Le besoin de formations innovantes

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1 L'utilisation des TIC selon une problématique didactique plutôt que pédagogique : l exemple de CoDiMI et son évaluation didactique The use of Technologies of Information and Communication with a Didactic Point of View instead of an Educational one : The Exemple of CoDiMI and its didactic evaluation Yves Cartonnet (responsable de la correspondance) et Michaël Huchette Laboratoire Interuniversitaire de Recherche sur l Education Scientifique et Technologique Ecole Normale Supérieure de Cachan 61, avenue du président Wilson Cachan cartonnet@dgm.ens-cachan.fr Résumé Cet article décrit une formation innovante à la conception mécanique distribuée, entre deux sites distants, mise en place à l'ecole Normale Supérieure de Cachan : "CoDiMI". L enjeu est la prise en compte de l évolution des pratiques de travail industrielles dans les contenus d enseignement professionnalisant. Nous précisons les objectifs de cette formation, son organisation pédagogique et quelques critères retenus pour son évaluation didactique. Abstract This article describes an innovating training, called "CoDiMI", of cooperative mechanichal design, between two places, at the Ecole Normale Supérieure de Cachan. The reason of our project is the important place of the computer in the industrial work. The article deals with the aims of this training, its pedagogical organisation and the criterions which were chosen for its didactic evaluation. Une problématique didactique On peut vouloir introduire les TIC (Techniques d Information et de Communication) pour améliorer l efficacité d un enseignement dont les contenus sont fixés. Je parlerai alors de problématique pédagogique. Ou bien, dans une problématique didactique, on peut vouloir introduire les TIC parce qu elles sont utilisées dans les pratiques industrielles et qu'elles les modifient. Nos formations, à l ENS de Cachan, sont des formations techniques, du supérieur, professionnalisantes. Par conséquent, pour que nos formations prennent en compte l'informatisation et les nouvelles organisations du travail, nous avons conçu, pour les étudiants de Licence du Département de Génie Mécanique, une formation de bureau d études utilisant les TIC : CoDiMI. Il s agit d enseigner la Conception Distribuée de Machines Industrielles. Les TIC sont alors considérées comme des outils, liés à des concepts et des méthodes, devant être introduites dans les contenus d enseignement. Ces derniers constituent en effet l objet d étude de la didactique. Le besoin de formations innovantes Depuis les années 1980, l'organisation des entreprises a changé, en ce qui concerne les grandes entreprises industrielles des pays occidentaux, pour aller d'une organisation séquentielle à une organisation de type ingénierie concourante ou simultanée. "Avec les méthodes de l'ingénierie simultanée, il y a simultanément définition du produit, de ses moyens de production et de tous les autres moyens nécessaires pendant le cycle de vie du produit, y compris son support logistique.[ ] Aussi l'ingénierie simultanée nécessite-t-elle de faire travailler ensemble des hommes de métiers différents dans des équipes transfonctionnelles." (Hennebelle & Lafrance 1997). D'un point de vue de formateur, il devient nécessaire de former chaque futur concepteur au travail en équipe. Parallèlement, le métier de concepteur s'est doté d'outils informatiques : - pour effectuer des tâches répétitives automatisables, - pour garder en mémoire et réutiliser des solutions existantes, - pour résoudre des problèmes programmables d'optimisation de solution, - pour simuler des comportements de machine, - pour effectuer la veille technologique, - pour communiquer à distance. Dans l'objectif de professionnaliser l'étudiant, il est nécessaire de prendre en compte l'utilisation de ces nouveaux outils dans la formation à la conception mécanique.

