Doctorat en sciences psychologiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les animaux et êtres humains possèdent le sens du nombre, une capacité permettant d’appréhender rapidement et de manière approximative les quantités. Cette habileté étant présente très précocement et parmi différentes espèces, elle est considérée comme émergeant indépendamment de la culture, et en particulier de ces objets culturels que sont le langage et la scolarisation. Au-delà de cette compétence héritée phylogénétiquement, l’être humain développe également la capacité à appréhender et à manipuler les grandes quantités de manière exacte, du moins lorsqu’il évolue dans une culture de type occidental. Cette habileté émerge en grande partie grâce aux propriétés symboliques dont est pourvu le langage et aux outils mathématiques enseignés à l’école. <p><p>De précédentes recherches ont permis de montrer que les compétences numériques approximatives se précisent au cours de l’ontogenèse de l’individu. D’une part, ces habiletés se développent entre l’âge de trois et six ans, ce qui correspond à la période à laquelle l’enfant acquiert les habiletés numériques verbales. D’autre part, les adultes possèdent des compétences numériques approximatives plus élaborées que celles d’enfants de six ans, suggérant que ces compétences se précisent également durant la période consacrée aux apprentissages scolaires. Le présent travail de thèse a pour objectif d’examiner la manière dont les habiletés numériques exactes, acquises sous l’influence des apprentissages langagiers et scolaires émanant de la culture, s’intègrent aux habiletés numériques approximatives, et comment elles peuvent les influencer. <p><p>Cette proposition est évaluée expérimentalement à travers la mise en œuvre de cinq études. La première étude est consacrée aux interactions régissant les capacités numériques exactes et approximatives au cours de la scolarité primaire. La seconde étude examine l’influence du langage sur le développement des habiletés numériques exactes et approximatives, à travers l’évaluation d’enfants présentant un déficit langagier. La troisième étude explore plus directement la question de l’impact des apprentissages en mathématiques sur les compétences approximatives, grâce à l’évaluation d’adultes n’ayant pas bénéficié d’une éducation formelle en mathématiques. La quatrième étude est consacrée aux stratégies utilisées par l’adulte lors de la résolution exacte de calculs complexes afin d’examiner si certaines des procédures engagées portent les marques du système numérique approximatif. Enfin, la cinquième étude examine comment les capacités approximatives d’appréhension de la quantité sont associées aux habiletés arithmétiques exactes lorsqu’elles sont mises en œuvre à l’âge adulte. L’ensemble des résultats est intégré dans une section finale au sein de laquelle sont discutés les rapports entre nature et culture définissant les relations entre habiletés numériques approximatives et exactes.<p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La présente thèse a pour objectif de clarifier la nature de la relation entre les habiletés numériques innées – le Sens du Nombre – et les compétences en arithmétique apprises à l’école. L’originalité de cette recherche consiste en l’attention particulière que je porterai au rôle que jouent les habiletés numériques innées dans les différentes manières de résoudre une addition complexe, telle que 48 + 25, c’est-à-dire les stratégies de résolution. Dans le présent travail, je m’attèlerai à déterminer si la possession de compétences numériques plus développées favorise l’utilisation de procédures de calcul qui tiennent compte des propriétés numériques des opérandes du calcul, et si, inversement, la possession d’habiletés numériques plus imprécises entrave leur application, au profit de stratégies de calcul plus basiques. <p><p>À cette fin, j’axerai la présente thèse en trois volets distincts. Dans un premier volet, je vérifierai que les habiletés numériques sont essentielles à l’implémentation de toutes les stratégies de calcul, malgré le fait qu’elles soient engagées à des degrés d’élaboration différents en fonction de la stratégie exécutée. Ensuite, dans un second volet, je confirmerai que les compétences numériques orientent les préférences stratégiques ;comme je le supposais, les calculateurs possédant les habiletés numériques les plus développées ont davantage recours à des stratégies basées sur la magnitude complète des nombres, alors que ceux qui ont des capacités plus limitées les évitent. Enfin, dans un dernier volet, je mettrai en évidence que l’application de telles stratégies qui impliquent de traiter les numérosités entières engendre au niveau cérébral une activité accrue au sein des régions intrapariétales, aires dédiées au traitement des magnitudes numériques, par rapport aux autres procédures de calcul.<p><p>Les résultats que je rapporte dans la présente thèse mettent ainsi en évidence que les habiletés numériques sont critiques dans la résolution d’additions complexes non seulement au niveau de l’exécution de la stratégie de calcul, mais aussi dans l’établissement à long terme de la préférence stratégique des individus. Outre ces observations, la présente recherche plaide plus généralement en faveur de la prise en considération des stratégies de résolution dans les tâches arithmétiques, car les compétences numériques peuvent y être associées à des degrés différents. Au-delà de la simple performance, s’intéresser plus qualitativement aux stratégies de résolution constitue selon moi une étape cruciale dans la compréhension de la nature du lien entre le Sens du Nombre inné et les compétences en arithmétique.<p><p>/<p><p>The current thesis aims at clarifying the nature of the relationship between innate numerical abilities – the Number Sense – and arithmetic skills acquired at school. I will particularly focus in this research on the role played by these innate numerical abilities in selecting and executing the different procedures that could be used to solve a complex addition such as 48 + 27. In the current thesis, I will attempt to determine whether more elaborated numerical competence favours the utilisation of solving strategies that take into account the numerical properties of the addends, and conversely, whether inaccurate numerical representations discourage from using these strategies, for the benefit of more basic solving strategies.