Carte conceptuelle

Avancé

Appellation en anglais

Concept map

Stratégies apparentées

carte de connaissances

organisateur graphique

cercles conceptuels

résumé

prise de notes

Synonymes : les représentations externes du type "carte conceptuelle" sont également nommées « réseau de connaissances » knowledge network, « réseau sémantique » semantic network, « carte de connaissances » knowledge map, ou «carte mentale"

Type de stratégie

Microstratégie

Types de connaissances

La construction des cartes conceptuelles vise à favoriser l'apprentissage des connaissances conceptuelles et, de façon accessoire, factuelles. Elle est également proposée en tant que stratégie d'apprentissage sensée aider les apprenants à améliorer leurs connaissances métacognitives.

Cette stratégie de représentation des connaissances, considérée comme « indépendante du domaine » est utilisée surtout en sciences naturelles et en sciences humaines : en biologie et en écologie (Barenholz et Tamir, 1992 ; Chang, Sung et Chen, 2001 ; Martin, Mintzes et Clavijo, 2000 ; Rye et Rubba, 1998 ; Spiegel et Barufaldi, 1994 ; Wallace et Mintzes, 1990), en médecine (Heeren et Kommers, 1992 ; Mahler, Hoz, Fischl, Tovly, et Lernau, 1991), en sciences de la santée (Pudelko et al, 2013), en chimie (Markow et Lonning, 1998), mais aussi en psychologie (Chmielewski et Dansereau, 1998 ; Holley et Dansereau, 1984b), en sciences de l’éducation (Daley, 2002 ; De Simone, Schmid, et McEven, 2000 ; Fischer et Mandl, 2001) et en histoire (Karasavvidis, 2004). Plusieurs recherches ont exploré la construction de cartes conceptuelles dans des contextes de la formation à distance (Bernard et Saidu, 1992 ; De Simone et al., 2000).

Description

Le terme "carte conceptuelle" (concept map) qui était autrefois interchangeable avec d’autres termes tels que knowledge map, semantic map, cognitive map, mind map, réfère aujourd’hui à une technique spécifique de construction des représentations graphiques sous forme de réseau, élaborée par Novak au début des années 1980 dans le cadre d’un projet mené à l’Université Cornell (Novak et al., 1981). Comme le signalent Basque et Pudelko (2004), Novak a demandé un droit de propriété (US trademark) sur le terme « carte conceptuelle » (Novak, 1998, p. iv), qu'il a cependant abandonné.

Aujourd'hui, la carte conceptuelle élaborée selon la méthode de Novak, est devenue une représentation graphique des connaissances probablement la mieux connue et la plus étudiée dans le monde éducatif,comme en témoigne la tenue des trois conférences internationales (réf). Cette popularité s'explique en partie par la création de plusieurs outils logiciels dédiés à la construction des cartes conceptuelles. Parmi ces outils, Cmap Tools - dont les concepteurs se réclament explicitement de l'approche de Novak (ref). La convivialité, la facilité d’usage et la gratuité de Cmap Tools a grandement contribué à la croissance de la communauté de ses utilisateurs dans le milieu éducatif.

Élaborer une carte conceptuelle consiste à créer une représentation graphique prenant la forme d’un réseau de nœuds et d’arcs, où les nœuds représentent les idées importantes, les connaissances (les concepts) et les arcs, les liens entre les connaissances. Les connaissances sont représentées au moyen d’un mot ou d’un ensemble de mots, souvent placés à l’intérieur d’une forme géométrique, alors que les relations sont représentées par des traits qui peuvent être orientés au moyen d’une flèche, visant à spécifier la direction de la relation représentée. Les relations entre les connaissances sont habituellement spécifiées par des étiquettes textuelles placées sur les traits (Pudelko, 2006).

Un exemple de carte conceptuelle représentant l'ensemble de propositions sur le concept de "carte conceptuelle" peut être consulté sur le site de CMapTools.

