Ressources en ingénierie

Un ingénieur, c’est quoi ? Je n’en avais aucune idée jusqu’à ce que je sois au secondaire et que Jon Cole, professeur de longue date à l’université Walla Walla (alors un américain) à College Place, Washington, ne vienne parler d’ingénierie et en décrive le programme offert à Walla Walla, aux étudiants de mon école Platte Valley Academy à Shelton, dans le Nebraska. Ce jour-là, j’ai su que je serai ingénieure, et je l’ai été pendant plus de 35 ans. Maintenant j’enseigne l’ingénierie à l’université Walla Walla où j’ai le privilège de transmettre aux étudiants la bénédiction d’un programme d’ingénierie adventiste.

Depuis que j’ai reçu mon diplôme d’ingénieure en 1986, le monde a changé, et les ingénieurs ont conçu les dispositifs et les outils qui ont rendu ces changements possibles. Les ingénieurs résolvent des problèmes et améliorent la capacité des personnes à fonctionner de manière efficace et efficiente. Avec l’expansion de la technologie, les ingénieurs doivent s’adapter pour mieux comprendre le côté humain de la technologie. Chacun peut bénéficier de ces compétences. Actuellement, les écoles K-8 (écoles primaires) de la Division nord-américaine doivent répondre aux normes d'apprentissage de l’ingénierie ; cependant, nous avons besoin de normes pour les écoles 9-12 (lycées) afin de préparer les élèves pour l’université ou la poursuite de carrières techniques.

La plupart des enseignants n’ont pas été formés en ingénierie, il s’agit donc d’une tâche monumentale. Il semble qu’il soit accablant de trouver des ressources pour enseigner l’ingénierie. Voici quelques suggestions pour vous aider à démarrer.

Qu’est-ce que l’ingénierie ?

L’ingénierie consiste à résoudre des problèmes de manière disciplinée. Les ingénieurs suivent des cours de sciences, maths, psychologie, sociologie et autres qui leur donnent une connaissance qu’ils peuvent utiliser pour les aider à rendre ce monde plus sûr, plus confortable et plus convivial pour les humains et les autres créatures de Dieu. La vidéo de la National Science Foundation (NSF) What Is Ingineering? offre une bonne introduction¹.

Qu’est-ce qui fait de bons ingénieurs ?

J’ai observé que les bons ingénieurs partagent des caractéristiques communes telles que la persévérance, la curiosité et le désir d’améliorer les choses. Ils ont appris à résoudre des problèmes, les sciences et les maths, à travailler en équipe, et à apprendre des erreurs – les leurs et celles des autres.

Et si les élèves pensent ne pas être bons en maths ?

« La voie du succès en ingénierie passe par les maths » ². Avant de pouvoir entrer au collège et réussir en ingénierie, les étudiants ont besoin d’un solide fondement en maths et en sciences. « L’idée qu’il y a des gens qui sont « bons » en maths et d’autres non est un mythe qui imprègne la société occidentale. Cette idée dommageable a été contestée récemment par les neurosciences qui montrent que les maths sont un sujet qui, comme tous les autres, s’apprend par un travail assidu et de la pratique³. » Les chercheurs ont constaté qu’ « au moment où les élèves entrent dans l'enseignement secondaire, ils ont déjà pris des décisions implicites quant à la poursuite ou non d’études supérieures en maths et sciences, et ces choix sont déterminés par leur succès antérieur »⁴. À tous les niveaux, nous pouvons repousser l'idée que les capacités en mathématiques sont innées. C’est la persistance qui est la clé pour devenir ingénieur, particulièrement pour les filles et les étudiants des groupes sous-représentés⁵.

Que font les ingénieurs ?

Un article ne suffit pas pour décrire les nombreuses et différentes options qui s’offrent aux ingénieurs. Le cube ci-dessous montre une partie de la variété des choix. L’axe horizontal est ce qu’un ingénieur sait. L’axe vertical montre ce que les ingénieurs font, et l’axe Z est pour qui ils le font. Chaque tâche entre dans l'un des plus petits cubes (voir Illustration 1).

