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Quel rôle joue la pensée spatiale dans les STIM (sciences, technologies, ingénierie et mathématiques) ?

Publié le: 21 Juin 2021

Articles Développement Apprentissage et éducation Psychologie VOIX Méthodes d'enseignement

Améliorer les compétences en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques (STEM) en favorisant le développement des aptitudes spatiales des enfants

Photo de cottonbro provenant de Pexels

Auteur

Emilie Farran

Professeur de développement cognitif, Université de Surrey

La capacité à appréhender les objets et leurs relations est essentielle à la réussite en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques. Les enseignants peuvent aider les enfants à développer ces compétences en intégrant la pensée spatiale dans les programmes scolaires.

Nous utilisons quotidiennement nos capacités spatiales : ranger des objets dans un placard, mettre nos chaussures aux bons pieds, nous déplacer entre les meubles et donner des indications. Les capacités spatiales impliquent la perception de l'emplacement, des dimensions et des propriétés des objets, ainsi que de leurs relations les uns avec les autres. Ces dernières années, il est devenu évident que les capacités spatiales sont essentielles à la maîtrise des disciplines scientifiques, technologiques, d'ingénierie et mathématiques (STEM). En effet, le développement des capacités spatiales dès l'enfance est fondamental. correlates with mathematics success et prédit l'expertise en STIM à l'âge adulte.

Comprendre les relations spatiales est une compétence spatiale essentielle en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques (STEM). En sciences, par exemple, les illustrations représentent les séquences d'ADN, les cellules et le système solaire, tandis que le tableau périodique montre les relations entre les éléments. En ingénierie, elles représentent les configurations électroniques. En mathématiques, les graphiques nous aident à visualiser les tendances des données. De plus, Les géologues utilisent des cartes topographiques extraire des informations 3D à partir d'informations 2D, tandis qu'une connaissance approfondie des structures anatomiques 3D et de leurs interconnexions est essentielle à l'étude de la médecine.

« Nous avons démontré des corrélations et des relations au fil du temps entre les aptitudes spatiales et les mathématiques et les sciences chez les élèves du primaire. »

Les compétences spatiales sont très malléables. méta-analyse d'études Les recherches visant à développer les capacités spatiales ont démontré que l'entraînement spatial est efficace, durable, transférable et particulièrement bénéfique pour les jeunes enfants. mon laboratoire supports those findings. We have demonstrated correlations and relationships over time between spatial ability and mathématiques et science chez les enfants du primaire. Nous avons également montré que l'entraînement spatial améliore réussite mathématique(la prise en charge travaux supplémentaires en coursCes corrélations suggèrent que l'entraînement spatial est également susceptible d'améliorer les aptitudes scientifiques des enfants.

Aptitudes spatiales à l'école

Malgré l'importance des aptitudes spatiales, du moins en Angleterre, les programmes de mathématiques actuels accordent peu d'importance au développement de ces compétences. L'objectif d'apprentissage précoce « Formes, espace et mesures » dans le Stade de la petite enfance (EYFS) curriculum (birth to age 5) is to be removed in the coming academic year, and the most recent « critères de préparation au progrès » En mathématiques, à l'école primaire, ne faites aucune référence à la pensée spatiale (à l'exception de la dénomination des formes).

« La pensée spatiale risque de ne pas être une priorité, surtout si elle n’est pas prise en compte dans les évaluations et si les enseignants ignorent les possibilités de l’intégrer à leurs programmes. »

Le cadre EYFS stipule : « … il est important que le programme scolaire offre de nombreuses occasions aux enfants de développer leurs compétences en raisonnement spatial dans tous les domaines des mathématiques. » Or, la pensée spatiale risque de ne pas être prioritaire, notamment si elle n'est pas prise en compte dans les évaluations et si les enseignants ignorent les possibilités de l'intégrer à leurs programmes.

