Apprentissage par problèmes

Appellation en anglais

Problem-based learning

Student-centered learning, inquiry-based learning, integrated learning, collaborative learning, reiterative learning (Barrows, 2004, cité dans Newman, 2005, p. 12).

Résumé introductif

L’apprentissage par problème est une stratégie où les apprenants travaillent ensemble à résoudre un problème pour lequel ils n’ont reçu aucune formation particulière. De là, les apprenants développeront leurs apprentissages sur le contenu, le savoir-faire, la découverte de nouvelles notions en fonction des problèmes qui leur sont soumis. Cette stratégie repose sur les prémisses que les problèmes soumis sont mal structurés et non résolus, que l’approche est centrée sur l’étudiant et que les formateurs agissent comme facilitateurs ou tuteurs.

L’apprentissage par problème partage des similitudes avec les stratégies “Pebble-in-the-pond”, l’apprentissage basé sur les cas et l’apprentissage par équipe. Comme cette stratégie peut être utilisée tant pour l’organisation de l’ensemble d’un cours ou un programme que pour une activité d’apprentissage spécifique, elle peut être considérée comme macrostratégie ou microstratégie selon son utilisation.

L’apprentissage par problème permet de développer les connaissances de type déclaratives, procédurales et métacognitives. Elle permet également de développer toute une gamme de compétences, telles que la résolution de problèmes, la gestion du stress, la gestion du changement et la collaboration efficace en équipe et en groupe pour ne nommer que celles-là.

La réussite de l’utilisation de l’apprentissage par problème repose sur la réalisation d’une série d’étapes :

1. Explorer le problème
2. Identifier ce que les apprenants savent déjà
3. Identifier ce que les apprenants ne savent pas
4. En groupe :
   • Prioriser les besoins d’apprentissage
   • Élaborer les objectifs d’apprentissage
   • Allouer des ressources entre les membres du groupe
5. Se lancer dans une quête autoguidée de connaissances
6. Retourner au travail en équipe pour partager entre les membres
7. Appliquer des connaissances
8. Réfléchir sur tout ce que les apprenants ont appris

Les apprenants peuvent être novices, intermédiaires ou experts, dépendamment du niveau de difficulté du problème proposé. Le formateur joue principalement un rôle de facilitateur, mais il est possible pour les apprenants plus expérimentés de jouer le rôle de tuteur auprès de leurs pairs. Habituellement, l’apprentissage selon l’APP se déroule en petits groupes (entre 5 et 10 membres). Cette stratégie est souvent utilisée au niveau des études supérieures dans les domaines médicaux, scientifiques et technologiques.

Stratégies apparentées

Quelques stratégies s'apparentent à la stratégie d’apprentissage par problèmes (APP).

Premièrement, l'APP se rapproche de la stratégie [[Pebble-in-the-pond]] ou « caillou dans la mare » en français de David Merrill. Celle-ci met au centre de l’apprentissage la résolution de problèmes du monde réel. De façon similaire à cette stratégie, l'APP met de l'avant des activités de résolution de problèmes, d'activation de connaissances et d'habilités, de démonstration de résolution de problèmes, d'application des compétences, d'intégration de connaissances métacognitives, de collaboration et de contribution au savoir collectif. Toutefois, contrairement à la stratégie « caillou dans la mare », l’APP ne propose pas de séquencer les activités de la plus simple vers la plus complexe. Au contraire, les apprenants sont d'abord mis en contact avec des problèmes complexes ou mal structurés du monde réel qu'ils doivent résoudre de façon autonome et aussi par des discussions avec les pairs.

Deuxièmement, l'APP s'apparente à la stratégie de l’apprentissage basé sur les cas (ABC). Selon Williams (2005), cette stratégie découle de l’APP. Ainsi, les deux stratégies tiennent compte des connaissances préalables des apprenants, mettent d'emblée les étudiants en contact avec le problème à résoudre et privilégient la discussion en petits groupes. Toutefois, ces deux stratégies présentent quelques différences. En effet, le rôle du facilitateur est moins important dans l'APP que dans l’ABC et on qualifie l'APP d'approche interrogative ouverte (open inquiry approach) contrairement à l’ABC, qui représente plutôt une approche interrogative guidée (guided inquiry approach) (Srinivasan, Wilkes, Stevenson, Nguyen et Slavin, 2007). La critique typique qu'on adresse à l’APP est que cette stratégie est moins efficiente que celle de l’ABC, puisque, lorsque la supervision pédagogique est minimaliste ou presque absente, les apprenants sont plus à risque de faire des erreurs et de perdre leur temps (Srinivasan et coll., 2007).

