Définition

La théorie des schémas décrit comment la mémoire à long terme organise les connaissances en cadres mentaux structurés appelés schémas. Un schéma est un ensemble interconnecté d'informations sur un concept, un événement ou une procédure — un modèle mental que le cerveau utilise pour interpréter de nouvelles expériences, combler les détails manquants et stocker efficacement de nouvelles informations. Les schémas ne sont pas des enregistrements statiques ; ce sont des structures dynamiques que le cerveau met continuellement à jour au fil des apprentissages.

La thèse centrale de la théorie des schémas est que la compréhension et la mémorisation ne sont pas des processus passifs d'enregistrement. Lorsqu'un apprenant rencontre une nouvelle information, le cerveau ne se contente pas de la stocker isolément. Il recherche un schéma existant auquel la rattacher, et si un tel schéma existe, la nouvelle information est assimilée dans ce cadre. Lorsqu'aucun schéma adéquat n'existe, ou lorsque la nouvelle information contredit un schéma existant, le cerveau doit soit construire un nouveau schéma, soit restructurer un schéma existant — une opération cognitive plus exigeante que les enseignants doivent planifier explicitement.

Cela a des conséquences directes pour l'enseignement. Un enseignement qui ignore les schémas de connaissances antérieures des élèves les oblige à traiter des informations sans étayage cognitif. Un enseignement qui active, questionne et s'appuie sur les schémas existants travaille avec l'architecture de la mémoire plutôt qu'à l'encontre de celle-ci.

Contexte historique

Les racines intellectuelles de la théorie des schémas remontent à Frederic Bartlett, psychologue britannique à l'Université de Cambridge. Dans son ouvrage fondateur de 1932, Remembering: A Study in Experimental and Social Psychology, Bartlett soumettait des participants à un conte folklorique amérindien peu familier, « The War of the Ghosts », et testait leur mémorisation à intervalles réguliers. Les participants ne se souvenaient pas du récit avec exactitude ; ils le déformaient systématiquement pour le faire coïncider avec leurs attentes culturelles et leurs connaissances antérieures. Bartlett en conclut que la mémoire est reconstructive et non reproductive, et introduisit le terme « schéma » pour désigner les structures mentales guidant cette reconstruction.

Pendant des décennies, le cadre de Bartlett resta en marge de la psychologie de l'éducation, éclipsé par le béhaviorisme. Le concept fut relancé et formalisé dans les années 1970 par des chercheurs de l'Université de l'Illinois, notamment Richard Anderson, qui appliqua la théorie des schémas directement à la compréhension en lecture. Ses travaux démontrèrent que les schémas de connaissances préalables des lecteurs influençaient considérablement ce qu'ils comprenaient et retenaient d'un texte. Son article de 1977 avec ses collègues, « Frameworks for Comprehending Discourse », posa le modèle théorique sur lequel s'appuie la plupart des recherches éducatives ultérieures.

David Rumelhart, à l'Université de Californie à San Diego, a fourni le compte rendu théorique le plus complet des schémas dans son chapitre de 1980, « Schemata: The Building Blocks of Cognition ». Rumelhart décrit les schémas comme des structures de connaissances hiérarchiques comportant des variables (des « cases ») remplies par des instances spécifiques — un « schéma du restaurant », par exemple, comporte des cases pour l'hôte, le menu, la commande, le paiement et le pourboire. Ce cadre a relié la théorie des schémas aux modèles computationnels de la cognition et lui a donné la précision nécessaire à la recherche empirique.

La théorie constructiviste antérieure de Jean Piaget se recoupent largement avec la théorie des schémas, notamment ses concepts d'assimilation (intégrer une nouvelle information dans un schéma existant) et d'accommodation (restructurer un schéma pour intégrer une information contradictoire). Là où Piaget s'intéressait aux stades du développement, la théorie des schémas porte sur les structures de connaissances à tout âge, ce qui la rend plus directement applicable à la conception curriculaire. Voir Constructivisme pour le cadre développemental associé.

Principes fondamentaux

Les schémas sont organisés de façon hiérarchique

Les schémas existent à plusieurs niveaux d'abstraction et s'emboîtent les uns dans les autres. Un élève possède un schéma large pour les « sciences », des schémas imbriqués pour la « biologie » et la « chimie », des schémas plus précis pour la « division cellulaire » et l'« osmose », et des schémas procéduraux pour « utiliser un microscope ». Le nouveau contenu arrive à un niveau précis de cette hiérarchie. Un enseignement qui relie le nouveau contenu à des schémas de niveau supérieur (par exemple, « l'osmose illustre la façon dont les cellules maintiennent leur équilibre ») est plus efficace que la présentation de faits isolés, car il crée plusieurs voies de récupération.

