Learning optimization : models and measures of cognitive load
Optimisation des apprentissages : modèles et mesures de la charge cognitive
Résumé
Learning allows you to gain the necessary knowledge to adapt to the world. Cognitive load theory takes into consideration cognitive resources invested during school learning. However, two main limitations can be identified: a theoretical one and a methodological one. From a theoretical perspective, CLT invoke working memory (WM) to describe the cognitive resources used during learning and these models do not take time into account. The other limit is related to methodology: CLT doesn’t offer measures of cognitive load either reliable or dynamic.Taking into consideration these limitations, we suggest the use of physiological measurement and a new WM model: the TBRS (Time Based Resource Sharing). Physiological measurement is a mean to analyze the temporal variations implied by the cognitive load while TBRS model takes the temporal variation of the attentional focus allocation into account. However, the TBRS has not yet been used with meaningful items, which could be gathered into chunks. Thus, the aim of the present work is to study the benefits of using physiological measurement and the TBRS model with CLT.To address the question of cognitive load measurement, a first experiment used a task included in the ENAC’s (École Nationale d’Aviation Civile) recruitment selection process. During the experiment, cerebral activity (EEG) and eye movements (Eye-tracking) were recorded. Another series of four experiments stressed the question of the use of the TBRS model in CLT. They began by replicating a previous study using the TBRS model (exp. 2 & 3), replacing items to be held in memory by items which could be chunked. The other two experiments extended these results. Finally a sixth experiment used physiological measures to assess cognitive load variations while participants performed a protocol similar to the previous experiments.Results from these six experiments show that TBRS model and physiological measurement are consistent with CLT and also complete its findings.
La théorie de la charge cognitive (CLT) permet de décrire l’investissement des ressources cognitives lors d’apprentissages scolaires. Cependant, elle présente deux limites, théorique et méthodologique. D’un point de vue théorique, la CLT utilise des modèles de la mémoire de travail (MdT), pour décrire les ressources cognitives utilisées lors des apprentissages, qui ne prennent pas en compte les variations de l’utilisation des ressources cognitives au cours du temps. L’autre limite est méthodologique : non seulement elle ne propose pas de mesure de la charge cognitive qui soit fiable ou dynamique.Pour répondre à ces limites, nous proposons d’utiliser des mesures physiologiques et un nouveau modèle de la MdT, le modèle TBRS (Time Based Resource Sharing). Les mesures physiologiques permettent d’analyser les variations temporelles de la charge cognitive. Le modèle TBRS prend en compte l’allocation dynamique du focus attentionnel. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier l’apport des mesures physiologiques et du modèle TBRS à la CLT.Pour répondre à la question méthodologique, une première expérimentation a utilisé une épreuve du concours de l’École Nationale d’Aviation Civile, en enregistrant des mesures physiologiques. Ensuite, quatre expérimentations ont tenté de répondre à la question théorique, portant sur l’utilisation du modèle TBRS dans le cadre de la CLT. Elles ont commencé par deux réplications d’une étude princeps du modèle TBRS, utilisant des items pouvant être regroupés en chunks. Les deux expérimentations suivantes ont étendu ces résultats. Enfin, une sixième expérimentation a utilisé des mesures physiologiques pour étudier les variations de charge cognitive des participants lors d’un protocole similaire à celui des quatre expérimentations précédentes.Les résultats de ces six expérimentations montrent que le modèle TBRS et les mesures physiologiques sont non seulement compatibles avec la CLT mais qu’elles l’enrichissent.
Origine : Version validée par le jury (STAR)