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. / 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.

L’acquisition de la lecture, au-delà du décodage, nécessite la maîtrise d’un ensemble complexe de processus qui conduisent à la compréhension. Pour certains enfants, l’étape du décodage est imparfaitement franchie à cause d’un trouble spécifique de la lecture, communément nommé dyslexie. Les sujets dyslexiques représenteraient 5% de la population. Si la recherche a permis de mieux comprendre l’étiologie du trouble, la question de la prise en charge des élèves dyslexiques n’a pas donné lieu à beaucoup de travaux. L’objectif de cette thèse est de mesurer si d’une part, la modalité a un effet significatif sur les performances en compréhension de textes narratifs pour des élèves de CM2, d’autre part si la mise en relief de morphèmes peut avoir aussi un effet significatif. Trois expériences ont été menées sur la modalité de présentation des textes (présentation orale/écrite). Les résultats montrent que la modalité orale n’améliore pas les performances en compréhension des élèves dyslexiques. De plus, dans les trois expériences, les dyslexiques ont des performances inférieures aux normo-lecteurs, quelle que soit la modalité de présentation utilisée. Une expérience concernant la morphologie et manipulant le format de présentation des lettres écrites a donné les mêmes résultats non significatifs : la mise en relief des éléments saillants des mots n’améliore pas la compréhension. Le résultat principal de ces études est de mettre en évidence l’importance du paramètre temporel dans la réalisation des tâches de compréhension pour les enfants dyslexiques. Ces résultats corroborent certaines données issues des recherches menées dans le cadre de la théorie de la charge cognitive et sur la mémoire de travail, notamment le modèle TBRS (Time-Based Resource Sharing, modèle de partage temporel des ressources) de Barrouillet, Bernardin et Camos (2004). Des pistes de recommandations pédagogiques sont envisagées. / Reading comprehension, beyond decoding, is based on a complex set of processes. For some students, decoding is impaired because of specific reading disorder commonly called dyslexia. Dyslexic people represent approximatively 5% of the population. Many studies allow to better understand etiology of dyslexia but only few ones are devoted to the compensation or to circumvent the difficulties associated with reading. The aim of this research is, on one hand, to evaluate if spoken presentation improves narrative texts comprehension, and, on the other hand, to evaluate if highlighting some morphemes can also improve reading comprehension of narrative texts for students in grade 5. Three experiments compared spoken vs. visual presentations. Results show that oral modality doesn’t improve reading comprehension. However, in the three experiments, dyslexic students perform less than control group, regardless of the modality. One experiment manipulated the color of morphemes written letters presentation. The same non-significant results were obtained: highlighting the salient elements of the words does not improve text comprehension. The main element of these studies is to highlight the importance of time in achieving comprehension tasks for dyslexic children: reading time of dyslexic students is longer than control group’s and seems to compensate comprehension much more than document presentation. These results confirm some data from research conducted in the framework of Cognitive Load Theory and working memory, including TBRS model (Time-Based Resource Sharing model) of Barrouillet, Bernardin and Camos (2004). Instructional recommendations are considered.

Cette thèse se situe dans le domaine de l’Instructional Design, un champ de recherche anglo-saxon qui génère des connaissances pour améliorer la conception des environnements destinés aux apprentissages directs et explicites. Les recherches actuelles montrent que les apprentissages à partir d’environnements complexes permettent de confronter les apprenants à des situations authentiques des réalités de la vie et montrent des performances intéressantes, notamment dans les situations de transfert. Les environnements complexes sont caractérisés par la présence de nombreux éléments et de nombreuses interactions qui peuvent être difficilement traités par la mémoire de travail et dégrader fortement les performances d’apprentissage. Dans ce cas, la théorie de la charge cognitive préconise une approche en deux étapes en présentant en premier les éléments extraits du tout puis le tout. A partir d’une contribution empirique fondée sur quatre expérimentations où sont manipulés le niveau de complexité du matériel d’apprentissage, le degré d’isolement des éléments et le séquencement de la présentation, nous montrons que pour du matériel très complexe, les meilleures performances d’apprentissage sont obtenues en présentant de la complexité dans la première étape. Pour expliquer ces résultats, nous nous appuyons sur la théorie des desirable difficulties et sur les théories de l’engagement. / This thesis is in the field of Instructional Design, an Anglo-Saxon field of research that generates knowledge to improve the design of environments for direct and explicit learning. Current research shows that learning from complex environments allow learners to confront authentic situations from the realities of life and show interesting performance, especially in transfer situations. Complex environments are characterized by the presence of many elements and many interactions that can’t be easily dealt with by the working memory and greatly degrade the learning performance. In this case, the cognitive load theory recommends a two-step approach by presenting first extracts elements of the whole and the whole. From an empirical contribution based on four experiments which handled the complexity of the learning material, the degree of isolation and sequencing of the presentation, we show that for highly complex environments, the best learning performance are obtained by introducing the complexity in the first step. To explain these results, we rely on the desirable difficulties theory and theories of engagement.

