Mathématice, intégration des Tice dans l'enseignement des mathématiques  
Sommaire > N°29 - Mars 2012 > Introduction à la neuroéducation

Introduction à la neuroéducation
Moteur de recherche
Mis en ligne le 8 mars 2012, par Eric Gaspar

Pour aller au-delà de cette introduction, le lecteur pourra consulter les conférences que voici.
(voir en particulier Recherches en neuroéducation : étudier comment le cerveau apprend à lire et à compter), ainsi que les articles en ligne

Voir aussi :

  • Une interview de Bruno della Chiesa, du centre pour la recherche et l’innovation dans l’enseignement de l’OCDE, aux journées de l’innovation de l’Unesco, qui résume ce qu’il faut savoir de la neuroéducation. Quel est l’apport des avancées en neurosciences pour l’éducation ? Quel intérêt chercheurs et enseignants peuvent trouver à échanger, leurs découvertes pour les uns, et leur expérience pour les autres. Bruno Della Chiesa en profite pour dissiper quelques "neuromythes"...
Enregistrer au format PDF

I. Qu’est-ce que la neuroéducation ?

Les neurosciences désignent l’étude scientifique du système nerveux et du fonctionnement du cerveau, depuis le niveau moléculaire jusqu’au niveau comportemental.

Elles ont désormais un statut interdisciplinaire, et voient leurs découvertes ou avancées exploser depuis 15 ans, grâce notamment aux progrès technologiques d’imagerie cérébrale (dont l’IRM fonctionnel, pour le plus connu).

La neuroéducation est le mariage entre les neurosciences et les sciences de l’éducation.

Vidéo illustrative (54 secondes)

Cette discipline est reconnue officiellement ; encouragée par un rapport de l’OCDE (publié en 2007 et intitulé : "comprendre le cerveau : naissance d’une science de l’apprentissage") ; enseignée dans des universités prestigieuses comme Harvard ou Cambridge ; se trouve déjà développée dans des pays pionniers en éducation, comme la Finlande ou le Québec.

La neuroéducation a une utilité bien au delà du seul système scolaire puisque l’on réfléchit avec le même cerveau hors de l’école !

II. Quel est l’intérêt pour les élèves ?

1. La diminution du fatalisme

  • on sait désormais que rien n’est figé de par la naissance. Des connexions neuronales n’arrêtent pas de se créer, à chaque instant de notre vie. 
  • Chaque jour, le cerveau change d’architecture en fonction de ce qu’il rencontre : c’est ce que l’on appelle la “plasticité cérébrale”.
  • Le cerveau prend des habitudes en fonction de notre environnement, mais il en accepte volontiers d’autres (et c’est même son intérêt d’en avoir de très diversifiées). Il ne tient qu’à nous de les lui faire découvrir.

2. La découverte de soi-même et l’optimisation des efforts 

  • en connaissant le mode de fonctionnement basique de son cerveau, on comprend mieux pourquoi on réagit de telle ou telle manière, que ce soit dans le milieu scolaire ou dans sa vie.
  • Il nous est possible d’agir consciemment lors d’un apprentissage en utilisant des astuces/modalités qui pousseront notre cerveau à assurer tout seul la deuxième partie.

Ainsi les efforts sont plus facilement ciblés et récompensés par des réussites.

  • Les études ont prouvé que, lorsque l’élève est lui-même informé du fonctionnement de son cerveau, les progrès les plus importants sont au rendez-vous. Il ne s’agit donc pas de savoirs à ne diffuser qu’aux enseignants, les élèves aussi sont concernés.

III. Quel est l’intérêt pour les enseignants ?

  • La neuroéducation se penche sur les facteurs facilitant ou compliquant la tâche d’apprentissage (que l’on soit adulte, adolescent ou enfant), compte-tenu de ce que l’on sait du fonctionnement basique du cerveau.
  • Souvent (environ 70% des cas), elle confirme ce qu’un enseignant supposait déjà empiriquement être bien ; parfois elle nuance ce que l’on savait ou supposait (environ 20% des cas) ; parfois enfin elle apporte un démenti à ce que l’on croyait (environ 10% des cas).

Donc les avancées en neurosciences et en neuroéducation ne détruisent rien de ce que nous (les enseignants) faisons. Au contraire cela nous motive encore plus à faire ce que l’on aime bien et qui marche ; avec l’explication en plus !

Parallèlement, on dispose désormais de pistes intéressantes qui se dévoilent et que l’on peut tenter très facilement par petites touches auprès de nos élèves, l’air de rien ... avant d’en voir rapidement les effets positifs.

