Dans cette interview, le Dr Anna Schmitt s'entretient avec le Dr Decarli au sujet de ses dernières recherches sur le développement précoce des compétences mathématiques. Sur la base de l'étude Le sens des nombres à 12 mois permet de prédire les compétences en mathématiques des enfants de 4 ans (Decarli et al., 2023), le Dr Decarli explique comment la capacité des nourrissons à percevoir les quantités à l'âge de 12 mois peut prédire leurs capacités mathématiques ultérieures à l'âge de 4 ans. Cette recherche met en lumière les fondements de la cognition numérique et offre des informations précieuses aux scientifiques, aux éducateurs et aux parents qui s'intéressent au développement de la petite enfance.*
*Decarli, G., Zingaro, D., Surian, L. et Piazza, M. (2023). Le sens des nombres à 12 mois permet de prédire les compétences en mathématiques des enfants de 4 ans. Developmental Science, 26(6).
Pour avoir accès à l'étude complète, voici un accès direct : https://doi.org/10.1111/desc.13386
Pouvez-vous nous expliquer l'objectif de votre étude ?
Il est essentiel de comprendre et d'aborder les trajectoires développementales typiques de l'acquisition des mathématiques, car la compétence mathématique est cruciale pour les activités quotidiennes, permettant aux individus de s'engager avec des données numériques, de résoudre des problèmes complexes qui impliquent des quantités et des probabilités, et de prendre des décisions éclairées (Geary, 2011). Certains auteurs ont proposé que les compétences mathématiques formelles se développent sur la base d'un système neurocognitif spécifique qui soutient la capacité à représenter le nombre approximatif d'objets dans des ensembles, appelé le système des nombres approximatifs (SNA). On pense que ce système représente la numération avec une précision (appelée acuité du SNA) qui varie d'un individu à l'autre et qui est susceptible de changer avec la maturation et l'apprentissage des mathématiques.
La majorité des études qui ont évalué le lien entre le SNA et les compétences en mathématiques ont utilisé des approches corrélationnelles, tirant parti des différences interindividuelles. Cependant, elles ont surtout testé des enfants qui avaient déjà été exposés à une certaine forme d'éducation mathématique (par exemple, les principes de comptage verbal). Il est donc difficile de déterminer le sens de la causalité entre l'acuité du SNA et les compétences en mathématiques symboliques. Par conséquent, l'objectif de notre étude était de déterminer si l'acuité numérique précoce des nourrissons sert de base aux aptitudes mathématiques ultérieures. Plus précisément, nous avons cherché à déterminer si l'acuité du SNA mesurée à l'âge de 12 mois, donc bien avant toute forme d'apprentissage des mathématiques, serait un prédicteur fiable et spécifique des compétences en mathématiques symboliques à l'âge de 4 ans, indépendamment de l'intelligence générale ou des compétences inhibitrices. Cette approche longitudinale a été conçue pour reproduire et développer des recherches antérieures, en utilisant un échantillon culturel et linguistique différent, ainsi que diverses tâches, afin de tester la spécificité et la robustesse de cette relation développementale.
Quelles lacunes de la littérature scientifique votre étude a-t-elle comblées ?
Notre étude s'appuie sur les travaux novateurs mais indépendants de Starr et de ses collègues (2013), qui ont montré pour la première fois que l'acuité du SNA mesurée à 6 mois permettait de prédire longitudinalement les résultats en mathématiques symboliques à 3,5 ans. Dans notre étude, nous avons cherché à reproduire leurs importants résultats tout en introduisant de nouveaux éléments pour approfondir ce sujet. Plus précisément, nous avons mené une étude longitudinale dans laquelle nous avons d'abord testé des nourrissons de 12 mois sur une tâche de perception de la numération et une tâche de perception des visages. Cette dernière a été utilisée comme tâche de contrôle pour évaluer la spécificité de la corrélation potentielle entre la perception de la numération et les mathématiques, en s'assurant que le lien n'était pas guidé par des capacités perceptives plus générales. Notamment, et contrairement à Starr et al. qui ont utilisé des tâches de contrôle différentes d'un participant à l'autre (soit une tâche de détection de couleur, soit une tâche de détection de taille), nous avons utilisé la même tâche de contrôle (reconnaissance des visages) pour tous les participants. Cette approche uniforme a permis de s'assurer que les participants étaient évalués de manière cohérente dans la même capacité perceptive non numérique.
