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Apport des Imprimantes 3D dans l’Éducation

Par William HUISKEN, PHD.


L’impression 3D est une innovation technologique classée parmi les plus prometteuses pour le compte des prochaines années. Dans cette publication, ManLab aborde les apports de l’impression 3D dans le système éducatif en Afrique notamment sur le plan de l’enseignement et de l’apprentissage. Mais avant de s’y plonger, il semble important de brosser le contexte global des moyens techniques disponibles dans les laboratoires des établissements d’Enseignement Techniques et Professionnels en particuliers.


1. Contexte

Au Cameroun, en moyenne 20 Lycées Techniques et CES sont créés chaque années. Cette création se fait dans la majorité des cas sans équipement dans les laboratoires. Une étude récente montre que sur environ 400 établissements d’enseignement technique et professionnels, près de 300 n’ont même pas un « étau », matériel de base pour la formation en ajustage des apprenants du premier cycle au secondaire. Dans les Lycées Techniques, les filières Construction Mécanique (série E) et Fabrication Mécanique (F1) sont en manque d’équipement pour la formation des apprenants. Les machines de laboratoires sont généralement coûteuses, de maintenance complexe et les établissements sont contraints à attendre une aide financière de l’état pour l’équipement de leur laboratoire à défaut des dons provenant d’organismes caritatifs. Malheureusement l’état très souvent en tension de trésorerie, n’arrive pas toujours à satisfaire cette demande de plus en plus importante au vue des besoins frottements croissants d’année en année.

On voit que ces manquements conduisent inévitablement à des stratégies pédagogiques biaisées d’une part, mais aussi à la formation des apprenants qui n’ayant pas eu la « chance » de concrétiser leur imagination, seront limiter à la reproduction de solutions existantes ou qui existeraient dans l’imagination de leur guide (enseignant), ayant très souvent lui-même reçu une formation de même nature. Pourtant il est évident qu’à l’heure de la mondialisation tout azimut, il faut, pour espérer se frotter efficacement aux autres que les produits du système éducatif soient inventifs et créatifs afin d’être compétitifs.

Sous un autre angle, entre le moment de penser une solution et sa réalisation dans un atelier avec des machines conventionnelles, les initiés du domaine nous renseignent qu’une séance de cours (la leçon), une séquence pédagogique voir même une année scolaire sont souvent insuffisantes pour que tous les documents nécessaires à la production soient réunis, que le « façonnage » proprement dit soit fait et les assemblages effectués. On imagine bien la gêne d’un prof voulant en 120 minutes, expliquer à la fois l’architecture, la complexité, les exigences technologique et …, ayant gouvernés la conception d’un nouveau pont sur le fleuve Wouri à Douala au Cameroun.

Il faut donc penser plus vite que le temps, plus efficacement, plus concrètement et au besoin matérialisé plus rapidement et en de grandes quantités. On est là en plein dans les exploits de l’intelligence artificielle. Wikipédia la définit comme « l'ensemble de théories et de techniques mises en œuvre en vue de réaliser des machines capables de simuler l'intelligence ». Il continu en précisant qu’elle correspond donc à un ensemble de concepts et de technologies plus qu'à une discipline autonome constituée.


2. Imprimante 3D et éducation

Marvin Lee Minsky, l’un des créateur du concept de l’Intelligence Artificielle le définit comme « la construction de programmes informatiques qui s’adonnent à des tâches qui sont, pour l’instant, accomplies de façon plus satisfaisante par des êtres humains car elles demandent des processus mentaux de haut niveau tels que : l’apprentissage perceptuel, l’organisation de la mémoire et le raisonnement critique ». On y trouve donc les termes (apprentissage, mémoire, raisonnement …) propres au milieu éducatif.

On comprend aisément que l’enseignement et l’apprentissage pour être efficaces, doivent cesser de s’appuyer sur des modèles dogmatiques. Modèles de savoirs imposant l’acceptation et la rétention de connaissances non palpables et difficilement quantifiables. Il faut du concret !

Les études sont claires : l’école de demain s’invente aujourd’hui. Sur le plan purement pédagogique, les imprimantes 3D sont de nouveaux moyens d’accrocher l’attention et motiver les apprenants. Les apprenants se mettent en groupe dans la fabrication des pièces issues de leur propre conception. Glen Bull and al [2015] expliquent que permettre aux élèves de concrétiser leur idée les motive énormément, tout en développant leur aptitude au travail en équipe et la résolution de problèmes.