Troisièmement, l’APP présente des ressemblances significatives avec la stratégie de l’apprentissage par équipes (APE) (team-based learning). Dans le contexte d'études médicales, Okubo et ses collègues présentent l’APE comme une stratégie pédagogique qui fournit aux étudiants la possibilité de résoudre des problèmes (Okubo, Ishiguro, Suganuma, Nishikawa, Takubo, Kojimahara, Yago, Nunoda, Sugihara et Yoshioka, 2012). En travaillant en équipe, les apprenants sont mieux outillés pour résoudre des problèmes complexes par l’entremise de tâches répétitives, de lectures, de tests individuels et en groupe, de discussions à l’intérieur de l’équipe et entre les équipes, ainsi que de la rétroaction par le facilitateur (Okubo et coll., 2012). De façon similaire à l’APP, l’APE est applicable dans le cas d’étudiants intermédiaires ou avancés qui ont déjà de l’expérience théorique, mais est moins appropriée pour des étudiants ayant peu d’expérience clinique (ou pratique) (Okubo et coll., 2012). Autrement dit, la préparation individuelle est une condition préalable importante pour travailler efficacement en équipe et pour résoudre des problèmes. Aussi, comme dans l’APP, l’APE confronte dès le départ les étudiants à la résolution de tâches avancées (Okubo et coll., 2012), mais au contraire de l’APP, l'APE est une stratégie hautement structurée qui demande une rétroaction fréquente de la part du facilitateur. Par ailleurs, au contraire de l'APP, l'APE demande que les équipes soient formées par le facilitateur, qui s'assure que des étudiants plus expérimentés se retrouvent dans toutes les équipes (Parmelee et Hudes, 2012).

Type de stratégie

L’APP peut être considéré comme une macrostratégie s'il sert à organiser l’ensemble des activités d’un cours ou d’un programme d’études. En même temps, l’APP peut être une microstratégie si on l’applique pour quelques activités d’un cours ou d’un programme d’études et si d’autres activités sont basées sur les techniques narratives (les cours traditionnels).

Types de connaissances

L’APP vise à développer plusieurs types de connaissances (Downing, Kwong, Chan, Lam et Downing, 2009; Gijbels et coll., 2005, cité dans Walker et Leary, 2009; Newman, 2005) :

- Connaissances déclaratives: lors de l'identification et de la définition des concepts liés au problème à résoudre, lorsque des exemples de concepts doivent être déterminés et lorsque les étudiants identifient les relations entre ces concepts;

- Connaissances procédurales et conditionnelles : lorsque dans le cadre du processus de résolution de problème, les étudiants doivent appliquer des procédures dans des contextes variés, en particulier dans de nouvelles situations. L'activation de ces connaissances implique la mobilisation des connaissances factuelles et procédurales;

- Connaissances métacognitives: notamment lorsque les étudiants doivent examiner et sélectionner les informations pertinentes et les bonnes stratégies, qu'ils doivent raisonner pour répondre aux questions du facilitateur et qu'ils doivent évaluer dans quelle mesure le problème a été résolu.

Compétences visées par l’APP

Selon Newman (2005), l’APP permet de développer les compétences suivantes : l’écoute active, la résolution de problèmes, la planification stratégique, la gestion du stress, la gestion du changement, le raisonnement critique et créatif, la collaboration efficace en équipe et en groupe, l’auto-évaluation, les préférences personnelles d’apprentissage, les capacités à apprendre les concepts, règles et théories, la créativité, la gestion du temps, les compétences relationnelles, l’adaptation d’une approche plus universelle ou holistique, l’apprentissage autoguidé, l’obtention de critères d’évaluation, la définition de problèmes réels, la capacité à reconnaître les éléments prioritaires dans une situation donnée, la prise de décision, la capacité à gérer des conflits, le développement de l’empathie par rapport à un autre point de vue (Newman, 2005, p.13).

