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méca 32 TECHNOLOGIE 136 MARS 2005 méca AMMI répartition 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 réels atouts pour l’apprentissage en TP ; ils améliorent l’efficacité et l’autonomie des élèves. Mais l’utilisa- tion des AMMI peut également engendrer des difficultés, quant à la pérennité des savoirs et la tendance à la passivité due à un retard de l’activité de manipulation. Ces constats demeurent en partie valables – même si les logiciels de développement et notre savoir-faire ont évolué depuis. L’élaboration des TP doit en tenir compte. La manipulation, qui reste l’essence même de la pédagogie inductive, favorise l’acquisition ; la réflexion, nécessaire à tout apprentissage, favorise la compréhension. Une AMMI doit résolument être un provocateur d’activités intellectuelles et manuelles et non pas une forme d’assistanat. Partons donc à la découverte d’un des TP présents sur le cédérom d’iTP-scie : « Modélisation d’un mécanisme ». La modéli- sation cinématique est une étape clé de l’étude des comportements mécaniques – parfois faite, à tort, sur des mécanismes statiques ou aux comportements différents selon les phases d’usage. Le schéma cinématique, pourquoi ? Le schéma cinématique est un outil de représentation utilisé soit en phase de création, pour exprimer une idée de mécanisme, soit en phase d’analyse d’un existant pour le modéliser. iTP-scie, du réel aux modèles sans souci… LUC NADALON, JACQUES RIOT 1 Après une première présentation du cédérom iTP-scie de la société Festo dans le numéro 134 de Technologie, les auteurs nous dévoilent davantage le produit avec une découverte du contenu pédagogique d’un de ses TP. Ils ont choisi d’aborder la modélisation cinématique des mécanismes. Pour les élèves, un thème difficile, dont le multimédia facilite l’appréhension, grâce notamment aux plans interactifs, au morphing et à la « Schématrice ». Mais aide ne veut pas dire assistanat… 2 La démarche de résolution de problème 3 Les moyens classiques de modélisation ������������D ans le dossier spécial du dernier numéro de Technologie étaient présentées la structure des TP multimédias interactifs et leur utilisation globale autour de centres d’intérêt, outils d’organisation des progressions et des activités 1 page 33. Nous allons ici, au travers de l’exemple d’iTP-scie de la société Festo Didactic, présenter l’utilisation des AMMI (Aides MultiMédias Interactives) et des outils associés pour démontrer leur efficience pédagogique. Cette présentation ne se limitera pas à une simple description du contenu du cédérom, mais va explorer un des TP qu’il propose, afin de mettre en évidence la démarche pédagogique de cette aide multimédia. L’article d’Yves Cartonnet, dans ce dossier spécial, nous dévoi- lait les avantages et les inconvénients des aides multimédias quant à la capacité d’apprentissage et de réflexion. Les résultats de l’étude – réalisée il y a quelques années – montraient l’apport des AMMI, au moins pour une certaine population : meilleure 1. Professeurs de construction, respectivement au lycée Gustave-Eiffel de Cachan (94) et au lycée Jean-Macé de Vitry-sur-Seine (94).

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mécaAMMI

répartition 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 réels atouts pour l’apprentissage en TP ; ils améliorent l’efficacité et l’autonomie des élèves. Mais l’utilisa-tion des AMMI peut également engendrer des difficultés, quant à la pérennité des savoirs et la tendance à la passivité due à un retard de l’activité de manipulation.

Ces constats demeurent en partie valables – même si les logiciels de développement et notre savoir-faire ont évolué depuis. L’élaboration des TP doit en tenir compte. La manipulation, qui reste l’essence même de la pédagogie inductive, favorise l’acquisition ; la réflexion, nécessaire à tout apprentissage, favorise la compréhension. Une AMMI doit résolument être un provocateur d’activités intellectuelles et manuelles et non pas une forme d’assistanat.

Partons donc à la découverte d’un des TP présents sur le cédérom d’iTP-scie : « Modélisation d’un mécanisme ». La modéli-sation cinématique est une étape clé de l’étude des comportements mécaniques – parfois faite, à tort, sur des mécanismes statiques ou aux comportements différents selon les phases d’usage.

