Connexionnisme: Théories d'apprentissage par essais et erreurs | Explication

Edward L. Thorndike (1874–1949) était un psychologue américain de premier plan dont la théorie de l'apprentissage—le connexionnisme—a dominé aux États-Unis pendant la première moitié du XXe siècle (Mayer, 2003). Contrairement à de nombreux premiers psychologues, il s'intéressait à l'éducation et notamment à l'apprentissage, au transfert, aux différences individuelles et à l'intelligence (Hilgard, 1996 ; McKeachie, 1990). Il a appliqué une approche expérimentale lors de la mesure des résultats scolaires des étudiants. Son impact sur l'éducation se reflète dans le Prix Thorndike, la plus haute distinction décernée par la Division de psychologie de l'éducation de l'American Psychological Association pour ses contributions exceptionnelles à la psychologie de l'éducation.

L'œuvre majeure de Thorndike est la série en trois volumes Psychologie de l'éducation (Thorndike, 1913a, 1913b, 1914). Il a postulé que le type d'apprentissage le plus fondamental implique la formation d'associations (connexions) entre les expériences sensorielles (perceptions des stimuli ou des événements) et les impulsions neurales (réponses) qui se manifestent comportementalement. Il croyait que l'apprentissage se produit souvent par essais et erreurs (sélection et connexion).

Thorndike a commencé à étudier l'apprentissage avec une série d'expériences sur les animaux (Thorndike, 1911). Les animaux dans des situations problématiques essaient d'atteindre un objectif (par exemple, obtenir de la nourriture, atteindre une destination). Parmi les nombreuses réponses qu'ils peuvent effectuer, ils en sélectionnent une, l'effectuent et en subissent les conséquences. Plus ils font une réponse à un stimulus, plus cette réponse devient fermement connectée à ce stimulus.

Dans une situation expérimentale typique, un chat est placé dans une cage. Le chat peut ouvrir une trappe d'évacuation en poussant un bâton ou en tirant une chaîne. Après une série de réponses aléatoires, le chat finit par s'échapper en faisant une réponse qui ouvre la trappe. Le chat est ensuite remis dans la cage. Au fil des essais, le chat atteint l'objectif (il s'est échappé) plus rapidement et fait moins d'erreurs avant de répondre correctement.

L'apprentissage par essais et erreurs se produit graduellement (incrémentiellement) à mesure que les réponses réussies sont établies et que les réponses infructueuses sont abandonnées. Les connexions se forment mécaniquement par la répétition ; la conscience n'est pas nécessaire. Les animaux ne « comprennent » pas ou n'« ont pas de perspicacité ». Thorndike a compris que l'apprentissage humain est plus complexe parce que les gens s'engagent dans d'autres types d'apprentissage impliquant la connexion d'idées, l'analyse et le raisonnement (Thorndike, 1913b). Néanmoins, la similitude des résultats de recherche des études animales et humaines a conduit Thorndike à expliquer l'apprentissage complexe avec des principes d'apprentissage élémentaires. Un adulte instruit possède des millions de connexions stimulus-réponse.

Les idées fondamentales de Thorndike sur l'apprentissage sont incarnées dans les lois de l'exercice et de l'effet. La loi de l'exercice comporte deux parties : la loi de l'usage : une réponse à un stimulus renforce leur connexion ; la loi du désusage : lorsqu'une réponse n'est pas apportée à un stimulus, la force de la connexion est affaiblie (oubliée). Plus l'intervalle de temps avant qu'une réponse ne soit donnée est long, plus la diminution de la force de la connexion est importante.

La loi de l'effet est au centre de la théorie de Thorndike (Thorndike, 1913b) :

Lorsqu'une connexion modifiable entre une situation et une réponse est établie et est accompagnée ou suivie d'un état de fait satisfaisant, la force de cette connexion est augmentée : lorsqu'elle est établie et accompagnée ou suivie d'un état de fait ennuyeux, sa force est diminuée.

Les réponses entraînant des conséquences satisfaisantes (gratifiantes) sont apprises ; les réponses produisant des conséquences ennuyeuses (punitions) ne sont pas apprises. Il s'agit d'une explication fonctionnelle de l'apprentissage, car les satisfacteurs (réponses qui produisent des résultats souhaitables) permettent aux individus de s'adapter à leur environnement.

L'étude suivante illustre l'application de la loi de l'effet (Thorndike, 1927). On a montré à des participants 50 bandes de papier, dont la longueur variait de 3 à 27 centimètres (cm), une à la fois. À côté de chaque bande se trouvait une deuxième bande dont les participants savaient qu'elle mesurait 10 cm de long. Ils ont d'abord estimé la longueur de chaque bande sans retour d'information. Après ce pré-test, les 50 bandes ont été présentées à nouveau, une à la fois. Après chaque estimation, l'expérimentateur leur disait « juste » ou « faux ». Après que les 50 bandes ont été présentées à plusieurs reprises pendant plusieurs jours, elles ont été présentées à nouveau sans retour d'information sur l'exactitude des jugements de longueur. Après la formation, les estimations de longueur des participants se sont rapprochées davantage des longueurs réelles des bandes que leurs estimations précédentes. Thorndike a conclu que ces résultats, qui étaient similaires à ceux d'expériences dans lesquelles des animaux étaient récompensés par de la nourriture ou la liberté, soutiennent l'idée que les connexions stimulus-réponse satisfaisantes (correctes) sont renforcées et que les connexions ennuyeuses (incorrectes) sont affaiblies.