Quelle est la place de l’ingénierie dans le programme d’études ?

Comme nous vivons dans un monde industrialisé, l’ingénierie entre dans de nombreuses parties du programme d’études. L’éthique et les effets de l’ingénierie sont importants dans des domaines de contenu encore plus grands tels que l’histoire, la communication, l’éthique et l’apprentissage de la collaboration. Voici quelques ressources pour inclure l’ingénierie dans des parties spécifique du programme d’études.

Histoire et ingénierie

Nous connaissons peu de choses sur les premiers ingénieurs, tout en ayant sous les yeux les résultats de leur travail. Qanat est un mot de Scrabble chic, mais c’est aussi un canal souterrain qui apporte de l’eau aux champs pour les irriguer. Le Qanat persan est classé par l’UNESCO sur la liste du patrimoine mondial au titre de la valeur universelle exceptionnelle⁶. Leur page web (http://whc.unesco.org/en) offre de nombreuses ressources sur les qanats et autres projets d’ingénierie.

Nous connaissons la personne qui a inventé la serrure : c’est Ch’iao Wei-Yo en Chine⁷. La serrure est devenue encore plus utile après qu’un ingénieur bien connu, Léonard de Vinci, a inventé une serrure à canal améliorée qui est toujours en usage⁸. Nous pensons à de Vinci comme artiste, mais pendant sa vie, il a surtout été connu en tant qu’ingénieur. Dans les divertissements qu’il a dirigés, il combinait l’art et l’ingénierie. Ces derniers ressemblaient aux productions actuelles de Walt Disney⁹.

Les exemples où l’art et l’ingénierie sont combinés sont nombreux. Magnifiques cathédrales et ponts qui ornent les conceptions architecturales des plaques tournantes du transport, panoramas urbains et autres structures (la tour Eiffel, l’arche de St. Louis ou ces structures qui sont synonymes d’un lieu spécifique) : les ingénieurs intègrent constamment l’art avec la science, la technologie, l’art et les mathématiques (STEAM) car tous ces domaines vont bien ensemble¹⁰.

Ingénierie, communication et travail d’équipe

La construction du sanctuaire israélite dans le désert a combiné l’ingénierie, la communication et le travail d’équipe. Dieu a donné à Betsaléel et Oholiab la capacité de concevoir et de travailler les métaux, le bois, et les joyaux. Ces deux hommes n’auraient pas pu achever le sanctuaire seuls au cours de leur vie. Heureusement, Dieu leur a aussi donné la capacité d’enseigner les autres¹¹. Sous leur direction et avec une équipe, le travail a été achevé rapidement.

Aujourd’hui les ingénieurs travaillent presque exclusivement en équipes. Les travaux sont trop complexes pour qu’une personne seule les réalise. De nombreuses facultés d’ingénierie utilisent un ensemble d'outils de CATME.org (nommé d’après son premier projet Comprehensive Assessment of Team Member Effectiveness) pour assigner les étudiants à une équipe, leur apprendre à évaluer l’efficacité de leurs équipes et membres. Les chercheurs ont largement validé ces outils pour leur emploi dans les cours d’ingénierie¹². Plus récemment, Ferguson, Ohland, et Cao ont trouvé des indices indiquant que CATME pourrait marcher dans les cours K-12¹³. La recherche qui sous-tend les outils CATME ont identifié cinq catégories principales de compétences en matière de travail d'équipe :

• Contribuer au travail de l'équipe est la capacité d’ajouter de la valeur au travail ou projet de l’équipe.
• Interagir avec les membres de l’équipe réfère à la façon dont les individus communiquent avec leurs équipes.
• Garder l'équipe sur les rails (respecter le calendrier) et identifier et évaluer la réalisation des objectifs à chaque étape du projet.
• L’attente de qualité implique de travailler collaborativement afin d’obtenir les meilleurs résultats possibles pour l’équipe.
• Le fait de posséder des connaissances, des compétences et des aptitudes pertinentes renvoie aux connaissances de base de chaque membre de l'équipe et aux façons de développer ces compétences si elles font défaut¹⁴.