2 Or ces pratiques professionnelles sont actuellement très diversement prises en compte dans la formation des ingénieurs de bureau d'études, en particulier en ce qui concerne l'organisation du travail et l'utilisation des TIC (Cartonnet & Martinand 2000). La formation CoDiMI est innovante parce qu'elle prend en compte ces deux aspects. Par rapport aux formations en alternance, aux stages en entreprise et aux enseignements de type projet, la formation CoDiMI est une formation de 20 heures qui a lieu à l'école et non en entreprise. Elle se présente sous la forme d'une simulation de situation professionnelle qui se rapproche d'une situation professionnelle quant à l'organisation du travail et l'utilisation d'outils informatisés de communication à distance, de calcul et de recherche documentaire. La simulation permet aussi d'avoir une vision d'ensemble du projet (du cahier des charges au dossier d'avant-projet de la machine à concevoir, en seulement 20 heures) grâce à la réalisation en temps masqué de certaines tâches. Celles-ci ont été préparées à l'avance par les enseignants. La formation CoDiMI L'objectif de la formation CoDiMI est donc double. D une part, il s agit de former les étudiants à la conception mécanique distribuée, i.e. de les rendre capables de proposer des solutions techniques par rapport à un cahier des charges donné ; d évaluer les propositions énoncées ; de décider d une solution à retenir comme optimum par rapport aux performances visées pour le produit conçu. D autre part, pour intégrer dans nos contenus d enseignement l usage professionnel des TIC, pour enseigner aux étudiants les technologies de l intelligence, nous utilisons un site documentaire de veille concurrentielle, sur réseau Intranet ; un logiciel de calculs pour l ingénieur (mathcad) ; un logiciel de dialogue par écrit (ICQ) et un poste de visioconférence avec banc-titre, par réseau ATM. La formation a été suivie par deux promotions d'étudiants en licence de technologie mécanique à l'ens de Cachan en mars-avril 1999 et février-mars Une promotion est divisée en six groupes de quinze étudiants, voir figure 1. Ces groupes sont jumelés deux à deux. Dans chaque groupe sont constituées des équipes de trois étudiants. Chacun de ces trinômes travaille à distance avec trois autres étudiants du groupe jumelé. Ils forment donc des unités de travail de six étudiants. Les groupes sont dans deux bâtiments distants d une centaine de mètres. Chaque trinôme travaille d abord 4 heures à une recherche documentaire de l existant dans un but de veille concurrentielle, hors coopération. Ensuite, pendant 16 heures (deux fois huit heures consécutives), les trinômes travaillent selon un protocole de conception distribuée. L'un s'occupe de la chaîne cinématique, l'autre du carter et du système de réglage. Ils doivent produire ensemble l étude d avant-projet d'une pompe doseuse montrant la faisabilité de leurs propositions. Chaque trinôme rend le plan d'avant-projet d'une partie de la pompe doseuse à concevoir. Courrier électronique (logiciel ICQ) Visioconférence avec banc-titre Internet Internet Figure 1 : description de la situation d enseignement de la conception distribuée de machines industrielles en Licence de Technologie-mécanique, à l ENS de Cachan.

3 Ecran de réception : affiche dans une bande inférieure la tête des trois élèves du groupe distant et la feuille du banc-titre distant sur le reste de l'écran Ecran de contrôle : affiche ce que le groupe distant reçoit Des erreurs dues à la distance M. Huchette prépare une thèse en didactique relative à l évaluation de la formation CoDiMI. L'analyse des productions des étudiants de la promotion de 1999 montre des défauts de performance. En effet, les plans réalisés par les paires de trinômes distants doivent normalement se superposer et se compléter. Or 9 unités de travail sur 14 (i.e. 64 %) rendent des calques qui présentent des erreurs de concordance quant aux solutions techniques adoptés de part et d'autre. Il s'agit de problèmes d'interfaces géométriques au niveau des liaisons et de problèmes d'interférence cinématique. Cela pose question : ces erreurs de concordance sont-ils dus à des difficultés de travailler en équipe ou des difficultés d'utilisation des outils informatisés de communication à distance? Nous présentons ici des résultats concernant les difficultés qu ont les étudiants dans l utilisation des TIC pour communiquer à distance. Cadre théorique Difficultés d'utilisation des TIC P. Rabardel (Rabardel 1995) a élaboré la notion d instrument pour analyser la maîtrise des activités avec instrument. Pour lui, un instrument est l association d un artefact et de deux types d élaborations cognitives : les schèmes d usage et les schèmes d action instrumentée qui forment les schèmes d utilisation de l artefact. Caméra 1 : filme la tête des trois étudiants Caméra 2 : caméra du banc-titre, elle filme la feuille de papier posée sur le bureau Figure 2 : description du poste de visioconférence Selon ce cadre de référence, quels sont les schèmes d usage et schèmes d action instrumentée à construire pour utiliser l artefact visioconférence avec banctitre? La figure 2 représente la configuration physique du poste de visioconférence que les étudiants utilisent. L'image qui est retransmise est divisée en deux parties : une bande en bas de l'écran montre les trois têtes filmées des interlocuteurs distants, le reste de l'écran montre ce qui est disposé sous la caméra du banc-titre. Les étudiants doivent disposer les chaises et leur corps pour que leur tête soit dans le champ de la caméra 1, en vérifiant l écran de contrôle, de telle manière que leur visage soit visible par le groupe distant. Ils doivent disposer la feuille qu ils veulent communiquer juste en dessous de la caméra 2 du banctitre, dans le sens de lecture. Le texte qui figure sur cette feuille doit être écrit assez grand, avec un feutre épais, de couleur noir pour que le contraste soit suffisant et pour que le texte soit lisible par le groupe distant. Ils doivent parler assez fort pour être entendus par le groupe distant, des tours de parole doivent être pris et signalés pour qu un dialogue puisse s instaurer. Ces derniers schèmes qui correspondent à la gestion du dialogue oral sont proches des schèmes d utilisation du téléphone, à la différence que la visioconférence permet de voir le visage de l interlocuteur. Les schèmes d'usage sont relatifs aux "tâches secondes", correspondant aux actions et activités directement liées à l'artefact, comme par exemple l'action de "disposer correctement la feuille sous la caméra du banc-titre". Les schèmes d'action instrumentée sont relatifs aux "tâches premières", qui sont des actes globaux dirigés vers le but principal du sujet, actes où s'insère l'instrument, comme par exemple l'acte de "faire le bilan des critères de comparaison des pompes doseuses trouvées lors de la veille technologique". Les schèmes d'action instrumentée incorpore les schèmes d'usage. Méthode mise en œuvre Nous avons retenu plusieurs données expérimentales et descripteurs pour évaluer l élaboration des schèmes d utilisation du dispositif de communication à distance : 1. Les séquences de visioconférence, l'image et le son que chacun des trinôme recevait, ont été enregistrées et visionnées. Les descripteurs utilisés pour décrire les difficultés réelles d'utilisation du dispositif de visioconférence sont les manipulations des différents artefacts effectuées (voir Figure 2) et les remarques mutuelles que se font les étudiants à distance sur l'utilisation du dispositif. Les résultats donnés dans le texte concernent uniquement la séquence où les étudiants sont en visioconférence pour la première fois. C'est le moment de la formation où ils doivent faire le bilan des critères de sélection des pompes doseuses du marché et pondérer ces critères selon leur importance. Sur les deux années 1999 et 2000, 46 trinômes ont été enregistrés, sur les 56 qui ont suivi la formation. 2. Un questionnaire ouvert a été rempli par les étudiants trois ou quatre semaines après la formation

