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Sciences cognitives


Les sciences cognitives ont pour objet l’étude scientifique des processus de la pensée, de la connaissance et des apprentissages. Pour cela, les sciences cognitives s'appuient essentiellement sur la psychologie cognitive, la linguistique, l’intelligence artificielle, les neurosciences, et l'épistémologie

En matière de conceptions relatives à l’apprentissage, deux courants théoriques majeurs sont repérables dans ce domaine : le cognitivisme, et le connexionnisme. Nous ne saurions cependant ignorer les principales théories de l’apprentissage qui ont précédé l’approche plurielle, transdisciplinaire, des sciences cognitives. Aussi ferons-nous un bref rappel des modèles interprétatifs de l’apprentissage tels qu’ils se sont succédés au cours du XXe siècle.


Le behaviorisme

Développé dans le cadre d’un paradigme associationniste, ce courant étudie la liaison entre les éléments d’une situation et les réponses d’un sujet, d’où le schéma « stimulus-réponse ». Dans cette perspective l’apprentissage consiste à établir une relation entre une situation, ou un stimulus, et la réponse. L’apprentissage ainsi conçu est essentiellement un processus associatif.


La théorie de la forme

Les tenants de cette approche théorique, nommée également « théorie geltastique», rejettent la notion d’association. C’est parce qu’il possède a priori la notion de causalité entre deux évènements, qu’un sujet est capable d’établir un lien de causalité entre ces deux évènements, en d’autres termes, penser, c’est reconnaître une forme. Dans le cadre du paradigme gestaltique , « le problème est une structure, la solution une autre structure. Résoudre le problème consiste à passer d’une structure à l’autre par une restructuration, une réorganisation qui concerne essentiellement le champ perceptif. » .

Ainsi, selon les psychologues qui se rattachent à l’école de la Forme, les données de l’environnement s’imposent au sujet sous forme d’éléments d’emblée structurés.

 

La théorie opératoire

La « théorie opératoire » développée par Piaget présente deux orientations :

- elle est cognitive en ce sens qu’elle est centrée sur la genèse des processus mentaux et des connaissance que leur fonctionnement engendre ;

- elle est constructiviste car toutes les connaissances s’élaborent au cours des échanges dialectiques entre l’individu et l’environnement dans lequel il se développe et elles se structurent progressivement en prenant appui sur les connaissances antérieures et en préparant l’intégration des connaissances nouvelles.

Selon Sallaberry, Piaget tente d’opérer, dans un paradigme constructiviste, un recadrage des deux théories, behavioriste et de la forme, « en proposant que le sujet interagit avec l’environnement à l’aide de structures qui se complexifient et se perfectionnent au fur et à mesure de ces interactions ».

Dans cette perspective, l’intelligence se définit donc comme une tendance générale à la reconstruction interne des acquisitions instables provoquées par l’environnement, elle se construit au fur et à mesure de l’organisation des structures mentales.

Piaget définit trois stades successifs. Le premier correspond à une structuration d’actions. La première forme d’intelligence est en effet sensori-motrice ; elle permet la coordination des informations sensorielles et motrices. Elle s’achève et s’équilibre vers l’âge de 18-24 mois en moyenne. Pour désigner les structures de connaissance élaborées au cours de cette période, Piaget développe la notion de schème ; cette notion correspond à l’organisation séquentielle d’actions susceptibles d’application répétée à un ensemble de situations analogues.

Au second stade, dit des « opérations concrètes », la structure sensori-motrice se trouve remaniée : ce que l’enfant avait acquis au niveau de l’action, il va devoir apprendre à le faire en pensée. Au sens développé par Piaget, une opération est une action pensée comme étant réversible. La structure des opérations concrètes subit une phase de préparation entre cinq et sept ans ; elle s’équilibre entre sept et onze ans.

Vient ensuite le stade des opérations formelles : la structure des « opérations concrètes » subit à nouveau des modifications, et doit s’équilibrer pour pouvoir s’appliquer, non plus à des objets présents, concrets, mais à des objets absents, hypothétiques. Il s’agit alors d’opérations sur les représentations.

 

La théorie de la « cognition sociale »

Un des reproches le plus couramment adressé à Piaget est celui concernant l’absence de toute notion d’interaction sociale dans sa conception du développement de l’intelligence.