Un environnement d'apprentissage hypermédia se caractérise par un haut niveau de contrôle de l'apprenant sur son épisode d'apprentissage: Or, ce haut niveau de contrôle ne bénéficie pas à tous les apprenants selon certaines différences interindividuelles Les objectifs de cette étude sont donc de déterminer le(s) facteur(s) influençant l'utilisation des fonctions de contrôle dans un environnement d'apprentissage hypermédia, et de comprendre comment il(s) influence(nt) à la fois l'utilisation de l'environnement d'apprentissage et les performances d'apprentissage. Les premières expériences permettent de souligner l'importance du niveau de connaissances préalables des apprenants dans le domaine. En effet, en situation d'apprentissage hypermédia, les apprenants n'ayant pas ou peu de connaissances préalables dans le domaine adoptent des stratégies de consultation non appropriées (Etude 1). Or, lorsque le contrôle du séquençage est limité, il est observé que ces mêmes apprenants mettent en place des comportements de navigation plus pertinents, obtiennent de meilleures performances d'apprentissage (Etude 2) et éprouvent moins de difficultés à évaluer leur niveau de connaissances réel en fin de consultation (Etude 3). L'utilisation d'une méthode d'enregistrement des mouvements oculaires couplée à un protocole verbal différé met en évidence une activité métacognitive plus importante de ces apprenants (Etude 4). Ainsi, les apprenants en situation de contrôle libre ou limité de l'épisode d'apprentissage se différencient-ils concernant la charge cognitive liée à l'utilisation de l'environnement hypermédia en lui-même et la pertinence des traitements cognitifs réalisés sur le contenu informationnel (Etude 5). La cohérence de cet ensemble d'études étant établie (Etude 6), les résultats sont discutés en termes de retombées pour la conception d'environnements hypermédias pour l'apprentissage

L'objectif de ce travail est d'étudier la compréhension et la mémorisation de plusieurs aspects des films sous-titrés, en relation avec le niveau de maîtrise des langues des participants. L'acquisition de vocabulaire d'une autre langue a également été évaluée, selon la combinaison des langues à l'écran (dialogues et sous-titres). Trois séries d'expériences sont présentées afin d'examiner le rôle des sous-titres dans chacun de ces mécanismes. Le traitement de trois types d'information des films a été pris en compte (éléments visuels, dialogues et situation). Les résultats indiquent un rôle facilitateur des sous-titres lorsqu'ils sont nécessaires (faible maîtrise de la langue du film), ou perturbateur lorsqu'ils sont superflus. Ensuite, l'effet des sous-titres sur la mémorisation d'un film a été estimé, selon la version et le niveau de saillance des éléments testés. Les résultats indiquent un effet du type de sous-titrage sur la compréhension et la restitution des informations, en fonction de leur caractère central ou périphérique par rapport à l'intrigue. Enfin, les possibilités d'acquisition de vocabulaire sont envisagées, selon le type de sous-titres, le nombre de visionnages d'un film et une consigne dirigeant l'attention vers les dialogues. La version inversée (dialogues en L1, soustitres en L2) mène à la meilleure restitution du vocabulaire, principalement après le second visionnage de la séquence. La consigne a également un effet positif sur la restitution des mots. Les résultats sont interprétés dans le cadre des théories de l’attention et de la charge cognitive, ainsi qu'à l'aide de divers modèles de l'apprentissage multimédia. / The aim of this work is to study how different aspects of subtitled films are understood and memorised, in relation to the viewers' knowledge of the on-screen languages. Vocabulary acquisition is also evaluated, depending on the order in which the languages are presented on the screen (dialogues and subtitles). Three series of experiments are presented in order toexamine the role of subtitles in each of these three mechanisms. The processing of three dimensions of a film (visual, dialogue and situation) is evaluated, depending on the languages on the screen and the participants' knowledge of them. Results indicate a global facilitating effect of subtitles when they are necessary, as opposed to a global negative effect when they are not needed. Next, the effect of subtitles on film memorisation is examined, depending on the type of subtitling and the degree of salience of the information tested. An effect of the type of subtitles is found on comprehension and data retrieval, especially for elements that are considered most central to the plot. Finally, vocabulary acquisition possibilities are measured, depending on the type of subtitles, on the number of viewings of the film and on viewing instructions directing attention to the dialogues. The reversed version (dialogues in L1, subtitles in L2) lead to the best restitution level, particularly after the second viewing of the film. The viewing instructions also have an effect on word restitution. The results are interpreted in the light of attention and cognitive load theories, within the framework of various multimedia learning models.

