Impact sur les réalisations, l’auto-efficacité et la métacognition des étudiants de premier cycle en biologie
Ce qui suit est une réimpression de l’article de la revue « La cartographie conceptuelle comme stratégie d’apprentissage: Impact on undergraduate biology students’ achievement, self-effectiveness, and metacognition « , écrit par la Dre Catherine Martin-Dunlop et initialement publié sur Research Outreach. Il est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Le texte et les liens ont été reproduits tels quels dans l’article original. Pour plus d’informations sur l’auteur et encore plus de recherches, veuillez visiter le site original via le lien ci-dessus!
La cartographie conceptuelle est une technique d’apprentissage active qui consiste à représenter les connexions entre les idées de manière schématique. Directrice du Centre d’excellence en enseignement et en apprentissage de l’Université d’État de Morgan, la Dre Catherine Martin-Dunlop a mené des recherches sur la stratégie d’apprentissage pour confirmer si elle pourrait être la clé de l’amélioration du rendement scolaire, de l’auto-efficacité et des compétences métacognitives des étudiants de premier cycle sous-représentés en biologie.
Toute personne ayant étudié dans un collège ou une université d’enseignement supérieur se souviendra bien du format de conférence traditionnel de l’enseignement. Votre professeur vous a récité un sujet ou relayé une théorie derrière un lutrin, parfois accompagné de diapositives ou d’une présentation PowerPoint. Vous avez pris frénétiquement des notes, en essayant de capturer tous les points clés, et inévitablement manqué une grande partie de la leçon. Plusieurs fois, vous reveniez à vos gribouillis à une date ultérieure pour constater que vous ne pouviez pas comprendre ce que vous aviez écrit, ou comment un fait était lié au sujet du tout. De même, vous avez peut-être été un étudiant qui a simplement écouté dans l’espoir que certaines informations couleraient (et resteraient!).
Bien que ces méthodes d’apprentissage plus passives conviennent à certains étudiants, il est de plus en plus probable que les instructeurs et les chargés de cours utilisent des techniques d’apprentissage plus actives afin d’aider les étudiants à s’engager et à les motiver et, en fin de compte, à améliorer leurs performances scolaires.
L’une de ces techniques est la « cartographie conceptuelle », une stratégie développée par Joseph D. Novak et l’équipe de l’Université Cornell dans les années 1970 comme moyen de représenter les connaissances scientifiques émergentes des étudiants. Une carte conceptuelle est une façon schématique de représenter les relations entre des idées, des mots ou des images. Les idées, mots ou images clés sont reliés par des flèches avec des mots de liaison qui expliquent la connexion entre deux points, et sont disposés de manière hiérarchique et à plusieurs niveaux. L’objectif de la cartographie conceptuelle est de développer une pensée logique et des compétences d’étude efficaces en révélant les liens entre les choses et en incitant les élèves à penser au-delà des faits et des pensées individuels pour voir la situation dans son ensemble. Cet outil d’apprentissage actif a le potentiel d’augmenter la rétention des connaissances des leçons, car les élèves ne sont plus des destinataires passifs d’informations; les élèves doivent participer avec leur esprit et leur corps tout en apprenant. De plus, en rendant la compréhension (ou l’absence) d’un élève clairement visible sous forme de diagramme, les instructeurs ou d’autres camarades de classe peuvent « voir » le processus de réflexion et d’apprentissage; les erreurs sont facilement identifiées et corrigées. L’ajout d’éléments d’apprentissage collaboratif à l’approche peut encore améliorer la méthode; les élèves travaillent ensemble pour débattre et construire les cartes. La révision des cartes conceptuelles peut aider les étudiants à conserver les informations plus longtemps, ainsi qu’à améliorer la métacognition et l’auto-efficacité lors de leur transition vers l’environnement d’apprentissage plus académique d’un établissement d’enseignement supérieur.