Le schéma cinématique, pourquoi ?Le schéma cinématique est un outil de représentation utilisé soit en phase de création, pour exprimer une idée de mécanisme, soit en phase d’analyse d’un existant pour le modéliser.

iTP-scie, du réel aux modèles sans souci…LUC NADALON, JACQUES RIOT1

Après une première présentation du cédérom iTP-scie de la société Festo dans le numéro 134 de Technologie, les auteurs nous dévoilent davantage le produit avec une découverte du contenu pédagogique d’un de ses TP.Ils ont choisi d’aborder la modélisation cinématique des mécanismes. Pour les élèves, un thème difficile, dont le multimédia facilite l’appréhension, grâce notamment aux plans interactifs, au morphing et à la « Schématrice ». Mais aide ne veut pas dire assistanat…

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2 La démarche de résolution de problème

3 Les moyens classiques de modélisation

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Dans le dossier spécial du dernier numéro de Technologie étaient présentées la structure des TP multimédias interactifs et leur utilisation globale autour de centres

d’intérêt, outils d’organisation des progressions et des activités 1 page 33. Nous allons ici, au travers de l’exemple d’iTP-scie de la société Festo Didactic, présenter l’utilisation des AMMI (Aides MultiMédias Interactives) et des outils associés pour démontrer leur efficience pédagogique. Cette présentation ne se limitera

pas à une simple description du contenu du cédérom, mais va explorer un des TP qu’il propose, afin de mettre en évidence la démarche pédagogique de cette aide multimédia.

L’article d’Yves Cartonnet, dans ce dossier spécial, nous dévoi-lait les avantages et les inconvénients des aides multimédias quant à la capacité d’apprentissage et de réflexion. Les résultats de l’étude – réalisée il y a quelques années – montraient l’apport des AMMI, au moins pour une certaine population : meilleure

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

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Dans le cas qui nous concerne, en prébac, nous sommes tou-jours dans l’analyse d’un existant. Par conséquent, le schéma cinématique doit s’inscrire dans une démarche de résolution d’un problème technique 2 .

À l’ère des maquettes numériques, certains – élèves ou pro-fesseurs – se demandent si le passage au modèle exprimé par le schéma conserve une utilité. Preuve en est, on nomme souvent la maquette numérique « modèle », car elle idéalise les surfaces. Mais, si le modèle 3D encourage la curiosité, par la possibilité immédiate qu’il offre de visualiser et d’animer un mécanisme, d’en repérer des constituants, d’en observer l’intérieur, l’intérêt majeur de la schématisation est de simplifier le mécanisme pour n’en conserver que le modèle cinématique. Ce schéma exprime un principe générique, indépendant du contexte, et devrait faci-liter la compréhension du fonctionnement si l’élève savait réali-ser aisément ce passage de la maquette au modèle. Ce sera l’un des apports du multimédia.

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

Le schéma cinématique, comment ?Les moyens classiques de modélisationCe sont 3 : La manipulation de l’objet réel (démonté), l’essence même des activités de TP ; La lecture de plans 2D, pour observer l’intérieur des méca-nismes, un détail d’assemblage, une surface d’appui, etc. ; La manipulation de modèles 3D, pour évaluer l’aspect spa-tial des liaisons, voir les volumes et les mouvements de pièces. Ce sont déjà des modèles associés à l’objet réel ; L’utilisation d’un tableau de définition des liaisons norma-lisées, disponible, figé, dans des ouvrages de référence ou, animé, en HTML.

Ces schémas et la syntaxe associée sont l’étape clé de la for-malisation du savoir.

La démarche originale de modélisation élaborée dans le TPL’utilisation combinée du réel, du modèle 3D du plan 2D va générer un processus bouclé de questions-réponses : Je manipule quoi ?

1 La matrice des centres d’intérêt d’iTP-scie

Le réel technologique

Les outils de modélisation

Technico-économiques

Fonctionnels et de

fonctionnementReprésentation du réel Comportement mécanique

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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4 La démarche de modélisation du TP

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Je constate quoi ? Je modélise comment ? Mon modèle est-il suffisamment proche du réel ? 4

L’AMMI se comporte ici comme une aide au franchissement des étapes difficiles de la modélisation 5 .

