Enseignants, assistants, collaborateurs scientifiques et administratifs

Thevenot Catherine

Coordonnées Curriculum Recherches Enseignements Publications

Axes de recherche

Procédures automatisées de comptage
Etudes comportementales

A travers l'observation des temps de résolution, nous inférons les stratégies utilisées par les enfants et les adultes pour résoudre des problèmes additifs simples. Ces études nous ont permis de remettre en question le modèle dominant de la littérature selon lequel la réponse des problèmes simples tels que 3 + 2 est récupérée en mémoire. Nous proposons plutôt que les experts utilisent des procédures de comptage inconscientes pour résoudre des problèmes aussi simples que 3 + 2. De plus, nous effectuons une large série d'études sur les effets d'un entraînement intensif sur les temps de résolution des problèmes arithmétiques. Pour ce faire, nous utilisons une tâche d'alphabet arithmétique (C + 3 = ?) afin de mettre les adultes dans des conditions d'apprentissage proche de celles des enfants confrontés à des calculs mentaux classiques (2 + 3 = ?). Ces travaux devraient permettre de proposer un nouveau modèle explicatif de la dyscalculie.



Etudes en imagerie cérébrale

Les corrélats neuro-anatomique des procédures automatisées que nous pensons avoir identifié sont étudiées grâce à la technique de l'imagerie cérébrale (IRMf).

Comptage sur les doigts
Il est proposé dans la littérature que le comptage sur les doigts est une étape nécessaire au développement de compétences numériques plus élaborées. Nous examinons cette hypothèse grâce au suivi sur 3 années d'enfants à partir de 5 ans par l'observation de la mise en place de leurs stratégies de comptage sur les doigts. Nous mettrons en relation ces données avec leurs performances en mathématiques. Par ailleurs, le suivi longitudinal d'enfants présentant une hémiplégie et qui présentent donc de faibles habiletés motrices digitales, est également informative de la nature du lien qui existe entre doigts et capacités numériques. Enfin, cette question des rapports entre usage des doigts en arithmétique et représentations numériques mentales est étudiée dans une perspective interculturelle chez les adultes britanniques et suisses, qui ont des habitudes de représentations digitales des nombres différentes.

Problèmes arithmétiques verbaux
Etudes électrophysiologiques

Le type de représentations mentales construites lors de la résolution de problèmes arithmétiques verbaux fait encore l'objet de débat à l'heure actuelle. Nous faisons l'hypothèse que des représentations de type modèles mentaux sont construites pour cette résolution et que les experts recourent rarement à des schémas stockés en mémoire à long terme. Pour vérifier cette hypothèse nous enregistrons l'activité cérébrale (EEG) des individus lors de la résolution et prédisons des différences de niveau d'imagerie mental en fonction du contexte du problème.

 

Projets

Projets FNS

Développement neuro-cognitif de l'expertise arithmétique : mécanisme reconstructif ou reproductif ?
2019 - 2021  (24  mois)
Requérant·e: Catherine THEVENOT, Jérôme PRADO (CNRS, Institut des Sciences Cognitives, Lyon, France)
Notre but est d'étudier le développement des stratégies de calcul mental relatives à l'addition chez des individus de 8 ans à l'âge adulte.

Lorsqu'un adulte doit résoudre un problème tel que 3 + 2, la réponse surgit en général à l'esprit sans effort. Les chercheurs en concluent que le calcul a été résolu par récupération du résultat en mémoire. Cependant, nous avons remis en question ce consensus et nous suggérons plutôt que de tels additions sont résolues par les experts par procédures de comptage inconscientes (ex : 3 + 2 = 4, 5).

Ce projet vise à tester cette théorie par la collecte de données comportementales et cérébrales auprès d'adultes et d'enfants de 8, 11 et 14 ans. Leurs temps de résolution d'additions seront mis en correspondance avec leur activité cérébrale lors de la réalisation des calculs dans un scanner. Si, comme nous en faisons l'hypothèse, les enfants et les adultes résolvent les calculs grâce à la même stratégie, les mêmes aires cérébrales devraient être recrutées tout au long du développement. En revanche, des aires différentes devraient être activées au cours du développement si les débutants utilisent le comptage alors que les experts sont passés à la récupération.

Les résultats du projet sont importants pour concevoir des programmes scolaires visant à développer les compétences arithmétiques. En effet, si nous validons notre théorie, un apprentissage par coeur des faits additifs à l'école devra être abandonné au profit d'un enseignement basé sur l'entrainement et la pratique du comptage. En dehors de l'arithmétique, notre modèle de procédures automatisées pourrait rendre compte de mécanismes d'apprentissage plus généraux dans les domaines de la lecture et de l'écriture par exemple.