Selon les tenants du paradigme constructiviste interactionniste relatif à la théorie de la « cognition sociale », le développement de l’intelligence dépend de processus « sociaux cognitifs ». Les travaux sur ces processus s’inspirent, dans une large mesure, de la théorie de Vygotski relative aux processus psychiques supérieurs. Vygotski distingue deux formes de fonctionnement mental : les processus mentaux élémentaires et les processus mentaux supérieurs. Les processus mentaux élémentaires sont attribués au capital génétique de l’espèce, à la maturation biologique, et à l’expérience de l’enfant dans son environnement. Les processus mentaux supérieurs sont envisagés par Vigotsky (1985) à partir de trois principes fondamentaux :

- Le premier concerne les rapports entre éducation, apprentissage et développement. Le développement est à considérer comme une conséquence des apprentissages auxquels l’enfant est confronté et son étude passe nécessairement par l’analyse des situations sociales grâce auxquelles l’individu construit son appareil psychique. Ce sont les apprentissages qui fondent ce que Vygotski appelle la « zone proximale de développement » qu’il définit comme « la différence entre le niveau de résolution de problèmes sous la direction et avec l’aide d’adultes (ou d’enfants plus avancés) et celui atteint seul ». Ce qui signifie qu’il ne peut y avoir de développement cognitif sans apprentissage et éducation et que les processus dont il dépend relèvent d’une analyse ternaire des relations individu/objet/contexte social au cours d’interactions de guidage.

- Le second principe concerne le rôle de la médiation sociale dans les rapports entre l’individu et son environnement, et dans l’activité psychique intra-individuelle. Les rapports entre l’individu et son environnement sont médiatisés par des procédures (ou outils) socialement élaborés (ex. : le langage). Pour Vygotski, c’est l’appropriation des « outils », relevant de l’héritage socio-culturel, qui permet de façon essentielle le passage des activités élémentaires aux activités supérieures ; une des fonctions principales de « l’outil » étant une fonction de représentation ou signification.

L’activité psychique est également médiatisée, elle l’est par des signes et systèmes de signes constitutifs d’instruments psychologiques élaborés par les générations antérieures ; ils interviennent en tant qu’instruments sociaux de l’activité psychique et assument des fonctions de représentation et de transformation,

- Le troisième principe concerne le passage de l’interpsychique à l’intrapsychique dans les situations de communication sociale. Selon Vygotski, le sujet s’approprie les signes et systèmes de signes constitutifs de son appareil psychique à l’occasion de pratiques sociales de communication. Dans cette perspective, la fonction communicative des signes précède et est à l’origine de leur fonction intellectuelle.

 

Sciences cognitives et théories de l’apprentissage

Outre la linguistique et la philosophie, trois disciplines principales sont à l’origine des courants théoriques de l’apprentissage développés dans le secteur des sciences cognitives : la psychologie cognitive, les neurosciences, et l’intelligence artificielle.

 

La psychologie cognitive

L’hypothèse fondatrice de la psychologie cognitive pourrait s’énoncer ainsi: la connaissance est avant tout une activité. La notion « d’activité cognitive », ou la notion équivalente de « système de traitement de l’information », caractérisent en premier lieu la psychologie cognitive. Dans ce courant théorique, les activités cognitives sont faites de représentations et de traitements repérables à trois niveaux :

- Le premier est le niveau infra-sémantique : il correspond à l’analyse du signal physique et concerne l’étude des systèmes qui sont spécialisés dans l’extraction de l’information du signal et de ceux qui assurent l’exécution des mouvements. C’est ce qui fait l’objet de la perception et l’étude du mouvement.

- Le deuxième est, pour ce qui concerne la prise d’information, le niveau sémantique de l’identification des objets, qu’ils soient physiques ou symboliques, considérés isolément, en dehors de leur contexte, celui du texte ou de la situation. C’est le niveau d’accès aux significations à partir des mots et des objets physiques.

- Le troisième est le niveau sémantique du traitement des significations et de l’élaboration des décisions d’action. Ce niveau est proprement celui de l’interprétation, c’est-à-dire de l’intégration des significations auxquelles on a accès par l’identification des mots et des objets. Cette interprétation prend en compte le contexte de la situation et de la tâche, elle permet l’élaboration d’objectifs et aboutit à des décisions d’action.

A ces trois niveaux, les processus cognitifs résultent du jeu conjoint de contraintes et de composantes propres aux activités mentales finalisées. Ces stratégies dépendent en effet des connaissances du sujet, de la représentation qu’il a de la situation, des modes de raisonnement qu’il est capable de mettre en œuvre, et d’autre part des contraintes de stockage et de récupération de l’information, des contraintes attentionnelles et de la durée d’exécution des opérations élémentaires.

