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mcaAMMI

rpartition des savoirs au sein du groupe de TP, gain de temps et diminution du nombre de questions pendant la manipulation. Ces trois points sont de rels atouts pour lapprentissage en TP ; ils amliorent lefficacit et lautonomie des lves. Mais lutilisa-tion des AMMI peut galement engendrer des difficults, quant la prennit des savoirs et la tendance la passivit due un retard de lactivit de manipulation.

Ces constats demeurent en partie valables mme si les logiciels de dveloppement et notre savoir-faire ont volu depuis. Llaboration des TP doit en tenir compte. La manipulation, qui reste lessence mme de la pdagogie inductive, favorise lacquisition ; la rflexion, ncessaire tout apprentissage, favorise la comprhension. Une AMMI doit rsolument tre un provocateur dactivits intellectuelles et manuelles et non pas une forme dassistanat.

Partons donc la dcouverte dun des TP prsents sur le cdrom diTP-scie : Modlisation dun mcanisme . La modli-sation cinmatique est une tape cl de ltude des comportements mcaniques parfois faite, tort, sur des mcanismes statiques ou aux comportements diffrents selon les phases dusage.

Le schma cinmatique, pourquoi ?Le schma cinmatique est un outil de reprsentation utilis soit en phase de cration, pour exprimer une ide de mcanisme, soit en phase danalyse dun existant pour le modliser.

iTP-scie, du rel aux modles sans souciLUC NADALON, JACQUES RIOT1

Aprs une premire prsentation du cdrom iTP-scie de la socit Festo

dans le numro 134 de Technologie, les auteurs nous dvoilent davantage

le produit avec une dcouverte du contenu pdagogique dun de ses TP.

Ils ont choisi daborder la modlisation cinmatique des mcanismes.

Pour les lves, un thme difficile, dont le multimdia facilite

lapprhension, grce notamment aux plans interactifs, au morphing

et la Schmatrice . Mais aide ne veut pas dire assistanat

2 La dmarche de rsolution de problme

3 Les moyens classiques de modlisation

Dans le dossier spcial du dernier numro de Technologie taient prsentes la structure des TP multimdias interactifs et leur utilisation globale autour de centres dintrt, outils dorganisation des progressions et des activits 1 page 33. Nous allons ici, au travers de lexemple diTP-scie de la socit Festo Didactic, prsenter lutilisation des AMMI (Aides MultiMdias Interactives) et des outils associs pour dmontrer leur efficience pdagogique. Cette prsentation ne se limitera

pas une simple description du contenu du cdrom, mais va explorer un des TP quil propose, afin de mettre en vidence la dmarche pdagogique de cette aide multimdia.

Larticle dYves Cartonnet, dans ce dossier spcial, nous dvoi-lait les avantages et les inconvnients des aides multimdias quant la capacit dapprentissage et de rflexion. Les rsultats de ltude ralise il y a quelques annes montraient lapport des AMMI, au moins pour une certaine population : meilleure

1. Professeurs de construction, respectivement au lyce Gustave-Eiffel de Cachan (94) et au lyce Jean-Mac de Vitry-sur-Seine (94).

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Dans le cas qui nous concerne, en prbac, nous sommes tou-jours dans lanalyse dun existant. Par consquent, le schma cinmatique doit sinscrire dans une dmarche de rsolution dun problme technique 2 .

lre des maquettes numriques, certains lves ou pro-fesseurs se demandent si le passage au modle exprim par le schma conserve une utilit. Preuve en est, on nomme souvent la maquette numrique modle , car elle idalise les surfaces. Mais, si le modle 3D encourage la curiosit, par la possibilit immdiate quil offre de visualiser et danimer un mcanisme, den reprer des constituants, den observer lintrieur, lintrt majeur de la schmatisation est de simplifier le mcanisme pour nen conserver que le modle cinmatique. Ce schma exprime un principe gnrique, indpendant du contexte, et devrait faci-liter la comprhension du fonctionnement si llve savait rali-ser aisment ce passage de la maquette au modle. Ce sera lun des apports du multimdia.