L’objectif de cette thèse est d’étudier l’effet que peuvent avoir les émotions, au travers de l’induction d’un état émotionnel, sur les capacités rédactionnelles, orthographiques et mnésiques d’enfants au sein du contexte scolaire. Plus précisément, en lien avec le modèle élaboré par Ellis et Ashbrook (Resource Allocation Model of Cognitive Interference, 1988), puis modifié par la suite par Ellis et Moore (1999), la thèse selon laquelle les ressources cognitives disponibles varieraient en fonction de l’état émotionnel du participant est défendue. L’influence des émotions (positive, négative et neutre) est testée sur les exercices de la rédaction de texte, de la dictée et sur une tâche de mesure de la mémoire de travail phonologique, auprès d’enfants de CM1 et CM2.Les résultats montrent que les émotions négatives sont responsables de variations sur la longueur des textes et sur l’utilisation du lexique dans le cadre des processus rédactionnels (expérience 1), mais aussi d’une diminution des performances en mémoire de travail phonologique (expérience 3). En revanche, l’induction d’une émotion positive ou négative est responsable d’une perturbation sur le plan des processus orthographiques résultant en une augmentation du nombre d’erreurs d’orthographe dans le cadre de l’exercice de la dictée (expérience 2). En conclusion, il est montré que les émotions peuvent avoir un effet perturbateur, parasitant sur certains processus cognitifs complexes chez l’enfant. De plus, ce travail a aussi permis d’interroger l’effet des activités scolaires sur le ressenti émotionnel des enfants de CE2 et CM2 (expérience 4). Il a ainsi été mis en évidence que selon l’âge des enfants et l’activité pratiquée (écoute d’un texte lu à l’oral et dictée), le ressenti émotionnel varie grandement, mais aussi que l’état émotionnel initial est corrélé aux performances en dictée.Finalement, les résultats sont discutés en lien avec le modèle considéré (Ellis & Moore, 1999). Des ouvertures expérimentales sont proposées afin d’améliorer les connaissances de l’effet des émotions sur les capacités de langage écrit des enfants d’âge scolaire. / The aim of this thesis was to study the effects of emotions, through the induction of an emotional state, on the writing processes, spelling performances and working memory capacities in children in school context. More specifically, in relation to the model developed by Ellis and Ashbrook (Resource Allocation Model of Cognitive Interference, 1988) and subsequently modified by Ellis and Moore (1999), the thesis that the cognitive resources available could vary depending on the emotional state of the participant was supported. The influence of emotions (positive, negative and neutral) was tested on the exercise of writing text, dictation and on phonological working memory, in 4th and 5th graders.The results showed that negative emotions were responsible for variations in the length of text and the use of vocabulary in the writing processes (experiment 1), and also of a decrease in performances in phonological working memory (Experiment 3). In contrast, the induction of a positive or negative emotion was responsible for a disturbance in terms of orthographic processes resulting in an increase in the number of spelling errors during dictation (experiment 2 ). In conclusion, it was showed that emotions could have a disruptive effect on some complex cognitive processes in children. In addition, this work also allowed questioning the effect of school activities on the affective states in 3rd and 5th graders (experiment 4). It has been shown that the affective states varies greatly according to the age of children and activity practiced (listening to a text and dictation), but also that the initial affective states were correlated with performances in dictation.

