Laboratoire Cognition, Langues, Langage, Ergonomie (CLLE)
UMR 5263


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Thèse Sébastien PUMA

13 septembre 2016 à 9 h - Salle D29
Université Toulouse Jean Jaurès (UT2J) Maison de la Recherche 5 allées Antonio Machado -31058 Toulouse Cedex 9

Titre : Optimisation des apprentissages : modèles et mesures de la charge cognitive
 
Jury de thèse :
- Guy Boy (Professeur)
- Valérie Camos (Professeure)
- Eric Jamet (Professeur)
- Claudette Mariné (Professeure)
- Nadine Matton (MCF), co-directrice de la thèse
- André Tricot (Professeur), co-directur de la thèse

Résumé :
L’apprentissage permet d’acquérir les connaissances nécessaires à l’adaptation au monde. L’importance de cette activité est telle qu’une grande partie des sociétés actuelles ont développé des institutions dédiées aux apprentissages, comme les écoles. La théorie de la charge cognitive (CLT) permet de considérer l’investissement des ressources cognitives lors d’apprentissages scolaires : son ambition est d’identifier les techniques qui optimisent l’utilisation des ressources cognitives pour améliorer les apprentissages. Cependant, cette théorie présente deux limites majeures, l’une théorique, l’autre méthodologique. D’un point de vue théorique, la CLT utilise des modèles de la mémoire de travail et de l’attention pour décrire les ressources cognitives utilisées lors des apprentissages. Ces modèles ne permettent pas de prendre en compte les variations de l’utilisation des ressources cognitives au cours du temps. L’autre limite de la CLT est méthodologique : non seulement elle ne propose pas de mesure fiable de la charge cognitive, mais les mesures qu’elle propose ne prennent pas en compte les variations de charge au cours du temps.
Pour répondre à ces limites, nous proposons d’utiliser des mesures physiologiques et un nouveau modèle de la mémoire de travail, le modèle TBRS (Time Based Resource Sharing). Les mesures physiologiques permettent d’analyser les variations temporelles de la charge cognitive. Le modèle TBRS, en prenant en compte l’allocation dynamique du focus attentionnel, devrait permettre de rendre compte de différents résultats empiriques obtenus dans le cadre de la CLT, inexpliqués aujourd’hui car la théorie ne prend pas en compte le temps. Cependant, le modèle TBRS n’a encore jamais été utilisé avec du matériel signifiant, pouvant être regroupé sous forme de chunks. L’objectif de ce travail de thèse est donc d’étudier l’apport des mesures physiologiques et du modèle TBRS à la théorie de la charge cognitive.
Pour répondre à la question de la mesure de la charge cognitive, une première expérimentation, ensuite répliquée, a utilisé une épreuve du concours de l’ENAC (École Nationale d’Aviation Civile). Les participants devaient réaliser un nombre de tâches concurrentes croissant (de 1 à 4) puis une exigence métacognitive était rajoutée (priorisation des tâches). Pendant toute la durée de l’expérimentation, l’activité cérébrale (électro-encéphalogramme, EEG) et l’activité oculaire (Eye-tracking) étaient enregistrées. Ensuite, une série de quatre expérimentations a tenté de répondre à la question théorique de la thèse, portant sur l’utilisation du modèle TBRS dans le cadre de la CLT. Ces expérimentations ont
commencé par la réplication d’une étude princeps du modèle TBRS (expérimentation 2 et 3), en remplaçant les items à mémoriser par des items pouvant être regroupés en chunks (les termes d’un calcul). Les deux expérimentations suivantes (4 et 5) ont testé les prédictions permises par le modèle TBRS. Enfin, une sixième expérimentation a utilisé des mesures physiologiques pour étudier les variations de charge cognitive des participants lors d’un protocole similaire à celui des quatre expérimentations précédentes.
Les résultats de ces six expérimentations montrent que le modèle TBRS et les mesures physiologiques sont non seulement compatibles avec la CLT mais qu’elles l’enrichissent.

Mots clés : charge cognitive, apprentissages, mémoire de travail, mesures physiologiques


 

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