Automatization of counting procedures in children with dyscalculia
2017 - 2020
Requérant·e: Catherine Thevenot
Autres collaborateurs-trices: Jeanne Bagnoud
La dyscalculie est un trouble des apprentissages numériques qui touchent 3 à 6% des enfants et qui touche particulièrement le domaine de l'arithmétique. Depuis plusieurs décennies, il est admis que les difficultés de ces enfants sont en partie dues à leur impossibilité de récupérer correctement en mémoire le résultat de calculs simples tels que 7 + 8 ou même 2 + 4. Cependant, nos travaux récents montrent qu'un déficit dans la rapidité des procédures de comptage pourrait être plus à même de décrire et expliquer les troubles des enfants souffrant de dyscalculie. Leur lenteur et leurs erreurs de comptage pourraient rendre difficile voire impossible la résolution de calculs simples de manière automatique. Ce projet vise à étudier cette hypothèse d'un déficit des procédures automatisées chez les enfants dyscalculiques et pourrait permettre de mieux les prendre en charge du point de vue de la rééducation. Afin de tester cette hypothèse, nous mesurerons précisément et à 3 reprises sur 3 années consécutives les temps de résolution des enfants pour des problèmes additifs simples et nous comparerons les résultats à une population contrôle. Nous nous attendons à ce que les distributions des temps de résolution suivent une fonction linéaire, marque d'une procédure de comptage.

Development of finger use and finger counting habits in young children
2015 - 2018
Requérant·e: Catherine Thevenot, Pierre Barrouillet (UNIGE)
L'hypothèse de "manumerical cognition", ou de cognition ancrée au niveau des doigts, postule que l'utilisation des doigts dans les activités numériques durant l'enfance façonne la compréhension des nombres (Fischer & Brugger, 2011). Cette hypothèse est soutenue par le fait qu'utiliser ses doigts pour montrer une numérosité précède universellement l'utilisation de codes plus abstraits comme les codes arabiques ou verbaux (Butterworth, 1999).
Dans ce projet, nous souhaitons évaluer l'impact de l'utilisation des doigts par les enfants dans les activités de comptage sur le développement de leurs habiletés numériques et la construction de leurs représentations mentales des nombres. Des enfants âgés de 5 à 6 ans seront recrutés et suivis sur une période de 3 ans. Ils seront testés sur l'utilisation des doigts, sur leurs compétences en comptage verbal, en énumération et en arithmétique et sur l'orientation spatiale des nombres. Nous pourrons alors mettre en évidence le rôle de l'utilisation précoce des doigts dans le développement des habiletés numériques. D'autre part, nous pourrons déterminer si les jeunes enfants manifestent déjà une préférence dans la directionnalité du comptage sur les doigts (e.g., de gauche à droite) et si des différences entre cette orientation et l'orientation classique de la ligne numérique mentale a un impact sur la précision de leurs représentations numériques.
Les difficultés en mathématique ont été décrites comme très handicapantes dans la vie d'un individu, plus encore que des compétences faibles en lecture ou en écriture (Parsons & Bynner, 2005). Déterminer les précurseurs d'un bon développement des capacités en mathématique est donc un important challenge pour les chercheurs spécialisés dans la cognition numérique.

Mental addition in children: A longitudinal study
2014 - 2017
Requérant·e: Catherine Thevenot, Pierre Barrouillet (UNIGE)
Les stratégies utilisées pour le calcul mental par les enfants et les adultes constituent un champ de recherche largement étudié dans le domaine de la cognition numérique. Or, malgré ce nombre important d'études, les résultats actuels de la littérature ne sont pas toujours cohérents, et il est donc difficile de pouvoir décrire parfaitement ce qu'il se passe chez les enfants comme chez les adultes quand ils doivent résoudre des problèmes arithmétiques simples.
Pour les additions, il est généralement admis que la transition entre les stratégies de comptage et la récupération du résultat en mémoire à long terme (i.e, je sais que 3 + 4 font 7) se situe aux alentours de 10 ans. A cet âge-là en effet, on considère que les enfants sont capables de résoudre la plupart des problèmes additifs simples sans compter.
Cependant nous avons récemment montré (Barrouillet & Thevenot, 2013; Fayol & Thevenot, 2012) que même les adultes utilisent encore des stratégies de comptage pour résoudre de très petites additions (impliquant des nombres de 1 à 4). Si les adultes ne récupèrent pas les résultats d'additions simples en mémoire à long terme, il est difficile d'envisager que des enfants le fasse. Le but de ce projet est donc de déterminer précisément comment les enfants résolvent de telles additions. Dans cette étude, nous allons tester des enfants âgés de 8 à 9 ans (c'est-à-dire avant l'âge supposé de la transition entre l'utilisation de procédures de comptage et la récupération) sur leurs capacités à résoudre des additions simples (i.e., de 1 + 1 à 4 + 4). Ces mêmes enfants seront à nouveau testés une fois par an jusqu'à leurs 11-12 ans (c'est-à-dire quand la transition aura été faite). En plus de la tâche arithmétique, et afin de mieux étudier les différences inter-individuelles, les capacités des enfants en mémoire de travail seront également mesurées et mises en relation avec leurs capacités arithmétiques.

