Système de Traitement de l'Information : Théorie et Modèles

Les théoriciens du traitement de l'information ont remis en question l'idée inhérente au behaviorisme selon laquelle l'apprentissage implique la formation d'associations entre les stimuli et les réponses. Les théoriciens du traitement de l'information ne rejettent pas les associations, car ils postulent que la formation d'associations entre des éléments de connaissance facilite leur acquisition et leur stockage en mémoire. Ces théoriciens se préoccupent moins des conditions externes et se concentrent davantage sur les processus internes (mentaux) qui interviennent entre les stimuli et les réponses. Les apprenants sont des chercheurs et des processeurs actifs d'informations. Contrairement aux behavioristes qui affirmaient que les gens réagissent lorsque les stimuli les frappent, les théoriciens du traitement de l'information soutiennent que les gens sélectionnent et prêtent attention aux caractéristiques de l'environnement, transforment et répètent l'information, et relient les nouvelles informations aux précédentes.

Les théories du traitement de l'information diffèrent dans leurs points de vue sur les processus cognitifs qui sont importants et sur la façon dont ils fonctionnent, mais elles partagent certaines hypothèses communes. L'une d'elles est que le traitement de l'information se déroule par étapes qui interviennent entre la réception d'un stimulus et la production d'une réponse. Un corollaire est que la forme de l'information, ou la façon dont elle est représentée mentalement, diffère selon l'étape. Les étapes sont qualitativement différentes les unes des autres.

Une autre hypothèse est que le traitement de l'information est analogue au traitement informatique, au moins métaphoriquement. Le système humain fonctionne de manière similaire à un ordinateur : il reçoit des informations, les stocke en mémoire et les récupère si nécessaire. Le traitement cognitif est remarquablement efficace ; il y a peu de gaspillage ou de chevauchement. Les chercheurs diffèrent quant à la mesure dans laquelle ils étendent cette analogie. Pour certains, l'analogie avec l'ordinateur n'est rien de plus qu'une métaphore. D'autres utilisent des ordinateurs pour simuler les activités des humains. Le domaine de l'intelligence artificielle s'intéresse à la programmation d'ordinateurs pour qu'ils s'engagent dans des activités humaines telles que la pensée, l'utilisation du langage et la résolution de problèmes.

Les chercheurs supposent également que le traitement de l'information est impliqué dans toutes les activités cognitives : percevoir, répéter, penser, résoudre des problèmes, se souvenir, oublier et imaginer (Farnham-Diggory, 1992 ; Matlin, 2009 ; Mayer, 1996 ; Shuell, 1986 ; Terry, 2009). Le traitement de l'information s'étend au-delà de l'apprentissage humain tel qu'il est traditionnellement délimité. Cette leçon concerne principalement les fonctions d'information les plus pertinentes pour l'apprentissage.

Le schéma du 'Modèle de traitement de l'information de l'apprentissage et de la mémoire' montre un modèle de traitement de l'information qui intègre les étapes de traitement. Bien que ce modèle soit générique, il correspond étroitement au modèle classique proposé par Atkinson et Shiffrin (1968, 1971).

Le traitement de l'information commence lorsqu'un stimulus d'entrée (par exemple, visuel, auditif) frappe un ou plusieurs sens (par exemple, l'ouïe, la vue, le toucher). Le registre sensoriel approprié reçoit l'entrée et la maintient brièvement sous forme sensorielle. C'est ici que se produit la perception (reconnaissance de formes), qui est le processus d'attribution de sens à un stimulus d'entrée. Cela n'implique généralement pas de nommer, car nommer prend du temps et l'information ne reste dans le registre sensoriel que pendant une fraction de seconde. La perception implique plutôt de faire correspondre une entrée à une information connue.

Le registre sensoriel transfère l'information à la mémoire à court terme (MCT). La MCT est une mémoire de travail (MT) et correspond grossièrement à la conscience, ou à ce dont on est conscient à un moment donné. La MT est limitée en capacité. Miller (1956) a proposé qu'elle contienne sept plus ou moins deux unités d'information. Une unité est un élément significatif : une lettre, un mot, un nombre ou une expression courante (par exemple, "pain et beurre"). La MT est également limitée dans le temps ; pour que les unités soient conservées dans la MT, elles doivent être répétées (répétées). Sans répétition, l'information est perdue après quelques secondes.