4 selon leur ordre de passage en formation. Il leur est demandé de donner les difficultés qu'ils ont rencontrées lors de la formation CoDiMI. Sur les deux années, 145 étudiants ont répondu à ce questionnaire. 3. Un questionnaire fermé de type "question à choix multiple" a été donné à remplir juste après le questionnaire ouvert. Entre autres, les étudiants doivent y exprimer le degré de difficulté qu'ils ont eu à utiliser le dispositif de visioconférence (Très facile / plutôt facile / plutôt difficile / très difficile). Sur les deux années, 145 étudiants ont répondu à ce questionnaire. Dans le questionnaire fermé de 2000 (rempli par 68 étudiants), on leur demande en complément de préciser leur réponse. Résultats La figure 3 indique les réponses au questionnaire fermé. Il montre que 11% des étudiants (Parmi les 46 trinômes enregistrés en visioconférence, 12 sont concernés, i.e. 26%) se souviennent avoir eu des difficultés à utiliser la visioconférence et ont répondu "Très difficile" ou "Plutôt difficile". Par ailleurs, dans le questionnaire ouvert, à la question "Quelles difficultés avez-vous rencontrées lors de la formation CoDiMI?", seulement 3% (5 sur 145) évoquent spontanément des difficultés d'utilisation du dispositif de visioconférence. On peut donc penser qu ils se sont appropriés l'usage de l outil assez facilement. Utiliser la visioconférence : Très facile 43% Autre 2% Très difficile 1% Plutôt facile 44% Plutôt difficile 10% Utiliser le logiciel ICQ : Très facile 50% Plutôt difficile 4% Plutôt facile 46% Figure 3 : difficultés exprimées (échantillon de 145 étudiants sur deux ans) Pour valider et préciser les réponses apportées aux questionnaires, nous avons confronté l avis des étudiants et leurs difficultés réelles, celles qu ils ont rencontrées pendant la formation, et en particulier la première fois qu ils ont utilisé le dispositif. L'observation et l'analyse de ces séquences enregistrées permettent d identifier les difficultés de réalisation des "tâches secondes". Elles sont présentées en figure 4. Sur les 46 trinômes enregistrés, 39% ont eu à un moment donné des difficultés d utilisation du dispositif de visioconférence, ayant comme conséquence l expression par l autre groupe d un problème de compréhension. Cela représente plus d un trinôme sur trois, c est supérieur au taux de réponse au questionnaire (39% des trinômes contre 26%). Trois types de difficultés ont été repérées : Hors-champ caméra : Les étudiants ne sont pas visibles par l'autre groupe car ils sont hors champ de la caméra qui les filme. Le groupe distant s'en plaint. Volume sonore : Les étudiants ne sont pas entendus de l'autre groupe car ils ne parlent pas assez fort. Le groupe distant s'en plaint. Banc-titre : les étudiants n'écrivent pas assez grand ou ne disposent pas correctement la feuille sur le banctitre. Le groupe distant s'en plaint. Cependant ces erreurs de manipulation sont corrigées à Au moins une difficulté Hors-champ caméra Volume sonore Banc-titre 7% 7% 30% 39% Pourcentage de trinômes (sur 46 au total) 0% 20% 40% 60% Figure 4 : Difficultés effectives observées (échantillon de 46 trinômes sur deux années) chaque fois de façon immédiate par un réglage de l'artefact. Les schèmes d'usage de la fonction "visiophone" sont donc élaborés spontanément dès la première utilisation. Par contre les schèmes d'usage du banc-titre se construisent après plus d'erreurs de manipulation. Qu'en est-il de la construction des schèmes d'action instrumentée? Comme nous l'avons expliqué plus haut, les schèmes d'action instrumentée sont relatifs aux "tâches premières", qui sont des actes globaux dirigés vers le but principal du sujet, actes où s'insère l'instrument. Il est remarquable (Figure 5) que seulement 54 % des trinômes utilisent à la fois l'expression orale et l'expression écrite (i.e. le banc-titre) pour transmettre l information principale : la liste des critères d'évaluation des pompes doseuses à choisir et leur pondération. Pour 45% des trinômes donc, un canal de transmission est privilégié : 15% privilégient l écrit, 30% l'oral, en tout cas pour cette tâche particulière. Nous interprétons ce fait comme une adaptation des schèmes d utilisation liées d autres artefacts comme le téléphone ou la messagerie électronique à l'utilisation de la visioconférence. Oral seulement 15% Ecrit seulement 30% Ecrit et oral 54% Figure 5 : Canal d'information utilisé (échantillon de 46 trinômes sur deux ans)