  • Les conseils méthodologiques que l’on donne aux élèves ne sont plus aussi facilement rejetés par eux, car ils ne font plus l’amalgame entre la personnalité du professeur et le conseil qu’il donne. Le conseil est légitimé par ce que tous les êtres ont en commun sur le plan du fonctionnement basique du cerveau, et se trouve donc ainsi facilement reconnu comme utile à connaître.

IV. Des exemples de thèmes explorés par la neuroéducation

  • la gestion de la mémoire
  • l’amélioration de la compréhension 
  • la gestion du stress
  • la préparation aux examens
  • la prise de notes
  • l’intérêt des astuces, stratégies, personnelles
  • l’intérêt de la multiplicité des approches d’une même connaissance

V. Neurosup :

Neurosup est le seul projet français public de Neuroéducation.

Ce site possède des vidéos, articles de presse, retours des élèves-profs-parents, soutiens officiels (recteurs, inspecteurs, chefs d’établissement), partenariats avec chercheurs, la Cité des Sciences, etc., modalités de la mise en place du projet dans des classes de votre établissement, quelle que soit l’académie.

Pour l’instant, 500 enseignants ont déjà été formés (dans la version courte ou complète de la formation ; soit à l’occasion d’invitations des inspecteurs, soit par la mise en place du projet dans leur établissement). 500 élèves ont eux aussi été formés.

L’origine du projet est publique mais si des établissements privés (sous contrat ou non) se déclarent intéressés, il y sera également présent. Même remarque pour les établissements post-bac.

Neurosup est en contact avec Neuroéducation Québec, référence mondiale de la diffusion de la neuroéducation.

Site de Neuroéducation Québec

VI. OK, l’une des forces du projet c’est qu’il est hyper interdisciplinaire ... ! Mais en maths (au hasard !), ça donne quoi sur quelques exemples ?

1. Le cerveau retient 7 fois plus d’informations si on les catégorise.

Exemple connu : "mais ou et donc or ni car", astuce mnémotechnique pour retenir les 7 conjonctions de coordination en utilisant une seule phrase ; qui va donc compter pour un seul item pour le cerveau, pour un seul "tiroir" ... dont on pourra extraire après, chaque mot qui y est contenu. Et ça marche.

En maths, on peut ainsi proposer aux élèves une catégorisation de la notion de "fonction dérivée" en regroupant toutes les questions où il faudra le plus souvent en utiliser une :

  • déterminer les variations de f,
  • donner le coefficient directeur de la tangente
  • donner l’équation réduite de la tangente
  • donner une approximation affine
  • vérifier que la fonction F est bien une primitive de la fonction f

etc.

Une fois le "tiroir" "dérivée" ouvert par le cerveau, les 5 situations types qui y sont contenues viendront alors à l’esprit. Gain de temps, de clarté, de compréhension et de révision, garantis ! Très apprécié des élèves, qui disent alors : "finalement, en mathématiques, il n’y a pas autant de choses à apprendre que cela" ! :-)

Car les méthodes à maîtriser sont bien moins nombreuses que les différents visages d’un énoncé y faisant appel.

Autre exemple, visuel et connu, utilisant le même principe de regroupement par catégorisation : la carte mentale (appelée aussi "schéma heuristique", "topogramme", "mind map" en anglais ; avec ou sans utilisation de TICE), sur laquelle un article est déjà paru ici (auteur : Nathalie Carrié) :

2. Le fonctionnement du cerveau est essentiellement associatif.

Si je vous dis "118 218" ... vous voyez deux moustachus, un brun, un blond, sur la musique de "gym tonic", le tout pour une publicité d’un opérateur de recherche téléphonique. Cependant, pas l’ombre d’un téléphone montré dans la publicité ... et pourtant ça marche !

Découverte des neurosciences : si on applique du "personnel" (ce que l’on a soi-même comme image) sur de "l’impersonnel" (la leçon de maths), du concret sur de l’abstrait, une analogie sur de la théorie, le cerveau mémorise beaucoup mieux la notion enseignée. Là encore, au moment où il faudra restituer l’information, l’élève (ou n’importe quel adulte) pensera d’abord à son image, son analogie, puis dans un second temps à la notion demandée par le prof ou le DS.