Pendant que l'information est dans la MT, les connaissances connexes dans la mémoire à long terme (MLT), ou mémoire permanente, sont activées et placées dans la MT pour être intégrées à la nouvelle information. Pour nommer toutes les capitales d'état commençant par la lettre A, les étudiants rappellent les noms des états—peut-être par région du pays—et examinent les noms de leurs capitales. Lorsque les étudiants qui ne connaissent pas la capitale du Maryland apprennent "Annapolis", ils peuvent la stocker avec "Maryland" dans la MLT.

Il est discutable de savoir si l'information est perdue de la MLT (c'est-à-dire, oubliée). Certains chercheurs affirment que cela peut être le cas, tandis que d'autres disent que l'échec du rappel reflète un manque de bons indices de récupération plutôt que l'oubli. Si Sarah ne se souvient pas du nom de son enseignant de troisième année (Mapleton), elle pourrait être capable de le faire si on lui donnait l'indice, "Pensez aux arbres." Indépendamment de la perspective théorique, les chercheurs conviennent que l'information reste dans la MLT pendant une longue période.

Les processus de contrôle (exécutifs) régulent le flux d'information dans tout le système de traitement de l'information. La répétition est un processus de contrôle important qui se produit dans la MT. Pour le matériel verbal, la répétition prend la forme de répétition d'information à voix haute ou subvocalement. D'autres processus de contrôle incluent le codage (placer l'information dans un contexte significatif—une question en discussion dans le scénario d'ouverture), l'imagerie (représenter visuellement l'information), la mise en œuvre de règles de décision, l'organisation de l'information, la surveillance du niveau de compréhension et l'utilisation de stratégies de récupération, d'autorégulation et de motivation.

Le modèle à deux niveaux peut rendre compte de nombreux résultats de recherche. L'un des résultats de recherche les plus cohérents est que lorsque les gens ont une liste d'éléments à apprendre, ils ont tendance à mieux se souvenir des éléments initiaux (effet de primauté) et des derniers éléments (effet de récence), comme le montre 'Courbe de position sérielle montrant les erreurs de rappel en fonction de la position de l'élément' Selon le modèle à deux niveaux, les éléments initiaux reçoivent le plus de répétition et sont transférés à la MLT, tandis que les derniers éléments sont encore dans la MT au moment du rappel. Les éléments du milieu sont les moins bien rappelés car ils ne sont plus dans la MT au moment du rappel (ayant été poussés par les éléments suivants), ils reçoivent moins de répétitions que les éléments initiaux, et ils ne sont pas correctement stockés dans la MLT.

La recherche suggère, cependant, que l'apprentissage peut être plus complexe que ne le stipule le modèle de base à deux niveaux (Baddeley, 1998). Un problème est que ce modèle ne précise pas entièrement comment l'information passe d'un niveau à l'autre. La notion de processus de contrôle est plausible mais vague. Nous pourrions nous demander : Pourquoi certaines entrées passent-elles des registres sensoriels à la MT et d'autres non ? Quels mécanismes décident que l'information a été suffisamment répétée et la transfèrent dans la MLT ? Comment l'information dans la MLT est-elle sélectionnée pour être activée ? Une autre préoccupation est que ce modèle semble le mieux adapté pour traiter le matériel verbal. La façon dont la représentation non verbale se produit avec du matériel qui peut ne pas être facilement verbalisé, comme l'art moderne et les compétences bien établies, n'est pas claire.

Le modèle est également vague sur ce qui est réellement appris. Considérez les personnes qui apprennent des listes de mots. Avec des syllabes absurdes, ils doivent apprendre les mots eux-mêmes et les positions dans lesquelles ils apparaissent. Quand ils connaissent déjà les mots, ils doivent seulement apprendre les positions ; par exemple, "chat" apparaît en quatrième position, suivi de "arbre." Les gens doivent tenir compte de leur but dans l'apprentissage et modifier les stratégies d'apprentissage en conséquence. Quel mécanisme contrôle ces processus ?

La question de savoir si tous les composants du système sont utilisés en tout temps est également un problème. La MT est utile lorsque les gens acquièrent des connaissances et ont besoin de relier l'information entrante aux connaissances dans la MLT. Mais nous faisons beaucoup de choses automatiquement : nous habiller, marcher, faire du vélo, répondre à des demandes simples (par exemple, "Avez-vous l'heure ?"). Pour de nombreux adultes, la lecture (décodage) et les calculs arithmétiques simples sont des processus automatiques qui sollicitent peu les processus cognitifs. Un tel traitement automatique peut ne pas nécessiter le fonctionnement de la MT. Comment le traitement automatique se développe-t-il et quels mécanismes le régissent ?