Nous avons ensuite réévalué les mêmes participants à l'âge de 4 ans sur un ensemble complet de tâches mathématiques formelles symboliques et non symboliques, ainsi que sur les capacités générales de traitement, y compris des mesures de l'intelligence générale, une tâche de discrimination des visages ainsi que des capacités d'inhibition. L'inclusion d'une tâche d'inhibition était une autre nouveauté de notre étude. En effet, la littérature récente suggère que le contrôle inhibiteur peut jouer un rôle clé à la fois dans les tâches de comparaison de numératie (en aidant à supprimer les informations visuelles non pertinentes au profit des informations numériques) et dans les tâches mathématiques formelles (en soutenant les calculs complexes). Selon ce point de vue, la corrélation observée entre l'acuité du SNA et la performance en mathématiques symboliques pourrait s'expliquer par le recours commun au contrôle inhibiteur.
En résumé, l'évaluation d'un nouvel échantillon issu d'un contexte linguistique et culturel différent de celui de Starr et al., l'utilisation d'une tâche de contrôle de la perception des visages pour tous les enfants à 12 mois et l'introduction d'un test de compétences inhibitrices nous permettent de faire de nouvelles avancées dans la compréhension du rôle de la perception précoce de la numérosité dans le développement des compétences mathématiques.
Quel type de conception méthodologique avez-vous utilisé et pourquoi ?
Dans notre recherche, nous avons mis en œuvre un modèle d'étude longitudinale. Dans ce type d'étude, les mêmes participants sont évalués à plusieurs moments sur une période prolongée, ce qui permet aux chercheurs de suivre les changements et les trajectoires de développement chez les mêmes individus. Dans notre cas, cette approche nous a permis d'évaluer des enfants préverbaux à l'âge de 12 mois et de les tester à nouveau à l'âge de 4 ans, afin de mesurer les capacités en question à différents stades de développement. La principale force de ce type d'étude est qu'elle nous permet d'observer comment les compétences précoces se développent au fil du temps et de suivre les parcours individuels de développement. En suivant les mêmes participants à plusieurs reprises, nous avons pu établir un lien temporel entre les compétences numériques précoces et les acquisitions symboliques ultérieures (telles que le comptage). Cela confirme l'hypothèse d'une relation entre ces deux compétences.
Quelles étaient vos hypothèses de départ et qu'est-ce qui les a motivées ?
Notre hypothèse initiale était que la capacité des nourrissons à percevoir et à traiter des quantités numériques pouvait jouer un rôle spécifique et sélectif dans le développement de compétences mathématiques ultérieures. Plus précisément, nous avons émis l'hypothèse que l'acuité du SNA (et non d'autres aptitudes perceptives, telles que la perception des visages) à l'âge de 12 mois permettrait de prédire les aptitudes mathématiques symboliques précoces à l'âge de 4 ans. Selon cette hypothèse, le SNA aide les enfants à relier les représentations symboliques à leur compréhension intuitive des quantités, ce qui leur permet d'attribuer une signification aux mots numériques et de faire correspondre ces symboles à leurs représentations préexistantes des grandeurs. Cette hypothèse a été motivée par des recherches antérieures soutenant une corrélation longitudinale entre la perception de la numération et la réussite en mathématiques chez les enfants d'âge scolaire (Libertus, Feigenson, & Halberda, 2011 ; Halberda, Mazzocco, & Feigenson, 2008 ; Libertus, Odic, & Halberda, 2012). En outre, des déficits dans les tâches de comparaison de la numération, où les participants doivent indiquer la plus grande de deux quantités, ont été observés chez les enfants atteints de dyscalculie développementale, un trouble spécifique de l'apprentissage des mathématiques (voir Decarli et al., 2020 ; Decarli et al., 2023).
Une autre hypothèse importante sous-jacente à notre recherche est que le lien entre l'acuité du SNA et les mathématiques ne serait pas guidé par l'intelligence générale ou les habiletés inhibitrices. Dans la littérature scientifique, certains auteurs ont proposé que les habiletés inhibitrices joueraient un rôle important dans le lien entre l'acuité du SNA et les mathématiques (e.g., Gilmore et al., 2013). Contrairement à cette position théorique, nous nous attendions à trouver une corrélation entre le SNA et les mathématiques qui demeurerait significative même après avoir contrôlé les habiletés générales du domaine.