Comment intégrer la pensée spatiale en classe

Les enseignants peuvent utiliser spatial language, gestures, visualisation, maps, diagrams and graphs to spatialise programmes d'enseignement primaire. Exposer les enfants à des mots spatiaux tels que « entre », « autour », « gauche » et « droite » peuvent renforcer leurs compétences spatialesLes enseignants peuvent sélectionner des livres qui utilisent beaucoup de vocabulaire spatial, tels que «La promenade de Rosieet d'intégrer explicitement le vocabulaire spatial dans les plans de cours. La compréhension du vocabulaire spatial peut être facilitée par l'utilisation de gestes de la main pour illustrer la taille ou la longueur, et de positions des bras pour illustrer des concepts complexes tels que « pente » ou « horizontalité ». Les gestes sont efficaces car ils sont eux-mêmes spatiaux et donc faciles à comprendre. augmenter l'information fournie par un mot et faciliter l'apprentissage de nouveaux mots.

Pendant les récréations, les enseignants peuvent offrir aux enfants la possibilité de créer et d'utiliser des jouets à l'échelle. Cela favorise le développement de la perception de l'échelle spatiale et de la prise de perspective, des compétences associées à… mathématiques et science Lorsque les enfants jouent avec des jeux de construction, les encourager à consulter fréquemment les instructions illustrées contribuera à développer leur sens de l'accomplissement. compétences en visualisationCela s'explique par le jeu guidé suscite un langage spatial plus élaboré que le jeu libre, et les enfants avec compétences spatiales plus avancées Utilisez plus souvent des instructions illustrées.

« Utiliser des contours de formes pour montrer où ranger les jouets permet aux enfants de se familiariser avec les formes des objets réels et leur offre des occasions de développer leur imagination. »

Les enseignants peuvent également concevoir leurs salles de classe afin de créer des occasions de développer la pensée spatiale. Par exemple, des panneaux composés de formes irrégulières plutôt que régulières attirent l'attention des enfants sur les caractéristiques qui définissent les catégories de formes. encourager le langage spatial. En outre, utilisation des contours de formes Montrer aux enfants où ranger leurs jouets leur fait découvrir la forme des objets réels et leur offre l'occasion de développer leur capacité de transformation mentale. Par exemple, l'enfant fera mentalement pivoter une petite voiture pour qu'elle corresponde à son contour lorsqu'il la range.

Avec la collection Groupe de mathématiques de la petite enfance (ECMG), nous avons développé un boîte à outils spatiale librement accessible. La boîte à outils est destinée aux professionnels et aux enseignants d'enfants de la naissance à 7 ans et sera augmenté Au cours de l'année à venir, la boîte à outils permettra aux utilisateurs d'utiliser des outils formels et structurés ainsi que des ressources informelles créées par les enfants et les enseignants, afin d'intégrer des stratégies d'enseignement spatial dans les programmes scolaires.

L’entraînement spatial est manifestement efficace et procure des bienfaits durables. Cependant, des lacunes subsistent dans nos connaissances. La plupart des études menées auprès d’enfants se sont concentrées sur le lien entre la pensée spatiale et les mathématiques, en accordant peu d’importance aux autres disciplines STEM. De plus, très peu d’études ont porté sur l’impact de l’entraînement spatial durant la petite enfance, et nous connaissons mal la durabilité de cet entraînement. De même, bien que des études aient montré que langage spatial parental Bien que la perception spatiale soit importante pour le développement spatial des enfants, aucune recherche n'a été menée sur le langage spatial des enseignants. Au cours de la prochaine décennie, nous nous efforcerons d'approfondir ces questions et bien d'autres. J'espère que ces recherches auront un impact positif en classe, contribuant ainsi à améliorer les capacités spatiales des enfants et leurs compétences en sciences, technologies, ingénierie et mathématiques (STEM).

Pour plus de conseils
Trajectoire de raisonnement spatial ECMG
La cognition spatiale comme passerelle vers l'apprentissage des mathématiques et des sciences – Laboratoire CoGDeV
Relations spatiales – Collaboration Erikson en mathématiques précoces
Développement et recherche en didactique des mathématiques en maternelle – École supérieure d'éducation de Stanford