Au centre de l’APP se situe le chaînage arrière (ou raisonnement arrière ou raisonnement rétrograde). C’est une méthode d’interférence qui commence par une liste d'objectifs ou d'hypothèses et qui fonctionne à l'envers, de la conséquence à l'antécédent, pour voir s'il y a des données disponibles qui soutiennent l'une de ces conséquences (Russell et Norvig, 2009, p.337, cité dans Wikipédia: http://fr.wikipedia.org/wiki/Cha%C3%AEnage_arri%C3%A8re). Dans le contexte du raisonnement clinique, cette méthode permet de tester les hypothèses des diagnostics préliminaires et, par l’entremise du modèle probabiliste des principes, de déterminer si les symptômes observés devraient être présentés si le diagnostic est correct (Hmelo et al., 1997, cité dans Walker et Leary, 2009, p.15).

Selon Yaqinuddin (2013), les connaissances qui sont acquises dans un contexte authentique ou pertinent sont plus faciles à retenir. Les connaissances qui sont acquises par l’utilisation d’exemples pratiques aident à la reconnaissance de schémas, tandis que l’utilisation de connaissances préalables favorise le traitement de la nouvelle information (Yaqinuddin, 2013).

Exemples de son utilisation

Au Canada (Québec), l'Université du Québec à Montréal offre le baccalauréat en biologie entièrement basé sur l'APP (http://www.etudier.uqam.ca/programme?code=7013). Les études en médecine à l'Université de Sherbrooke (http://www.usherbrooke.ca/doctorat-medecine/programme/phases-i-et-ii/apprentissage-par-problemes/) utilisent également cette stratégie. De plus, l'Université de Sherbrooke applique l'approche par problèmes et par projets pour le baccalauréat en génie électrique et informatique (http://www.usherbrooke.ca/gelecinfo/fr/prog-etudes/appi/). Au niveau collégial, dans le domaine de la physique, il y a un site qui propose des ressources pédagogiques inspirées de l'APP aux enseignants des cégeps québécois : http://www.ccdmd.qc.ca/catalogue/apprentissage-par-problemes-en-physique-au-collegial

Description

L'apprentissage par problème est une stratégie où les apprenants travaillent ensemble à résoudre un problème pour lequel ils n'ont reçu aucune formation particulière, de façon à faire des apprentissages de contenu et de savoir-faire, à découvrir des notions nouvelles de façon active (il s’instruit lui-même) en y étant poussé par les nécessités du problème soumis (Wikipédia, 2021).

La problématique et les origines de la conception de l’APP

Historiquement, l'APP a été appliqué dans les facultés de médecine pour répondre à l’ennui des étudiants, à leur incapacité à appliquer les connaissances théoriques dans un contexte clinique et au manque de compétences professionnelles des nouveaux diplômés (Newman, 2005). La McMaster University, en Ontario, est la pionnière qui a introduit l’APP dans son programme d’études en 1969. Vingt ans plus tard, plus de 20 facultés médicales aux États-Unis avaient intégré l’APP dans leurs programmes d’études (Yaquinuddin, 2013).

Les conditions de la mise en œuvre

Selon la définition de Barrows (1996, cité dans Walker et Leary, 2009), l’APP repose sur les prémisses suivantes :