Quels étaient vos groupes d'étude et pourquoi ont-ils été choisis ?
Notre étude a porté sur un groupe de 60 nourrissons, testés initialement à l'âge de 12 mois, et sur un échantillon de suivi de 40 enfants du même groupe, testés à l'âge de 4 ans. Nous avons choisi cette tranche d'âge pour tenir compte de deux stades de développement clés : les nourrissons préverbaux, qui n'ont pas encore acquis de connaissances numériques formelles, et les enfants d'âge préscolaire, qui commencent à s'intéresser aux concepts mathématiques symboliques. Le choix de ces groupes d'âge spécifiques a été motivé par notre objectif d'explorer les précurseurs des connaissances mathématiques symboliques avant toute éducation formelle. Le test des nourrissons à 12 mois nous a permis d'évaluer leur acuité numérique précoce, tandis que le suivi à 4 ans nous a fourni des informations sur leurs capacités numériques/symboliques émergentes à une période critique pour l'apprentissage précoce.
Quelles sont vos principales conclusions ?
Notre étude a révélé plusieurs résultats importants. Tout d'abord, nous avons trouvé une corrélation significative entre l'acuité du SNA (mesurée à l'aide d'une tâche de comparaison de points) et les aptitudes mathématiques à l'âge de 4 ans. En revanche, nous n'avons pas observé de corrélation entre les aptitudes mathématiques et les capacités d'inhibition, ce qui suggère qu'à ce stade du développement, ces aptitudes cognitives générales pourraient ne pas jouer un rôle significatif dans la maîtrise précoce des aptitudes mathématiques.
En examinant les données longitudinales, nous avons constaté que l'acuité de la numération mesurée par un paradigme de détection de changement implicite à 12 mois présentait une corrélation significative avec les performances des enfants dans une tâche de comparaison explicite de points à 4 ans, ce qui indique une grande fiabilité des différentes mesures dans le temps. Plus important encore, nous avons reproduit la corrélation longitudinale significative entre l'acuité du SNA à 12 mois et les performances à un test de mathématiques symboliques standardisé à 4 ans, observée initialement par Starr et al (même si l'âge de nos participants était légèrement différent de celui des participants à l'étude originale). Ce lien était robuste, car il restait significatif même après avoir contrôlé l'intelligence générale et les capacités d'inhibition. En outre, nous avons démontré que ce lien était spécifique à la perception de la numération : ni notre tâche de contrôle, une compétence de reconnaissance des visages mesurée à 12 mois, ne permettait de prédire les performances ultérieures en mathématiques, ni le SNA à 12 mois ne permettait de prédire les compétences de traitement des visages à 4 ans.
En résumé, ces résultats suggèrent que l'acuité de la numération est en corrélation avec les aptitudes mathématiques chez les enfants d'âge préscolaire et que la perception précoce de la numération à 12 mois peut être considérée comme un prédicteur fiable et spécifique des aptitudes mathématiques ultérieures à 4 ans. Il est important de noter que cette relation n'a pas été influencée par des capacités générales, telles que le QI ou le contrôle inhibiteur.
Soutiennent-ils vos hypothèses de recherche ? Sont-elles cohérentes avec la littérature scientifique ou diffèrent-elles ?
Nos résultats soutiennent généralement nos hypothèses et s'alignent sur une étude antérieure similaire dans ce domaine. En particulier, nous avons reproduit les principaux résultats longitudinaux de Starr et de ses collègues, confirmant que l'acuité précoce du SNA est un précurseur longitudinal des compétences mathématiques ultérieures. Cette cohérence renforce les preuves d'une association développementale entre la perception précoce de la numération et les aptitudes mathématiques formelles, de la petite enfance à l'enfance.
Conformément à nos hypothèses, mais contrairement à une partie de la littérature, nos résultats n'ont pas apporté la preuve d'un rôle des capacités d'inhibition dans l'acquisition des mathématiques. Cette constatation contraste avec certaines théories suggérant que les capacités d'inhibition pourraient expliquer le lien observé entre le SNA et la performance en mathématiques. Par exemple, Gilmore et ses collègues (2013) ont proposé que les tâches de comparaison de points reposent sur le contrôle inhibiteur, car les participants doivent supprimer les réponses aux caractéristiques non numériques telles que la taille ou la densité. Selon eux, les différences individuelles de performance en mathématiques s'expliqueraient par des différences d'inhibition plutôt que par des représentations numériques en tant que telles. Nos données ne confirment pas cette hypothèse. Nous n'avons trouvé aucune corrélation entre les aptitudes mathématiques et les capacités d'inhibition, et le lien observé entre l'acuité du SNA et les mathématiques symboliques a persisté même après avoir contrôlé l'inhibition.