Les vidéos sont de plus en plus utilisées dans l’enseignement. C’est également le cas dans la formation médicale et paramédicale et, entre autres, dans l’apprentissage de procédures qui seront à réaliser de manière différée. Malgré l’intérêt pédagogique qu’elles offrent aux apprenants, leur utilisation peut entrainer des difficultés spécifiques dans le processus d’apprentissage des utilisateurs en raison de la nature transitoire des informations fournies. Pour limiter la surcharge cognitive que cela peut engendrer, il est possible de laisser le contrôle du rythme de la vidéo à l’apprenant, avec un bouton pause sur l’interface du lecteur par exemple. Cependant, les modèles mentaux des apprenants novices peuvent ne pas être suffisamment pertinents pour savoir à quel moment de la procédure arrêter la vidéo. Ainsi, l’introduction d’une segmentation, avec des pauses imposées par le système à chaque étape de la procédure, peut s’avérer plus efficace lors d’un apprentissage d’une compétence clinique. Ces modalités de présentation de l’information ont été étudiées sous l’angle de la théorie de la charge cognitive et de la théorie cognitive de l’apprentissage multimédia. Une série d’études est menée afin de déterminer la manière dont il est préférable de présenter l’information délivrée par les vidéos pour faciliter son apprentissage. Nous avons tout d’abord vérifié que l’association de la segmentation au contrôle du rythme par l’apprenant améliore la qualité de l’apprentissage (expé. 1) et que cet effet positif était bien lié à la segmentation et non au temps d’exposition au matériel pédagogique (expé. 2) ou à la durée des pauses imposées (expé. 3). Enfin, deux autres modalités, permettant d’optimiser encore l’apprentissage, ont été testées. Alors que l’indiçage verbal n’a pas amélioré l’apprentissage (expé. 4), nous avons pu montrer qu’une incitation à faire des pauses lors de la consigne avait un effet positif sur les comportements des apprenants et sur la qualité de l’apprentissage (expé. 5). Les résultats de ces études sont discutés et des perspectives proposées. / Videos are increasingly being used in education. This is also the case in medical and paramedical training and, among other things, in the learning of procedures that will have to be carried out later. Their use can lead to specific difficulties in term of users’ learning processes, owing to the transient nature of the information that is delivered. To cope with potential cognitive overload, learner controls can be provided (e.g., pause button), but novice users’mental models may not be sufficiently relevant for them to know when to halt the video. Thus, the introduction of segmentation, with breaks imposed by the system at each step of the procedure, may be more effective when learning a clinical skill. These information presentation modalities were studied from the perspective of the cognitive load theory and the cognitive theory of multimedia learning. A series of studies is being conducted to determine how it is best to present the information provided by the videos to facilitate learning. We first verified that the combination of segmentation and pacing improves the quality of learning (exp 1) and that this positive effect was related to segmentation and not to the time of exposure to the teaching material (exp 2) or the duration of the imposed breaks (exp 3). Finally, two other modalities, to further optimize learning, were tested. While signaling did not improve learning (exp 4), we were able to show that an incentive to pause during the instruction had a positive effect on learners' behaviors and on the quality of their learning (exp 5). The results of these studies are discussed and perspectives proposed.