La théorie de Thorndike (1913b) comprenait d'autres principes pertinents pour l'éducation. L'un de ces principes est la loi de la préparation, qui stipule que lorsqu'on est prêt (préparé) à agir, le faire est gratifiant et ne pas le faire est punitif. Si l'on a faim, les réponses qui mènent à la nourriture sont dans un état de préparation, tandis que les autres réponses qui ne mènent pas à la nourriture ne sont pas dans un état de préparation. Si l'on est fatigué, il est punitif d'être forcé de faire de l'exercice. En appliquant cette idée à l'apprentissage, nous pourrions dire que lorsque les élèves sont prêts à apprendre une action particulière (en termes de niveau de développement ou d'acquisition de compétences antérieures), alors les comportements qui favorisent cet apprentissage seront gratifiants. Lorsque les élèves ne sont pas prêts à apprendre ou ne possèdent pas les compétences préalables, alors tenter d'apprendre est punitif et une perte de temps.

Le principe du déplacement associatif fait référence à une situation dans laquelle les réponses faites à un stimulus particulier finissent par être faites à un stimulus entièrement différent si, lors d'essais répétés, il y a de petits changements dans la nature du stimulus. Par exemple, pour enseigner aux élèves à diviser un nombre à deux chiffres par un nombre à quatre chiffres, nous leur apprenons d'abord à diviser un nombre à un chiffre par un nombre à un chiffre, puis nous ajoutons progressivement plus de chiffres au diviseur et au dividende.

Le principe des éléments identiques affecte le transfert (généralisation), ou la mesure dans laquelle le renforcement ou l'affaiblissement d'une connexion produit un changement similaire dans une autre connexion (Hilgard, 1996 ; Thorndike, 1913b ; voir le chapitre 7). Le transfert se produit lorsque les situations ont des éléments identiques et nécessitent des réponses similaires. Thorndike et Woodworth (1901) ont constaté que la pratique ou la formation à une compétence dans un contexte spécifique n'améliorait pas la capacité d'une personne à exécuter cette compétence de manière générale. Ainsi, la formation à l'estimation de la surface des rectangles ne fait pas progresser la capacité des apprenants à estimer les surfaces des triangles, des cercles et des figures irrégulières. Les compétences doivent être enseignées avec différents types de contenu éducatif pour que les élèves comprennent comment les appliquer.

Thorndike a révisé les lois de l'exercice et de l'effet après que d'autres preuves de recherche ne les ont pas soutenues (Thorndike, 1932). Thorndike a écarté la loi de l'exercice lorsqu'il a constaté que la simple répétition d'une situation ne « renforce » pas nécessairement les réponses. Dans une expérience, par exemple, les participants fermaient les yeux et traçaient des lignes qu'ils pensaient mesurer 2, 4, 6 et 8 pouces de long, des centaines de fois sur plusieurs jours, sans retour d'information sur la précision des longueurs (Thorndike, 1932). Si la loi de l'exercice était correcte, alors la réponse exécutée le plus souvent pendant les 100 premiers dessins environ devrait devenir plus fréquente par la suite ; mais Thorndike n'a trouvé aucun soutien à cette idée. Au contraire, les longueurs moyennes ont changé avec le temps ; les gens ont apparemment expérimenté différentes longueurs parce qu'ils n'étaient pas sûrs de la longueur correcte. Ainsi, la répétition d'une situation peut ne pas augmenter la probabilité future que la même réponse se produise.

En ce qui concerne la loi de l'effet, Thorndike pensait à l'origine que les effets des satisfacteurs (récompenses) et des éléments agaçants (punitions) étaient opposés mais comparables, mais la recherche a montré que ce n'était pas le cas. Au contraire, les récompenses renforçaient les connexions, mais la punition ne les affaiblissait pas nécessairement (Thorndike, 1932). Au lieu de cela, les connexions sont affaiblies lorsque des connexions alternatives sont renforcées. Dans une étude (Thorndike, 1932), on a présenté aux participants des mots anglais rares (par exemple, edacious, eidolon). Chaque mot était suivi de cinq mots anglais courants, dont l'un était un synonyme correct. À chaque essai, les participants choisissaient un synonyme et le soulignaient, après quoi l'expérimentateur disait « juste » (récompense) ou « faux » (punition). La récompense améliorait l'apprentissage, mais la punition ne diminuait pas la probabilité que cette réponse se produise à ce mot stimulus.

