CERVEAU ET PSY

REPORTAGE. Cogni'classe : quand les sciences cognitives entrent à l'école

Par Joël Ignasse le 30.05.2018 à 20h00

Reportage au sein de la "Cogni'classe" de CE2 de l'école Francoise Césari à Septèmes-les-Vallons, où est testée une nouvelle forme d'enseignement intégrant des pratiques pédagogiques innovantes issues des recherches en sciences cognitives.


VALENTINE VERMEIL
Ce mardi 17 avril 2018, les élèves de CE2 entrent calmement dans leur classe de l'école François Césari à Septèmes-les-Vallons. Depuis septembre 2017, ils expérimentent une nouvelle forme d'enseignement avec des pratiques pédagogiques innovantes issues des recherches en sciences cognitives (lire notre dossier sur Les sciences cognitives à l'école dans le Sciences et Avenir n°856, en kiosque en juin 2018). Dix-huit classes et 450 élèves sont concernés dans la région PACA par ces "cogni'classes", une expérimentation de grande échelle qui sera prolongée en CM1 et CM2 pour ces derniers.

Temps calme et outils technologiques
La matinée commence par un "temps calme" : élèves debout et chaises contre le bureau, ils enchainent pendant cinq minutes quelques exercices de relaxation basés sur du contrôle du souffle et des massages des tempes et du front. Tous les élèves sont silencieux et réceptifs. "Ils apprécient ce petit moment de retour sur soi du matin. Ce temps calme a permis de faciliter la gestion du groupe et certains le font d’eux-mêmes quand ils se sentent énervés" souligne Andrée Elbaz, leur maitresse. Après, place aux choses sérieuses ! Avec les mathématiques. Mais point de leçon au tableau, les élèves vont jouer au Mathador, une sorte de "Des chiffres et des lettres". Chaque lundi, l'enseignante leur présente un nombre qu'ils vont décomposer tout au long de la semaine pour arriver à le retrouver avec d'autres chiffres et opérations. Chacun planche donc sur son ardoise, toujours dans le calme, et la maitresse les interroge tour à tour. Ce jour-là, tous les comptes ne sont pas bons mais cette semaine, le nombre choisi était particulièrement compliqué apprend-on !

Le Mathador consiste a décrypter un nombre et à le reconstituer à la façon Des chiffres et des Lettres. Crédit : Valentine Vermeil pour Sciences et Avenir.
Et les ateliers se poursuivent avec les Plickers, des plaquettes portant une sorte de symbole orientable, croisement entre un QRcode et un origami. Les élèves peuvent le tenir selon quatre orientations possibles correspondant aux lettres A, B, C, D. L’enseignante pose une question avec 4 choix possibles et les élèves répondent en mettant le symbole dans la position qui correspond à leur choix puis le tienne bien droit devant eux. L’enseignante n'a plus qu'à filmer la classe avec son téléphone qui via l'application dédiée va lire les réponses des élèves. Elle peut ainsi évaluer d'un seul coup toute la classe, repérer les erreurs et les corriger dans la foulée. Pratiques et ludiques, les Plickers ont très vite remporté l'adhésion de tous à l'école. La journée de classe sera ainsi rythmée par différents exercices dont certains sont répétés à intervalles réguliers sur plusieurs mois. Cette répétition est essentielle à la consolidation des savoirs. Andrée Elbaz travaille ainsi le vocabulaire avec le logiciel Anki qui met en forme des cartes-mémoires et permet de programmer des répétitions plus ou moins espacées dans le temps. "Une méthode qui permet le stockage d'un vocabulaire réflexe commun à toutes les matières" explique l'enseignante.
Grâce aux Plickers, l'enseignante peut vérifier les réponses de toute une classe d'un seul coup de scan avec son téléphone. Crédit : Valentine Vermeil pour Sciences et Avenir.

Les évaluations en 2019

A ces activités journalières s'ajoutent d'autres temps d'apprentissage, moins fréquents, comme des projections de films (un tous les quinze jours) sur le fonctionnement du cerveau et qui sont le sujet de discussions de groupe après diffusion. Toutes ces méthodes dont le déploiement "demande un peu plus de travail personnel et au début plus de temps en classe" précise Andrée Elbaz semblent en tout cas enchanter élèves et professeurs. Mais ont-ils des impacts concrets sur ces jeunes cerveaux en apprentissage. "C'est difficile pour le moment d'évaluer leur efficacité même si la plupart des retours sont très positifs" répond Isabelle Roos, Inspectrice de l'Education Nationale, très impliquée dans la mise en place des cogni'classes dans la région. A la fin de l'année scolaire des questionnaires seront remplis par les parents et les enfants pour connaître leur ressenti et à la rentrée 2018 une évaluation du vocabulaire acquis avec des tests pré et post CE2 et une comparaison avec d’autres classes aura lieu. Ils permettront de mieux apprécier les résultats de ces nouvelles méthodes pédagogiques.

