EXpérimenter l’Apprentissage par Problèmes et Projets via la conception 3D
EXAPP_3D est constitué de deux types d’activités, dont l’intersection est principalement la modélisation 3D. La première activité menée est constituée de projets expérimentaux impliquant des élèves du cycle 3 à l’école d’ingénieurs, sous forme de cordées, autour de thématiques actuelles et futures (réponses au handicap, agriculture urbaine, transports du futur…) et mettant l’accent sur la collaboration (apprentissage par projets) et la conception (notamment avec modélisation 3D via des outils numériques de modélisation et avec programmation) afin d’aboutir à des réalisations physiques et à des livrables pédagogiques (réalisations réutilisables par les équipes pédagogiques avec ou sans adaptation ; bonnes pratiques de collaboration). La seconde activité menée est un travail de recherche (thèse de Mme Sophie Charles) autour de l’évolution de l’habileté spatiale et des stratégies de modélisation 3D des étudiants ingénieurs en première année de formation, avec pour principaux résultats la mise en lumière d’une corrélation significative entre la performance aux tests spatiaux et la performance académique en école d’ingénieurs spécialisée en mécanique, la confirmation d’une différence de performance en fonction du genre ou encore la confirmation d’une progression significative de la performance aux tests spatiaux suites à des enseignements spécifiques, en particulier concernant les étudiantes.
Responsables projet :
Philippe GIRARD
Antoine LANTHONY
Quelques chiffres
Académie de Créteil
1 253 K€ de subventions
7 collèges
4 lycées
1 lycée professionnel
2 structures du supérieur
env. 5 000 élèves
Résultats obtenus
Dans le cadre des projets expérimentaux, les résultats sont : livrables pédagogiques mettant en valeur les réalisations réutilisables avec ou sans adaptation par les équipes pédagogiques ; bonnes pratiques de collaboration multi-acteurs dans le cadre de projets de conception. Dans le cadre de la thèse, les résultats sont : existence d’une corrélation significative entre performance aux tests spatiaux et performance académique en école d’ingénieurs en mécanique ; confirmation d’une différence de performance en fonction du genre ; confirmation d’une variété de stratégies de résolution pour répondre aux tests spatiaux de mesure d’habileté spatiale ; confirmation d’une progression significative de la performance aux tests spatiaux après enseignements spécifiques, particulièrement pour les étudiantes ; mise en lumière d’une variété de stratégies de résolution de tâches de modélisation 3D via modeleur volumique ; identification et caractérisation des difficultés liées à une double démarche d’observation et de tests en performance pour caractériser l’habileté spatiale.
Préconisations
Le projet EXAPP_3D étant toujours en cours, les préconisations et recommandations ne sont pas finalisées, la totalité des résultats n’étant pas encore obtenus et les travaux de préconisations et de pérennisation étant en cours. Suite aux projets expérimentaux, les principales préconisations et recommandations découleront a priori des bonnes pratiques identifiées d’une part, de conseils d’utilisation de certains livrables pédagogiques d’autre part. Suite au travail de thèse, les principales préconisations se situeront autour de la réalisation de tests spatiaux et de la mise en place de dispositifs pédagogiques visant à développer l’habileté spatiale en début d’études scientifiques et de design.
Prolongements du projet
Les travaux de pérennisation, tout comme le projet EXAPP_3D, sont en cours. Plusieurs axes sont explorés, dont les plus aboutis sont les suivants : proposition d’une offre nouvelle aux enseignants de collège (packs disponibles au prêt et accompagnement permettant de construire un contenu à base de robotique éducative qui soit une alternative aux robots clés en mains « fermés », in fine proposition d’une possibilité d’une clé en mains « ouvert ») ; proposition d’un cadre de projets collaboratifs inter-établissements entre étudiants BTS et étudiants ingénieurs ; mise à l’échelle du protocole expérimental au collège pour confirmer la corrélation entre habileté spatiale et succès en STIM, et la différence de performance selon le genre ; définition de ressources pédagogiques visant à développer l’habileté spatiale et d’un protocole expérimental de mesure de l’impact, selon le genre, de ce dispositif sur l’habileté spatiale, les stratégies de résolution de tâches spatiales, et la performance scolaire.