Numerical abilities in 5- to 14-year-old children with cerebral palsy
2013 - 2018
Requérant·e: Catherine Thevenot, Pierre Barrouillet (UNIGE)
Une relation entre les gnosies digitales, c'est-à-dire les représentations mentales et la sensibilité des doigts, et les capacités numériques a été mise en évidence dans la littérature. Ainsi par exemple et très étonnement, les performances des enfants en arithmétique sont mieux prédites par leurs capacités à discriminer leurs doigts que par des tests d'intelligence plus classiques.
Une possibilité pour rendre compte de cette relation est que le comptage sur les doigts mis en place spontanément par les jeunes enfants constituerait une base pour les acquisitions numériques futures. Plus les enfants auraient de facilité à se représenter mentalement leurs doigts et plus il leur serait facile de les associer à des quantités, d'où une meilleure disposition pour des activités numériques plus symboliques et complexes. Le but de ce projet est d'aller plus loin dans l'examen de cette hypothèse.
A cette fin, les compétences numériques non-symboliques (i.e. traitement de quantités sous forme de collections concrètes d'objets) et symboliques (i.e., traitement des nombre sous leurs formes verbales ou arabes) vont être évaluées chez des enfants hémiplégiques, diplégiques et quadriplégiques âgés de 5 à 14 ans. Chez ces enfants, les gnosies digitales sont altérées au minimum pour l'une de leurs mains. Si les habiletés numériques sont en effet dépendantes de la mobilité et des représentations mentales des doigts, les enfants présentant des infirmités motrices cérébrales devraient présenter des déficits spécifiques dans leur maniement des nombres par rapport à une population d'enfants contrôles tout-venants.
Ce projet nous permettra d'identifier précisément les forces et faiblesses des enfants souffrant de paralysie cérébrale dans le domaine mathématique. Des programmes de remédiation pourront ainsi être élaborés à partir de nos conclusions.

Is simple addition solving based on direct retrieval from long-term memory? A training study.
2013 - 2014
Requérant·e: Pierre Barrouillet (UNIGE), Catherine Thevenot
On considère généralement que les petites additions (4 + 3) sont résolues par une récupération directe du résultat en mémoire à long terme. Cette conviction répandue se base sur la cooccurrence de réponses rapides qui suggèrent un processus en une étape et de rapports verbaux de la part des sujets. On suppose que la résolution répétée de ces additions depuis l'enfance conduirait à associer en mémoire les opérandes au résultat qui serait ensuite activé par les présentation des ces opérandes.
Toutefois, nous avons récemment remis en cause cette hypothèse et proposé que les petites additions sont résolues par des procédures algorithmiques hautement automatisée dont la vitesse d'exécution en rend les étapes inconscientes (Barrouillet & Thevenot, 2013 ; Fayol & Thevenot, 2012). En effet, même les additions les plus petites manifestent un effet de taille : le temps de réponse augmente linéairement avec la taille des opérandes, effet difficilement conciliable avec l'hypothèse de récupération en mémoire.
Afin de contraster les deux hypothèses, nous envisageons d'entraîner des adultes de manière intensive à la résolution d'additions simples soit par procédures (le participant doit fournir le résultat de l'addition, 4 + 3 = ?), soit par association des opérandes avec le résultat (apprentissage par coeur des associations par répétition, 4 + 3 = 7). Nous souhaitons ensuite comparer les courbes d'apprentissage de ces deux groupes. Notre hypothèse du recours à des procédures rapides prédit que les temps de résolution à l'issue de l'apprentissage devraient être différents en fonction de la méthode utilisée. Plus précisément, les temps de résolution des additions devraient être les mêmes après apprentissage par coeur intensif, quelle que soit la taille de l'addition (2+ 3 ou 2 + 5). Au contraire, si des procédures rapides sont encore utilisées même après un entrainement intensif de ces procédures, les temps de résolution devraient encore être sensibles à la taille des nombres

