Echouer de manière productive: la clef pour mieux apprendre

Pendant longtemps, le paradigme dominant de l'enseignement a été que nous apprenons mieux les nouvelles choses lorsque quelqu'un nous les explique. D'abord l'instruction, ensuite la pratique: telle est la formule pédagogique encore appliquée aujourd'hui dans d'innombrables salles de classe et amphithéâtres.

Des chercheur·ses de la chaire des sciences de l'apprentissage de l'ETH Zurich viennent de démontrer que c'est exactement le contraire qui se produit. «Si l'on veut obtenir des résultats d'apprentissage idéaux, il est préférable de se pencher d'abord sur un problème qui se rapporte spécifiquement à un sujet avant d'explorer les principes sous-jacents», explique le professeur de l'ETH Zurich Manu Kapur, qui a rédigé l'étude avec le chercheur postdoctoral Tanmay Sinha. La clé de cette approche est l'expérience de l'échec productif, une théorie conceptualisée et développée par Manu Kapur.

15 ans de recherche en éducation

L'étude de Tanmay Sinha et Manu Kapur est une méta-analyse de la recherche en éducation des 15 dernières années. Les auteurs ont examiné 53 études avec 166 analyses comparatives, toutes traitant de la question de savoir quelle stratégie d'apprentissage est la plus efficace: l'instruction avant la pratique ou vice versa. L'accent a été mis sur la manière dont les étudiant·es d'âge scolaire et universitaire comprenaient les concepts dans les disciplines des mathématiques, de la physique, de la chimie, de la biologie et de la médecine ou étaient capables de les appliquer avec succès. L'étude n'a pas porté sur les compétences générales, telles que la prise de sens lors de la maîtrise de la lecture et de l'écriture, ni sur les problèmes des disciplines des sciences humaines et sociales.

Près de la moitié (45%) des élèves testés étaient de la 6^e à la 10^e année (dans l'enseignement secondaire) au moment de l'étude, ce qui signifie qu'il·les avaient entre 12 et 18 ans. Plus d'un tiers (37%) étaient actuellement en premier cycle universitaire, et un sur six (15%) était encore à l'école primaire. Près de la moitié (43%) des étudiant·es venaient d'Amérique du Nord, plus d'un quart d'Europe (26%) et d'Asie (28%).

Trois fois plus efficace qu'un·e bon·ne instructeur·ice

Les résultats ont bouleversé des décennies de recherche en éducation: tou·tes les élèves ont obtenu de bien meilleurs résultats lorsqu'il·les ont dû résoudre des exercices et des problèmes avant que les concepts requis ne leur soient expliqués. Toutefois, cela s'est avéré plus vrai pour les élèves du secondaire et du premier cycle universitaire que pour les élèves du primaire. Selon les auteurs, cela peut s'expliquer par une combinaison de facteurs: les élèves de l'école primaire ont souvent trop peu de connaissances dans un domaine pour résoudre efficacement les problèmes. En outre, leur raisonnement analytique et leurs capacités de résolution de problèmes sont peut-être moins matures.

Ce qui est particulièrement étonnant, c'est la façon dont cela affecte les résultats de l'apprentissage: «La pratique avant l'apprentissage de la théorie est presque deux fois plus efficace que le fait de recevoir une année d'enseignement de la part d'un·e professeur·e exceptionnel·le», explique Manu. Kapur. En outre, si les étudiant·es échouent de manière «productive» pendant la phase de pratique, leurs résultats d'apprentissage sont jusqu'à trois fois meilleurs que ce qu'un·ne très bon·ne enseignant·e peut réaliser en un an.

Pourquoi l'échec productif est payant

Mais que se passe-t-il exactement lorsque les élèves échouent de manière productive ? Tanmay Sinha et Manu Kapur affirment que quatre mécanismes sont à l'œuvre ici: premièrement, un problème doit activer autant de connaissances pertinentes que possible. «L'échec productif», dit Manu Kapur, «exige une certaine quantité de connaissances préalables. Si une personne veut résoudre de manière productive un problème statistique comme la recherche de l'écart-type, par exemple, elle doit au moins connaître les concepts les plus fondamentaux comme la moyenne.» Deuxièmement, les élèves doivent reconnaître le déficit entre ce qu'il·les savent et ce qu'il·les ne savent pas déjà; cela leur donne une conscience de ce qu'il·les ont à apprendre. Troisièmement, cela les rend plus réceptifs aux nouveaux concepts et suscite leur intérêt pour la résolution du problème, c'est-à-dire que cela change leur affect, ou état psychologique.

La quatrième et dernière étape consiste pour l'instructeur·ice ou le matériel pédagogique à fournir une explication qui applique le nouveau concept à la résolution du problème et démontre pourquoi les solutions des élèves n'ont pas atteint la cible. Cette étape peut être décrite comme un assemblage de connaissances. «Les résultats de l'apprentissage dépendent d'un enseignement tel que ces quatre mécanismes jouent tous un rôle clé», explique Manu Kapur. C'est particulièrement vrai lorsque les élèves s'attaquent à des problèmes qui peuvent être saisis intuitivement, mais pour lesquels il leur manque encore les connaissances nécessaires pour les résoudre, à moins qu'on ne leur enseigne les nouveaux concepts.

Des taux de réussite supérieurs de 20% à l'ETH Zurich

Mais l'équipe du professeur Manu Kapur est allée au-delà d'une méta-analyse et a testé sa théorie directement dans l'un des plus grands cours d'une année enseignés à l'ETH Zurich, l'algèbre linéaire, qui accueille environ 650 étudiant·es du département de génie mécanique et des procédés. La structure du cours suit l'approche traditionnelle: les concepts sont introduits dans des cours magistraux, puis appliqués et explorés dans des exercices.

Sous la direction de la doctorante Vera Baumgartner et en collaboration avec le professeur de mathématiques de l'ETH Zurich Norbert Hungerbühler, l'équipe de Manu Kapur a créé une série de tâches que les étudiant·es pouvaient volontairement tenter de résoudre avant cinq cours clés chaque semestre. L'objectif de ces exercices était l'échec productif. En gros, soixante pour cent des étudiant·es ont profité de l'occasion et ont effectué le travail supplémentaire. Les résultats ont été impressionnants : historiquement, un peu plus de la moitié des étudiants (55%) réussissent en moyenne le cours. Le taux de réussite des étudiant·es qui ont échoué de manière productive avant les cours était supérieur de 20%, et leurs notes étaient nettement meilleures. Pour les auteurs, cela montre clairement que ceux qui s'engagent dans un échec productif apprennent mieux.