Desarrollo y evaluación de las habilidades espaciales de los estudiantes de ingeniería : actividades y estrategias de resolución de tareas espaciales

Abstract

Spatial skills are vital for the academic and professional success of engineers, and it is demonstrated that they can be acquired with the right training. University teaching has recently undergone big changes. Practical learning has acquired greater importance and its aims should be focused on the acquisition of the skills required for the future of the profession. One skill that engineers should learn is the capacity for spatial vision, which is included in the study plans for subjects involving a large amount of graphic representation. New technologies and the possibility of modelling objects in 3D have substantially changed the process of design and representation in engineering and architecture. In traditional teaching methods, the sequence required for drawing three-dimensional objects on paper facilitated the development of certain aspects of spatial ability. With the incorporation of computer techniques, much research work has been conducted on how to use these new resources and methodologies in the teaching of engineering at a university level. Different materials, courses and tools (either specific or included in the subjects) have been developed to strengthen to learning of spatial skills. One difficulty in such an implementation lies in measuring their validity and effectiveness. In pursuance of this line of research, it is important to determine what tests can be drawn up to improve the assessment of the spatial skills necessary for engineering students; in particular, in the design and graphic process. It is also important to determine what strategies must be employed in completing spatial tasks as well finding out which of these strategies are the most optimal. It may be deduced that stimulating the use of such strategies leads to the development of the required spatial skills. A research survey was conducted with students belonging to the first year of an engineering degree at the Universitat Politècnica de Catalunya, in which three spatial skills were evaluated (mental folding: DAT-SR; mental rotation: PSVT:R; and the mental cutting test: MCT) both before and after completing the course on Graphic Expression. In-depth interviews were conducted to determine the strategies employed by the students in solving these tasks. The scores in these tests were related with the strategies applied, the variables of the participants (gender, previous experience, etc.) and the evaluations of the different thematic blocks of the subject. On the basis of these results, some criteria are proposed for the strengthening of the development of spatial skills as well as providing for the acquisition of the knowledge they require. The most efficient strategy for the successful completion of spatial tasks is a flexible strategy that enables students to choose the best one for each case. People with good spatial skills tend to employ a holistic spatial strategy, but if the task so requires (when it becomes complicated) they employ more analytic strategies, which take more time but require less effort. People with poor spatial skills encounter difficulties in the application of holistic spatial strategies. It is necessary to programme initial activities that encourage the single use of spatial strategies. Of the three tests under study, the Mental Cutting Test (MCT) is the one that is most closely related with the skills necessary for graphic engineering. The analysis of the results and the opinion of the students confirm that the study of spatial geometry is vital for improving the development of spatial reasoning and ability. The 3D CAD enables this matter to be tackled in an in-depth manner, and it is shown that 3D modelling assists in the acquisition of spatial skills. The new technologies constitute an advance in the improvement of spatial vision capacity and have the additional advantage of providing the students with greater motivation. Furthermore, it is also necessary to encourage the use of freehand drawing.

La habilidad espacial es fundamental para el éxito académico y profesional de los ingenieros y está demostrado que puede desarrollarse con el entrenamiento adecuado. La docencia universitaria ha experimentado grandes cambios. La enseñanza práctica adquiere más relevancia y debe centrar sus objetivos en la adquisición de las competencias necesarias para el futuro profesional. Una competencia que debe adquirir el ingeniero es la capacidad de visión espacial, asignada en los planes de estudio a las asignaturas de gran contenido en representación gráfica. Las nuevas tecnologías y la posibilidad de modelar los objetos en 3D ha modificado de forma sustancial el proceso de diseñar y representar en ingeniería y arquitectura. En la docencia tradicional, la secuencia necesaria para dibujar en el papel los objetos tridimensionales, facilitaba el desarrollo de ciertos aspectos de la habilidad espacial. A raíz de la incorporación de la informática, han surgido numerosas investigaciones sobre cómo utilizar los nuevos recursos y metodologías en la docencia de la ingeniería. Se han desarrollo diferentes materiales, cursos o herramientas (específicos o incluidos en las asignaturas) para potenciar el desarrollo de las habilidades espaciales. Una dificultad en su implementación consiste en medir la validez y eficacia de dichas actuaciones. Continuando con esta línea de investigación, es importante saber qué pruebas pueden evaluar mejor las habilidades espaciales requeridas en los estudiantes de ingeniería, en concreto en el proceso gráfico y de diseño. Es importante también averiguar qué estrategias se emplean en la resolución de tareas espaciales y cuáles son más óptimas. Puede deducirse que fomentar el uso de dichas estrategias conduce a desarrollar las habilidades espaciales necesarias. Se ha realizado una investigación con estudiantes de primer curso de ingeniería de la Universitat Politècnica de Catalunya. Se han evaluado tres habilidades espaciales (plegado mental: DAT-SR; rotación mental: PSVT:R; y corte por un plano: MCT) antes y después de cursar Expresión Gráfica y se han realizado entrevistas en profundidad para averiguar las estrategias empleadas en su resolución. Se han relacionado las puntuaciones en dichas pruebas con las estrategias aplicadas, variables de los participantes (género, experiencias previas¿) y evaluaciones de los diferentes bloques temáticos de la asignatura. A partir del análisis de resultados se han propuesto unos criterios para programar actividades que potencien el desarrollo de las habilidades espaciales, además de cubrir la adquisición de conocimientos necesarios. La estrategia más eficiente en resolución de tareas espaciales es una estrategia flexible que permite seleccionar la más adecuada para cada caso. Las personas con buenas habilidades espaciales, tienden a emplear una estrategia espacial holística. Pero si la tarea lo requiere (cuando se complica), emplean estrategias más analíticas, que suponen más tiempo pero menos esfuerzo. Las personas con pobres habilidades espaciales tienen dificultades en la aplicación de estrategias espaciales holísticas. Es necesario programar actividades iniciales que fomenten el uso único de estrategias espaciales. De las tres pruebas estudiadas, Mental Cutting test (MCT) es la mejor relacionada con las habilidades necesarias en ingeniería gráfica. El análisis de resultados y la opinión de los alumnos han confirmado que el estudio de geometría espacial es fundamental para potenciar el desarrollo del razonamiento y la habilidad espacial. El CAD 3D permite abordar este tema con profundidad y se ha demostrado que el modelado 3D desarrolla las habilidades espaciales. Las nuevas tecnologías pueden suponer un progreso en potenciar la capacidad de visión espacial y cuentan con la ventaja adicional de una mayor motivación del alumno. Por otra parte, es necesario también fomentar el uso del croquis a mano alzada, a pesar de la preferencia de los estudiantes por la tecnología.