Ces questions et d'autres qui ne sont pas bien abordées par le modèle à deux niveaux (par exemple, le rôle de la motivation dans l'apprentissage et le développement de l'autorégulation) ne réfutent pas le modèle ; ce sont plutôt des questions à aborder. Bien que le modèle à deux niveaux soit l'exemple le plus connu de la théorie du traitement de l'information, de nombreux chercheurs ne l'acceptent pas pleinement (Matlin, 2009 ; Nairne, 2002). Les théories alternatives couvertes dans cette leçon sont les niveaux (ou la profondeur) de traitement et le niveau d'activation, ainsi que les nouvelles théories du connexionnisme et du traitement distribué parallèle (PDP). Avant que les composantes du modèle à deux niveaux ne soient décrites plus en détail, les théories des niveaux de traitement et du niveau d'activation sont discutées (le connexionnisme et le PDP sont couverts plus tard dans cette leçon).

Niveaux (Profondeur) de traitement

La théorie des niveaux (profondeur) de traitement conceptualise la mémoire en fonction du type de traitement que l'information reçoit plutôt que de son emplacement (Craik, 1979; Craik & Lockhart, 1972; Craik & Tulving, 1975; Lockhart, Craik, & Jacoby, 1976). Cette perspective n'intègre pas d'étapes ou de composantes structurelles telles que la MT ou la MLT (Terry, 2009). Elle considère plutôt qu'il existe différentes façons de traiter l'information (telles que les niveaux ou la profondeur auxquels elle est traitée): physique (superficiel), acoustique (phonologique, sonore), sémantique (signification). Ces trois niveaux sont dimensionnels, le traitement physique étant le plus superficiel (tel que « x » en tant que symbole dépourvu de sens, comme l'ont expliqué les enseignants dans le scénario d'introduction) et le traitement sémantique étant le plus profond. Par exemple, supposons que vous êtes en train de lire et que le mot suivant est roitelet. Ce mot peut être traité à un niveau superficiel (p. ex., il n'est pas en majuscules), à un niveau phonologique (rime avec jouet) ou à un niveau sémantique (petit oiseau). Chaque niveau représente un type de traitement plus élaboré (plus profond) que le niveau précédent; le traitement de la signification de roitelet élargit le contenu informationnel de l'élément plus que le traitement acoustique, qui élargit le contenu plus que le traitement au niveau superficiel.

Ces trois niveaux semblent conceptuellement similaires au registre sensoriel, à la MT et à la MLT du modèle à deux entrepôts. Les deux perspectives soutiennent que le traitement devient plus élaboré avec les étapes ou les niveaux successifs. Le modèle des niveaux de traitement, cependant, ne suppose pas que les trois types de traitement constituent des étapes. Dans les niveaux de traitement, il n'est pas nécessaire de passer au processus suivant pour s'engager dans un traitement plus élaboré; la profondeur du traitement peut varier au sein d'un même niveau. Roitelet peut recevoir un traitement sémantique de bas niveau (petit oiseau) ou un traitement sémantique plus étendu (sa similitude et sa différence par rapport aux autres oiseaux).

Une autre différence entre les deux modèles de traitement de l'information concerne l'ordre de traitement. Le modèle à deux entrepôts suppose que l'information est d'abord traitée par le registre sensoriel, puis par la MT et enfin par la MLT. Le modèle des niveaux de traitement ne fait pas d'hypothèse séquentielle. Pour être traitée au niveau de la signification, l'information n'a pas à être traitée d'abord aux niveaux superficiel et sonore (au-delà du traitement nécessaire pour que l'information soit reçue) (Lockhart et al., 1976).

Les deux modèles ont également des points de vue différents sur la façon dont le type de traitement affecte la mémoire. Dans les niveaux de traitement, plus le niveau auquel un élément est traité est profond, meilleure est la mémoire, car la trace mnésique est plus ancrée. Les enseignants du scénario d'ouverture se demandent comment ils peuvent aider les élèves à traiter l'information algébrique à un niveau plus profond. Une fois qu'un élément est traité à un point particulier d'un niveau, un traitement supplémentaire à ce point ne devrait pas améliorer la mémoire. En revanche, le modèle à deux entrepôts soutient que la mémoire peut être améliorée par un traitement supplémentaire du même type. Ce modèle prédit que plus une liste d'éléments est répétée, mieux elle sera rappelée.