Les connaissances antérieures déterminent la compréhension

Le niveau de connaissance préalable d'un apprenant sur un sujet est le meilleur prédicteur de la quantité de nouvelles informations qu'il comprendra et retiendra. La synthèse d'Anderson et Pearson (1984) sur la compréhension en lecture l'a clairement démontré : les lecteurs ayant de solides connaissances préalables sur un sujet comprennent davantage, rappellent les informations avec plus de précision et formulent des inférences plus pertinentes, même lorsque tous lisent le même texte au même niveau de difficulté. Il ne s'agit pas d'une caractéristique fixe de l'apprenant ; c'est une fonction de la correspondance entre l'enseignement et les connaissances existantes.

L'activation des schémas doit être délibérée

Les schémas ne s'activent pas automatiquement lorsque le contexte le justifie. Les apprenants possèdent parfois les connaissances préalables pertinentes sans les relier au nouveau contenu, faute de signal dans l'environnement d'apprentissage. Les enseignants ne peuvent pas supposer que les schémas pertinents sont actifs simplement parce que les élèves ont les connaissances antérieures nécessaires ; ils doivent délibérément déclencher ces schémas avant de présenter le nouveau contenu. C'est le fondement théorique des « anticipatory sets », des activités de pré-lecture et des organisateurs préalables.

L'accommodation est coûteuse sur le plan cognitif

Lorsque de nouvelles informations contredisent un schéma existant, l'apprenant se trouve face à deux options : déformer la nouvelle information pour la faire entrer dans l'ancien schéma (un mécanisme d'échec que Bartlett a documenté dès 1932), ou restructurer le schéma existant pour intégrer la contradiction (un véritable changement conceptuel). L'accommodation exige davantage d'effort cognitif que l'assimilation. Elle requiert aussi que les élèves reconnaissent et tolèrent le conflit cognitif plutôt que de le résoudre en rejetant la nouvelle information. Les enseignants doivent susciter ce conflit de façon explicite et donner aux élèves le temps et le soutien nécessaires pour le traverser.

Les schémas sont culturels

Les schémas se construisent à partir de l'expérience, et les expériences varient selon la culture, la langue et le milieu socioéconomique. Un élève dont la langue maternelle est l'espagnol a des schémas de sens des mots différents de ceux d'un élève dont la langue maternelle est l'anglais. Un élève qui a grandi dans une communauté agricole a des schémas différents pour des notions comme « la terre » et « les saisons » par rapport à un élève citadin. Les enseignants qui conçoivent leur enseignement en supposant un ensemble universel de schémas préalables désavantagent systématiquement les élèves dont les expériences ne correspondent pas à ces présupposés.

Application en classe

Activation des schémas avant l'enseignement

Avant d'introduire une nouvelle unité, consacrez cinq à dix minutes à faire émerger les schémas existants des élèves. Cela peut prendre plusieurs formes : un tableau KWL (Ce que je Sais, ce que je Veux savoir, ce que j'ai Appris), un remue-méninges par association libre autour du terme clé, une brève discussion en binôme, ou une activité de tri révélant les catégories mentales existantes.

Dans un cours d'histoire au lycée débutant une unité sur la Guerre froide, un enseignant peut demander aux élèves d'écrire pendant deux minutes sur ce que le mot « froide » signifie dans « Guerre froide » et ce qu'ils associent à l'Union soviétique. Cela révèle à la fois les schémas dont disposent les élèves et, surtout, les idées fausses qui y sont enchâssées — les élèves qui pensent que la Guerre froide impliquait un froid littéral, ou qui n'ont aucune représentation mentale de l'URSS, ont besoin d'un étayage différent de ceux qui peuvent évoquer l'angoisse nucléaire des années 1950.

Dans une unité de sciences sur les écosystèmes en quatrième année, l'enseignant peut afficher des images d'une forêt, d'un étang, d'un désert et d'une ville, puis demander : « Lequel de ces environnements est un écosystème ? Sont-ils connectés entre eux ? » Cela active et teste le schéma existant de l'« écosystème » avant l'enseignement formel.

Relier le nouveau contenu aux schémas existants

Une fois les schémas existants des élèves mis au jour, construisez explicitement le pont entre les connaissances antérieures et le nouveau contenu, plutôt que de supposer que les élèves feront le lien d'eux-mêmes. Les organisateurs préalables, introduits par David Ausubel en 1960, sont des supports pédagogiques présentés avant la leçon principale pour relier ce que les élèves savent déjà à ce qu'ils vont apprendre. Un organisateur préalable pour une leçon de chimie sur les liaisons ioniques pourrait commencer par le schéma existant des « aimants » et des « contraires qui s'attirent » avant d'aborder l'électronégativité.