<p><p>In the current thesis, I will more specifically cover three different aspects. First of all, I will demonstrate that numerical abilities are crucial in implementing every solving strategy, but that they are engaged to a different extent as a function of the executed strategy. Secondly, I will show that numerical competence determine strategic preference; as I hypothesized, adults who possess the best numerical abilities would use more frequently solving strategies that are based on the entire numerical magnitude of the addends, whereas adults with more limited abilities would rather avoid them and execute basic procedures. Finally, in the third section, I will emphasize that the use of such elaborated solving strategies do imply at the cerebral level a stronger activity within the intraparietal regions, which are dedicated to the numerical magnitude processing, in comparison to other basic solving strategies.<p><p>The data I report here thus highlight that numerical abilities are essential in solving complex additions, not only in the execution of the solving strategy, but also in the long-term establishment of the preferred strategy. Besides this observation, the current thesis claims more generally in favour of the consideration of solving strategies when assessing arithmetic tasks, because numerical abilities are involved to a distinct extent in these tasks. Over and above regular performance, investigating through a qualitative perspective the solving strategies constitutes, according to me, a fundamental step in understanding the nature of the relationship between the innate Number Sense and arithmetic skills.<p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Fractions are very hard to learn. As the joke goes, “Three out of two people have trouble with fractions”. Yet the invention of a notation for fractions is very ancient, dating back to Babylonians and Egyptians. Moreover, it is thought that ratio representation is innate. And obviously, fractions are part of our everyday life. We read them in recipes, we need them to estimate distances on maps or rebates in shops. In addition, fractions play a key role in science and mathematics, in probabilities, proportions and algebraic reasoning. Then why is it so hard for pupils to understand and use them? What is so special about fractions? As in other areas of numerical cognition, a fast-developing field in cognitive science, we tackled this paradox through a multi-pronged approach, investigating both adults and children.<p>Based on some recent research questions and intense debates in the literature, a first behavioural study examined the mental representations of the magnitude of fractions in educated adults. Behavioural observations from adults can indeed provide a first clue to explain the paradox raised by fractions. Contrary perhaps to most educated adults’ intuition, finding the value of a given fraction is not an easy operation. Fractions are complex symbols, and there is an on-going debate in the literature about how their magnitude (i.e. value) is processed. In a first study, we asked adult volunteers to decide as quickly as possible whether two fractions represent the same magnitude or not. Equivalent fractions (e.g. 1/4 and 2/8) were identified as representing the same number only about half of the time. In another experiment, adults were also asked to decide which of two fractions was larger. This paradigm offered different results, suggesting that participants relied on both the global magnitude of the fraction and the magnitude of the components. Our results showed that fraction processing depends on experimental conditions. Adults appear to use the global magnitude only in restricted circumstances, mostly with easy and familiar fractions. <p>In another study, we investigated the development of the mental representations of the magnitude of fractions. Previous studies in adults showed that fraction processing can be either based on the magnitude of the numerators and denominators or based on the global magnitude of fractions and the magnitude of their components. The type of processing depends on experimental conditions. In this experiment, 5th, 6th, 7th-graders, and adults were tested with two paradigms. First, they performed a same/different task. Second, they carried out a numerical comparison task in which they had to decide which of two fractions was larger. Results showed that 5th-graders do not rely on the representations of the global magnitude of fractions in the Numerical Comparison task, but those representations develop from grade 6 until grade 7. In the Same/Different task, participants only relied on componential strategies. From grade 6 on, pupils apply the same heuristics as adults in fraction magnitude comparison tasks. Moreover, we have shown that correlations between global distance effect and children’s general fraction achievement were significant.<p>Fractions are well known to represent a stumbling block for primary school children. In a third study, we tried to identify the difficulties encountered by primary school pupils. We observed that most 4th and 5th-graders had only a very limited notion of the meaning of fractions, basically referring to pieces of cakes or pizzas. The fraction as a notation for numbers appeared particularly hard to grasp. <p>Building upon these results, we designed an intervention programme. The intervention “From Pies to Numbers” aimed at improving children’s understanding of fractions as numbers. The intervention was based on various games in which children had to estimate, compare, and combine fractions represented either symbolically or as figures. 20 game sessions distributed over 3 months led to 15-20% improvement in tests assessing children's capacity to estimate and compare fractions; conversely, children in the control group who received traditional lessons improved more in procedural skills such as simplification of fractions and arithmetic operations with fractions. Thus, a short classroom intervention inducing children to play with fractions improved their conceptual understanding. <p>The results are discussed in light of recent research on the mental representation of the magnitude of fractions and educational theories. The importance of multidisciplinary approaches in psychology and education was also discussed. <p>In sum, by combining behavioural experiments in adults and children, and intervention studies, we hoped to have improved the understanding how the brain processes mathematical symbols, while helping teachers get a better grasp of pupils’ difficulties and develop classroom activities that suit the needs of learners.<p> / Doctorat en Sciences Psychologiques et de l'éducation / info:eu-repo/semantics/nonPublished