Certaines preuves de recherche soutiennent les niveaux de traitement. Craik et Tulving (1975) ont présenté des mots à des individus. Au fur et à mesure que chaque mot était présenté, ils devaient répondre à une question. Les questions étaient conçues pour faciliter le traitement à un niveau particulier. Pour le traitement superficiel, on demandait aux gens : « Le mot est-il en majuscules ? » Pour le traitement phonologique, on leur demandait : « Le mot rime-t-il avec train ? » Pour le traitement sémantique, « Le mot conviendrait-il dans la phrase, ‘Il a rencontré un _____ dans la rue’? » Le temps que les gens passaient à traiter aux différents niveaux était contrôlé. Leur rappel était meilleur lorsque les éléments étaient traités à un niveau sémantique, ensuite au niveau phonologique et enfin au niveau superficiel. Ces résultats suggèrent que l'oubli est plus probable avec un traitement superficiel et n'est pas dû à la perte d'information de la MT ou de la MLT.

Les niveaux de traitement impliquent que la compréhension des élèves est meilleure lorsque le matériel est traité à des niveaux plus profonds. Glover, Plake, Roberts, Zimmer et Palmere (1981) ont constaté que demander aux élèves de paraphraser des idées pendant qu'ils lisaient des essais améliorait considérablement le rappel par rapport aux activités qui ne faisaient pas appel aux connaissances antérieures (p. ex., identifier les mots-clés dans les essais). Les instructions de lire lentement et attentivement n'ont pas aidé les élèves pendant le rappel.

Malgré ces résultats positifs, la théorie des niveaux de traitement pose des problèmes. L'une des préoccupations est de savoir si le traitement sémantique est toujours plus profond que les autres niveaux. Les sons de certains mots (kaput) sont au moins aussi distinctifs que leur signification (« ruiné »). En fait, le rappel dépend non seulement du niveau de traitement, mais aussi du type de tâche de rappel. Morris, Bransford et Franks (1977) ont constaté que, étant donné une tâche de rappel standard, le codage sémantique produisait de meilleurs résultats que le codage rimant ; cependant, étant donné une tâche de rappel mettant l'accent sur la rime, poser des questions rimant pendant le codage produisait un meilleur rappel que les questions sémantiques. Moscovitch et Craik (1976) ont proposé qu'un traitement plus profond pendant l'apprentissage entraîne une performance de mémoire potentielle plus élevée, mais que ce potentiel ne se réalisera que lorsque les conditions de récupération correspondent à celles pendant l'apprentissage.

Une autre préoccupation concernant la théorie des niveaux de traitement est de savoir si un traitement supplémentaire au même niveau produit un meilleur rappel. Nelson (1977) a donné aux participants une ou deux répétitions de chaque stimulus (mot) traité au même niveau. Deux répétitions ont produit un meilleur rappel, contrairement à l'hypothèse des niveaux de traitement. D'autres recherches montrent qu'une répétition supplémentaire de matériel facilite la rétention et le rappel, ainsi que l'automaticité du traitement (Anderson, 1990; Jacoby, Bartz, & Evans, 1978).

Un dernier problème concerne la nature d'un niveau. Les chercheurs ont fait valoir que la notion de profondeur est floue, tant dans sa définition que dans sa mesure (Terry, 2009). Par conséquent, nous ne savons pas comment le traitement à différents niveaux affecte l'apprentissage et la mémoire (Baddeley, 1978; Nelson, 1977). Le temps est un mauvais critère de niveau, car un certain traitement superficiel (p. ex., « Le mot a-t-il le modèle de lettres suivant : consonne-voyelle-consonne-consonne-voyelle-consonne? ») peut prendre plus de temps que le traitement sémantique (« Est-ce un type d'oiseau? »). Le temps de traitement au sein d'un niveau donné n'est pas non plus indicatif d'un traitement plus profond (Baddeley, 1978, 1998). Un manque de compréhension claire des niveaux (profondeur) limite l'utilité de cette perspective.

