonds, Walker et Evans (en
préparation) trouvent que, en l'absence de bruit, l'accroissement de
redondance facilite une tâche de reproduction, mais n'améliore pas la
réussite à une tâche de discrimination.
Dans deux autres expériences, Edmonds et Mueller (1970) étudient
les effets de bruits et de redondance sur l'apprentissage et l'utilisation
de schémas. Les résultats montrent que l'accroissement de la redondance
(33 % à 67 %) facilite la performance dans une tâche de reproduction
mais n'a aucun effet dans une tâche de discrimination. D'autre part,
pour les deux niveaux de redondance et pour chacune des deux tâches,
l'accroissement de bruits rend plus difficile la performance.
L'interprétation des auteurs fait intervenir la mémoire qui joue un
rôle important dans une tâche de reproduction (où toute l'information 186 REVUES CRITIQUES
doit être mentionnée) : l'accroissement de redondance permet un
codage plus aisé de l'information car le dessin est proche du schéma.
Ce n'est pas le cas dans une tâche de discrimination où le sujet doit
s'appuyer sur les différences ; dans ce cas l'accroissement de redondance
n'aide pas et peut même gêner.
5) Dans une autre perspective Edmonds et Mueller (1968) montrent
que l'apprentissage de schéma peut avoir lieu de façon « accidentelle »,
à l'occasion d'une tâche de diversion, et sans qu'aucune instruction
n'amène le sujet à cet apprentissage.
D'autres recherches trouvent que la connaissance de la bonne réponse
(renforcement) facilite le début de l'apprentissage, mais n'a aucun effet
sur les performances finales dans des tâches de discrimination (Edmonds,
Mueller et Evans, 1966 ; Edmonds et Mueller, 1967 c) et dans l'appren
tissage simultané de plusieurs schémas (Edmonds et Mueller, 1968 ;
Ed. M. Edmonds et S. G. Edmonds, 1969). Ces résultats sont interprétés
par les auteurs à la lumière des hypothèses faites par J. J. Gibson et
E. J. Gibson (1955) et Wohwill (1958) ; ils considèrent que la connais
sance de la réponse exacte dans une tâche de discrimination facilite la
discrimination des caractéristiques pertinentes, mais n'aide pas l'appren
tissage du schéma lui-même. Celui-ci consiste en l'apprentissage de
variations continues de l'aspect dimensionnel et non d'une somme de
caractéristiques isolées. Selon les auteurs, l'apprentissage du schéma
ne se conformerait pas à un processus de type S-R, mais consisterait
en une abstraction de l'aspect dimensionnel des stimuli.
ADÉQUATION DES SCHÉMAS
A CE QU'ILS SONT CENSÉS EXPRIMER
LISIBILITÉ ET COMPLEXITÉ DES SCHÉMAS
Cette deuxième direction de recherche a pour objet l'adéquation
des schémas à la connaissance qu'ils doivent exprimer, le décodage par
le sujet des schémas qui lui sont présentés. Ces recherches mettent en
évidence les conditions qui rendent le schéma plus facile à apprendre, et
plus efficace dans la transmission des connaissances.
Les schémas utilisés par les auteurs qui se placent dans cette pers
pective sont des représentations graphiques d'appareillages électro
niques ou électriques, d'objets ou d'ensembles mécaniques. Ces schémas
ont une valeur de généralité dans la mesure où il ne s'agit pas de repré
senter un objet ou un appareillage tel qu'il apparaît effectivement, mais
de ne représenter que les éléments de l'objet ou de l'appareillage qui
concernent la connaissance à transmettre. Le symbolisme doit donc
faire apparaître seulement l'essentiel, et de la façon la plus simple et
la moins ambiguë possible.
On peut distinguer, à ce sujet, deux grandes catégories de problèmes : J.-F. VEZIN 187
1) II faut qu'un schéma ne se prête pas à des ambiguïtés d'interprétation,
qu'il y ait adéquation entre le symbolisme utilisé et ce que le schéma
a pour but de transmettre. C'est le problème du rapport entre le
et ce qu'il représente. 2) II faut qu'un schéma soit le plus simple possible.
Cela conduit à l'étude de la lisibilité d'un et au calcul d'un indice
de complexité.
Adéquation des schémas à ce qu'ils sont censés exprimer
Le symbolisme utilisé doit être adapté à la connaissance à trans
mettre. Le but de l'enseignement détermine donc le type de schéma
utilisé. Oshanin (1966) a comparé un schéma habituellement utilisé
pour représenter un dispositif de lubrification et un schéma qu'il
appelle opératif. Le premier se place du point de vue du mécanisme
lui-même, c'est-à-dire qu'il donne tous les éléments qui composent le
mécanisme et permettent de comprendre sa structure. Le second se place
du point de vue de l'opérateur (celui qui doit, non pas construire le méca
nisme, mais se servir de ce mécanisme en vue d'un but déterminé). Le
schéma opératif ne retient alors que les aspects de l'objet (ou du méca
nisme) que l'opérateur contrôle directement. C'est-à-dire que les éléments
ne sont retenus que dans la mesure où ils aident à comprendre la consé
quence de tel acte effectué sur le mécanisme, pourquoi telle action doit
être préférée à telle autre. Ainsi l'image operative ne permet pas seul
ement de figurer l'objet, mais de comprendre les conséquences des actions
effectuées sur cet objet. Les résultats montrent que l'utilisation du
schéma opératif permet, à des opérateurs, une performance à la fois
plus rapide et mieux réussie (beaucoup moins d'erreurs) que celle du
schéma habituel. L'interprétation de l'auteur s'appuie sur un aspect
théorique souvent mis en valeur par la psychologie soviétique : l'unité
entre l'action et le psychique ; grâce au schéma opératif, il n'y a pas
coupure entre la connaissance, la saisie de la réalité et la manipulation,
le travail, l'activité effectués à partir de cette réalité.
Fassina (1969) distingue la représentation de la structure géogra
phique de l'objet (position relative des éléments) et celle de sa structure
fonctionnelle (interrelation des éléments). Dans le premier cas l'info
rmation transmise est descriptive, dans le second cas elle est explicative.
La présence de plus ou moins de détails et le niveau d'abstraction de la
représentation des éléments permettent aussi de rendre compte de ce
que l'on veut transmettre.
Une autre difficulté peut venir de l'interprétation que le sujet fait
du symbolisme utilisé. Fischbein (1970) fait remarquer qu'il ne suffit
pas d'exprimer une connaissance par un symbole figuratif pour rendre
cette connaissance plus accessible au sujet. Le schéma peut, au contraire,
faire écran à l'assimilation de la connaissance. Des expériences effectuées
par l'auteur avec des élèves de 16-17 ans ont pu mettre en valeur certains

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