Le potentiel pédagogique des imprimantes 3D est immense. Bien que la technologie existe depuis le début des années 1970, le marché s’est grandement démocratisé depuis quelques années grâce, notamment, à l’expiration de plusieurs brevets sur les technologies employées à l’époque. Aujourd’hui, ces outils sont relativement abordables. La tendance dans le domaine montre qu’ils deviendront encore plus accessibles dans les prochaines années. Des initiatives telles que MakerBot aux États-Unis s’efforcent d’ailleurs de mettre « une imprimante 3D dans chaque salle de classe ».



Fig. 1. Illustration d’une imprimante 3D au milieu d’une salle de classe

De manière pratique, les imprimantes 3D peuvent se transformer en outils permettant de réaliser des pièces et assemblages simples ou complexes. En guise d’illustration, dans le cadre d’un travail pratique en vue de la fabrication d’un système mécanique (ensemble de plusieurs pièces), l’enseignant va amener les apprenants à concevoir le dit système sur un logiciel de dessin numérique. Ensuite, des groupes d’apprenants seront constitués en fonction du nombre de pièces à produire. Les apprenants vont ensuite analyser la pièce sur laquelle ils travaillent et discuter des paramètres d’usinage. Finalement, les apprenants vont réaliser les différentes pièces, soit en parallèle sur leur machines respectives, soit les un à la suite des autres sur une seule imprimante 3D. Une fois toutes les pièces réalisées, la séance de synthèse permettra d’assembler les composants pour donner vie au système, qui jadis n’était que virtuel.

Il est également évident qu’une portée énorme se présente pour les apprenants des disciplines du génie civil. Généralement, dans le cadre de leur projet, ces derniers se limitent à la conception des plans de maison et autre dessins d’architecture. Grâce à l’impression 3D, ils pourront réaliser des maquettes, illustrant de manière concrète la version miniature de leur projet. Il parait clair qu’en présentant leur produit fini lors des journées portes ouvertes en lieu et place de simple plan, ils seront plus captivants et toucheront un large public. Les imprimantes 3D s’inscrivent au cœur de la transition numérique - réel. Ils permettent de lier les aspects informatiques (conception CAO, logiciel) aux projets concrets (fabrication de prototypes).

Compte tenu du taux de chômage, le contexte actuel est celui des formations qui favorisent l’émergence de l’entrepreneuriat chez les apprenants. Grâce à l’impression 3D, ces derniers peuvent fabriquer leurs propres objets, qu’ils comptent mettre en vente ou non. Ils peuvent fabriquer des boutons de remplacement pour un vêtement, des vases en plastiques, des outils, des montures de lunettes, des bijoux, des étuis protecteurs, etc. Seule leur imagination est la limite. Le caractère novateur de cette approche de l’enseignement est que les objets produits permettront aux apprenants de « toucher du doigts » les pièces qu’ils auront préalablement conçues au moyen des logiciels de dessin numérique.



Fig. 2. Présentation d’une imprimante 3D aux élèves Togolais

Définitivement, les imprimantes 3D vont contribuer à faciliter l’émergence d’une culture d’entrepreneuriat en milieu scolaire. Il est connu que lorsque les individus ont la possibilité de créer ce dont ils ont besoin, ils sont également capables de concevoir des solutions aux problèmes spécifiques que rencontrent leurs communautés. Ils ne se contenteront plus d’étudier les objets qui les entourent, ils commenceront à innover pour les améliorer. L’imprimante 3D est ainsi en voie d’être un nouveau rempart de créativité pour les élèves.

De nombreuses solutions sont également notées sur le plan médical. Les imprimantes 3D permettent la fabrication des maquettes des structures humaines (poumon, cœur, squelette) Idéal pour une formation médicale de qualité.

L’imprimante 3D fournit aux enseignants des aides visuelles en trois dimensions qu’ils peuvent utiliser dans leur cours pour illustrer une notion difficile à saisir et susciter l’intérêt de leurs élèves en imprimant des objets réels. De plus, l’impression 3D en classe améliore l’apprentissage pratique et l’apprentissage par la pratique. Grâce à cette technologie de prototypage, les apprenants seraient en mesure de produire des mini-modèles réalistes en 3D. (Idéal pour l’ingénierie, l’architecture et les apprenants en arts).

Une imprimante 3D en classe permettrait donc de :

- Sensibiliser dès aujourd’hui les plus jeunes à un outil qui sera normal demain,

- Créer des ponts entre les matières,

- Stimuler la motivation des élèves… et des enseignants,

- Faire des enseignants des makers dans une logique d’empowerment

Pour aller plus loin..

1. https://fr.wikipedia.org/wiki/Intelligence_artificielle

2. https://www.digitalforallnow.com/education-4-raisons-dintegrer-les-imprimantes-3d-a-lecole/

3. http://fr.3dilla.com/secteur/education/

4. http://buzz-africa.com/technologies/2015-07-29/togo-limpression-3d-presentee-aux-jeunes/

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