La résolution de ces problèmes peut nécessiter de combiner les niveaux de traitement avec l'idée des deux entrepôts pour produire un modèle de mémoire affiné. Par exemple, l'information dans la MT pourrait être liée aux connaissances dans la MLT de manière superficielle ou plus élaborée. De plus, les deux entrepôts de mémoire pourraient inclure des niveaux de traitement au sein de chaque entrepôt. Le codage sémantique dans la MLT peut mener à un réseau d'information plus étendu et à une façon plus significative de se souvenir de l'information que le codage superficiel ou phonologique.

Niveau d'activation

Un concept alternatif de la mémoire, mais similaire aux modèles à deux entrepôts et aux niveaux de traitement, soutient que les structures de la mémoire varient dans leur niveau d'activation (Anderson, 1990). Selon cette perspective, nous n'avons pas de structures de mémoire distinctes, mais plutôt une seule mémoire avec différents états d'activation. L'information peut être dans un état actif ou inactif. Lorsqu'elle est active, l'information peut être consultée rapidement. L'état actif est maintenu tant que l'information est prise en compte. Sans attention, le niveau d'activation diminuera, auquel cas l'information peut être activée lorsque la structure de la mémoire est réactivée (Collins & Loftus, 1975).

L'information active peut inclure l'information entrant dans le système de traitement de l'information et l'information qui a été stockée en mémoire (Baddeley, 1998). Quelle que soit la source, l'information active est soit en cours de traitement, soit peut être traitée rapidement. Le matériel actif est à peu près synonyme de MT, mais la première catégorie est plus large que la seconde. La MT comprend l'information dans la conscience immédiate, tandis que la mémoire active comprend cette information plus le matériel qui peut être consulté facilement. Par exemple, si je rends visite à tante Frieda et que nous admirons son jardin fleuri, cette information est dans la MT, mais d'autres informations associées à la cour de tante Frieda (arbres, arbustes, chien) peuvent être dans un état actif.

La répétition permet de maintenir l'information dans un état actif (Anderson, 1990). Comme pour la mémoire de travail, seul un nombre limité de structures de mémoire peuvent être actives à un moment donné. Au fur et à mesure que l'attention se déplace, le niveau d'activation change.

Nous rencontrons à nouveau l'idée du niveau d'activation plus loin dans cette leçon (c.-à-d. la théorie ACT d'Anderson) parce que le concept est essentiel pour le stockage de l'information et sa récupération de la mémoire. La notion de base implique une activation se propageant, ce qui signifie qu'une structure de mémoire peut activer une autre structure adjacente (connexe) à celle-ci (Anderson, 1990). L'activation se propage des portions actives aux portions inactives de la mémoire. Le niveau d'activation dépend de la force du chemin le long duquel l'activation se propage et du nombre de chemins concurrents (interférents). La propagation de l'activation devient plus probable avec une pratique accrue, ce qui renforce les structures, et moins probable avec la durée de l'intervalle de rétention, car la force s'affaiblit.

Un avantage de la théorie du niveau d'activation est qu'elle peut expliquer la récupération de l'information de la mémoire. En supprimant la notion d'entrepôts de mémoire distincts, le modèle élimine le problème potentiel du transfert d'information d'un entrepôt à l'autre. La MCT (MT) est la partie de la mémoire qui est actuellement active. L'activation diminue avec le temps, à moins que la répétition ne maintienne l'information activée (Nairne, 2002).

En même temps, le modèle du niveau d'activation n'a pas échappé aux problèmes du double entrepôt parce qu'il dichotomise également le système d'information (actif-inactif). Nous avons également le problème du niveau de force nécessaire pour que l'information passe d'un état à un autre. Ainsi, nous savons intuitivement que l'information peut être partiellement activée (p. ex., un élément de mots croisés sur le « bout de votre langue »—vous le savez mais vous ne pouvez pas vous en souvenir), nous pourrions donc demander combien d'activation est nécessaire pour que le matériel soit considéré comme actif. Malgré ces préoccupations, le modèle du niveau d'activation offre des aperçus importants sur le traitement de l'information.

Nous examinons maintenant plus en profondeur les composantes du modèle à deux entrepôts : l'attention, la perception, l'encodage, le stockage et la récupération (Shuell, 1986). La section suivante traite de l'attention ; la perception, l'encodage, le stockage et la récupération sont abordés dans les sections suivantes.