Améliorer la performance créative des futurs ingénieurs par une approche cognitive

Les personnes créatives et innovantes sont reconnues pour leur contribution au bien-être de la société. En tant que professionnels, les ingénieurs sont souvent appelés à produire des idées novatrices et à participer ainsi à l'amélioration des produits, services et procédés de leur organisation. La recherche sur la créativité fournit des théories, des modèles, des outils et des résultats empiriques pouvant être exploités dans les programmes de formation sur le sujet. Les institutions d'enseignement et les entreprises pourraient en tirer profit afin de développer les compétences créatives de leurs étudiants et employés. Cependant, l'étendue et la dispersion de la littérature sur la créativité dans plusieurs disciplines, le manque de structure dans les cadres théoriques, la grande diversité des objectifs poursuivis et des activités pédagogiques rapportées dans les études sur l'enseignement de la créativité et le peu de travaux sur l'évaluation des impacts font que les enseignants et les concepteurs de programmes éducatifs ont besoin de guidage pour savoir comment s'y prendre pour obtenir de bons résultats. Suivant une approche cognitive, nous avons réalisé trois études qui nous ont menée à concevoir et développer un cours sur la créativité ayant les avantages d'être ancré sur un cadre théorique solide, d'être pleinement expliqué et d'avoir été testé sur le terrain auprès de trois groupes d'étudiants en ingénierie. La première étude visait à clarifier le processus d'évaluation du test Creative Engineering Design Assessment (CEDA) et à vérifier sa fiabilité selon une méthode statistique fréquemment utilisée en génie, la méthode Reproductibilité et Répétabilité (R&R). Celle-ci, généralement utilisée sur des données quantitatives comme la longueur ou la tension, a été appliquée au CEDA qui utilise des échelles de Likert pour faire des évaluations subjectives. Les échelles permettent d'évaluer cinq aspects de la créativité (pensée divergente, pensée convergente, satisfaction des contraintes, identification des opportunités, résolution de problème) selon quatre critères (fluidité, flexibilité, originalité et utilité). Trois juges ont ainsi évalué 22 résultats de tests effectués auprès de professionnels intéressés par le sujet de la créativité. L'analyse de ces résultats révèle que l'utilisation de la méthode R&R est pertinente dans cet environnement de psychométrie pour évaluer la performance du CEDA. Celle-ci est jugée satisfaisante en ce qui concerne la variation totale mesurée, puisque moins de 10% de la variation des résultats est due à l'outil lui-même. De plus, l'utilisation de cartes de contrôle (graphiques permettant de suivre et maîtriser la variation de processus) pour analyser la fiabilité de la stratégie d'évaluation a montré que le processus d'évaluation mis en œuvre pour les deux critères qualitatifs (originalité/utilité) était sous contrôle, puisque les résultats obtenus se situaient entre les limites de contrôle calculées, et que les variations étaient dues à des causes inévitables ou incontrôlables. Par ailleurs, des discussions entre les juges ont permis de clarifier le processus d'évaluation de la créativité en définissant de manière détaillée les échelons des échelles de Likert pour les critères d'originalité et d'utilité. La clarification du processus d'évaluation avec le CEDA permet aux éducateurs d'avoir une mesure plus précise et fiable de la performance créative de leurs étudiants. Les modèles théoriques de la créativité suggèrent souvent que le processus de créativité implique un style de pensée particulier. Par conséquent, la deuxième étude visait à investiguer le lien entre deux capacités cognitives reliées à la créativité et la performance créative (évaluée par le CEDA). L'étude comprenait deux expériences et un test (CEDA) impliquant différents groupes de futurs ingénieurs. Dans la première expérience qui porte sur le rappel et la représentation externe (sur