Dans tous les cas, retenons que la modlisation, dans une dmarche inductive, est le seul moyen de formaliser des connais-sances transversales.

Le schma cinmatique, comment ?Les moyens classiques de modlisationCe sont 3 : La manipulation de lobjet rel (dmont), lessence mme des activits de TP ; La lecture de plans 2D, pour observer lintrieur des mca-nismes, un dtail dassemblage, une surface dappui, etc. ; La manipulation de modles 3D, pour valuer laspect spa-tial des liaisons, voir les volumes et les mouvements de pices. Ce sont dj des modles associs lobjet rel ; Lutilisation dun tableau de dfinition des liaisons norma-lises, disponible, fig, dans des ouvrages de rfrence ou, anim, en HTML.

Ces schmas et la syntaxe associe sont ltape cl de la for-malisation du savoir.

La dmarche originale de modlisation labore dans le TPLutilisation combine du rel, du modle 3D du plan 2D va gnrer un processus boucl de questions-rponses : Je manipule quoi ?

1 La matrice des centres dintrt diTP-scie

Le rel technologique

Les outils de modlisation

Technico-conomiques

Fonctionnels et de

fonctionnementReprsentation du rel Comportement mcanique

CI 1 CI 2 CI 3 CI 4 CI 5 CI 6 CI 7 CI 8 CI 9 CI 10 CI 11 CI 12 CI 13 CI 14 CI 15 CI 16 CI 17 CI 18 CI 19-1 CI 19-2 CI 20

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TP 1CI cible Savoir +

CI outil

TP 2CI cible Savoir +

CI outil CI 14CI 15

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TP 3CI cible Savoir +

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Test synthse Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir + Savoir +

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4 La dmarche de modlisation du TP

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Je constate quoi ? Je modlise comment ? Mon modle est-il suffisamment proche du rel ? 4

LAMMI se comporte ici comme une aide au franchissement des tapes difficiles de la modlisation 5 .

Le TP 2 Modlisation des liaisons mcaniques Centre dintrt cible : CI 13, modlisation et caractrisation des liaisons mcaniques Reprsentation symbolique des liaisons Graphe des liaisons Caractrisation dune liaison par les efforts transmissibles Caractrisation technique dune liaison

Centre dintrt outil : techniques et outils de reprsentation Dure : 2 heuresNiveau : 1re STI (milieu danne)

5 Les tapes de la modlisation

tapes Description de lactivit Solutions multimdias diTP-scie

Identifier les groupes isocinmatiques

Regrouper les pices en identifiant des ensembles lis compltement

Plan 2D interactif + objet rel

Identifier la naturedes contacts

Identifier la nature gomtrique des surfaces des pices et dterminer leur zone commune (point, droite, plan, cylindre, sphre)

Manipulation des pices de lobjet rel dmontManipulation des pices de la maquette numrique 3D

Modliser les contacts

Passer de la gomtrie au modle associ (la droite est-elle reprsentative dune linaire rectiligne ou dun point ?)

Confrontation de la manipulation des pices relles avec la manipulation de la maquette numrique 3D + corrig

Choisir la liaisonnormalise associe

Identifier les mouvements possibles ou impossibles dans le repre considr

Schmatrice

Reprsentercette liaison

Dterminer le schma associ aux mouvements constats Orienter la liaison choisie dans le repre

Schmatrice

Dans ce premier niveau de formation sur ce centre dintrt, il est peu judicieux de demander llve la ralisation complte dun schma cinmatique de mcanisme. La tche est trop complexe et le niveau dabstraction ncessaire trop lev comme en tmoignent les diffrends entre collgues quant aux problmes de simplification des formes, positions des liaisons, bilatralit, etc. On va donc demander aux lves de complter un schma avec les liaisons appropries, les autres tant dj reprsentes.