  DOCUMENT   sciences et avenir.fr    LIEN

CERVEAU ET PSY

Voici comment le libre arbitre naît dans le cerveau

Par Lise Loumé le 29.07.2016 à 17h30, mis à jour le 29.07.2016 à 17h30

Lecture 3 min.
Des chercheurs américains ont été les premiers à visualiser des zones du cerveau humain impliquées dans la décision volontaire d'agir.

Des chercheurs sont parvenus à visualiser des zones du cerveau humain impliquées dans le libre arbitre.

© CREATIVE COMMONS
Existe-t-il plus intangible que le libre arbitre, la faculté qu’aurait l'être humain de se déterminer librement et par lui seul, à agir et à penser ? Probablement pas, ce concept ayant fait l’objet d'interrogations et critiques philosophiques (le libre arbitre ne revient-il pas à nier l’influence des motifs ou des mobiles qui déterminent nos choix et nos actions ?) et psychanalytiques (le libre arbitre n'est possible que si l'on est en mesure de dominer son inconscient). Pour les neurologues, tout l'enjeu est de déterminer comment le libre arbitre se forme dans le cerveau et quelles zones sont impliquées. Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins (États-Unis) ont fait un grand pas en ce sens, en visualisant pour la première fois des zones du cerveau humain impliquées dans le libre arbitre.

Une zone du cerveau pour délibérer, une autre pour agir
Même si les techniques d'imagerie actuelles permettent de visualiser parfaitement les zones cérébrales en jeu dans une action, "voir" le libre arbitre s'avérait pour les chercheurs un véritable casse-tête : comment inciter un volontaire à exercer sa propre volonté d'agir tout en lui demandant de réaliser une action ? Comment se passer de commandes intrusives pouvant influencer son choix et donc compromettre l'expérience ? Après maintes réflexions, les chercheurs ont conçu le protocole expérimental suivant : sous IRMf (imagerie par résonance magnétique dite fonctionnelle car elle permet de visualiser l'activité cérébrale), 12 participants ont regardé un écran divisé en deux sur lequel défilaient numéros et lettres colorés d'un côté et de l'autre, et ce de manière aléatoire. Ils étaient invités à prêter attention à un côté pendant un certain temps, puis de décider par eux-mêmes quand regarder l'autre partie de l'écran, et ainsi de suite pendant plus d'une heure. Les chercheurs ont ainsi guetté les moments où le choix de passer d'un écran à l'autre s'est fait, et les instants précédent et suivant cette décision. Puis ils ont comparé les scans à ceux obtenus lorsque les participants, dans un second temps, ont été invités à détourner leur attention. Plutôt simple comme méthodologie, mais encore fallait-il y penser.
Selon ces travaux, la délibération a lieu dans le cortex frontal (voir schéma ci-dessous), dans les zones impliquées dans le raisonnement et le mouvement, et dans les noyaux gris centraux, responsables d'une variété de de fonctions moteurs, y compris la possibilité de démarrer une action. L'activité du lobe frontal a été plus rapide que lorsque les participants ont été explicitement invités à détourner leur attention, ce qui montre clairement que le cerveau se préparait à une action purement volontaire plutôt que de se contenter de suivre un ordre. Quant à la véritable décision de passer d'un côté à l'autre, il s'est effectué dans le lobe pariétal, à l'arrière du cerveau.
Les chercheurs espèrent désormais utiliser cette même méthodologie pour étudier des processus de prise de décision plus abstraits, comme le fait d'opter pour un beignet ou une pomme pour grignoter : ils veulent en particulier décortiquer notre manière de peser le pour et le contre dans le choix d'un aliment plus sain que l'autre et le moment où l'on bascule vers l'un des deux, généralement le plus gras...