papier) d'informations stockées en mémoire, nous avons étudié le nombre de mots (ou d'idées) que les participants rapportaient et les types de représentations externes qu'ils utilisaient pour montrer les informations stockées dans leur mémoire relativement à trois stimuli (deux objets et un mot) qui leur étaient présentés un à un. L'objectif de cette expérience était de voir si certains types de représentations externes (étoile, chaîne, réseau ou leur combinaison) favorisaient une plus grande créativité (mesurée avec le test). Les résultats montrent que 89% des participants ont produit des graphiques en forme d'étoiles reliant des mots (avec ou sans chaînes de mots) avec une moyenne de 11 mots par participant. Au plan de l'originalité, 79% des participants ont obtenu un score entre 2 et 4 sur 10. La deuxième expérience visait à connaître l'état d'esprit des participants à qui on demandait de lire deux courts textes se rapportant à deux domaines différents (défense militaire et médecine) en vue de répondre à une question posée à la fin du deuxième texte sur l'existence de liens possibles entre les scénarios présentés dans les deux textes. Il s'agit d'une expérience utilisée dans le cadre d'études sur le raisonnement lors du traitement d'une analogie. L'objectif était de voir si les personnes qui réussissent mieux à établir des liens entre différents domaines avaient une meilleure performance créative (mesurée avec le CEDA). Les résultats révèlent que 76% des participants ont utilisé des idées en cours de définition ou « à moitié cuites », c'est-à-dire qui sont présentes dans le processus de réflexion amorcé mais qui restent floues et incomplètes. Finalement, le test avec le CEDA a permis de mesurer la performance créative des participants afin de voir s'il existait des corrélations entre la façon dont on représente (à l'externe) l'information stockée dans la mémoire ou l'originalité de ces mots et la performance créative, et entre la perception d'analogies entre différents domaines et la performance créative. Aucune corrélation significative sur le plan statistique n'a pu être montrée. Cependant les résultats empiriques ont pu être partagés avec les apprenants afin d'accroître leurs connaissances de leurs propres processus cognitifs (et métacognitifs) leur donnant ainsi un levier éducatif additionnel pour développer leur potentiel de créativité. La troisième étude a permis de concevoir, de développer, de donner et d'évaluer l'impact d'un cours de 45 heures sur la créativité dans le contexte de l'ingénierie. Le cours est ancré sur un cadre théorique cognitif et fait appel à 10 stratégies pédagogiques dont des jeux sérieux, un cahier d'observations personnelles, des projets individuels (artistiques) et collectifs (ingénierie). L'impact du cours sur la performance créative a été évalué quantitativement et qualitativement avec le CEDA. Le cours a eu lieu à l'École Polytechnique de Montréal durant trois sessions. Cent-trente-deux étudiants provenant de programmes de premier cycle et des cycles supérieurs ont participé au cours. Les résultats quantitatifs (t-test pairés pré-post : fluidité (t=-2.95), flexibilité (t=-2.62), originalité (t=-3.06), utilité (t=-3.58)) indiquent que le cours permet d'améliorer significativement la performance créative des participants, selon les quatre critères d'évaluation du CEDA mentionnés ci-dessus. Les résultats qualitatifs, classés selon trois thèmes (pertinence, perception, apprentissage), révèlent que les étudiants ont apprécié le cours et l'ont trouvé pertinent, et que celui-ci contribuait à accroître leur compréhension de la créativité, de ses mécanismes cognitifs et des approches disponibles pour l'améliorer. Les trois études ont permis d'acquérir une meilleure compréhension de la créativité et des façons de la développer dans un contexte d'ingénierie. Il est raisonnable de penser que les leçons tirées de ces études s'appliquent à de nombreux domaines dans lesquels il pourrait être pertinent d'avoir des activités de formation à la créativité.