La plupart des applications et des recherches portant sur la construction de cartes conceptuelles à des fins d’apprentissage se sont développées dans le courant de la « cartographie conceptuelle » (concept mapping), initié et développé par Novak (Novak, 1978 ; Novak et Gowin, 1984) sur la base de la théorie de l’apprentissage significatif d’Ausubel (Ausubel, 1968). Dans la théorie d'Ausubel, le plus important facteur dans l’apprentissage est ce que l’apprenant sait déjà. Comme le souligne Giordan,

pour Ausubel (1968), tout est affaire de mise en liaison, et cette dernière est facilitée par l'existence de « ponts cognitifs» qui rendent l'information signifiante par rapport à la structure globale préexistante. Pour qu’un apprentissage ait lieu, l’apprenant doit disposer des concepts plus généraux qui se différencieront progressivement au cours de l'apprentissage ( Giordan, 1995, np).

Dans cette approche, l’objectif de la construction de cartes conceptuelles est de favoriser l’apprentissage significatif, défini comme le processus d’assimilation de nouveaux concepts dans des réseaux propositionnels. La signification d’un concept est alors le résultat de l’ensemble des propositions qui peuvent le contenir. Ainsi, la richesse de la signification croît avec le nombre de propositions valides que l’étudiant peut construire (Pudelko, 2006).

Par exemple, «voiture - est composée de - roues » constitue une proposition. Pour Novak (1998), la proposition est l’unité principale de signification :

The meaning we acquire for a given concept is formed from the composite of propositions we know that contain the concept. The richness of meaning we have for a concept increases exponentially with the number of valid propositions we learn that relate that concept to other concepts. (Novak, 1998, p. 40, cit. par Basque et Pudelko, 2004, p. 32).

Dans ses grandes lignes, la méthode de construction de cartes conceptuelles consiste à extraire les concepts introduits dans un matériel d’apprentissage (le plus souvent un texte), mais aussi dans une ou plusieurs leçons magistrales ou dans des travaux pratiques, et à identifier les relations entre ces concepts. Étant donné le succès de la cartographie conceptuelle auprès des enseignants de sciences au primaire et au secondaire, un format standard de création et de présentation de cartes conceptuelles a été présenté et accepté en 1992 à la réunion nationale de l’Association des enseignants de sciences des États-Unis (Wandersee, 1992). Ce format standard propose une démarche de construction d’une carte conceptuelle comportant les étapes suivantes :

• Placer le concept le plus général en haut de la feuille.
• Placer les autres concepts à des niveaux hiérarchiques distincts. Les concepts généraux sont placés en haut et les concepts plus spécifiques plus bas dans la hiérarchie. Les concepts de même niveau sont alignés. L’étiquette de chaque concept doit être entourée d’une forme géométrique simple (ovale, cercle, rectangle).
• Se limiter à 12-15 éléments dans une carte, mais on peut faire des « macrocartes » en reliant plusieurs « microcartes ».
• Créer et étiqueter tous les liens. L’ensemble doit ressembler aux racines d’un arbre.
• Réviser le format de la carte de manière à éviter que les liens ne se croisent.
  

Initialement, l’étiquetage des liens n’était pas présenté comme obligatoire, mais par la suite il a été recommandé de les étiqueter à l’aide de verbes et de « mots de liaison » (par exemple : as , when, that, then, etc.) (Novak, 1990). La direction de la relation peut être indiquée à l’aide d’une flèche, mais, par défaut, la direction de la relation est de haut vers le bas pour exprimer la hiérarchie des concepts, du plus général vers le moins général.

Utilisation pédagogique
La construction de cartes conceptuelles est utilisée surtout comme une stratégie d’apprentissage par les textes, mais elle est également intégrée à d’autres types d’activités d’apprentissage, telles que les travaux pratiques, les cours magistraux et les travaux collaboratifs.