Les résultats de cette étude peuvent-ils être utiles dans la vie réelle pour les enseignants, les psychologues scolaires, les médecins ou même les parents ? Si oui, dans quelle mesure ?
Les résultats de notre étude fournissent des informations précieuses aux personnes impliquées dans le développement précoce de l'enfant, notamment les éducateurs, les psychologues et les parents. Nos résultats montrent que, même au cours des premiers mois de la vie, il existe déjà des différences interindividuelles dans la perception de la numération qui peuvent conduire à des niveaux variables de réussite en mathématiques plus tard dans l'enfance. Ces connaissances pourraient aider à identifier les enfants susceptibles de présenter des difficultés d'apprentissage liées aux mathématiques et contribuer à la détection précoce des difficultés susceptibles d'entraîner des difficultés ultérieures en mathématiques. En outre, les résultats de notre étude pourraient aider les éducateurs et les psychologues à mettre au point des interventions ciblées et opportunes visant à renforcer ces compétences le plus tôt possible à l'âge préscolaire. Enfin, pour les parents, nos résultats soulignent l'importance d'encourager les enfants à s'intéresser aux quantités et aux nombres dès leur plus jeune âge. Les activités quotidiennes, telles que la comparaison de quantités, pourraient contribuer à développer le sens intuitif des nombres chez les enfants, ce qui pourrait favoriser leur développement mathématique ultérieur.
Quels liens ou connexions potentiels voyez-vous entre votre étude et les études scientifiques menées sur Magrid ?
Cornu, V., Schiltz, C., Pazouki, T., & Martin, R. (2017b). Entraîner les capacités visuo-spatiales précoces : Une étude d'intervention contrôlée en classe. Sciences appliquées du développement, 23(1), 1-21. https://doi.org/10.1080/10888691.2016.1276835
Jung, S., Meinhardt, A., Braeuning, D., Roesch, S., Cornu, V., Pazouki, T., Schiltz, C., Lonnemann, J., & Moeller, K. (2020c). Hierarchical Development of Early Visual-Spatial Abilities - A Taxonomy Based Assessment Using the MaGrid App (Développement hiérarchique des capacités visuelles et spatiales précoces - Évaluation basée sur une taxonomie à l'aide de l'application MaGrid). Frontières de la psychologie, 11. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2020.00871
Pazouki, T., Cornu, V., Sonnleitner, P., Schiltz, C., Fischbach, A., & Martin, R. (2018d). MaGrid : Une application de formation et d'apprentissage précoce des mathématiques neutre sur le plan linguistique. Journal international des technologies émergentes dans l'apprentissage (iJET), 13(08), 4. https://doi.org/10.3991/ijet.v13i08.8271
Il existe des liens évidents entre notre étude et les travaux menés dans le cadre du projet Magrid, car tous deux se concentrent sur les premiers précurseurs des mathématiques. Alors que notre étude vise à évaluer ces compétences fondamentales, Magrid se concentre principalement sur l'entraînement de ces compétences par le biais d'une application neutre sur le plan linguistique. Les deux approches soulignent l'importance de la perception de la numération en tant que facteur clé de l'acquisition ultérieure des mathématiques. Ces approches complémentaires mettent en évidence le rôle critique de la cognition numérique précoce dans le développement mathématique des enfants et suggèrent des applications éducatives potentielles tant pour l'évaluation que pour l'intervention.
Quel est le sujet de votre recherche scientifique actuelle ?
Je travaille actuellement sur plusieurs projets de recherche qui explorent différents aspects de l'apprentissage. En particulier, mes recherches actuelles portent sur les similitudes et les différences entre la dyslexie et la dyscalculie aux niveaux cognitif et neuronal. J'explore également le rôle des émotions, positives et négatives, dans le processus d'apprentissage, en analysant comment les états émotionnels peuvent influencer les résultats scolaires et le développement cognitif des enfants. Enfin, je termine une étude sur les précurseurs généraux et spécifiques des compétences mathématiques afin d'identifier les facteurs cognitifs précoces qui contribuent à l'acquisition des mathématiques.