Depuis de nombreuses années, les sciences de l’éducation avaient déjà pressenti l’intérêt de l’association d’idées ; mais l’on pensait qu’il fallait obligatoirement relier des maths à des maths, héritage cartésien s’il en est (d’autant que les enseignants ont souvent été eux-mêmes conditionnés à cela ; par exemple à relier forcément statistiques à probabilités, et en plus dans cet ordre ...). Et c’est d’ailleurs ce que l’on fait très souvent en classe.

Grâce aux découvertes en neurosciences, on sait désormais que ce n’est pas la seule manière, ni même la plus efficace. L’élève aura plus de chances de mémoriser une notion s’il y applique de l’incongru, du personnel, une image ou astuce qui a l’air de sortir de nulle part pour quelqu’un d’autre que lui ... Mais ça marche !

Par exemple pour expliquer le concept de suite bornée, on peut tout à fait s’imaginer être un oiseau en train de voler et qui, par prudence, se dit qu’il ne doit pas voler plus haut qu’une altitude de 30 m (à cause des prédateurs volants par exemple), ni trop bas (disons 1 m), à cause des prédateurs à 4 pattes (chats, etc.).

On peut alors dessiner au tableau (ou faire dessiner par les élèves ... succès garanti ...) : l’oiseau, une droite horizontale symbolisant l’altitude qu’il ne doit pas dépasser, avec le rapace qui l’y attend ; une deuxième droite horizontale symbolisant l’altitude plancher, avec le chat qui l’y attend. Et puis, une succession de positions de l’oiseau serein, volant, naviguant dans ce couloir aérien.

Ce n’est qu’en deuxième étape que l’on dira alors qu’en maths, on codifie tout cela par des notations et du vocabulaire précis.

  • on notera Un l’altitude de l’oiseau à un instant n
  • on écrira : quel que soit n entier naturel, on a :

  • on dira que la suite U est minorée par 1, majorée par 30, bornée par 1 et 30.

Etc.

Mais que c’est bien l’image de l’oiseau, le souvenir du moment où l’on a ri lors du dessin qui nous viendra en premier à l’esprit, et que par association, on pourra alors facilement ressortir les notations que nous demande le prof.

3. Dans le cerveau, la vérité n’efface pas l’erreur. Les deux y cohabitent.

Le cerveau va régulièrement nous pousser à proposer des réponses qui lui paraissent de "bon sens". Même si elles sont fausses et qu’on le lui a déjà démontré. Il garde cela en lui.

La formulation de la bonne réponse sera en fait un processus d’inhibition de l’erreur. Notre cerveau garde les deux conceptions (la fausse et la juste) et on passe rapidement d’abord par la fausse avant de donner la juste, à condition d’avoir auparavant "étiquetée", "cartographiée", cette erreur comme une erreur attendue et prévisible.

Piste pédagogique novatrice en découlant : lors d’une leçon, il paraît intéressant de faire apprendre (ou au moins de lister explicitement dans la partie "cahier de cours"), non seulement la vérité mais aussi les erreurs fréquentes et classiques que le cerveau va nous pousser à dire …

Vidéo illustrative (3 minutes 34 secondes)

.

Exemple archi-classique en maths : lorsque l’on entend la phrase : "ABCD est un parallélogramme", votre cerveau entend le groupe de deux lettres AB puis le groupe de deux lettres CD.

Devinez ce qu’il va alors logiquement vous suggérer comme égalité de vecteurs ... eh oui ...

au lieu de

D’ailleurs même nous (enseignants), nous marquons souvent un quasi indétectable temps de pause avant de donner la bonne égalité ... :-Parfois même, en nous aidant d’un parallélogramme rapidement dessiné ou imaginé ...

Tout élève a déjà commis au moins une fois cette erreur.

Mais nous remarquons aussi chaque année, qu’il y a des élèves qui font et refont toujours cette même erreur (ou une autre) ... quel que soit le nombre d’exercices sur le sujet qu’ils auront traités ! A chaque fois, ils diront :"ah oui, c’est vrai !" quand on leur pointera l’erreur, lors d’une séance d’exercices. Et nous nous dirons "ça y est, il ne fera plus l’erreur puisqu’il a compris". D’où notre désarroi ... (et le leur) quand ils recommenceront, encore et encore …

Ceux qui reproduisent systématiquement la même erreur semblent être ceux qui ne parviennent pas à s’imaginer que leur cerveau peut leur jouer des tours "connus et prévisibles" et ne s’en méfient pas. Ils prennent alors souvent l’erreur pour de la simple "distraction". Persuadés que la prochaine fois, ils seront plus "concentrés" et que donc il n’y aura plus d’erreur. Du coup, ils la referont ...