Dans un cours de lycée consacré à l'ironie littéraire, un enseignant peut d'abord demander aux élèves de se rappeler une situation où ils ont dit le contraire de ce qu'ils pensaient — le sarcasme. L'enseignant nomme ensuite cela comme une forme d'ironie, donnant au nouveau terme académique un schéma auquel se rattacher, avant de passer à l'ironie dramatique et à l'ironie de situation dans The Crucible.

Traiter directement les conflits de schémas

Lorsque le nouveau contenu contredit directement les schémas existants des élèves, nommez explicitement ce conflit. Les élèves qui croient que les objets lourds tombent plus vite que les objets légers — un schéma intuitif profondément ancré — n'abandonneront pas cette croyance simplement parce qu'on leur donne la bonne réponse. La contradiction doit être rendue tangible, par la démonstration, la prédiction puis la vérification, ou l'argumentation, et l'enseignant doit ensuite aider les élèves à construire un schéma nouveau et plus précis pour remplacer l'ancien.

C'est particulièrement important en enseignement des sciences, où les schémas physiques intuitifs (les objets en mouvement ralentissent naturellement ; le soleil se déplace dans le ciel) contredisent directement les modèles scientifiques. Les recherches sur le changement conceptuel, notamment celles de Stella Vosniadou à l'Université nationale et kapodistrienne d'Athènes, montrent que ces « théories-cadres » résistent fortement au changement et nécessitent une attention pédagogique soutenue et délibérée.

Données probantes

Le chapitre de Richard Anderson et P. David Pearson de 1984, « A Schema-Theoretic View of Basic Processes in Reading Comprehension », synthétise une décennie de recherches et reste fondamental. Leurs travaux ont démontré que les connaissances préalables, opérationnalisées comme la richesse des schémas, constituaient un prédicteur plus solide de la compréhension en lecture que les compétences de décodage chez les lecteurs courants. L'implication est directe : l'enseignement du vocabulaire et des connaissances de contenu n'est pas un complément à l'enseignement de la littératie ; il en est le cœur.

Donna Alvermann et ses collègues (1985) ont examiné ce qui se produit lorsqu'un texte didactique contredit directement les schémas préalables des élèves. Dans une étude publiée dans Reading Research Quarterly, ils ont constaté que lorsque les élèves rencontraient un texte en conflit avec des croyances fermement établies, ils déformaient fréquemment leur rappel du texte pour le faire correspondre à leur croyance antérieure, plutôt que de mettre à jour leur croyance pour l'aligner sur le texte. Cette découverte a des implications importantes pour l'enseignement des sciences et des études sociales : transmettre aux élèves des informations correctes est insuffisant lorsqu'un schéma concurrent est profondément enraciné.

Les recherches de Richard Mayer à l'Université de Californie à Santa Barbara sur l'apprentissage significatif ont montré que les élèves ayant reçu des organisateurs préalables avant d'apprendre le fonctionnement du radar ou des paratonnerres produisaient des solutions plus créatives à des problèmes de transfert que ceux ayant reçu le même contenu sans organisateurs préalables. Les études de Mayer dans les années 1970 et 1980 ont fourni des preuves expérimentales contrôlées du mécanisme d'activation des schémas que Bartlett avait décrit théoriquement.

L'expérience de John Bransford et Marcia Johnson de 1972, publiée dans le Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, est la démonstration la plus citée de la théorie des schémas. Les participants entendaient un passage décrivant une activité ambiguë (qui s'avérait être le lavage du linge). Ceux à qui le sujet était annoncé avant d'écouter le passage rappelaient significativement plus d'informations que ceux à qui il était annoncé après ou pas du tout. Le passage était identique dans toutes les conditions ; ce qui différait, c'était l'activation ou non du schéma pertinent. L'étude a établi que la compréhension — et pas seulement le rappel — dépend de l'activation des schémas.

Le lien avec la théorie de la charge cognitive mérite d'être souligné ici. Les recherches de John Sweller et ses collègues à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont montré que des schémas bien développés réduisent la charge cognitive en regroupant les informations en unités individuelles dans la mémoire à long terme, libérant ainsi la mémoire de travail pour de nouveaux traitements. Le développement des schémas est, du point de vue de la charge cognitive, le mécanisme par lequel l'expertise réduit l'effort mental.

Idées reçues courantes

« La théorie des schémas s'applique uniquement à la lecture. » L'application éducative initiale d'Anderson portait sur la compréhension en lecture, ce qui a conduit de nombreux praticiens à traiter les schémas comme une stratégie de lecture plutôt que comme un principe cognitif général. La théorie des schémas s'applique tout autant aux mathématiques (les élèves ont des schémas pour les types de problèmes qui orientent leur approche de nouveaux problèmes), aux sciences (des schémas physiques intuitifs qui peuvent ou non correspondre aux modèles scientifiques), aux études sociales (des schémas culturels et historiques qui façonnent l'interprétation des événements) et à tous les autres domaines. Activer les connaissances antérieures n'est pas une technique de littératie ; c'est un principe d'apprentissage.

