Outils numériques dans l’apprentissage de la conception mécanique : analyse des liens entre représentations externes et capacités visuo-spatiales dans le processus de conception

Computers in engineering design education : analysis of links between external representations and spatial abilities in the design process

• Auteur / Autrice : Sylvain Agbanglanon
• Direction : Vassilis Komis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'éducation
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Droit et Science politique (Cergy, Val d'Oise))
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BONHEURS (Cergy-Pontoise ; 2018-) - Bien-être- Organisations- Numérique- Habitabilité- Education- Universalité- Relation- Savoirs / BONHEURS
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vassilis Komis, Georges-Louis Baron, Rodica Ailincai, Pascale Pomares Brandt, Bernard Coulibaly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Georges-Louis Baron, Rodica Ailincai

Mots clés

Mots clés libres

Capacités spatiales

Représentations externes

Apprentissage de la conception mécanique

Modeleurs numériques

Processus de conception

Résolution de problème

Spatial ability

External representations

Engineering design education

CAD tools

Design process

Problem solving

Résumé

Dans une activité co-localisée de conception mécanique engageant des apprenants, les actions entreprises et les représentations externes que mobilisent ces derniers sont-elles liées à leurs capacités visuo-spatiales ? À travers cette question, notre étude explore les caractéristiques du processus en cours dans l’activité collaborative co-localisée de conception mécanique en relation avec les capacités visuo-spatiales des apprenants et les attributs des représentations externes qui y sont mises à contribution. Nous abordons la question dans une visée descriptive en analysant la situation sous un prisme s’inspirant de la cognition distribuée. Ainsi, nous retenons une dimension sociocognitive individuelle et une dimension sociotechnique interactionnelle. La première est relative aux attributs des agents humains et la seconde aux interactions interhumaines et à celles des humains avec les représentations externes dans la situation. Ce travail s’appuie sur la mesure des capacités visuo-spatiales de 63 apprenants Sénégalais en électromécanique, de niveau bac+2 et bac+5, par le biais de tests. Les caractères sociodémographiques de ces derniers, ceux liés à leur parcours éducatif et à la maîtrise qu’ils ont des outils numériques de modélisation graphique sont recueillis par le biais d’un questionnaire. À ces éléments s’ajoutent les enregistrements vidéo de l’activité collaborative de six dyades engagées dans la conception de solutions d’amélioration d’un système mécanique existant. La mise à contribution de tests de comparaison de Wilcoxon et de Kruskal-Wallis, appliqués aux éléments issus de l’encodage des vidéos et des résultats aux tests de capacités spatiales, nous permet d’avancer des éléments descriptifs de la situation. L’échantillon étudié présente une caractéristique notable : les apprenants ayant obtenu le baccalauréat ont des scores de visualisation spatiale plus élevés comparés à ceux qui ont eu un brevet de technicien comme diplôme secondaire. Les résultats montrent que les apprenants avec les capacités spatiales les plus faibles investissent plus de temps dans les actions de représentation de solutions et dans celles visant la compréhension du problème et des solutions. Par contre, les actions liées à l’évaluation des solutions et à l’incitation à la genèse de solutions sont plus le fait des apprenants avec les scores de visualisation spatiale les plus élevés. Dans le recours aux représentations externes sur supports numériques ou stéréoscopiques, les durées investies par les apprenants à capacités spatiales élevées sont supérieures à celles investies par des apprenants dont les capacités spatiales sont plus faibles, qui y recourent plus tôt. Cependant, il n’est pas noté de différence significative quant à la mise à contribution de représentations externes planes et sur papier.

In a co-located mechanical design activity involving learners, are the actions undertaken and the external representations mobilized related to their spatial skills? Through this question, our study explores the characteristics of the ongoing process in the co-located collaborative mechanical design activity in relation to the spatial skills of the learners and the characteristics of the external representations with which they interact. We address the question in a descriptive aim by analyzing the situation under a prism inspired by distributed cognition. Thus, we retain an individual socio-cognitive dimension and an interactional socio-technical one. The first relates to human agent’s traits and the second to human interactions, including the ones with external representations. This work is based on test measurement of spatial skills of 63 Senegalese, bachelor and graduate level students in mechanical engineering. The socio-demographic characteristics of students, those related to their educational background and their mastery of computer aided modeling tools are collected using a survey. To these elements are added the video recordings of the collaborative activity of six dyads involved in the design of improving solutions for an existing mechanical system. Wilcoxon and Kruskal-Wallis comparison tests, applied to the data, allow us to give a description of the studied situation. One notable feature of the sample studied is that learners who graduated from high school had higher spatial visualization scores compared to those who had a technician's certificate. The results show that learners with the weakest spatial abilities are more involved in solution drawing and in actions aimed at understanding the problem and solutions. On the other hand, the actions related to the evaluation of solutions and the ones inciting solution genesis are more the fact of learners with the highest spatial visualization scores. In the use of external representations on digital and stereoscopic media, the durations invested by learners with high spatial abilities are higher than those of learners whose spatial abilities are lower, although these latter use them earlier. However, there is no significant difference in the durations of non-spatial and paper-based external representations’ use.