Strategies in mental addition problem solving
2012 - 2013
Autres collaborateurs-trices: Pierre Barrouillet, Catherine Thevenot
The aim of the present project is to further explore the determinants of the size effect in mental arithmetic. For this purpose, a set of chronometric data with a maximized reliability is needed. Thus, we plan to present a large sample of adult participants with numerous trials for each of the possible additions with operands from 1 to 9. Moreover, such a large sample will allow for a differential approach and the comparison of response time patterns in individuals varying in their skills in arithmetic and their working memory capacities. Variations of response time patterns in different populations, if they exist, would provide further clues about the nature of the strategies used by adults to solve additions.

Strategies in mental arithmetic: The use of the operand-recognition paradigm.
2012 - 2013
Requérant·e: Catherine Thevenot
This project constitutes a second extension of a project granted by the FNS in 2008 (100014-122637) and in 2010 (100014-131911). The original project was aimed at broadening the application of a new paradigm that we conceived a few years ago in order to study adults and children's strategies in mental arithmetic (Thevenot, Fanget & Fayol, 2007). This paradigm takes advantage of the fact that algorithmic computation degrades the memory traces of the operands involved in the calculation. As a consequence, contrasting the relative difficulty that adults encounter in recognizing operands after either their addition or their simple comparison with a third number can allow us to determine if the addition has been solved by an algorithmic procedure or by retrieval of the result from memory. Indeed, if it is more difficult to recognize the operands after their addition than after their comparison, then the operation has been solved by an algorithmic procedure. On the contrary, if the difficulty is the same in the two conditions, then the addition has been solved by retrieval; a fast activity that does not imply the decomposition of the operands. The first extension that was granted by the FNS allowed us to carry out a series of experiments on subtractions that are now published in one of the most prestigious journals in our field: The Journal of Experimental Psychology: Learning, Memory and Cognition (Thevenot, Castel, Fanget, & Fayol, 2010). Quickly after the publication of our paper, Metcalfe & Campbell (2011) published a paper in the same journal in which they questioned the validity of the operand-recognition paradigm and suggested that it might reflect difficulty-related switch-costs rather than individuals' strategies. However, a series of concerns relative to the methodology used by Metcalfe & Campbell strongly lead us to express doubts about the authors' conclusions. Therefore, it is my priority now to design and run these new experiments and it is the object of the current project.

The causes of performance improvement in mental arithmetic: A shift from slow counting to compacted procedures?
2012 - 2013
Requérant·e: Catherine Thevenot
In order to solve arithmetic problems, individuals can use two different strategies, namely retrieval or procedure. It is generally thought that a gradual shift from procedures to retrieval is possible through repetitive practice of algorithms in childhood, which would lead to the memorization of associations between operands and answers. In this context, the shift from inefficient to more efficient solution strategies through development is explained by a shift from slow procedures to retrieval (Logan, 1988; Logan & Klapp, 1991; Siegler & Shrager, 1984). However, a different view, which is supported by some of our recent results, is that the improvement of arithmetic performance through practice is due to a shift from slow counting procedures to the use of compacted procedural knowledge (Anderson, 1982; 1983; 1987; Baroody, 1994). The current project aims at providing new evidence for one or the other point of view.

Strategies in mental arithmetic: The use of the operand-recognition paradigm.
2011 - 2012
Requérant·e: Catherine Thevenot
This project constitutes an extension of a project granted by the FNS in 2008 (100014-122637). The original project aimed at broadening the application of a new paradigm that we conceived a few years ago (Thevenot, Fanget & Fayol, 2007) to the study of subtraction, multiplication and division problems and to adopt a developmental perspective and use our paradigm in order to study the changes from procedural to retrieval strategies in third, fourth, and fifth graders. That paradigm takes advantage of the fact that algorithmic computation degrades the memory traces of the operands involved in the calculation. As a consequence, contrasting the relative difficulty that adults encounter in recognizing operands after either their addition or their simple comparison with a third number can allow us to determine if the addition has been solved by an algorithmic procedure or by retrieval of the result from memory. Indeed, if it is more difficult to recognize the operands after their addition than after their comparison, then the operation has been solved by an algorithmic procedure. On the contrary, if the difficulty is the same in the two conditions, then the addition has been solved by retrieval; a fast activity that does not imply the decomposition of the operands. Within the ongoing project, we have already extended the use of the paradigm to the domain of subtraction and we have used it in fifth graders, attesting to the fact that it is also suitable for children. I would like to postpone the remaining planned experiments described in the original project and ask the Swiss National Foundation for a one-year prolongation in order to concentrate on the experiments suggested by the reviewers. The first six experiments in the current project aims at examining potential confounds existing in our operand-recognition paradigm (ORP). The last experiment aims at extending the results we obtained on subtraction to multiplication and division problems.