5 D'ailleurs, dans les commentaires qui suivent les réponses au questionnaire fermé cité ci-dessus, des élèves disent que l'utilisation de la visioconférence est "très facile" car : Elève 1 : "C'est ICQ [logiciel de messagerie électronique] avec l'image en plus." Elève 2 : "Une caméra et une télé, on maîtrise." Elève 3 : "C'est comme un coup de téléphone avec la vision en plus." (réponses de 3 élèves parmi les 68 qui ont répondu au questionnaire de la deuxième année) Les schèmes d'utilisation de la visioconférence semblent donc se construire à partir d'une adaptation des schèmes d'usage existants, mais c'est une adaptation incomplète, puisque presque la moitié des trinômes n'utilisent pas toutes les fonctionnalités de la visioconférence : l'écrit par le banc-titre, l'oral par le microphone et les hautparleurs. D'autre part, on peut noter que 5 % des étudiants (7 sur 145), répartis dans 12 % des trinômes (7 sur 56) disent spontanément dans le questionnaire ouvert qu'ils ont eu des difficultés lors de la formation parce qu'ils ne pouvaient pas communiquer de schéma au groupe distant (!), alors que la visioconférence le leur permettait. Pour transmettre des schémas, ces étudiants ne semblent donc pas avoir construit les schèmes d'action instrumentée du banc-titre, même en ayant suivi la formation Bilan Nous avons présenté dans ce texte la formation CoDiMI, formation à la conception de produits industriels où nous avons largement modifié les contenus d'enseignement pour intégrer les évolutions des pratiques professionnelles. Son évaluation expérimentale a montré que : 1. Le résultat essentiel est que 2/3 des travaux rendus présentent des erreurs aux interfaces des systèmes mécaniques dévolus à chacun des groupes collaborant. La machine ainsi définie ne peut pas fonctionner. Nous cherchons les causes de ce premier résultat. 2. L'outil de communication à distance proposé, un dispositif de visioconférence, offre les fonctions de visiophone et de banc-titre. Les schèmes d'usage de la première fonction sont élaborés spontanément dès la première utilisation. Par contre les schèmes d'usage du banc-titre se construisent après plus d'erreurs de manipulation. 3. Pour recenser les critères d'évaluation des différentes pompes doseuses acceptables, la moitié des étudiants ne font que les énoncer ou que les écrire au banc-titre. Une hypothèse explicative est que ceux qui ne font qu'énoncer ne mobilisent que les schèmes d'action instrumentée du téléphone. L'écriture synchrone à distance semble être pour eux une difficulté. 4. Pour transmettre des schémas, 12 % des trinômes ne semblent pas avoir construit les schèmes d'action instrumentée du banc-titre, même en ayant suivi la formation. La suite du travail de thèse s'attachera à identifier les autres causes des erreurs aux interfaces des systèmes mécaniques conçus par chacun des groupes collaborant. Bibliographie Bossard, P. et al Ingénierie Concourante : De la technique au social. Paris : Economica, coll. Gestion. Cartonnet, Y. et Martinand, J.-L Comment caractériser la valeur préprofessionnalisante des formations technologiques? INSA de Toulouse : Colloque "Professionnalisation des futurs cadres de l'entreprise", mars Cartonnet, Y.; Douchin, B.; Gravouil, A.; Huchette, M.; Marquis, D., Savattero, E. et Soulier B Contribution à l'enseignement de la conception distribuée : le projet CoDiMI et son analyse didactique. In Actes du 6 ème colloque PRIMECA sur la Conception Mécanique Intégrée, La Plagne : 6 ème colloque PRIMECA sur la Conception Mécanique Intégrée, 7-9 avril Hennebelle, F. et Lafrance, C L'ingénierie simultanée : redistribuer les responsabilités, repenser la place de chaque acteur. Revue Française de Gestion Industrielle. 16(4):5-23. Pahl, G. et Beitz, W Engineering Design : A Systematic Approach. Londres : Springer (2 ème Ed.). Rabardel, P Les hommes et les technologies : approche cognitive des instruments contemporains. Paris : Armand Colin.