Apprentissage par problèmes

en rédaction (avec bibliographie)

Appellation en anglais

Problem-based learning. Selon Barrows, d’autres appelations en anglais de l’apprentissage par problèmes pourraient être « student-centered, inquiry-based, integrated, collaborative, reiterative learning » (Barrows, 2004, cité dans : Newman, 2005, p. 12).

Stratégies apparentées

Il y a quelques stratégies apparentées qui ressemblent à la stratégie d’apprentissage par les problèmes (APP).

Premièrement, l'APP rapproche de la stratégie « caillou dans la mare » de David Merrill qui met au centre d’apprentissage la résolution des problèmes du monde réel. De façon similaire à la stratégie « caillou dans la mare », les critères de la qualité de l'APP sont activités de résolution de problème, activation de connaissances et habilités, démonstration de résolution de problème, application des compétences, intégration des connaissances et métacognition, collaboration, contribution au savoir collectif (http://wiki.teluq.ca/wikitedia/index.php/Pebble-in-the-pond_%28Merrill%29).Contrairement à la stratégie « caillou dans la mare », l’APP ne propose pas la séquence des activités du simple vers le complexe. Par contre, les étudiants au départ font face aux problèmes complexes (problèmes mal structurés) du monde réel et, ensuite, grâce au travail autonome et la discussion avec les paires, ils devraient essayer de les résoudre.

Deuxièmement, l'APP fait penser à la stratégie de l’apprentissage basé sur le cas (ABC). Selon Williams (2005), cette dernière stratégie découle de l’APP. Les deux stratégies tiennent compte des connaissances préalables des apprenants et mettent les étudiants au départ devant le problème à résoudre. La discussion en petits groupes est privilégiée dans ces deux stratégies. En ce qui concerne les différences entre ces deux stratégies, dans l’APP, le rôle du facilitateur est moins important (Srinivasan, Wilkes, Stevenson, Nguyen et Slavin, 2007, p. 74) que dans l’ABC. L’APP a été appelé en tant qu’une approche interrogative ouverte (open inquiry approach), contrairement à l’ABC qui a été appelé en tant qu’une approche interrogative guidée (guided inquiry approach) (Srinivasan et coll., 2007, p. 74). 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 étudiants sont plus propices à faire les erreurs et à perdre leur temps (Srinivasan et coll., 2007, p. 75).

Troisièmement, l’APP rappelle aussi la stratégie de l’apprentissage par équipe (APE) (team-based learning). On peut caractériser l’APP comme une de formes particulières de cette stratégie, vu leurs ressemblances significatives. Comme Okubo et coll. (2012) le définissent dans le contexte des études médicales, l’APE est une stratégie pédagogique qui fournit aux étudiants les possibilités de résoudre les problèmes (Okubo, Ishiguro, Suganuma, Nishikawa, Takubo, Kojimahara, Yago, Nunoda, Sugihara et Yoshioka, 2012, p. 23). En travaillant en équipe, les apprenants sont mieux capables de résoudre des problèmes complexes par l’entremise des tâches répétitives, de la lecture, des tests individuels et en groupe, des discussions à l’intérieur de l’équipe et entre les équipes, ainsi que de la rétroaction du facilitateur (Okubo et coll, 2012, p. 23). 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 pas beaucoup de l’expérience clinique (ou pratique) (Okubo et coll, 2012, p. 24). Autrement dit, la préparation individuelle est la condition préalable importante pour travailler efficacement dans les équipes et résoudre des problèmes. Comme dans l’APP, dans l’APE, les étudiants sont confrontés au départ à la résolution des tâches avancées (Okubo et coll, 2012, p. 23). Par contre, l’APE se distingue de l’APP par la structure plus détaillée de la supervision. Comme Parmellee et Hudes le constatent, l’APE est une stratégie hautement structurée qui demande la rétroaction fréquente de la part du facilitateur (Parmelee et Hudes, 2012, p.411). Une autre particularité de l’APE qui le distingue de l’APP est le fait que dans l'APE les équipes sont formées par le facilitateur qui distribue également des étudiants les plus expérimentés à travers de toutes les équipes. Les étudiants ne sont pas autorisés de former leur équipe par eux-mêmes (Parmelee et Hudes, 2012, p.412).