» Une carte conceptuelle est une façon schématique de représenter les relations entre les idées — elle révèle quoi et comment les élèves pensent… »
Bien que les conférences se révèlent être une méthode d’enseignement inefficace, si elles sont utilisées 100% du temps, c’est toujours l’approche d’enseignement la plus courante dans l’enseignement des sciences dans le monde. Peu de professeurs d’université reçoivent une formation formelle sur les méthodes d’apprentissage que leurs étudiants sont susceptibles de trouver les plus efficaces, et la tradition de la conférence a persisté. Ce dogmatisme pourrait bien avoir un impact direct sur le rendement scolaire et le nombre d’étudiants (en particulier les groupes d’étudiants sous-représentés) qui poursuivent des études majeures en sciences, technologie, ingénierie et mathématiques (STEM) aux États-Unis. Des recherches menées dans le plus grand Collège / Université historiquement noir (HBCU) de l’État du Maryland, la Morgan State University, ont révélé que 27% des étudiants ont échoué en première année de biologie au cours de l’année académique 2015-2016 (ce chiffre exclut ceux qui ont abandonné avant l’évaluation), bien qu’il s’agisse du sujet majeur le plus populaire à l’École d’informatique, de mathématiques et de sciences naturelles de l’établissement. On a constaté que de nombreux étudiants échangeaient leur majeure vers une matière non STIM après la première année d’études et l’inscription à un ou deux cours d’introduction à la biologie. Il a déjà été attesté que les deux premières années de collège sont les plus cruciales pour la rétention et le recrutement des majors STEM; il est clair qu’un plus grand effort doit être fait pendant cette période pour engager les étudiants afin que non seulement leurs apprentissages et leurs notes soient améliorés, mais qu’ils se sentent confiants dans leurs capacités et restent intéressés par les sujets STEM proposés. Certains chercheurs ont suggéré que la cartographie conceptuelle en tant que technique d’enseignement et d’apprentissage pourrait être la clé pour réengager les étudiants dans l’enseignement de biologie de premier cycle, en particulier parce que la biologie est une matière riche en vocabulaire traditionnellement enseignée par mémorisation et méthodes d’apprentissage par cœur.
Recherche sur la cartographie conceptuelle
La Dre Catherine Martin-Dunlop a rejoint la Morgan State University (MSU) en 2011 en tant que professeure agrégée d’enseignement des sciences. En 2017, elle est devenue la directrice fondatrice du Centre d’excellence en enseignement et en apprentissage, qui promeut les meilleures pratiques d’enseignement et d’apprentissage qui embrassent la diversité et mènent à la réussite des élèves. Récemment, Martin-Dunlop a dirigé un projet de trois ans financé par la National Science Foundation à MSU, comparant un groupe d’étudiants qui ont été initiés à la cartographie conceptuelle dans leurs classes (219 étudiants) et un groupe témoin (175 étudiants) qui a continué avec des méthodes d’apprentissage plus traditionnelles. L’âge moyen des étudiants était de 20 ans; 68% étaient des femmes, 28% des hommes et 4% des transgenres. 87% ont été identifiés comme Afro-Américains/Noirs. Les élèves choisissaient leur propre instructeur et leur temps de classe, et n’étaient affectés à aucun des deux groupes. Entre 2016 et 2019, quatre professeurs de biologie ont utilisé régulièrement la cartographie conceptuelle dans leurs cours, dans le but d’améliorer les performances scolaires, l’auto-efficacité et les compétences métacognitives des élèves. On espérait également que ces compétences métacognitives seraient transférables à d’autres matières, ce qui augmenterait le rendement scolaire global et les taux de rétention des élèves.
Certains chercheurs ont suggéré que la cartographie conceptuelle en tant que technique d’enseignement et d’apprentissage pourrait être une stratégie puissante pour engager les étudiants…
Les deux groupes d’étudiants ont été invités à remplir l’enquête sur l’auto-efficacité et l’apprentissage (SEALS) au début et à la fin du cours, ce qui permet de comparer les groupes et les groupes. SEALS demande aux participants d’évaluer leurs propres croyances sur sept points: l’auto-efficacité académique, l’élaboration, l’organisation, l’autorégulation métacognitive, la réactivité métacognitive, l’apprentissage par les pairs et la pensée critique. Les étudiants ont également été interrogés sur leurs stratégies d’étude en biologie et 100 des cartes conceptuelles ont été collectées et notées à l’aide d’une feuille de pointage pour indiquer les compétences d’un étudiant en cartographie conceptuelle et une corrélation possible avec les connaissances biologiques. Les relations entre les notes finales des élèves des deux groupes et les sept éléments des SCEAUX ont été comparées statistiquement.