La punition supprime les réponses, mais elles ne sont pas oubliées. La punition n'est pas un moyen efficace de modifier le comportement, car elle n'enseigne pas aux élèves les comportements corrects, mais les informe plutôt de ce qu'il ne faut pas faire. Cela est également vrai pour les compétences cognitives. Brown et Burton (1978) ont constaté que les élèves apprennent des algorithmes bogués (règles incorrectes) pour résoudre des problèmes (par exemple, soustraire le plus petit nombre du plus grand, colonne par colonne, 4371 - 2748 = 2437). Lorsque les élèves sont informés que cette méthode est incorrecte et reçoivent une rétroaction corrective et pratiquent la résolution correcte des problèmes, ils apprennent la méthode correcte mais n'oublient pas l'ancienne.

En tant que professeur d'éducation au Teachers College de l'Université Columbia, Thorndike a écrit des livres traitant de sujets tels que les objectifs éducatifs, les processus d'apprentissage, les méthodes d'enseignement, les séquences curriculaires et les techniques d'évaluation des résultats éducatifs (Hilgard, 1996 ; Mayer, 2003 ; Thorndike, 1906, 1912 ; Thorndike & Gates, 1929). Voici quelques-unes des nombreuses contributions de Thorndike à l'éducation.

Principes d'enseignement

Les enseignants doivent aider les élèves à prendre de bonnes habitudes. Comme l'a noté Thorndike (1912) :

• Formez des habitudes. Ne vous attendez pas à ce qu'elles se créent d'elles-mêmes.
• Méfiez-vous de prendre une habitude qui devra être brisée plus tard.
• Ne prenez pas deux habitudes ou plus quand une seule fera l'affaire.
• Toutes choses étant égales par ailleurs, faites en sorte qu'une habitude soit prise de la manière dont elle doit être utilisée.

Le dernier principe met en garde contre l'enseignement d'un contenu qui est éloigné de ses applications : “Comme les formes des adjectifs en allemand ou en latin doivent toujours être utilisées avec des noms, elles doivent être apprises avec des noms” (p. 174). Les élèves doivent comprendre comment appliquer les connaissances et les compétences qu'ils acquièrent. Les utilisations doivent être apprises conjointement avec le contenu.

Séquence des programmes d'études

Une compétence doit être introduite (Thorndike & Gates, 1929) :

• Au moment ou juste avant le moment où elle peut être utilisée d'une manière utile
• Au moment où l'apprenant est conscient de la nécessité de l'utiliser comme un moyen de satisfaire un but utile
• Quand elle est la plus adaptée, en difficulté, à la capacité de l'apprenant
• Quand elle s'harmonise le plus pleinement avec le niveau et le type d'émotions, de goûts, de dispositions instinctives et volitionnelles les plus actifs à ce moment-là
• Quand elle est la plus facilitée par les apprentissages immédiatement précédents et quand elle facilitera le plus pleinement les apprentissages qui suivront prochainement.

Ces principes sont en conflit avec le placement typique du contenu dans les écoles, où le contenu est séparé par matière (par exemple, les sciences sociales, les mathématiques, les sciences). Mais Thorndike et Gates (1929) ont insisté pour que les connaissances et les compétences soient enseignées avec différentes matières. Par exemple, les formes de gouvernement sont des sujets appropriés non seulement en éducation civique et en histoire, mais aussi en anglais (comment les gouvernements sont reflétés dans la littérature) et en langues étrangères (structure gouvernementale dans d'autres pays).

Discipline mentale

La discipline mentale est l'idée que l'apprentissage de certains sujets (par exemple, les classiques, les mathématiques) améliore le fonctionnement mental général mieux que l'apprentissage d'autres sujets. La discipline mentale était une opinion populaire parmi les éducateurs à l'époque de Thorndike. Il a testé cette idée avec 8 500 élèves de la 9e à la 11e année (Thorndike, 1924). Les élèves ont passé des tests d'intelligence à un an d'intervalle, et leurs programmes d'études de cette année ont été comparés pour déterminer si certains cours étaient associés à des gains intellectuels plus importants. Les résultats n'ont apporté aucun soutien à la discipline mentale. Les élèves qui avaient une plus grande capacité au départ ont fait les meilleurs progrès, quel que soit ce qu'ils ont étudié.

Thorndike (1924, p. 95) :

Si notre enquête avait été menée par un psychologue venant de Mars, qui ne connaissait rien aux théories de la discipline mentale, et qui essayait simplement de répondre à la question : “Quels sont les montants d'influence du sexe, de la race, de l'âge, des montants de capacité et des études suivies, sur le gain réalisé au cours de l'année en matière de capacité à penser, ou d'intellect, ou quoi que mesurent nos tests d'intelligence habituels”, il pourrait même rejeter les “études suivies” en commentant : “Les différences sont si petites et les incertitudes sont relativement si grandes que ce facteur semble insignifiant.” Le seul facteur causal dont il serait sûr qu'il est à l'œuvre serait l'intellect déjà existant. Ceux qui ont le plus au départ gagnent le plus au cours de l'année.

Ainsi, plutôt que de supposer que certains domaines améliorent les capacités mentales des élèves mieux que d'autres, nous devrions évaluer comment différents domaines affectent la capacité des élèves à penser, ainsi que d'autres résultats (par exemple, les intérêts, les objectifs). Les recherches influentes de Thorndike ont conduit les éducateurs à remanier les programmes d'études en s'éloignant de l'idée de discipline mentale.