Ressource(s) associée(s)
Closure Flexibility Test (Concealed Figures) Form A
Un test psychométrique pour mesurer la capacité à reconnaître mentalement une forme en 2D intriquée dans un motif complexe -- Traduction du test d’évaluation sur papier de Thurstone et Jeffrey (1956)
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Purdue Spatial Visualization Test: Visualization of Views
Un test psychométrique pour mesurer la capacité à reconnaître mentalement un objet en 3D -- Traduction du test d’évaluation sur papier de Guay (1976)
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Revised Purdue Spatial Visualization Tests: Visualization of Rotations
Un test psychométrique pour mesurer la capacité à transformer mentalement la totalité d’un objet en 2D ou en 3D -- Traduction du test d’évaluation sur papier de Yoon (2011) avec accord de l’auteure
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Mental Cutting Test
Un test psychométrique pour mesurer la capacité à réaliser mentalement des transformations spatiales -- Traduction française du test d’évaluation sur papier du College Entrance Examination Board (1939)
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Pack Robotique
Concevoir et réaliser des systèmes robotisés : une initiation à la programmation informatique à travers des projets collaboratifs
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Travaux de recherche associés
Habileté spatiale et stratégies de modélisation
Sophie CHARLES
Ce travail de recherche s’inscrit dans le projet e-FRAN EXAPP_3D qui vise à « entretenir et accentuer l’intérêt des élèves du secondaire dans les filières techniques et professionnelles dédiées principalement à la conception et la définition de produits industriels en vue d’améliorer leur réussite scolaire » (
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Ce travail de recherche s’inscrit dans le projet e-FRAN EXAPP_3D qui vise à « entretenir et accentuer l’intérêt des élèves du secondaire dans les filières techniques et professionnelles dédiées principalement à la conception et la définition de produits industriels en vue d’améliorer leur réussite scolaire » (ISAE-Supméca, 2016, paragr. 1). Pour ce faire, EXAPP_3D s’appuie sur une pédagogie par problèmes et par projets auprès d’élèves de collège, de lycées et d’écoles d’ingénieurs impliqués dans des travaux de groupe mobilisant des outils de Conception Assistée par Ordinateur (CAO). Ces expérimentations visent à aider des élèves dans des territoires en difficulté à persévérer dans leurs études et leur insertion professionnelle. Selon les partenariats inter-établissements conclus, des regroupements d’élèves impliquent des élèves de niveau collège, lycée, BTS ou école d’ingénieurs, autour de projets portant notamment sur l’agriculture urbaine, les transports ou la santé, en mobilisant des outils de CAO variables : SketchUp (Schell et Esch, 2000), Solidworks (Dassault Systèmes, 1995) ou CATIA (Dassault Systèmes, 2012). La variabilité de la distribution des observables et la probabilité qu’une approche pédagogique ait un effet sur les apprentissages, quelle que soit l’approche adoptée (Górska, 2005), oriente la recherche vers une investigation des apports de la pratique de la modélisation 3D aux habiletés spatiales (Górska, 2005 ; Martín-Dorta et al., 2008), compétences elles-mêmes corrélées à la réussite dans les études d’ingénierie (Wai et al., 2009). Le choix du terrain est orienté vers un public d’étudiants ingénieurs à partir de facteurs de calendrier, de durabilité et de potentialité de maîtrise et de contrôle des variables. Les protocoles définis sur ce public ont pour vocation à être mis à l’échelle auprès d’un public de collégiens pour vérifier la réplicabilité des résultats. Cette partie de la recherche n’a pu avoir lieu dans le cadre de la thèse en raison de la crise sanitaire.
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Publications
Publications du projet
Publications liées au projet
François, A., Lanthony, A., Brunner, A., Hammadi, M., Choley, J. Y., Patalano, S. et Veneri, O. (2015). PLACIS: Systems engineering through a project-based learning approach general framework, debates and achievements through an overview and a concrete example. Dans 2015 IEEE International Symposium on Systems Engineering (ISSE) (p. 358-363). IEEE. http://doi.org/10.1109/SysEng.2015.7302782
Kooli-Chaabane, H., Peyret, N., Hammadi, M. et Lanthony, A. (2021). Virtual Design Office: Proposition of Problem-and Project-Based Learning Solution in the COVID-19 Era and Beyond. Dans 2021 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) (p. 1527-1531). IEEE. http://doi.org/10.1109/EDUCON46332.2021.9454130
Lanthony, A., Azzouzi, E., François, A. et Peyret, N. (2018). Self-assessment in PBL: A tool to develop self-confidence and autonomy of students: The example of self-assessment experiment at ISMEP-Supmeca in France. Dans 2018 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) (p. 263-267). IEEE. http://doi.org/10.1109/EDUCON.2018.8363238
Peyret, N., Courtois, S. et Chevallier, G. (2019). Combined project-based learning and teacher-practical demonstrations to help acquire global engineering skills. Dans Varietas Delectat: Complexity is the New Normality, SEFI Conference (p. 871-878).
Viksne, I., Brunner, A., Hammadi, M., Nordström, K., Laakkonen, A., Van der Hoeven, W., … et Melnikovs, A. (2016). Epices: Assessment challenges of problem-and project-based engineering Education. Dans Proceedings of the 44th Annual Conference of the European Society for Engineering Education—Engineering Education on Top of the World: Industry-University Cooperation.
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