• Les problèmes mal structurés sont présentés comme non résolus pour que les étudiants génèrent leurs idées à la fois sur les causes du problème et sur ses solutions possibles (Barrow, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009). Vu que ces problèmes n’ont pas nécessairement une seule réponse correcte, les étudiants devraient explorer des pistes de solution multiples (Hmelo-Silver et Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009). Dans le cas de problèmes mal structurés, Jonassen (1997, cité dans Smith et Ragan, 2005) propose aux apprenants de procéder en trois étapes : 1) générer des solutions possibles aux problèmes; 2) évaluer la viabilité des solutions alternatives en construisant leurs arguments et en exprimant leurs valeurs personnelles; 3) explorer la marge de manœuvre de la solution au problème.
• Dans une approche centrée sur l’apprenant, ce sont les apprenants qui déterminent ce qu’ils ont besoin d’apprendre. Autrement dit, les apprenants ont la responsabilité de définir les aspects clés du problème, les écarts entre tout ce qu’ils savent et tout ce qui devrait être découvert (Barrows, 2002; Hmelo-Silver et Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009).
• Les enseignants agissent comme facilitateurs ou tuteurs dans le processus d’apprentissage. Leur rôle est de susciter la curiosité des apprenants en les confrontant à des questions métacognitives. Graduellement, les facilitateurs diminuent leur influence dans les sessions subséquentes (Barrows, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009). Les techniques narratives sont sacrifiées en faveur des techniques interrogatives (Hmelo-Silver et Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009). Aussi, pour stimuler l’intérêt des apprenants, les enseignants peuvent utiliser des tableaux graphiques, des capsules vidéos, des simulations et des tutoriels basés sur les scénarios (Parmelee Hudes, 2012).
• L'authenticité du problème en contexte réel est le critère selon lequel les problèmes sont choisis (Barrows, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009). Les problèmes sont interdisciplinaires par leur nature, ce qui demande aux étudiants d’explorer les sujets multiples pour élaborer une solution opérable au problème (Barrows, 1996, cité dans Walker et Leary, 2009).
• L’apprentissage se fait en petits groupes (Barrows, 2002; Hmelo-Silver et Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009).

Les étapes de l’APP

D’après les études sur l’efficacité de l’APP dans le contexte de l’école polytechnique de Singapour, Yew et Schmidt (n.a.) ont distingué cinq phases du processus d’apprentissage : 1) analyse des problèmes en équipe; 2) apprentissage autoguidé; 3) rencontre de l’équipe avec le facilitateur; 4) travail en équipe sans facilitateur; 5) rapport des résultats de l’équipe. Durant tout le processus d’apprentissage, les étudiants ont la possibilité de consulter des documents en ligne.

À la Faculté de la médecine et des sciences de la santé de l'Université de Sherbrooke, le programme de formation en apprentissage par problèmes est basé sur les neuf étapes suivantes :(https://www.usherbrooke.ca/doctorat-medecine/programme/phases-i-et-ii/apprentissage-par-problemes/)

Le chercheur Siedentop (1994) dit quant à lui que l'apprentissage par problèmes comporterait quatre phases que l'intervenant doit respecter :

Phases de l'enseignement par problèmes
La phase de la formulation du problème
1. L'intervenant énonce d'abord un problème de façon claire et concise. 2. Il vérifie la compréhension des apprenants en rapport avec le problème posé. 3. Il organise et sollicite la participation des apprenants.
La phase d'exploration
1. L'intervenant observe attentivement les solutions trouvées par les apprenants. 2. Il encourage l'exploration et rappelle, au besoin, les critères qui délimitent le problème. 3. Il donne du rétroaction sur les réponses émises par les apprenants.
La phase du bilan
1. L'intervenant fait la collecte des solutions trouvées en permettant à des apprenants de démontrer leurs réponses à l'ensemble du groupe. 2. Il questionne les apprenants sur la pertinence des solutions présentées.
La phase d'exploitation
1. L'intervenant encourage l'exploitation de plusieurs solutions jugées pertinentes. 2. Il observe la qualité des réponses des apprenants. 3. Il donne de la rétroaction sur les réponses émises par les apprenants.

Conditions favorisant l’apprentissage

Newman (2005) constate que selon l'APP, les compétences des apprenants se développent au cours du processus d’exécution des huit tâches suivantes : « 1) explorer le problème (clarifier les termes et concepts qui ne sont pas compréhensibles, créer des hypothèses, identifier des sujets à étudier); 2) identifier tout ce qu’ils savent déjà par rapport à la situation problème et ce qui peut être pertinent pour résoudre cette dernière; 3) identifier tout ce qu’ils ne savent pas par rapport à la situation problème; 4) en groupe, prioriser les besoins d’apprentissage, élaborer les objectifs d’apprentissage généraux et spécifiques, allouer des ressources entre les membres du groupe; 5) se lancer dans une quête autoguidée de connaissances; 6) retourner au travail en équipe pour partager entre les membres les nouvelles connaissances; 7) appliquer des connaissances (essayer d’intégrer des connaissances acquises à l’explication compréhensive), 8) réfléchir sur tout ce qu’ils ont appris et sur le processus d’apprentissage » (Traduction libre, p.15).