« Activer les connaissances antérieures, c'est demander "qu'est-ce que vous savez déjà ?" » Un tour de main levée ou une brève discussion est souvent considéré comme une activation suffisante des schémas. En pratique, cela ne fonctionne que si la question est assez précise pour cibler le schéma pertinent, et si l'enseignant utilise effectivement les réponses des élèves pour orienter l'enseignement. Une activation des schémas réalisée pour la forme — où l'enseignant ignore les réponses des élèves et poursuit avec une leçon préétablie — n'apporte aucun bénéfice à l'apprentissage. Une véritable activation des schémas requiert que les enseignants écoutent, identifient les lacunes et les idées fausses, et s'adaptent.

« Les élèves qui manquent de connaissances préalables ont simplement besoin de plus d'informations. » Lorsque les élèves ne disposent pas de schémas sur un sujet, le réflexe est de fournir davantage de contenu expositif : plus de lectures, plus d'explications, plus de vocabulaire. Mais une information sans schéma n'a rien à quoi se rattacher en mémoire et est rapidement oubliée. Avant de construire des connaissances, les enseignants doivent parfois construire le schéma lui-même, par des expériences concrètes, des images, des vidéos, des objets physiques ou des analogies avec des schémas existants. C'est pourquoi les sorties scolaires, les démonstrations et la narration ne sont pas des luxes dans les classes manquant de ressources — ce sont des nécessités pour construire des schémas.

Lien avec l'apprentissage actif

La théorie des schémas offre l'une des justifications théoriques les plus solides pour les méthodologies d'apprentissage actif. L'enseignement passif — cours magistral sans activation préalable, texte sans activités de pré-lecture — présente des informations sans déclencher les schémas dont les élèves ont besoin pour leur donner du sens. Les structures d'apprentissage actif forcent l'engagement cognitif qu'exige l'activation des schémas.

La cartographie conceptuelle est l'application en classe la plus directe de la théorie des schémas. Lorsque les élèves construisent une carte conceptuelle, ils externalisent leur schéma interne : ils rendent visibles les nœuds qu'ils possèdent et les connexions qu'ils perçoivent entre eux. Les enseignants peuvent lire la carte conceptuelle d'un élève comme un diagnostic de sa structure de schéma, en identifiant les nœuds manquants, les liens incorrects et les faits isolés sans connexions. Les cartes conceptuelles réalisées avant l'enseignement révèlent les schémas existants ; celles réalisées après révèlent comment le schéma a été étendu ou restructuré.

Le constructivisme, notamment dans sa forme piagétienne, partage la prémisse fondamentale de la théorie des schémas selon laquelle les apprenants construisent leurs connaissances sur des cadres existants. Mais le constructivisme va plus loin en affirmant que les apprenants doivent activement construire la compréhension plutôt que la recevoir. La théorie des schémas explique le mécanisme cognitif par lequel cette construction se produit, rendant les deux cadres complémentaires plutôt que concurrents.

Les stratégies d'activation des connaissances antérieures, telles que les guides d'anticipation, les lignes d'opinion et les notes en deux colonnes, constituent la théorie des schémas appliquée directement en classe. Toute activité qui invite les élèves à relier le nouveau contenu à ce qu'ils savent ou croient déjà exploite le mécanisme des schémas.

L'apprentissage par investigation crée des conditions où les élèves doivent activement réconcilier de nouvelles observations avec leurs schémas existants, en rencontrant des données qui défient leurs attentes et en construisant de nouveaux cadres explicatifs. Cela reflète le processus d'accommodation que la théorie des schémas décrit comme la forme d'apprentissage la plus féconde.

Sources

  1. Bartlett, F. C. (1932). Remembering: A Study in Experimental and Social Psychology. Cambridge University Press.

  2. Rumelhart, D. E. (1980). Schemata: The building blocks of cognition. In R. J. Spiro, B. C. Bruce, & W. F. Brewer (Eds.), Theoretical Issues in Reading Comprehension (pp. 33–58). Lawrence Erlbaum Associates.

  3. Anderson, R. C., & Pearson, P. D. (1984). A schema-theoretic view of basic processes in reading comprehension. In P. D. Pearson (Ed.), Handbook of Reading Research (pp. 255–291). Longman.

  4. Bransford, J. D., & Johnson, M. K. (1972). Contextual prerequisites for understanding: Some investigations of comprehension and recall. Journal of Verbal Learning and Verbal Behavior, 11(6), 717–726.