Type de stratégie

L’APP peut est considéré en tant qu’une macrostratégie, si elle est utilisée pour l’ensemble des activités d’un cours ou d’un programme d’étude. 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 des connaissances à plusieurs niveaux (Gijbels et coll., 2005, cité dans Walker et Leary, 2009, p. 14):

• au niveau de concept (lorsqu’il faut définir, identifier ou générer des exemples des concepts fondamentaux);
• au niveau de principe (lorsqu’il faut révéler des relations entre ces concepts);
• au niveau d’application (lorsqu’il faut appliquer des conditions et des procédures en particulier dans de nouvelles situations, ce qui mobilise des connaissances de concepts et de principes (ou des connaissances déclaratives et procédurales) pour atteindre un objectif d’apprentissage (Walker et Leary, 2009, pp. 14-15).
• au niveau d’évaluation lorsque les étudiants portent un jugement critique sur ces connaissances et les façons de choisir les meilleurs techniques de raisonnement.

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 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 diagnostiques 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, les connaissances qui sont acquises dans le contexte authentique ou pertinent sont plus faciles à retenir. Les connaissances qui sont acquises par l’utilisation des exemples pratiques aident à la reconnaissance des schémas, tandis que l’utilisation des connaissances préalables aide au traitement de la nouvelle information (Yaqinuddin, 2013, p.83).

Exemples de son utilisation

Au Canada, Québec, l'Université du Québec à Montréal offre le BAC en biologie entièrement en APP (http://www.etudier.uqam.ca/programme?code=7013). Les études de médecine à l'Université de Sherbrooke (http://www.usherbrooke.ca/doctorat-medecine/programme/phases-i-et-ii/apprentissage-par-problemes/) utilise également cette méthode d'enseignement. Également l'université de Sherbrooke applique l'approche par problèmes et par projets pour le BAC 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 par l'APP aux enseignants des cégeps à Québec: http://www.ccdmd.qc.ca/catalogue/apprentissage-par-problemes-en-physique-au-collegial

Description

La problématique et les origines de conception de l’APP

L’APP a été historiquement appliqué dans les facultés des médecines aux États-Unis. McMaster University en Ontario était le pionnier qui a introduit l’APP dans son programme d’études en 1969. 20 ans plus tard, plus de 20 facultés médicales aux États-Unis a intégré l’APP dans leurs programmes d’études (Yaquinuddin, 2013, p. 83). Les raisons d’être de cette décision étaient l’ennui des étudiants, leur incapacité d’appliquer les connaissances théoriques dans le contexte clinique et le manque des compétences professionnelles de nouveaux diplômés (Newman, 2005, p. 12).

Les conditions de la mise en œuvre

Selon la définition de Barrows (1996, cité dans: Walker et Leary, 2009, p.13), l’APP se 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 leurs solutions possibles (Barrow, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009, p.13). Vu que ces problèmes n’ont pas nécessairement la seule réponse correcte, les étudiants devraient explorer des pistes multiples de solution (Hmelo-Silver & Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009, p. 14). Dans le cas des problèmes mal stucturés, Jonassen propose aux apprenants de parcourir trois étapes : 1) générer de solutions possibles de problèmes; 2) évaluer la viabilité des solutions alternatives en construisant leurs arguments et en exprimant leurs valeurs personnelles; 3) explorer le marge de manœuvre de la solution du problème. (Jonassen, 1997, p. 81, cités dans Smith et Ragan, 2005, p. 221) • L’approche centrée sur l’apprenant selon laquelle ce sont les apprenants qui déterminent ce qu’ils ont besoin d’apprendre. C’est une responsabilité des apprenants de définir les aspects clés du problème, les écarts entre tous ce qu’ils savent et tout ce qu’il devrait être découvert (Barrows, 2002, Hmelo-Silver & Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009, p. 14). • Les enseignants agissent en tant que facilitateurs ou tuteurs dans le processus d’apprentissage. Leur rôle est d’évoquer la curiosité des apprenants en les confrontant aux questions métacognitives. Graduellement, les facilitateurs diminuent leur influence dans les sessions subséquentes (Barrows, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009 p. 14). Les techniques narratives sont sacrifiées en faveur des techniques interrogatives (Hmelo-Silver & Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary, 2009, p. 14). Pour stimuler un intérêt des apprenants, les enseignants peuvent utiliser les tableaux graphiques, les capsules vidéos et les simulations. • L'authencité du problème au contexte réel est le critère selon lequel les problèmes sont choisis (Barrows, 2002, cité dans Walker et Leary, 2009,p. 14). Les problèmes sont interdisciplinaires par leur nature, ce que demande les étudiants d’explorer les sujets multiples pour élaborer une solution opérable au problème. (Barrows, 1996, cité dans Walker et Leary 2009, p.14) • L’apprentissage se passe dans de petits groupes (Barrows, 2002, Hmelo-Silver & Barrows, 2006, cité dans Walker et Leary 2009, p. 14)