Résultats de recherche sur l’efficacité de l’APP Même si l’APP a obtenu la reconnaissance de l’Association of Medical Colleges et World federation of Medical education, les résultats de recherche sur son efficacité sont plutôt mitigés (Yaquinuddin, 2013).

Les avantages de l’APP

Premièrement, selon Smith et Ragan (2005), l’avantage principal de l’APP serait qu'elle augmente l’intérêt et la motivation des étudiants par rapport à l’apprentissage. Cet objectif peut être atteint par l’entremise de la présentation d’un problème intéressant et difficile.

Deuxièmement, les résultats de l’étude sur l’efficacité de l’APP à l’école polytechnique de Singapour démontrent l’impact du facilitateur sur l’apprentissage. En effet, le nombre le plus élevé de concepts pertinents a été généré à la phase 3, durant laquelle les apprenants ont travaillé en équipe en consultant le facilitateur. Le nombre total de concepts étudiés en ligne était le plus haut aussi durant cette phase (Yew et Schmidt, n.a.). En même temps, les résultats de cette recherche soulignent l’importance de l’interaction verbale lors du travail en équipe même sans la participation active du facilitateur. Le nombre le plus élevé de nouveaux concepts a été généré durant la phase 1, lorsque les apprenants ont travaillé en équipe et qu'ils n'avaient pas été préparés à l’avance. Comme les résultats de la recherche le révèlent, la verbalisation, soit la possibilité d’expliquer les idées aux autres apprenants, aide plus à leur compréhension du contenu que le travail autonome (phase 2).

Finalement, selon les études de Barrows (1986, cité dans Walker et Leary, 2009), il y a un lien entre les types de méthodes de l’APP et l’efficacité de l’apprentissage. Ainsi, Barrows distingue six types de méthodes de l’APP : les cours qui intègrent les études de cas, les cours basés sur les études de cas, les études de cas modifiées, les cours basés sur les problèmes de type interrogation ouvert et les cours basés sur les problèmes de type interrogation structurée avec la rétroaction (« closed-loop problems »). Comme les résultats de la recherche de Barrows le démontrent, la méthode basée sur l’interrogation structurée est la plus efficace en termes d’amélioration de l’apprentissage par rapport à d’autres méthodes (Barrows, 1986, cité dans Walker et Leary, 2009).

Les inconvénients de l’APP

Du point de la vue de la théorie de la charge cognitive, l’APP est critiqué pour la surcharge de la mémoire de travail lorsque l’apprenant doit traiter plusieurs principes et procédures simultanément pour trouver une meilleure solution aux problèmes multiples (Yaquinuddin, 2013).

Comme Jonassen (2000, cité dans Walker et Leary, 2009) le dénonce, l’APP met l’accent sur la résolution de problèmes sans un examen des problèmes sous-jacents.

Certaines études révèlent les faiblesses de l’APP. Par exemple, selon une méta-analyse de Kalain et al. (1999, cité dans Yaquinuddin, 2013) qui comparent les effets de l’APP sur la performance dans le National Board of Medicine Examination (NBME), les étudiants qui ont étudié selon l’APP ont démontré de meilleurs résultats dans la partie clinique de l’examen et de plus faibles résultats dans la partie théorique . Quant à elles, les études de Collivier (2000, cité dans Yaquinuddin, 2013), bien qu'elles présentent des biais méthodologiques, n’ont démontré aucun avantage de l’APP sur la performance dans le NBME sauf en ce qui concerne l'acquisition de compétences relationnelles.