Un voyage entre rel et modlesLe but de cette sance est de modliser le mcanisme en vue dune tude mcanique ultrieure. Le moyen est de procder au dmontage, tout en rpondant des questions permettant de complter le document rponse.

Lactivit commence par un dvoilement des centres dintrt viss et des documents papier (ou numriss) complter 7 , suivi dun rappel des objectifs et de la dmarche globale de rsolution du problme technique 8 . Ces premires pages sont essentielles pour permettre llve dvaluer la tche accomplir, les moyens mettre en uvre et la partie du programme concerne : a-t-elle dj t aborde ou est-ce une nouveaut ?

Lidentification des groupes isocinmatiques nest pas un objec-tif oprationnel de ce TP. Cette premire tape est donc allge, limite lidentification des pices constitutives sur le plan inter-actif 2D o les groupes sont reprs par des couleurs.

Les allers-retours entre le dmontage, la manipulation et la rponse au questionnement ncessitent une stratgie pdagogique : ici, autoriser la ralisation libre du dmontage

7 La prsentation du travail 8 Le rappel des objectifs et de la dmarche

6 Maquette numrique de la scie sauteuse Lobjectif

de la sanceRappel

de la dmarche

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tout en tant suffisamment directif pour atteindre le but fix, la modlisation.

Pour cela, le choix sest orient vers lutilisation dune forme doutil rpandue dans les ateliers de maintenance, le graphe de montage/dmontage. Les lves ntant pas familiariss avec son utilisation, on commence cette activit par la lecture du graphe en vue du dmontage du carter de la scie 9 . Cette acti-vit, facultative pour les lves intuitifs, a pour avantage dor-ganiser le dmontage et le remontage ultrieur. Elle est rendue attrayante et explicite par loutil informatique, qui permet de

10 La visualisation des vidos lors du dmontage 13 Le document rponse

Tableau complter

Schma complter

Analyse dune liaison particulire

12 Les manipulations sur lobjet rel

9 Le dmontage extrieur sans questionnement

visualiser, sous forme de vidos et de squences animes 10, les tches accomplir.

Lanalyse intrieure du mcanisme est, elle, rythme par les questions correspondant chaque tape du dmontage 11. Il sagit de reprer le groupe de pices concern sur le plan interactif, de le manipuler sur lobjet rel 12 puis didentifier chaque mou-vement constat entre les classes dquivalence et le reporter dans le tableau du document rponse 13.

La dernire phase consiste, partir du tableau complt, dterminer puis reprsenter les liaisons correspondantes. Pour

11 Le dmontage intrieur avec questionnement

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cela, llve pourra utiliser tout moment une ressource du TP (intgre au document ressources ou en superposition) : la Schmatrice (outil multimdia interactif daide la modlisation prsent sur le cdrom accompagnant iTP-Scie, i-tech).

Pour raliser lensemble des tches proposes, llve dispose dlments le guidant dans son apprentissage :

La guidance du TP interactif : Il est possible de suivre lordre des questions de manire linaire ou dorganiser son propre parcours en autonomie, la navigation offrant de multiples accs.

Les jalons davancement : On doit rgulirement contrler le rythme dapprentissage, notamment des zappeurs , qui font dfiler les pages sans chercher ni lire ni comprendre le questionnement. Des stops prof incitent au dialogue avec lenseignant, ce qui met en confiance et permet de faire le point.

Le document rponse : lment de reprage de lavancement du travail, il permet llve de consigner les rsultats de ses expriences. Il sera rendu au professeur en fin de sance, et servira ventuellement de support pour la notation 13.

Les ressources multimdiasLe plan dynamique et sa nomenclature interactiveGrce ce concept original, on peut, partir dun mme document, consulter le nom de la pice correspondant au repre sur le plan, en voir une image ou accder sa reprsentation spatiale manipulable et sviter une fastidieuse recherche dans une liasse de documents ou une multitude de pages. Ce concept fort permet de rellement lier les reprsentations de lobjet

rel plane, perspective et tridimensionnelle manipulable , en identifiant les formes des pices et leur implantation dans le mcanisme 14.