À la suite de l’analyse des résultats de l’étude, l’équipe de projet a noté que bien que la méthode d’apprentissage par cartographie conceptuelle n’ait pas eu d’impact statistiquement significatif sur toutes les compétences liées à la métacognition des élèves, l’apprentissage par les pairs a considérablement amélioré le post-test pour ce groupe. De plus, le groupe de cartographie conceptuelle a montré une amélioration significative de l’autorégulation métacognitive, suggérant que les cartographes conceptuels se posaient plus de questions, se fixaient des objectifs et pouvaient bien s’exprimer lorsqu’ils ne pouvaient pas comprendre un concept par rapport au groupe témoin. Les citations d’entrevues avec les élèves ont indiqué que les élèves appréciaient la façon dont les cartes conceptuelles aidaient à résoudre la confusion concernant certains sujets délicats et comment elles révélaient les perspectives nouvelles et diverses des autres élèves. Il est intéressant de noter que l’auto-efficacité scolaire des étudiants dans les deux groupes était plus faible à la fin du cours et qu’il n’y avait aucune différence statistiquement significative dans les notes des étudiants entre les groupes.
Moyenne de l’élément transformé
métacognition cartographique
Alors pourquoi les améliorations significatives attendues du rendement scolaire, de l’auto-efficacité et de la métacognition ne sont-elles pas apparentes dans les résultats de ce projet? Martin-Dunlop et son équipe suggèrent que cela peut être dû à la durée relativement courte de chaque cours (15 semaines), une période pendant laquelle on ne peut pas s’attendre à ce que des améliorations de la métacognition se manifestent; parce que les SEALS n’ont pas pu prendre en compte les nuances des changements positifs de la métacognition en raison de son format de « réponses forcées; parce que les instructeurs ont besoin de plus de formation à la méthode d’enseignement; ou parce que plus de devoirs et de pratique de la cartographie conceptuelle étaient nécessaires pour renforcer la stratégie. Afin d’évaluer de manière plus approfondie le potentiel de la cartographie conceptuelle pour améliorer l’expérience des étudiants en classe de biologie et l’impact positif que cela pourrait avoir sur les résultats académiques et la métacognition individuelle, les recherches futures sur la technique devraient inclure une période de mise en œuvre plus longue qu’un semestre et faire beaucoup plus d’efforts pour instruire les enseignants impliqués dans la stratégie de manière cohérente. Plus largement, d’autres recherches sur la cartographie conceptuelle et la métacognition peuvent être utiles pour ceux qui visent à encourager et à engager un plus grand nombre d’étudiants sous-représentés dans les matières STEM.
Réponse personnelle
Prévoyez-vous d’autres projets de recherche sur la cartographie conceptuelle en tant que stratégie d’enseignement/ d’apprentissage, et si oui, quel format cela prendra-t-il et comment s’améliorera-t-il par rapport au projet précédent?
Oui, j’ai lancé un projet de suivi dans lequel je me concentre sur la formation des instructeurs lors d’ateliers en face à face et en ligne sur la façon dont ils peuvent aider les étudiants à améliorer leurs compétences d’apprentissage métacognitives (ou en d’autres termes, enseigner aux étudiants comment apprendre). Deux des rares compétences métacognitives reconnues dans la littérature de recherche par les neuroscientifiques sont l’élaboration et l’organisation. Je crois toujours que la cartographie conceptuelle aide au développement de ces compétences, et je suis perplexe de savoir pourquoi l’étude n’a pas révélé d’amélioration (avec l’apprentissage par les pairs et l’autorégulation métacognitive). Donc, plutôt que d’avoir la cartographie conceptuelle comme centre de l’étude, j’aimerais avoir la métacognition comme centre – et utiliser uniquement la cartographie conceptuelle comme exemple de la façon dont l’élaboration et l’organisation peuvent être améliorées. Cela devrait améliorer le projet précédent, car une formation plus initiale des instructeurs aura lieu pour garantir la validité de la mise en œuvre. Je crois maintenant qu’il est plus important pour les étudiants de développer leurs compétences métacognitives que pour eux de développer leurs compétences en cartographie conceptuelle. De bonnes compétences métacognitives mèneront à l’apprentissage tout au long de la vie.