Conditions favorisant l’apprentissage

L’activité de construction de cartes conceptuelles est conçue comme une « stratégie d’apprentissage actif pour des apprenants actifs » (Anderson-Inman et Zeitz, 1993). Dans les situations d'apprentissage par les textes elle permettrait notamment aux apprenants de :

• s’investir dans l’activité de construction d’une représentation conceptuelle du domaine (Holley et Dansereau, 1984b ; Novak et Gowin, 1984) ;
• relier leurs connaissances antérieures aux connaissances représentées dans le texte (Hall, Dansereau, et Skaggs, 1992 ; Holley, Dansereau, McDonald, Garland, et Collins, 1979) ;
• confronter leurs connaissances à celles décrites dans le texte en favorisant l’apparition de conflits cognitifs (Tsai, 2000) ;
• élaborer une représentation schématique du domaine (Edwards et Fraser, 1983 ; Fisher, 2000a ; Hall et al., 1992 ; Holley et Dansereau, 1984a ; Katayama et Robinson, 2000 ; Ruddell et Boyle, 1989) ;
• analyser la structure d’un type de connaissances et de relations conceptuelles (Mioduser et Santa Mar'a, 1995 ; Okebukola, 1990) ;
• « apprendre à apprendre », c’est-à-dire devenir habiles dans les activités de construction de concepts et de systèmes de concepts scientifiques (Novak, 1985 ; Novak et Gowin, 1984).

De très nombreuses recherches ont été publiées sur l'utilisation des cartes conceptuelles en tant que stratégie d'apprentissage.

Trois méta-analyses ont été publiées, réalisées par Moore et Readence (1984), Horton, McConney, Gallo, Woods, Senn, et Hamelin (1993) et Nesbitt et Adesope (2006). Les auteurs de cette dernière méta-analyse (Nesbitt et Adesope, 2006) signalent plus de 500 articles sur les cartes conceptuelles et les représentations apparentées (que l’on peut regrouper sous le terme général de « cartes de connaissances ») dans les journaux avec comité de lecture, dont la plupart après 1997. Il faut cependant souligner que ces deux recensions incluent de très nombreuses études qui portent également sur la lecture, par les étudiants, des cartes conceptuelles construites par les enseignants, soit des organisateurs introductifs.

Comme le souligne Pudelko (2006) les méta-analyses réalisées concluent que les cartes conceptuelles auraient des effets généralement positifs autant sur l’apprentissage que sur l’engagement et l’attitude des étudiants. Cependant, ces conclusions doivent être considérées avec précaution car les méta-analyses confondent les divers types de tâches. Notamment, dans la première méta-analyse réalisée dans le domaine (Moore et Readence, 1984), les auteurs n’ont pas distingué entre les activités de lecture des cartes conceptuelles préconstruites par l’enseignant (donc les organisateurs introductifs) et les activités de la construction active des cartes conceptuelles par les étudiants.

Cette distinction a été prise en considération dans la deuxième méta-analyse du domaine réalisée par Horton et al., (1993). Cette étude qui a comparé les résultats de dix-neuf recherches indique, d’une part, une amélioration des apprentissages réalisés suite aux activités incluant les cartes conceptuelles (la lecture et la construction), et, d’autre part, une légère supériorité des activités d’apprentissage basées sur la stratégie des organisateurs introductifs sur les activités dans lesquelles ce sont les étudiants eux-mêmes qui construisent la carte. Mais en même temps, ces auteurs décrivent un résultat qui va à l’encontre des résultats précédents et qui indique que, dans les situations de construction de cartes par les étudiants, les effets sur l’apprentissage sont plus élevés lorsque les étudiants construisent leurs cartes librement que lorsqu’ils construisent leur carte à partir de concepts-clés fournis par l’enseignant.

Quant à la troisième méta-analyse, celle de Nesbitt et Adesope (2006), elle examine séparément, d’une part, les résultats de vingt-cinq études dans lesquelles les étudiants ont construit ou modifié des cartes conceptuelles et, d’autre part, ceux de trente études dans lesquelles les cartes conceptuelles ont été utilisées au titre d’organisateurs introductifs construits par l’enseignant. Cette méta-analyse indique que la construction des cartes conceptuelles a des effets positifs sur l’apprentissage en comparaison avec des activités d’apprentissage moins exigeantes au plan de l’implication personnelle, telles que par exemple la discussion en classe ou la lecture silencieuse. En revanche, elle ne montre qu’un très léger avantage sur des activités qui impliquent davantage les étudiants, telles que la prise de notes ou la rédaction de résumés.