Remarquons d’ailleurs que dans les QCM de bac, les concepteurs des sujets mettent systématiquement des erreurs qu’ils savent que les élèves ont de fortes chances de proposer comme réponses ...

Ce qui prouve qu’avant l’arrivée des découvertes en neurosciences nous étions déjà dans le constat intuitif du phénomène ... mais sans le comprendre.

4. ah oui ..., et puis saviez-vous que "avoir compris" n’est pas "avoir mémorisé"... ?! Malheureusement ...

Et que notre phrase classique d’enseignant : "ça va ? Tout le monde a compris ? Bon, ben je passe à la suite alors ..." est d’une grande naïveté par rapport à ce que l’on sait désormais du fonctionnement du cerveau ...

Passer des heures à expliquer des choses alors qu’elles ne vont pas être mémorisées, ou seront effacées par ce que l’on appelle "la mémoire à court terme", c’est rageant ... Autant pour nous que pour les élèves ...

Mais bon, ça, ce sera pour un autre article ... ou peut-être bientôt dans votre établissement, avec Neurosup ... !

Annexe 1 : Un entretien avec Antonio Novoa , Recteur de l’université de Lisbonne


Voici des extraits de l’interview (source : Le café pédagogique) donnée à l’occasion du 34ème colloque national de l’Association Française des Administrateurs de l’éducation nationale, à l’ENA de Strasbourg (16-18 mars 2012) par le Recteur de l’Université de Lisbonne, qui préconise lui aussi (comme l’OCDE) l’intégration des connaissances actuelles en neurosciences dans le système éducatif, et pointe l’intérêt réciproque de l’interaction entre le pédagogique et la recherche scientifique.

Antonio Novoa a encadré le colloque de l’ouverture à la fin. Il revient pour les lecteurs du Café pédagogique, sur quelques idées fortes de ses interventions.

Vous estimez qu’il faut unifier davantage le monde éducatif ?

Il faut réaliser le rapprochement des enseignants, des universitaires et des chercheurs, y compris dans les statuts, le prestige et la carrière sociale, et faire cesser l’illusion que la recherche peut aboutir à des résultats qui vont éclairer le terrain de la pratique. Ce n’est qu’à l’intérieur d’une institution capable de réaliser ce rapprochement que l’on peut espérer le renouvellement intellectuel de ce qui a constitué jusqu’alors les fondements du travail pédagogique.

Vous préconisez de s’appuyer sur les neurosciences ; n’est-ce pas s’orienter vers un cognitivisme très théorique, très éloigné des pratiques de terrain ?

Je crois qu’il faut amener vers l’intérieur de cette institution toutes les théories nouvelles, essentielles pour comprendre comment on peut apprendre aujourd’hui , les amener dans le domaine de la formation des enseignants, de la recherche sur l’éducation et du travail pratique des enseignants. Certains y travaillent, ils sont peu nombreux et ils le font malheureusement dans la perspective d’un clivage entre théories (cognitivistes ou autres) et la réalité de la classe où elles devraient s’appliquer. Or on sait bien depuis une centaine d’années, que ça ne marche jamais : produire une théorie puis une stratégie d’adaptation. C’est le problème de beaucoup de didacticiens qui travaillent sur le concept de transposition : le passage d’un monde à un autre, ça ne s’accorde pas bien. Il faut mettre ces mondes en contact dans des situations de travail qui favorisent l’émergence de créations. La question n’est pas de transformer des connaissances en pédagogie, mais la connaissance professionnelle d’un enseignant en action pédagogique, passer du modèle humboldien classique vers un modèle de création à travers la recherche ou l’enseignement.

Vous parlez de recentrer l’école sur ses vraies missions. Quelles seraient-elles ?

Parler de « vraie » mission, c’est se retourner vers le passé mythique de l’instruction traditionnelle (qui est très pauvre, horrible). Je parlerai plutôt de ses missions non traditionnelles, qui tiennent de l’apprentissage plus que de l’instruction. Mais l’identité du travail de l’école supporte mal toutes ses autres missions d’animation sociale, existentielle, qui l’asphyxient. Il faut porter l’idée d’apprendre vers de nouveaux espaces et temps d’apprentissage, des espaces d’école pas forcément matériels, qui sont le grand défi de l’avenir . Cela passe par la désacralisation de l’institution. Les débats qui opposent écoles et familles sont dépassés : il faut constituer des espaces publics d’éducation qui soient aussi des espaces politiques de délibération, pour tous les acteurs, sur les finalités de l’école (on peut penser à la sphère publique d’action de Habermas, au sens de participation civique) pour dépasser les étranglements et les dilemmes actuels. On peut trouver là des réponses - qui ne seront jamais que provisoires.

