Comment les principes des sciences cognitives peuvent-ils soutenir l'approfondissement de l'enseignement des mathématiques ? Une équipe de chercheurs du Peabody College of education and human development de l'Université Vanderbilt et de la Graduate School of Education de l'Université Harvard a exploré comment l'utilisation d'un processus d'apprentissage de base - la comparaison - pourrait conduire à de meilleurs résultats pour les élèves de la maternelle à la 12e année en mathématiques, et analysé différentes approches pour incorporer la comparaison dans le programme d'études. Un résumé des résultats de recherche des chercheurs du Peabody College Bethany Rittle-Johnson et Kelley Durkin, en collaboration avec Jon Star de l'Université Harvard, a été récemment publié dans l'édition de décembre 2020 de Orientations actuelles en sciences psychologiques .

Lorsqu'il s'agit de suivre des procédures mathématiques, les élèves mémorisent souvent les étapes sans comprendre les principes mathématiques qui les sous-tendent. Demander aux élèves de comparer et de discuter de plusieurs méthodes pour résoudre le même problème encourage une réflexion d'un ordre supérieur et oblige les élèves à démontrer une compréhension plus approfondie des concepts. Selon l'équipe de recherche, la comparaison est un moyen naturel par lequel les humains apprennent, en notant que, par exemple, les gens comparent souvent les produits pour décider lequel acheter. Grâce à des outils pédagogiques et des opportunités d'apprentissage professionnel, les chercheurs ont aidé les éducateurs à intégrer ce processus de réflexion naturel dans les salles de classe d'algèbre.

« Nous avons développé du matériel pédagogique et des routines pédagogiques de haute qualité pour aider les enseignants à utiliser les meilleures pratiques en matière d'enseignement des mathématiques dans leurs salles de classe, " a déclaré Bethany Rittle-Johnson, Chaire Anita S. et Antonio M. Gotto en développement de l'enfant à l'Université Vanderbilt. « Décrire une pratique d'enseignement efficace ne suffit pas ; les enseignants ont besoin de matériel et de routines pour soutenir leur utilisation de la pratique dans leurs salles de classe. »

Grâce à leur examen des recherches antérieures, l'équipe a également cherché à comprendre les types de problèmes que les élèves devraient comparer. Ils ont passé en revue les recherches sur trois types de comparaison :la comparaison de plusieurs stratégies correctes, comparer des types de problèmes confus, et comparer les stratégies correctes et incorrectes. Ils ont constaté que l'incorporation de ces types de problèmes de comparaison entraînait une plus grande connaissance conceptuelle et une plus grande flexibilité procédurale que les groupes de contrôle.

En plus d'analyser les types de problèmes pour que les élèves utilisent des stratégies de comparaison, l'équipe a cherché à comprendre quand dans le processus d'apprentissage pour utiliser la comparaison. Spécifiquement, ils étaient curieux de déterminer si les méthodes de comparaison devaient être retardées jusqu'à ce que les apprenants aient une certaine compréhension d'au moins une des méthodes. Initialement, l'équipe a découvert que les élèves étaient plus aptes à comparer les stratégies correctes lorsqu'ils avaient une certaine compréhension de l'une des stratégies. Cependant, l'équipe a découvert plus tard que les élèves étaient capables d'utiliser efficacement la comparaison pour trouver des similitudes et des différences entre des stratégies inconnues, bien que cette approche exige un plus grand soutien de la part des éducateurs.

Finalement, l'équipe de recherche a analysé les méthodes de comparaison de l'enseignement et a aidé les éducateurs à intégrer les meilleures pratiques dans leurs classes. L'équipe suggère que les éducateurs rendent les exemples clairs et visibles pour les élèves et présentent les deux solutions simultanément. En outre, les étudiants étaient plus aptes à découvrir les similitudes et les différences entre les stratégies lorsque les éducateurs utilisaient une terminologie bien comprise, gestes et repères visuels. De plus, une fois que les élèves ont identifié les similitudes et les différences, les éducateurs doivent utiliser des questions d'incitation claires pour encourager l'explication des points clés et résumer les principaux points de la comparaison après la réflexion des élèves. Pour aider au mieux les éducateurs à intégrer la comparaison dans le programme, les chercheurs soulignent la nécessité d'une haute qualité, des supports pédagogiques alignés sur les normes et un soutien à l'apprentissage professionnel. Ils ont développé du matériel pédagogique et des routines pédagogiques pour soutenir la comparaison et la discussion de plusieurs stratégies pour les sujets d'algèbre I.

L'équipe pense que ce n'est que le début d'une recherche importante sur les stratégies de comparaison et la pédagogie. Leurs travaux ont facilité d'autres possibilités de recherche potentielles, comme explorer l'impact des stratégies de comparaison sur l'attitude des élèves envers les mathématiques, ou développer la capacité des enseignants à détecter quand leurs élèves ont besoin d'un soutien supplémentaire.

"Nous nous sommes concentrés sur l'enseignement de l'algèbre I et sommes impatients de développer du matériel pédagogique pour d'autres sujets mathématiques comme la géométrie et d'explorer des supports supplémentaires qui peuvent être nécessaires pour promouvoir la comparaison et la discussion de plusieurs stratégies entre divers apprenants, ", explique Rittle-Johnson.

La recherche, "Comment la recherche en sciences cognitives peut-elle aider à améliorer l'éducation? Le cas de la comparaison de plusieurs stratégies pour améliorer l'apprentissage et l'enseignement des mathématiques" a été publié dans l'édition de décembre 2020 de Current Directions in Psychological Sciences.