Abstract

Creative and innovative people are recognized for their contribution to society's wellbeing. Engineers are often called upon to produce innovative ideas and thus participate in the improvement of their organization's products, services, and processes. Research on creativity provides theories, models, tools, and empirical results which can be exploited in training programs on the subject. Educational institutions and organizations could benefit from this in order to improve the creative skills of their students and employees. However, the extent and dispersion of the literature on creativity across many disciplines, the lack of structure in theoretical frameworks, the wide range of objectives and pedagogical activities reported in the studies on the teaching of creativity and the limited number of work on impact assessment mean that teachers and curriculum developers need guidance on how to achieve good results. Following a cognitive approach, we conducted three studies that led us to design and develop a course on creativity that had the advantages of being rooted in a solid theoretical framework, fully explained, and tested on the ground with three groups of engineering students. A recent tool proposed to evaluate creativity in an engineering context is the Creative Engineering Design Assessment (CEDA) (Charyton, 2014). Considering that there are very few reports on its use in the field, our first study was designed to improve the CEDA's evaluation process and determine its reliability using a statistical method widely used in engineering: the Reproducibility and Repeatability method (R&R). R&R is generally used on quantitative data such as length or voltage, but in this case it was applied to the CEDA which uses qualitative data. The scales make it possible to assess five aspects of creativity - divergent thinking, convergent thinking, constraint satisfaction, problem finding and problem solving - using four criteria - fluency, flexibility, originality and usefulness. Three judges assessed 22 tests completed by professionals interested in creativity. Control charts (for monitoring and controlling process variation) were used to analyze the reliability of the evaluation strategy. As a first step, the Likert scales' criteria for assessing originality and usefulness were decided collectively by the evaluators. Because less than 10% of the measurement system's total variation was due to the tool variation, we concluded that CEDA can provide an accurate and reliable measure of the creative performance in engineering, and that R&R provides an adequate assessment for the CEDA's reliability. The second study investigated the relationship between creative performance and two cognitive abilities related to creativity: the retrieval and external representation of encoded concepts, and the management of multiples concepts at one time (potentiality). It consists of two cognitive exercises and the CEDA test. The first was inspired by mental and conceptual mapping to study the recovery and external representation (on paper) of concepts stored in memory. Three stimuli (two objects and one word) were presented one at a time to engineering students who were asked to represent what those stimuli made them think of. We calculated the number of words (concepts) reported by each participant; an average of 11 words was counted. The types of external representations they used to display the concepts stored was also studied; 89% of participants produced stars-like representations, with or without chains (more than one concept in line). Also, the originality of the words composing those maps was evaluated; 79% scored between 2 and 4 out of 10 for originality. The ultimate goal was to determine whether certain types of external representations (showing more elaborate connections between concepts) foster more creativity (measured with the CEDA) than other types of representations. There were no significant correlations between the types of external representations or their originality and the creative performance. Theoretical models of creativity often suggest that the creativity process involves a particular thinking style or as Amabile depicts “the ability to use wide, flexible categories for synthesizing information and the ability to break out of perceptual and performance ‘scripts'” (Amabile, 2012, p. 3). Therefore, the goal of the second experiment was to determine the participants' thinking style when resolving a problem. Participants were asked to read two short scenarios from two different fields (military strategy and medicine), to answer a question at the end of the second text which showed whether they had seen the analogy between the military problem and the medical problem. This procedure is often used in studies of analogy. No significant correlation was found between success in establishing links between different fields (principle of analogy) and creative performance as measured with the CEDA. Interestingly, however, 76% of participants used ill-defined or “half-baked” ideas, which lends support to the theory that ideas unfold through reflecting on, and thereby crystallizing, unclear and/or incomplete ideas, as opposed to generating many and choosing the best. Participants who reported “half-baked” ideas did not necessarily obtain higher CEDA scores. This is consistent with the hypothesis that the benefits of honing of ill-defined ideas come to light in creative problems or tasks that unfold over hours, days, or years, particularly those that involve breaking out of a rut. The CEDA was used to compare participants' creative performance on the two previous cognitive experiments to determine if there were correlations between creative performance and (1) the way information stored in memory is externally represented, and (2) the detection of analogies. No significant correlations were found. However, the results (especially map types and CEDA) provided information that was shared with students to increase their knowledge of their own processes (metacognition), giving them additional educational mechanisms to develop their creative potential. The third study consisted in the design and teaching of a three-semester, 45-hour course on creativity in an engineering context at Polytechnique Montreal. The course was anchored in a conceptual framework involving 10 pedagogical activities, including serious games, a personal observation notebook, individual (artistic) and collective (engineering) projects. One hundred and thirty-two students from undergraduate and graduate programs participated. The impact of the course on creative performance was evaluated quantitatively and qualitatively with the CEDA. The t-test paired values (pre-post) showed the course significantly improved participants' creative performance, according to four criteria: fluidity (t=-2.95), flexibility (t=-2.62), originality (t=-3.06), usefulness (t=-3.58). The qualitative information was categorized into three themes: relevance, perception and learning. The students reported that they enjoyed the course, and found it relevant in their curriculum, and claimed it helped to increase their understanding of creativity, its cognitive mechanisms, and techniques for improving it. Thus, the third study provides useful information on how to build a creativity course anchored on a theoretical framework, and empirical results on the impact of the course on participants' creative performance. We concluded that the three studies were useful to gain a better understanding of creativity and ways to develop it in an engineering environment. It is reasonable to think that the lessons learned from these studies apply to many areas in which it would appear appropriate to develop effective and efficient creativity training activities.