La SchmatriceIl sagit dun outil graphique daide au choix dune liaison et sa reprsentation. Son utilisation est analogue celle de la calcu-latrice de Windows, accessible par une icne sur le bureau, uti-lisable tout instant par dessus la fentre de travail sous forme de fentre mobile. La Schmatrice est la fois : Outil de cration dun schma 15, le choix de la liaison selon le mouvement autoris dterminant la reprsentation du schma (spatial ou plan) ; Outil de lecture dun schma 16 permettant de visualiser une animation image de chaque liaison ; Outil de rappel 17 prsentant un aperu global de toutes les liaisons animes et de leurs symboles.

Le concept de corrig dynamiqueIntgr au sein mme du TP interactif, le corrig participe activement la formation utilisant, ici aussi, les avantages du multimdia. La correction est la phase cl de la comprhension des activits. Elle est loccasion de comparer les rsultats obtenus ceux attendus, de constater les carts et de dterminer leurs origines. Elle permet donc galement de vrifier le niveau de comprhension. Cest un moment privilgi de dialogue entre le professeur et llve, par un jeu de questions-rponses ouvertes ayant comme point de dpart le sujet de TP.

14 Le plan dynamique interactif

15 Les diffrentes utilisation de la Schmatrice : La cration dun schma

16 La lecture dun schma 17 Le rappel des diffrentes liaisons

18 Ltude dtaille dune liaison laide danimations

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Chaque liaison tudie est dtaille par des animations expliquant point par point le cheminement permettant darriver la solution 18.

Le schma complet est, pour finir, com-par au modle 3D, par une animation ta-blissant ainsi la relation directe entre le modle du schma, le modle numrique et les mouvements associs 19.

Ce corrig, protg par un mot de passe personnalisable, est accessible pour le formateur nimporte quel moment du TP, ce qui permet de revenir sur un point non acquis prcdemment.

La fiche de formalisationCette fiche 20 est guide par lobjectif de la sance ici le CI 13. Elle formalise les savoirs acquis, cest--dire synthtise les savoirs gnriques transfrables dautres tudes.

21 La zone En savoir plus

19 La comparaison anime du schma complet et du modle 3D

Bague 5

Corps 1

Support lame 6

Rotor 3

Roue 4

20 La fiche de formalisation

On y retrouve donc la modlisation des liaisons tudies, dans le cadre qui nous concerne les liaisons ponctuelle, pivot et glis-sire. La reprsentation schmatique dun engrenage a gale-ment t aborde (ou du moins identifie), ainsi que la procdure dutilisation du graphe de montage/dmontage.

Cette fiche, complte durant le TP ou en fin dactivit, infor-matiquement ou sur papier, clture la sance de TP. Vrifie et corrige par le professeur avant le dpart des groupes, elle est conserve par llve et peut alors tre rutilise dans dautres activits du mme centre dintrt.

Elle ne doit en aucun cas constituer un catalogue des liaisons possibles ni une extrapolation dlments non abords dans le TP, qui devront tre loccasion dune autre fiche de formalisation. Lensemble regroup de ces fiches permettra une synthse aise en fin de squence loccasion dune sance en classe entire.

En savoir plus au rythme de llveLes activits values sont conues pour tre ralises et ter-mines par tous les lves dans un rythme de travail permettant la rflexion. Pour les plus rapides, la zone En savoir plus permet dapprofondir des connaissances scientifiques, techni-ques ou culturelles 21.

Le choix est donn llve de consulter des articles et extraits de sites sur le travail et la vie du bois, ou de raliser une activit

supplmentaire troitement lie au TP2 concernant lhyper-staticit dune liaison glissire, thme rarement abord en raison de sa complexit 22. On y dtaille diffrents modes de ralisation de liaisons glissire et leurs proprits, puis on amne llve rflchir sur le cas particulier du guidage du porte-lame dans le carter par lintermdiaire de paliers de guidage. Lanimation pro-pose permet dapprocher les problmes de ralisation hypers-tatiques par la ncessit de degrs de rglage en position pour aligner la pice et son guidage.