Les étapes de l’APP

Selon les études sur l’efficacité de l’APP dans le contexte de l’école polytechnique à Singapore, Yew et Schmidt 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 (Yew et Schmidt, n.a., p. 11). Durant tout le processus d’apprentissage, les étudiants ont de la possibilité de consulter les documents en ligne.

Conditions favorisant l’apprentissage

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

Conditions qui permettent d’atteindre ces compétences Newman constate que ces compétences se développent dans le processus de l’exécution de huit tâches suivantes que des apprenants devraient faire selon la stratégie de l’APP : 1) explorer le problèmes (clarifier les termes et concepts qui ne sont pas compréhensibles créer les hypothèses identifier des sujets à étudier), 2) identifier tout ce qu’ils savent déjà et ce que peut-être pertinent pour la résolution de problèmes; 3) identifier tout ce qu’il ne savent pas; 4) en tant que groupe, les apprenants devraient prioriser les besoins d’apprentissage, élaborer les objectifs d’apprentissage généraux et spécifiques, allouer des ressources entre les membres; 5) se lancer dans une quête autoguidée de connaissances; 6) retourner à l’équipe pour partager de nouvelles connaissances d’une façon efficace, pour informer tous les membres d’équipe; 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 (Newman, 2005, 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, p. 83).

Les avantages de l’APP Premièrement, selon Smith et Ragan, l’avantage principal de l’APP pourrait être une augmentation de l’intérêt de de la motivation des étudiants relatif à l’apprentissage. Cet objectif peut être atteint par l’entremise de la présentation d’un problème intéressant et difficile (Smith et Ragan, 2005, p. 233, p.223).

Deuxièmement, les résultats de l’étude sur l’efficacité de l’APP à l’école polytechnique à Singapour démontrent l’importance de l’impact du facilitateur sur la performance d’apprentissage. Le nombre le plus élevé de concepts pertinents a été généré durant la phase 3, durant laquelle les apprenants ont travaillé en équipe en consultant avec le facilitateur. Le nombre total de concepts étudiés en ligne était le plus haut aussi durant cette phase (Yew et Schmidt, n.a., p. 17) . En même temps, les résultats de cette recherche soulignent l’importance de l’interaction verbale du travail d’équipe, sans 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 pour laquelle ils n’ont pas été préparés en avance. Comme les résultats de la recherche le révèlent, la verbalisation, soit la possibilité d’expliquer les idées aux autres apprenants, aide à leur compréhension du contenu plus que le travail autonome (la 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 d’apprentissage. 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 d’interrogation ouverte, les cours basés sur les problèmes de type d’interrogation structurée avec la rétroaction (« closed-loop problemes »). 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, p. 25).

Les inconvénients de l’APP Du point de la vue de la théorie de charge cognitive, l’APP est critiqué pour la surcharge du mémoire de travail, lorsque l’apprenant devrait traiter plusieurs principes et procédures simultanément pour trouver une meilleure solution aux plusieurs problèmes (Yaquinuddin, 2013, p. 83).

Comme Jonassen le dénonce, l’APP met l’accent sur la résolution de problèmes sans un examen des problèmes sous-jacents (Jonassen, 2000, cité dans : Walker et Leary, 2009, p. 15)

Il y a certaines études qui révèlent les faiblesses de l’APP. Selon les études de Kalain et al. qui comparaient les effets de l’APP sur la performance dans National Board of Medicine Examination (NBME), les étudiants qui ont étudiés selon l’APP ont démontré de meilleurs résultats dans la partie clinique de l’examen et les plus faibles résultats dans la partie théorique (Yaquinuddin, 2013, p. 83). Les études de Collivier n’ont démontré aucun avantage de l’APP sur performance dans le NBME sauf la partie qu’ont évalué les compétences relationnelles (Yaquinuddin, 2013, p. 84).