 

Annexe 2 : descriptif rapide de la Formation Neurosup

Contacter Eric GASPAR (eric.gaspar@neuf.fr)

Principe novateur : les élèves reçoivent la même formation que les enseignants (ils le savent et ça leur plait !).

  • 1. Au troisième trimestre de l’année scolaire précédant la mise en place, les enseignants intéressés sont formés sur une journée (6 heures, par Eric Gaspar). Ils décident alors de fonder des équipes pédagogiques pour la rentrée de septembre (équipes entièrement composées d’enseignants intéressés) sur des classes sans profil particulier. L’établissement accepte de garder, à peu de choses près, la même équipe enseignante et les mêmes élèves pendant deux années de suite (exemple : 6ème-5ème)
  • 2. L’établissement dispose alors du diaporama support de formation Neurosup (oeuvre déposée et protégée).
  • 3. A la rentrée suivante, de septembre au retour de la Toussaint (généralement), les professeurs de la classe forment à leur tour les élèves. A l’occasion d’environ 8 séances de 1H30-2H, dont chaque début est la projection d’une partie du diaporama support, et la suite est la mise en situations concrètes (ateliers dont des idées sont fournies sur le diaporama support mais qui peuvent être remplacées par les idées personnelles des enseignants).
  • 4. Coût financier : réduit à son minimum : 6HSE (ou équivalent pour les établissements préférant utiliser leur enveloppe "projets d’innovation") pour la formation-enseignants de 6 heures. Plus rien après.
  • 5. Organisation horaire généralement choisie pour la formation élèves : chaque enseignant animateur d’un atelier le fait pendant 2H, durant un cours normalement dédié à sa matière. Donc une seule fois dans l’année pour l’enseignant et aucun problème d’organisation pour le chef d’établissement.
  • 6. Public visé par la formation : tout établissement, du secondaire au supérieur (inclus). Public ou privé. Quelle que soit son académie.
  • 7. Contenu : avancées neuroscientifiques légitimant la présentation de méthodes qui permettent de "rentabiliser" les efforts fournis par un élève :
    • Atelier 1 : aménager l’espace de travail chez soi + répartir le travail le soir ou durant la semaine
    • Atelier 2 : gérer le traitement d’un DS
    • Atelier 3 : multiplier les évocations mentales de tous types
    • Atelier 4 : s’habituer à l’attention et à la concentration
    • Atelier 5 : faire des associations d’idées
    • Atelier 6 : dessiner une carte mentale
    • Atelier 7  : créer des écrits qui favorisent l’apprentissage
    • Atelier 8 : distinguer l’essentiel du secondaire
    • Atelier 9 : proscrastination-habitude de tout remettre au lendemain (visionnage de vidéos + conseils)
  • 8. Aucune méthode présentée ne sera imposée durant l’année, ni aux enseignants ni aux élèves. Chacun puisera librement dans le panel ce qui lui semble efficient.

P.S. ci-joint la carte mentale du projet Neurosup, élaborée par Sabrina Roberjot (un grand merci à elle !)

PDF - 364.2 ko
Carte mentale d’un projet de formation Neurosup

Eric GASPAR (enseignant en mathématique au lycée Bichat de Lunéville, formateur et créateur du projet de neuroéducation Neurosup)

P.S. merci à Sabrina Roberjot, enseignante en mathématiques à l’Internat d’Excellence de Montpellier, pour son dynamisme, son flair, et ses prises d’initiatives qui m’ont invité jusqu’à vous.

Eléments bibliographiques

Voici quatre ouvrages (disponibles aux éditions Pirouettes, distributeur en France des éditions québecoises Chenelière Education) dont les seuls titres évoquent le lien entre apprentissage et neurosciences, voire entre apprentissage des mathématiques et neurosciences :

PDF - 3.1 Mo
Document de l’OCDE
PDF - 297.3 ko
Lettre d’appui à Neurosup de Patrice Potvin

Réagir à cet article
Vous souhaitez compléter cet article pour un numéro futur, réagir à son contenu, demander des précisions à l'auteur ou au comité de rédaction...
À lire aussi ici
MathémaTICE est un projet
en collaboration avec
Suivre la vie du site Flux RSS 2.0  |  Espace de rédaction  |  Nous contacter  |  Site réalisé avec: SPIP  |  N° ISSN 2109-9197