Une libert dirigeCe mode dapprentissage inductif est comme on le sait fortement consommateur de temps. Lactivit de modlisation, point de formation critique en tant que base de la formation du futur diplm et complexe par le niveau dabstraction et de rflexion quelle demande , ncessite un investissement important. Elle doit sancrer dans le rel et en dgager diffrents modles, qui seront par la suite compars et jugs dans un processus itratif menant au modle retenu. ce niveau de dcouverte, llve na pas de connaissances pralables sur le sujet ; il est acteur, met en uvre le matriel mis sa disposition, et en dgage des concepts.

38 TECHNOLOGIE 136 MARS 2005

Lenjeu de cette tape dapprentissage ne doit donc pas inter-dire tout droit lerreur. Chacune des activits de ce cdrom permet de multiples essais, de revenir sur un point non acquis, de consulter une ressource supplmentaire.

Le processus propos est directif dans la dmarche de rso-lution et libre dans lordonnancement et la consultation. Cette AMMI est rellement interactive ; elle ne se contente pas de tra-duire un dossier papier en HTML mme si ce nest pas visible dans cet article !

Le concept de localisation (voir larticle Des TP de construc-tion anims , Technologie no 134) permet un reprage ais, et il ny a pas dempilage de fentres pouvant dsorienter llve. Lenvironnement doit donner ce dernier un cadre rassurant, lui confrant la sensation qu la fois rien ne lui manque pour com-prendre et quil volue dans un espace de libert.

Nous venons de voir que lactivit de modlisation, comme bien dautres, peut de fait trouver un nouveau souffle grce lusage

22 Lactivit sur lhyperstaticit dune liaison glissire propose dans la zone En savoir plus

dune AMMI. Lattrait des ressources animes, vritablement pdagogiques comportant des explications, des dfinitions de vocabulaire nouveau dpasse le seul cadre du TP. Pour en auto-riser un accs plus ais cest--dire sans passer par le TP ,elles ont t organises dans un deuxime cdrom, i-tech, permettant dautres utilisations, comme ressources universelles de travaux pratiques ou dillustration de cours.

Ce cdrom i-tech est un autre concept pdagogique inno-vant. Il permet une utilisation doutils tels que la schmatrice, la ressource engrenages, les manuels de logiciels, etc. dans dautres types de squences. En travaux dirigs il apporte une aide prcieuse aux tudiants ; en sance de synthse, il fournit une illustration judicieuse des points essentiels retenir. I-tech constitue donc une base de donne autonome constitue de fichiers auto-excutables indpendants pour dautres activi-ts de TP, permettant ainsi une bonne intgration dans les pro-gressions dj ralises.

FESTO DIDACTICBP 258, rue du clos Sainte-Catherine 94 363 Bry-Sur-Marne cedexTl. : 01 48 82 64 00/01 48 82 64 30Fax : 01 48 82 64 01/01 48 82 64 31E-Mail : Didactic_fr@festo.comwww.festo.fr

CONSTRUCTION

MCANIQUEINTERACTIVERfrence Scie 1 :

CD ROM iTP-scie de 4 TP multimdiaCD ROM i-tech de ressources interactives

Rfrence Scie 2 :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimdiaCD ROM i-tech de ressources interactivesScie sauteuse premier prix

Rfrence Scie 3 :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimdiaCD ROM i-tech de ressources interactives2 Scies sauteuses premier prix

Rfrence Scie 4 :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimdiaCD ROM i-tech de ressources interactives1 Scie sauteuse premier prix1 Scie sauteuse professionnelle Festool

Rfrence Scie 5 :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimdiaCD ROM i-tech de ressources interactives1 Scie sauteuse premier prix1 Scie sauteuse professionnelle Festool corche

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