Relation entre capacités numériques de base et capacités numériques complexes
2009 - 2010
Requérant·e: Catherine Thevenot
This project consists of an extensive single study that would be carried out over a one-year period. It aims at providing explanation for the relationship reported in the literature between basic and more complex numerical skills. This relationship is often interpreted by researchers as evidence that an early, if not innate, solid and clear understanding of numerosity, or in other words, a good number sense, constitutes the basis for the development of complex numerical abilities such as arithmetic or mathematics. However, an alternative explanation of the relation can be put forward. It could be that individuals who have difficulties in complex numerical abilities do not engage in activities involving numbers as often as higher skilled individuals. As a consequence, their mental representation of numbers could be unclear and difficult to access due to a lack of practice. In order to shed light on the causal relationship between basic and complex numerical skills, we propose here to train not-so-good problem solvers on mental arithmetic and to examine the effect of this training on their numerical basic skills. If practicing complex numerical activities improves the clarity of number representations and the understanding of numerosity, then the hypothesis that higher level numerical abilities develop from a numerical core knowledge is not strictly true. The hypothesis that difficulty in basic numerical abilities could be the consequence of lower abilities in complex numerical abilities such as mental arithmetic could therefore be retained. On the contrary, if practicing mental arithmetic does not have any effect on more basic skills, then the hypothesis that deficits in basic numerical abilities are the consequence of a lack of exposure to numbers has to be rejected. Elucidating the question of a potential causal relationship between basic and more complex numerical abilities is fundamental in order to understand and remediate children's difficulties in arithmetic and mathematics.

Strategies in mental arithmetic: The use of the operand-recognition paradigm.
2008 - 2010

Autres projets

The use of the alphabet arithmetic task for the study of the automatization of counting procedures
2017 - 2018
Organisme subventionnaire: Chuard-Schmid Foundation

Simple arithmetic in children
2013 - 2014
Organisme subventionnaire: Fondation Henri Moser  (Suisse)

Procedures in mental arithmetic
2013 - 2017
Organisme subventionnaire: Marie Curie Career Integration Grant (C.I. G.)
Autres collaborateurs-trices: Jerome Prado

Relationship between basic and complex numerical abilities
2009 - 2010
Organisme subventionnaire: Fondation Ernst et Lucie Schidheiny

Representations and strategies in arithmetic word problem solving
2004 - 2006
Organisme subventionnaire: ESRC  (Grande-Bretagne)

Mental models and the solution of verbal arithmetic problems
2002 - 2003
Organisme subventionnaire: British Council/Alliance Franco-British

Arithmetic word problems solving and mental models
2001 - 2003
Organisme subventionnaire: EU Marie Curie

 

Collaborations

Interuniversitaires

Univ. Genève, DeCoPsy
- Ongoing research projects :
1) Behavioral studies in normal developing children from the age of 6
2) Brain imaging studies in normal developing children from the age of 8 as well in adults
Suisse
Contact : Pierre Barrouillet, Romain Mathieu

CNRS, Institut des Sciences Cognitives
- Common researchs projets (in normal developing children from the age of 8 as well as in adults)
France
Contact : Jérôme Prado

Univ. Genève, Groupe Cognition Visuelle
- Ongoing research project (Electrophysiological studies in adults)
Suisse
Contact : Nicolas Burra

Univ. de Clermont-Ferrand, LAPSCo
- Common research projects
France
Contact : Michel Fayol

Avec les milieux professionnels

Hôpitaux Civils de Lyon, Service Escale
- On-going research projects (behavioural studies in children with dyscalculia)
- Developing future research projects
France
Contact : Isabelle Poirot

HUG, Unité de Neuropédiatrie
- Common research projects (Behavioral studies in normal developing children from the age of 5)
Suisse
Contact : Joel Fluss


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