Nesbitt et Adesope remarquent que, puisque la construction de cartes conceptuelles est fréquemment comparée aux activités peu exigeantes cognitivement, les effets positifs qui sont constatés peuvent constituer un artefact expérimental. C’est pourquoi ils supposent que les bénéfices constatés de la construction de cartes conceptuelles par les étudiants peuvent être attribués principalement au fait qu’elle les fait travailler davantage. D’autre part, ils soulignent que la comparaison des résultats de recherches sur la construction de cartes conceptuelles est problématique à cause de la très grande variété des situations étudiées. Entre autres, ils signalent que toutes les études sur la construction des cartes conceptuelles par les étudiants qu’ils ont examinées dans leur méta-analyse ont eu lieu en contexte naturel, c’est-à-dire en classe. En revanche, la plupart des recherches sur les organisateurs graphiques introductifs ont été réalisées en laboratoire.

Niveau d’expertise des apprenants

La stratégie est adaptée tant au niveau des apprenants débutants qu’intermédiaires. Cependant les résultats de certaines études, dont Wang (2004) et Elliot (1993) démontrent que cette stratégie a peu d’impact, voire moins d’impact qu’une autre stratégie, lorsque les apprenants sont de niveau avancé. En effet, dans leur étude, Osmundson, Chung, Herl, et Klein (1999), ont recruté 54 élèves âgés de 10-11 ans pour créer des cartes de connaissances individuelles dans leur cours de biologie à l’aide d’un logiciel spécialisé en ligne, les élèves du groupe expérimental ont aussi créé des cartes de connaissances collectives durant 3 semaines. Lors des activités de cartes de connaissances, les élèves avaient à créer des cartes à l’aide d’une liste de concepts généraux ainsi que les liens possibles entre ces concepts pour constituer des propositions valables. Les résultats permettent de conclure que l’utilisation en groupe du logiciel de construction de cartes de connaissances comme stratégie pédagogique a permis aux élèves du groupe expérimental d’acquérir plus d’informations scientifiques fondées sur des principes que le groupe contrôle. Au niveau universitaire, l’étude de Wang et Dwyer (2004) proposait de mesurer l’effet pédagogique de trois stratégies de créations de cartes conceptuelles, en tenant compte du niveau de connaissances antérieures avec 290 étudiants suivant un cours de psychologie de l’enseignement et de statistique, dans un environnement en ligne. La première stratégie était l’appariement de concepts, la deuxième était l’identification des propositions et la troisième était la création d’une carte conceptuelle complète. Les résultats démontrent qu’en fonction du niveau de connaissances antérieures, une des stratégies pédagogiques peut être bénéfique alors qu’une autre mène à une surcharge cognitive telle qu’expliqué par Chanquoy, Tricot et Sweller (2007).

Type de guidage

Dans l'approche constructiviste proposée par Novak et Gowin (1984), le guidage de l'enseignant durant l'activité de construction des cartes est restreint. En effet, l'hypothèse directrice de cette approche est que l’apprentissage significatif a lieu lorsque l’apprenant crée lui-même des propositions (c’est-à-dire des unités de signification élémentaires) en reliant deux concepts préalablement nommés à l’aide de « mots de liaison » qu’il doit lui-même déterminer. La construction de la carte est alors réalisée de manière libre : les étudiants construisent la carte conceptuelle en choisissant eux-mêmes les concepts et les relations entre les concepts pour exprimer leur représentation du type de connaissances décrit dans le texte (voir par exemple, Daley, 2002).

D'autres auteurs proposent de concevoir des activités de construction des cartes conceptuelles davantage guidée par l'enseignant. Par exemple, les étudiants construisent la carte à partir d’un certain nombre de concepts-clés et/ou de relations prédéterminés par l’enseignant (voir par exemple, Mahler et al., 1991) ou encore remplissent des cartes « squellettes », c’est-à-dire des réseaux construits par l'enseignant mais « vides » de signification (voir par exemple, Ruiz-Primo et al. 1998, 2001).