Niveau d’expertise des apprenants

Les apprenants peuvent être novices, intermédiaires ou experts, dépendamment du niveau de difficulté du problème proposé (Parmelee et Hudes, 2012). Dans le contexte des études médicales, l’APP peut être appliqué par l’entremise de tutoriels basés sur l’apprentissage par problèmes (en ligne ou sur document papier) à partir des premières années de la formation universitaire. Ces tutoriels visent non seulement à développer des compétences de résolution de problèmes de façon individuelle et en petits groupes, mais à préparer les étudiants pour la prochaine étape : l’apprentissage en équipes. Ces connaissances préalables devraient les aider à générer des idées quant aux solutions aux problèmes présentés dans la classe durant l’étape de l’apprentissage en équipes. Cette séquence est appliquée, par exemple, à la "Tokyo Women’s Medical University (Okubo et coll., 2012). D’après les études sur l’application de l’APP de Van den Hurk et coll. (1999, cité dans Yew, n.a.), les étudiants avancés sont plus autonomes par rapport aux étudiants de première année. De plus, ceux qui ont étudié au-delà des questions discutées dans le groupe de travail ont démontré des meilleurs résultats durant la phase de l’analyse des problèmes.

Type de guidage

Selon l’APP, l’enseignant joue un rôle de facilitateur, dont la tâche principale est de diriger les apprenants vers l’apprentissage autoguidé par l’entremise de questions posées. Selon cette stratégie, l’enseignant est un membre égal aux apprenants, qui sont principalement responsables des résultats de leur apprentissage. Comme les approches socioculturelles le démontrent, le facilitateur devrait initier les apprenants à la communauté de pratique par l’entremise de l’intériorisation de la langue et des valeurs de la communauté (Newman, 2005). En même temps, d’autres étudiants plus expérimentés peuvent jouer un rôle de tuteur par rapport aux autres étudiants. Ce dernier type de guidage rapproche l’APP de la stratégie d'apprentissage assisté par les pairs.

Type de regroupement des apprenants

Habituellement, l’apprentissage selon l'APP se déroule en petits groupes (entre 5 et 10 membres) (Newman, 2005). Certains chercheurs affirment que de petits groupes peuvent faciliter l’apprentissage en créant un environnement d’apprentissage favorable qui soutient le développement cognitif et métacognitif (Benson, Noesgaard, Drummond-Young, 2001, cité dans Newman, 2005). Voici le tableau qui présente les liens entre les structures en petits groupes, le processus que ces structures facilitent et les résultats d’apprentissage :

Source: Newman, 2005, p. 17.

Milieu d’intervention

Cette stratégie est souvent utilisée au niveau des études supérieures dans les domaines médicaux, scientifiques et technologiques. Comme Smith et Ragan (2005) le constatent, les structures des écoles qui donnent une formation professionnelle sont mieux adaptées à la mise en œuvre réussie de l’APP que les écoles publiques secondaires K-12 (Smith et Ragan, 2005).

Conseils pratiques et exemples d’utilisation

Afin de diminuer l’impact négatif de la surcharge cognitive des stratégies pédagogiques, ce qui est principalement dû à la présentation simultanée de nouveaux problèmes et de principes, le conseiller pédagogique devrait limiter le nombre de problèmes. Cela permettra aux apprenants d’utiliser moins de principes. Par exemple, comme Smith et Ragan (2005) le suggèrent, durant un cours, les apprenants peuvent apprendre comment appliquer un principe en particulier et, ensuite, ils peuvent apprendre comment appliquer tous les principes ensemble. Dans plusieurs cas, il est préférable que les apprenants réussissent à apprendre ces principes d’une façon automatique avant qu’ils les appliquent dans un contexte de résolution de problèmes. La question « comment peut-on mieux traiter les connaissances préalables dans les environnements d’apprentissage basé sur les problèmes » a été discutée en détail par Dick (1992) et Perkins (1992) dans le contexte du constructivisme (Smith et Ragan, 2005, p.221).

Vu que les connaissances préalables jouent un rôle très important dans l’APP, les enseignants devraient accorder davantage de temps à la révision :

• des connaissances factuelles liées à la terminologie et aux éléments spécifiques du domaine;
• des connaissances conceptuelles liées aux stratégies générales, aux principes de la résolution des problèmes;
• des connaissances procédurales liées aux techniques et méthodes d'utilisation de principes liés aux problèmes spécifiques au domaine.

Un facilitateur peut réviser ces connaissances, soit d’une façon directe (en mettant l’information pertinente où c’est approprié), soit d’une façon indirecte (en posant des questions lorsque les apprenants pratiquent la résolution de problèmes) (Smith et Ragan, 2005).

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Veille informationnelle (ressources disponibles pour améliorer la fiche)

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