Niveau d’expertise des apprenants

Novices, intermédiaires ou experts. Dépendamment du niveau de difficulté du problème proposé. Dans le contexte des études médicales, l’APP a été appliqué aux étudiants qui ont déjà acquis la base théorique, d’où on peut les classifier en tant qu’étudiants intermédiaires ou avancés. Ces connaissances préalables devraient les aider de générer les idées sur des solutions des problèmes présentés dans la classe.

Type de guidage

Selon l’APP, l’enseignant joue un rôle du facilitateur, dont la tâche principale est de diriger les apprenants vers l’apprentissage autoguidé par l’entremise des questions. Selon cette approche, l’enseignant est un membre égal aux apprenants qui sont les premiers responsables pour les résultats de leur apprentissage. Comme les approches socioculturelles l’affirment, le facilitateur devrait initier des apprenants à la communauté de pratique par l’entremise de l’intériorisation de langue, des valeurs de la communauté. (Newman, 2005, p. 14). En même temps, d’autres étudiants plus expérimentés peuvent jouer un rôle du tuteur par rapport aux autres étudiants. Ce dernier type de guidage rapproche l’APP à la stratégie du tutorat par les pairs.

Type de regroupement des apprenants

Habituellement, l’apprentissage, selon l'APP, se déroulent dans de petits groupes, environ entre 5 et 10 membres (Newman, 2005, p. 16). Certains chercheurs affirment que de petits groupes peuvent faciliter l’apprentissage en créant l’environnement d’apprentissage favorable qui soutient le développement cognitif et métacognitif (Benson, Noesgaard, Drummond-Young, 2001, cité dans Newman, 2005, p.17). Voici le tableau qui représente des liens entre des structures de petits groupes, le processus que ces structures facilitent et les résultats d’apprentissage :

Source Newman, 2005, p. 17

Milieu d’intervention

Cette stratégie peut être utilisée dans divers domaines, de l'école primaire à des écoles d'ingénierie. Au niveau des études supérieures on la retrouve souvent dans les domaines médicaux, scientifiques et technologiques. Comme Smith et Ragan le constatent, les structures des écoles qui donne une formation professionnelle sont mieux adaptés à la mise en œuvre réussie de l’APP que les écoles publique secondaires K-12 (Smith et Ragan, 2005, p 233, p.223).

Conseils pratiques

Dans la mesure du possible, fournir des conseils, des « trucs » ou des « astuces » en lien avec des exemples issus de la pratique « réelle » de cette stratégie.

Afin de diminuer un impact négatif de la surcharge cognitive de stratégies pédagogiques, ce qui est principalement dû à la présentation simultanée de nouveaux problèmes et des 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 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 de cas, il est préférable que les apprenants réussissent à apprendre ces principes d’une façon automatique avant de les appliquer dans le contexte de la résolution du problème. La question comment peut-on mieux traiter les connaissances préalables dans les environnements d’apprentissage basé sur les problèmes a été discuté en détail par Dick (1992) et Perkins (1992) dans le contexte du constructivisme (Smith et Ragan, 2005, p.221).

Vu que des connaissances préalables jouent un rôle très important dans l’APP, les enseignants devraient accorder davantage de temps à la révision: • des connaissances déclaratives liées au domaine, pour que les apprenants comprennent mieux la nature de problème; • des stratégies générales de la résolution des problèmes, en suggérant les schémas et des modifications qui sont appropriées au domaine; • des types et sources de principes (et les concepts qui sont associé à eux) liés aux problèmes, pour que les apprenants connaissent les exemples de l’application des principes. Un facilitateur peut réviser ces connaissances soit d’une façon directe (en mettant l’information pertinente où c’est appropriée) soit d’une façon indirecte (en posant les questions, lorsque les apprenants pratiquent la résolution des problèmes) (Smith et Ragan, 2005, p. 224).

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Webographie

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