Ces compétences peuvent être enseignées et exercées en dehors des projets d'ingénierie ainsi que dans des projets d’ingénierie. Au cours des cinq dernières années, mes étudiants arrivent dans notre programme avec de meilleures compétences de travail en équipe que lorsque j’ai commencé à enseigner. J’apprécie donc l’éducation qu’ils ont reçue à l’école élémentaire et secondaire.

Ingénierie et éthique

Les ingénieurs peuvent faire des choses extraordinaires. Ils peuvent utiliser leurs capacités pour le bien de tous. Par contre, de la tour de Babel aux armes de destruction massive, aux virus informatiques et aux logiciels malveillants, l’ingénierie a été utilisée pour le mal. Des associations d’ingénierie, telle que la National Society of Professional Engineers (NSPE), ont développé des codes d’éthique que leurs membres doivent suivre. Ces codes varient dans leurs détails mais cette déclaration tirée du code de la NSPE les résume bien : « L’ingénierie a un impact direct et vital sur la qualité de vie de tous. Il s’en suit que les services fournis par les ingénieurs exigent de l’honnêteté, de l’impartialité, de la transparence et de l’équité, et ils doivent être consacrés à la protection de la santé, de la sécurité et du bien-être publics »¹⁵. Les étudiants plus jeunes peuvent ne pas être prêts à s'attaquer à certaines des questions éthiques complexes auxquelles les ingénieurs peuvent faire face, mais à chaque niveau d’instruction, l’ingénierie doit être enseignée avec la philosophie qui respecte l'exigence stricte d'éviter de nuire à quiconque.

Ressources générales d’ingénierie

La NSF (National Science Foundation) fournit diverses ressources pour les enseignants, les étudiants et les parents sur son site web¹⁶. Tryengineering.org est fréquemment mis à jour avec de nouvelles ressources pour les enseignants, les étudiants et les bénévoles. Vous pouvez trouver des ingénieurs locaux qui seront heureux de venir visiter votre classe ou d'organiser une excursion. En général, tout le monde connaît quelqu’un qui connaît un ingénieur. Sinon, regarder en ligne et lire les nouvelles locales peut vous aider à trouver des ingénieurs que vous pouvez solliciter.

Les ingénieurs sur YouTube créent également d’excellentes ressources. Practical Engineering ¹⁷ provient d’un ingénieur civil qui fournit un contenu qui traite de ponts, de routes, d’eau, de bâtiments et de choses connexes. Engineering Explained se concentre sur comment les voitures fonctionnent. Real Engineering offre, comme son slogan l’affirme, « d’intéressantes réponses à de simples questions ». Il y en a beaucoup d’autres, mais ces trois-là sont le trio de tête qui ont suscité l’intérêt de mon fils. Il y a plus de ressources d’ingénierie encore qui ne sont pas plus loin qu’une recherche sur Internet. Prenez plaisir à apprendre et à enseigner l’ingénierie !

Cette ressource a été revue par des pairs.

Melodie Ann Reed Williams

Melodie Ann Reed Williams, MSCE, est professeure d'ingénierie à l'école d'ingénierie de l'université Walla Walla à College Place, Washington, aux États-Unis. Elle a obtenu un master en ingénierie de l'université d'État de Washington et une licence en ingénierie de l'université Walla Walla. Avant d'enseigner à Walla Walla, elle a travaillé en tant qu’ingénieure-conseil en génie civil et environnemental, ainsi qu'avec le Washington State Department of Ecology, Nuclear Waste Program, and Water Quality Program. Le professeur Williams est membre de l'American Society of Civil Engineers, de l'American Society of Engineering Educators et d'Ingénieurs sans frontières. Actuellement, elle donne des cours sur les systèmes de collecte et de distribution, le traitement de la conception, la conception d’usine, l'ingénierie du transport, l'intendance environnementale, et les systèmes d'ingénierie.