L'objectif de cette thèse est d'étudier l'effet que peuvent avoir les émotions, au travers de l'induction d'un état émotionnel, sur les capacités rédactionnelles, orthographiques et mnésiques d'enfants au sein du contexte scolaire. Plus précisément, en lien avec le modèle élaboré par Ellis et Ashbrook (Resource Allocation Model of Cognitive Interference, 1988), puis modifié par la suite par Ellis et Moore (1999), la thèse selon laquelle les ressources cognitives disponibles varieraient en fonction de l'état émotionnel du participant est défendue. L'influence des émotions (positive, négative et neutre) est testée sur les exercices de la rédaction de texte, de la dictée et sur une tâche de mesure de la mémoire de travail phonologique, auprès d'enfants de CM1 et CM2.Les résultats montrent que les émotions négatives sont responsables de variations sur la longueur des textes et sur l'utilisation du lexique dans le cadre des processus rédactionnels (expérience 1), mais aussi d'une diminution des performances en mémoire de travail phonologique (expérience 3). En revanche, l'induction d'une émotion positive ou négative est responsable d'une perturbation sur le plan des processus orthographiques résultant en une augmentation du nombre d'erreurs d'orthographe dans le cadre de l'exercice de la dictée (expérience 2). En conclusion, il est montré que les émotions peuvent avoir un effet perturbateur, parasitant sur certains processus cognitifs complexes chez l'enfant. De plus, ce travail a aussi permis d'interroger l'effet des activités scolaires sur le ressenti émotionnel des enfants de CE2 et CM2 (expérience 4). Il a ainsi été mis en évidence que selon l'âge des enfants et l'activité pratiquée (écoute d'un texte lu à l'oral et dictée), le ressenti émotionnel varie grandement, mais aussi que l'état émotionnel initial est corrélé aux performances en dictée.Finalement, les résultats sont discutés en lien avec le modèle considéré (Ellis & Moore, 1999). Des ouvertures expérimentales sont proposées afin d'améliorer les connaissances de l'effet des émotions sur les capacités de langage écrit des enfants d'âge scolaire.

L'objectif de ce travail est d'étudier la compréhension et la mémorisation de plusieurs aspects des films sous-titrés, en relation avec le niveau de maîtrise des langues des participants. L'acquisition de vocabulaire d'une autre langue a également été évaluée, selon la combinaison des langues à l'écran (dialogues et sous-titres). Trois séries d'expériences sont présentées afin d'examiner le rôle des sous-titres dans chacun de ces mécanismes. Le traitement de trois types d'information des films a été pris en compte (éléments visuels, dialogues et situation). Les résultats indiquent un rôle facilitateur des sous-titres lorsqu'ils sont nécessaires (faible maîtrise de la langue du film), ou perturbateur lorsqu'ils sont superflus. Ensuite, l'effet des sous-titres sur la mémorisation d'un film a été estimé, selon la version et le niveau de saillance des éléments testés. Les résultats indiquent un effet du type de sous-titrage sur la compréhension et la restitution des informations, en fonction de leur caractère central ou périphérique par rapport à l'intrigue. Enfin, les possibilités d'acquisition de vocabulaire sont envisagées, selon le type de sous-titres, le nombre de visionnages d'un film et une consigne dirigeant l'attention vers les dialogues. La version inversée (dialogues en L1, soustitres en L2) mène à la meilleure restitution du vocabulaire, principalement après le second visionnage de la séquence. La consigne a également un effet positif sur la restitution des mots. Les résultats sont interprétés dans le cadre des théories de l'attention et de la charge cognitive, ainsi qu'à l'aide de divers modèles de l'apprentissage multimédia.

L'interaction sociale représente l’une des difficultés majeures des patients atteints de troubles envahissants du développement (TED). Or, la perception des mouvements humains contribue à la mise en place des comportements sociaux et représenterait un « marqueur » du développement de la cognition sociale. Cette étude de suivi du regard et de pupillométrie visait à caractériser l’attention visuo-spatiale et la charge cognitive au cours de la perception de mouvements biologiques humains porteurs d'intention sociale (MHS) chez 139 participants typiques (PaTYP) et 62 patients atteints d’un TED (PaTED). Chez les PaTYP, l’exploration augmente pour les MHS. Chez les PaTED, un déficit d’exploration des MHS est corrélé à la sévérité de la symptomatologie autistique globale. Ces anomalies de l’attention visuo-spatiale des PaTED réduiraient leur accès à l’information sociale et pourraient participer au trouble de l’interaction sociale et de la communication. / Social interaction is one of the main difficulties for patients with pervasive developmental disorders (PDD). However, the perception of human movement contributes to the development of social behavior and represents a "marker" for the development of social cognition. This eye tracking and pupillometric study aims to characterize the visuospatial attention and cognitive load during perception of social human biological motion (SHM) in 139 typical participants (PaTYP) and 62 patients with ASD (PaTED). In PaTYP, exploration increases for SHM. In PaTED, deficit of the exploration of MHS is correlated with the severity of the global autistic symptomatology. These abnormalities of visuospatial attention in PaTED could reduce their access to social information and participate in social interaction and communication disorders.