DOCUMENT   sciences et avenir.fr    LIEN 

La démarche scientifique

Publié le 19 septembre 2018
 
Pour comprendre et expliquer le réel en physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre, les scientifiques utilisent une méthode appelée la démarche scientifique. Quels sont ses grands principes ? Quels outils sont utilisés pour mettre en place des raisonnements logiques ? Découvrez l’essentiel sur la démarche scientifique.
QU’EST-CE QUE LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE ?

La démarche scientifique est la méthode utilisée par les scientifiques pour parvenir à comprendre et à expliquer le monde qui nous entoure. De façon simplificatrice, elle se déroule en plusieurs étapes : à partir de l’observation d’un phénomène et de la formulation d’une problématique, différentes hypothèses vont être émises, testées puis infirmées ou confirmées ; à partir de cette confirmation se construit un modèle ou théorie. L’observation et l’expérimentation sont des moyens pour tester les différentes hypothèses émises.
    
L’évolution de la démarche scientifique
au fil du temps
De l’Antiquité à nos jours, les moyens d’investigation sur le monde ont évolué pour aboutir à une démarche dont les fondements sont communs à toutes les sciences de la nature (physique, chimie, sciences de la vie et de la Terre).
Dès l’Antiquité, Hippocrate, médecin grec, apporte de la nouveauté dans son traité « Le pronostic », qui détaille, pour la première fois, un protocole pour diagnostiquer les patients. Ce texte est l’une des premières démarches scientifiques.
Le XVIIe siècle est l’âge d’or des instruments et désormais l'expérience est au cœur de la pratique scientifique : on parle de Révolution scientifique. En plus des observations, les hypothèses peuvent aussi être testées par l’expérience. Par ailleurs, l’invention d’instruments tels que le microscope donne la possibilité aux scientifiques d’observer des éléments jusqu’alors invisibles à l'œil nu, comme les cellules, découvertes par Robert Hooke en 1665.
A partir du XXe siècle, la science se fait de manière collective. Les études scientifiques sont soumises au jugement des « pairs », c’est-à-dire à d’autres scientifiques et toutes les expériences doivent être détaillées pour être reproductibles par d’autres équipes. En contrepartie, la publication dans des revues internationales, et sur Internet dès les années 1990, permet aux chercheurs du monde entier d’accroître la notoriété de leurs idées et facilite l'accès aux sciences pour le grand public. Mais avec l'arrivée de l'informatique, il n'y a pas que la communication qui change, la méthode scientifique aussi se transforme. Il devient plus simple de trier de grands nombres de données et de construire des études statistiques. Il faut cependant faire attention à sélectionner les critères pertinents, car les progrès technologiques apportent aux chercheurs d’immenses quantités d’informations, appelées big data.
    
LES DIFFÉRENTES ÉTAPES DE LA DÉMARCHE SCIENTIFIQUE
Observation et formulation d’une problématique
A la base de toute démarche scientifique,il y a au départ une observation d’un phénomène et la formulation d’une problématique.
Par exemple, depuis l’Antiquité, certains savants sont convaincus que la Terre est immobile au centre de l’Univers et que le Soleil tourne autour d’elle : c’est l’hypothèse du géocentrisme. Elle est émise car à l’époque, toutes les observations se faisaient à l’œil nu. Vu depuis la Terre, le Soleil peut donner l’impression de tourner autour de nous car il se lève sur l’horizon Est et se couche sur l’horizon Ouest. Cependant, ce n’était qu’une intuition car à ce stade, aucune véritable démarche scientifique n’est engagée.
Plus tard, quand les astronomes ont observé le mouvement des planètes, ils ont vu que le déplacement de certaines planètes forme parfois une boucle dans le ciel, ce qui est incompatible avec un mouvement strictement circulaire autour de la Terre. Le problème fut résolu en complexifiant le modèle : une planète se déplace sur un cercle dont le centre se déplace sur un cercle. C’est la théorie des épicycles.