• Le guidage offert par les outils de construction des cartes conceptuelles
  

La construction des cartes conceptuelles peut être soutenue et guidée par les outils informatisés divers dont le nombre ne cesse de croître depuis le début des années 1990. Leur objectif est de faciliter la création et la modification de cartes conceptuelles au moyen de fonctions générales d’édition graphique (créer, copier, coller, effacer les objets et les liens, modifier les attributs graphiques, etc.) (Basque, Rogozan, et Pudelko, 2003). La plupart de ces outils permettent de représenter une structure de connaissances sous forme d’un réseau, conçu comme une forme de représentation de structure « libre ». Lorsqu’un type particulier de structure est proposé, il s’agit le plus souvent d’une structure hiérarchique des classes, représentée graphiquement sous la forme d’un arbre ou d’une étoile.
Ainsi, l'outil CMap Tools a été spécialement conçu pour aider à construire les cartes conceptuelles selon l'approche et la méthode proposées par Novak.

Type de regroupement des apprenants

Décrire le type de regroupement préconisé par la stratégie et comment on peut le réaliser. Donner des exemples.

Milieu d’intervention

Décrire dans quel milieu éducatif la stratégie a été utilisée. Donner des exemples.

Conseils pratiques

Dans tous les cas d'utilisation de cette stratégies, il est important de montrer aux apprenants comment utiliser le logiciel de création de carte conceptuelle et de les faire pratiquer pour éviter une surcharge cognitive. Dans son étude, Wang (2004) concluait qu’un atelier de 50 minutes était insuffisant.

Bibliographie

Basque, J., et Pudelko, B. (2004). La co-modélisation des connaissances à l'aide d'un outil informatisé à des fins de transfert d'expertise. Recension d'écrits (Notes de recherche LICEF03NR02). Montréal: Centre de recherche LICEF, Télé-université. ISBN 2-7624-4515-9.

Canas, A. J., Ford, K. M., Novak, J. D., Hayes, P., Reichherzer, T. R., & Suri, N. (2001). Online Concept Maps: Enhancing Collaborative Learning by Using Technology with Concept Maps. Science Teacher, 68(4), 49-51.

Elliott, C. (1993) Effects of Prior Knowledge and Various Rehearsal Strategies on Student Achievement of Different Educational Objectives, unpublished doctoral dissertation, Pennsylvania State University.

Novak, J. D., & Gowin, D. B. (1984). Learning how to learn. Cambridge, USA: Cambridge University Press.

Novak , J. D., & Cañas, A. J. (2006). The Theory Underlying Concept Maps and How to Construct and Use Them. Technical Report IHMC CmapTools 2006-01 Rev 01-2008. Repéré à http://cmap.ihmc.us/Publications/ResearchPapers/TheoryUnderlyingConceptMaps.pdf

Osmundson, E., Chung, G. K. W. K., Herl, H. E., et Klein, D. C. D. (1999). Knowledge Mapping in the Classroom: A Tool for Examining the Development of Students' Conceptual Understanding (CSE Technical Report 507). Los Angeles : CRESST/University of California. Récupéré en ligne au : http://www.compassproject.net/Sadhana/teaching/readings/osmundson.pdf

Pudelko, B., Young, M.,Vincent-Lamarre, P., Charlin,B. (2013). Mapping as a learning strategy in health professions education: a critical analysis. Medical Education,46(12), 1215-1225.

Wang, C. X., et Dwyer, F. M. (2004). Effects of three concept mapping strategies and prior knowledge in a web-based learning environment. Journal of Educational technology systems, 32(4), 377-397. Récupéré en ligne au : http://baywood.metapress.com/app/home/contribution.asp?referrer=parent&backto=issue,5,8;journal,33,159;linkingpublicationresults,1:300322,1

Webographie

Le site officiel de CMap Tools, permet de télécharger l'outil et offre d'autres informations sur la méthode, l'accès aux conférences internationales etc.

Infobourg: Les cartes mentales… ou l’art de favoriser la réussite des élèves en se simplifiant la vie