Ainsi, si les précédentes approches théoriques tendaient à expliquer les comportements par la mise en évidence des relations stables que les comportements manifestent avec des propriétés de l’environnement dans lequel ils sont produits, la psychologie cognitive quant à elle forme le projet d’élucider les phénomènes susceptibles de rendre compte de l’élaboration des comportements par le sujet.

 

Les neurosciences

Le projet des neurosciences est de rendre compte de l’activité intégrée des organismes biologiques par les structures et les mécanismes neuro-physiologiques qui les sous-tendent. Ainsi, Changeux (2002), tente un repérage des processus neuronaux de la cognition. Toutefois, au plan épistémologique la question qui consiste à savoir si une telle perspective est susceptible de rendre compte de toutes les activités cognitives reste à trancher. En d’autres termes, la question se pose de savoir si les supports neurophysiologiques sont spécifiques d’une activité mentale particulière ou s’ils sont susceptibles de gérer des activités différentes sans que cette différence s’exprime en termes de propriétés neurophysiologiques. Si les neurosciences parviennent à « mettre en relation, si possible de manière causale, l’organisation anatomique et les états d’activité de notre cerveau avec des fonctions cognitives par excellence que sont l’acquisition de la connaissance et l’évaluation de la vérité », la psychologie cognitive se réduirait à un « accident dans l’histoire des sciences : on aurait posé trop tôt et résolu partiellement par des voies provisoires des problèmes que les avancées technologiques permettront de résoudre plus complètement. ».

 

L’intelligence artificielle

L’intelligence artificielle vise à concevoir des systèmes électroniques qui reproduisent l’activité humaine. Toutefois, le fonctionnement de ces systèmes experts doit se plier aux règles de la logique formelle, dans ce contexte, comme le souligne Sallaberry « On ne peut donc pas travailler avec des propositions du genre : je veux « a » mais aussi « non-a » ». Une conséquence logique de ce constat est que les systèmes construits jusqu’à ce jour ne reproduisent en général que très imparfaitement les performances des comportements humains.

 

Apprentissage et sciences cognitives : le cognitivisme et le connexionnisme

Deux principaux courants théoriques des apprentissages sont issus du champ des sciences cognitives : le cognitivisme, et le connexionnisme.

 

Le cognitivisme

Le cognitivisme emprunte à la psychologie cognitive les notions de traitement de l’information et de représentation, et il emprunte à l’intelligence artificielle la notion de calcul. Il s’agit ainsi d’un paradigme du calcul des représentations.

Dans cette perspective, le fonctionnement du cerveau est parfois comparé (mais surtout pas identifié, rappelons que le cerveau est un organe vivant) à celui de l’ordinateur ; les modèles de traitement de l’information sont en effet représentés sous forme de flèches et de boîtes matérialisant respectivement les entrées/sorties et les unités de traitement.

 

Le connexionnisme

Ce second courant issu des sciences cognitives est en lien direct avec les neurosciences. Il met l’accent sur la notion de connexion entre neurones (artificiels ou non).

Selon l’approche connexionniste, l’apprentissage correspond à des modifications du cerveau liées au degré d’activité corrélée entre les neurones. Si deux neurones s’activent au même moment, leur lien est renforcé. Dans le cas contraire, il est diminué. A partir d’une certaine taille de « maillage » neuronal, des propriétés du fonctionnement du système nerveux émergent.

Dans une telle perspective, la cognition correspond à l’émergence d’états globaux tels la conscience, la pensée, le langage, dans un réseau de composants simples.

 

De la théorie à la pratique

Le champ théorique développé dans le domaine des sciences cognitives est ainsi très vaste et, si de nombreuses interrogations demeurent sans réponses (et que d’importantes zones d’ombre subsistent), les recherches consacrées aux apprentissages ont toutefois abouti à des modèles précis d’acquisition et d’expertise.

Dans ce contexte, il devient possible de mettre en cohérence ces références théoriques avec les pratiques d’évaluation et de remédiation : l’évaluation de difficultés des apprentissages n’est en effet possible qu’en référence à des modèles susceptibles de rendre compte de la façon dont « un apprenant apprend ». Par ailleurs, la remédiation ne peut être raisonnablement envisagée sans référence à une méthodologie d’évaluation. Les trois termes, évaluation, remédiation et théorie sont ainsi intrinsèquement liés, et les deux premiers sont possibles uniquement dans le cadre d’une démarche théoriquement fondée.


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