Les hypothèses et la construction d’un modèle
Une nouvelle hypothèse fut émise par Nicolas Copernic au XVe siècle. Selon lui, le Soleil est au centre de l’Univers et toutes les planètes, dont la Terre, tournent autour de lui. On appelle cette hypothèse « l’héliocentrisme ». Ce modèle rend naturellement compte des rétrogradations planétaires mais possède quand même des épicycles pour décrire leurs mouvements avec plus de précisions.
Durant l’hiver 1609-1610, Galilée pointe sa lunette vers le ciel et découvre les phases de Vénus et des satellites qui tournent autour de la planète Jupiter. Ses observations l’incitent à invalider l’hypothèse géocentrique et à adhérer à l’héliocentrisme.
Petit à petit, cette méthode est devenue générale. Une hypothèse reste considérée comme valide tant qu’aucune observation ou expérience ne vient montrer qu’elle est fausse. Plus elle résiste à l’épreuve du temps, plus elle s’impose comme une description correcte du monde. Cependant, il suffit d’une seule observation contraire pour que l’hypothèse s’effondre, et dans ce cas, c’est définitif. Il faut alors changer d’hypothèse.
Reste que l’héliocentrisme de Copernic s’est d’abord imposé par la qualité des éphémérides planétaires qui en étaient tirées plus que par la force de son hypothèse, certes plus pratique que l’hypothèse géocentrique mais pas confirmée directement. Pour cela, il fallut encore attendre quelques années, le temps que la qualité des instruments d’observation progresse.

L’observation et l’expérimentation
Si la Terre est animée d’un mouvement autour du Soleil alors on devrait constater un effet de parallaxe, c’est-à-dire de variation des positions relatives des étoiles au fil de l’année. L’absence d’une parallaxe mesurable était utilisée contre l’héliocentrisme. C’est en cherchant à mesurer la parallaxe des étoiles que l’astronome anglais James Bradley découvrit en 1727 un autre effet, l’aberration des étoiles, dont il montra qu’elle ne pouvait provenir que de la révolution de la Terre autour du Soleil. La première mesure de parallaxe, due à l’astronome Friedrich Bessel en 1838, vient clore le débat.
Le mouvement de rotation de la Terre ne fut prouvé que plus tard. En 1851 le physicien Léon Foucault mène une expérience publique spectaculaire : un grand pendule est accroché à la voûte du Panthéon de Paris et la lente révolution de son plan d’oscillation révèle la rotation de la Terre sur elle-même.
On trouve là une autre caractéristique de la démarche scientifique. Une fois le modèle mis au point en s’appuyant sur des observations qui le justifient, il faut en tirer des prédictions, c’est-à-dire des conséquences encore non observées du modèle. Cela permet de mener de nouvelles observations ou de bâtir de nouvelles expériences pour aller tester ces prédictions. Si elles sont fausses, le modèle qui leur a donné naissance est inadéquat et doit être réformé ou oublié. Si elles sont justes, le modèle en sort renforcé car il est à la fois descriptif et prédictif.

    
La communication
Aujourd’hui, la « revue par les pairs » permet de contrôler la démarche scientifique d’une nouvelle découverte, par un collège de scientifiques indépendants. Si les observations et expérimentations vont dans le même sens et qu’elles ne se contredisent pas, la proposition est déclarée apte à être publiée dans une revue scientifique.

QUELS OUTILS POUR DÉCRYPTER
LA SCIENCE ?
La démarche scientifique repose sur la construction d’un raisonnement logique et argumenté. Elle utilise les bases de la logique formelle : l’induction et la déduction.
    

L’induction
L’induction cherche à établir une loi générale en se fondant sur l’observation d’un ensemble de faits particuliers (échantillon).
L'induction est par exemple utilisée en biologie. Ainsi, pour étudier des cellules dans un organisme, il est impossible de les observer toutes, car elles sont trop nombreuses. Les scientifiques en étudient un échantillon restreint, puis généralisent leurs observations à l’ensemble des cellules. Les scientifiques établissent alors des hypothèses et des modèles dont il faudra tester les prédictions par des observations et des expériences ultérieures.

La déduction
La déduction relie des propositions, dites prémisses, à une proposition, dite conclusion, en s’assurant que si les prémisses sont vraies, la conclusion l’est aussi.
Exemple classique de déduction : tous les hommes sont mortels, or Socrate est un homme donc Socrate est mortel.
La déduction est beaucoup utilisée en physique ou mathématiques, lors de la démonstration d’une loi ou d’un théorème.

Raisonnement du Modus Ponens et du Modus Tollens
Le Modus Ponens et le Modus Tollens sont utilisés par les scientifiques dans leurs raisonnements.
Le Modus Ponens est, en logique, le raisonnement qui affirme que si une proposition A implique une proposition B, alors si A est vraie, B est vraie.
Mais si une implication est vraie alors sa contraposée l’est également (même valeur de vérité selon les règles de la logique formelle). Cela signifie que « la négation de B implique la négation de A » (contraposée de « A implique B »).
Le Modus Tollens est le raisonnement suivant : si une proposition A implique une proposition B, constater que B est fausse permet d’affirmer que A est fausse.
Un exemple : On sait que tous les poissons respirent sous l'eau. Or le saumon est un poisson donc il respire sous l'eau (Modus Ponens). La proposition initiale peut être énoncée sous une autre proposition équivalente (contraposée) : si « je ne peux pas respirer sous l’eau, alors je ne suis pas un poisson ». Cela permet de construire le raisonnement suivant : tous les poissons respirent sous l’eau, or je ne respire pas sous l’eau, donc je ne suis pas un poisson (Modus Tollens).

    DOCUMENT     cea         LIEN

Comment le cerveau apprend à lire


Des chercheurs du CEA, du CNRS et du Collège de France de NeuroSpin, plateforme de recherche en neuroimagerie au CEA Paris-Saclay, viennent de mettre en évidence comment la région spécifique à la reconnaissance des mots se développe lors de l’apprentissage de la lecture. L’étude, au cours de laquelle 10 enfants de cours préparatoire ont été suivis, a permis de localiser cette « boîte aux lettres » dans l’hémisphère gauche, dans une région encore libre de toute spécialisation. Bloquant toutefois le développement de la zone liée à la réponse aux visages dans l’hémisphère gauche et non dans le droit, l’acquisition de la lecture augmente l’asymétrie entre les deux hémisphères. Ces résultats sont publiés dans la revue Plos Biology le 6 mars 2018.

       
Apprendre à lire est une acquisition culturelle majeure, qui conditionne l'ensemble de la scolarité et de la vie personnelle et professionnelle de tout un chacun. Mais comment le cerveau humain peut-il apprendre à lire et comment est-il transformé par cette nouvelle façon d'accéder au langage, non plus par les oreilles mais par les yeux ? Pendant un an, 10 enfants en cours préparatoire sont venus à NeuroSpin tous les deux mois pour aider les chercheurs à percer ce mystère. Les enfants ont regardé des images d'objets, maisons, visages, corps mais aussi des mots et des lettres dans une IRM. Leur tâche : appuyer le plus vite possible sur un bouton quand « Charlie » le personnage de bandes dessinées apparaissait.

Chacune de ces catégories d'image activait une région visuelle spécialisée, comme chez l'adulte. Et pour les mots ? Dès fin novembre pour certains enfants, une région, qui répondait plus aux mots qu'aux autres images, devenait visible : la « boite aux lettres ». Pour d'autres, cela prenait plus de temps et la réponse de cette région était proportionnelle à leurs performances en lecture. Un an plus tard, une fois la lecture de mots familiers automatisée, seules persistaient dans l'hémisphère gauche la « boite aux lettres » et la région de conversion des lettres en sons dans les régions temporales du langage oral.

Une fois la lecture automatisée, les chercheurs ont cherché à remonter le temps et étudier chez chaque enfant ce que faisaient ces régions, notamment la « boite aux lettres », avant de se spécialiser pour la lecture. Est-ce qu'apprendre à lire déplace les spécialisations déjà acquises pour d'autres catégories visuelles ou la « boite aux lettres » émerge-t-elle dans une région encore « libre » de toute spécialisation ? C'est la deuxième hypothèse qui a été vérifiée. L'équipe de recherche a également constaté que le développement de la lecture dans l'hémisphère gauche (l'hémisphère du langage oral) bloque le développement de la région qui répond aux visages dans cet hémisphère contrairement à ce qui se passe dans l'hémisphère droit. Cette compétition entre mots et visages à gauche, et pas à droite, aboutit à l'augmentation de l'asymétrie hémisphérique chez les lecteurs par rapport aux illettrés et aux dyslexiques observés dans de précédentes études.

Nous apprenons donc à lire aux enfants à un moment de plasticité de cette région, qui augmenterait sa réponse aux visages dans le milieu naturel. L'éducation a donc spontanément découvert les fenêtres de plasticité offertes par le calendrier de maturation du cerveau humain pour permettre un apprentissage efficace.
Et nos explorateurs ? Peut-être de futurs chercheurs gagnés par le virus de l'exploration et de la connaissance. En attendant, ils sont retournés à l'école avec leur cerveau en images et en 3D pour expliquer en classe comment les enfants apprennent.

Références
* "The emergence of the visual word form: Longitudinal evolution of category-specific ventral visual areas during reading acquisition", Ghislaine Dehaene-Lambertz et. al., 6.3.2018, PlosBiology, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2004103

DOCUMENT     cea         LIEN