Le TP 2 « Modélisation des liaisons mécaniques »Centre d’intérêt cible : CI 13, « modélisation et caractérisation des liaisons mécaniques » Représentation symbolique des liaisons Graphe des liaisons Caractérisation d’une liaison par les efforts transmissibles Caractérisation technique d’une liaison

Centre d’intérêt outil :« techniques et outils de représentation »Durée : 2 heuresNiveau : 1re STI (milieu d’année)

5 Les étapes de la modélisation

Étapes Description de l’activité Solutions multimédias d’iTP-scie

Identifier les groupes isocinématiques

Regrouper les pièces en identifiant des ensembles liés complètement

Plan 2D interactif + objet réel

Identifier la naturedes contacts

Identifier la nature géométrique des surfaces des pièces et déterminer leur zone commune (point, droite, plan, cylindre, sphère)

Manipulation des pièces de l’objet réel démontéManipulation des pièces de la maquette numérique 3D

Modéliser les contacts

Passer de la géométrie au modèle associé (la droite est-elle représentative d’une linéaire rectiligne ou d’un point ?)

Confrontation de la manipulation des pièces réelles avec la manipulation de la maquette numérique 3D + corrigé

Choisir la liaisonnormalisée associée

Identifier les mouvements possibles ou impossibles dans le repère considéré

Schématrice

Représentercette liaison

Déterminer le schéma associé aux mouvements constatés Orienter la liaison choisie dans le repère

Schématrice

Dans ce premier niveau de formation sur ce centre d’intérêt, il est peu judicieux de demander à l’élève la réalisation complète d’un schéma cinématique de mécanisme. La tâche est trop complexe et le niveau d’abstraction nécessaire trop élevé – comme en témoignent les différends entre collègues quant aux problèmes de simplification des formes, positions des liaisons, bilatéralité, etc. On va donc demander aux élèves de compléter un schéma avec les liaisons appropriées, les autres étant déjà représentées.

Un voyage entre réel et modèlesLe but de cette séance est de modéliser le mécanisme en vue d’une étude mécanique ultérieure. Le moyen est de procéder au démontage, tout en répondant à des questions permettant de compléter le document réponse.

L’activité commence par un dévoilement des centres d’intérêt visés et des documents papier (ou numérisés) à compléter 7 , suivi d’un rappel des objectifs et de la démarche globale de résolution du problème technique 8 . Ces premières pages sont essentielles pour permettre à l’élève d’évaluer la tâche à accomplir, les moyens à mettre en œuvre et la partie du programme concernée : a-t-elle déjà été abordée ou est-ce une nouveauté ?

L’identification des groupes isocinématiques n’est pas un objec-tif opérationnel de ce TP. Cette première étape est donc allégée, limitée à l’identification des pièces constitutives sur le plan inter-actif 2D où les groupes sont repérés par des couleurs.

Les allers-retours entre le démontage, la manipulation et la réponse au questionnement nécessitent une stratégie pédagogique : ici, autoriser la réalisation libre du démontage

7 La présentation du travail 8 Le rappel des objectifs et de la démarche

6 Maquette numérique de la scie sauteuse L’objectif

de la séanceRappel

de la démarche

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tout en étant suffisamment directif pour atteindre le but fixé, la modélisation.

Pour cela, le choix s’est orienté vers l’utilisation d’une forme d’outil répandue dans les ateliers de maintenance, le graphe de montage/démontage. Les élèves n’étant pas familiarisés avec son utilisation, on commence cette activité par la lecture du graphe en vue du démontage du carter de la scie 9 . Cette acti-vité, facultative pour les élèves intuitifs, a pour avantage d’or-ganiser le démontage et le remontage ultérieur. Elle est rendue attrayante et explicite par l’outil informatique, qui permet de

10 La visualisation des vidéos lors du démontage 13 Le document réponse

Tableau à compléter

Schémaà compléter

Analyse d’une liaison particulière

12 Les manipulations sur l’objet réel

9 Le démontage extérieur sans questionnement

visualiser, sous forme de vidéos et de séquences animées 10, les tâches à accomplir.

L’analyse intérieure du mécanisme est, elle, rythmée par les questions correspondant à chaque étape du démontage 11. Il s’agit de repérer le groupe de pièces concerné sur le plan interactif, de le manipuler sur l’objet réel 12 puis d’identifier chaque mou-vement constaté entre les classes d’équivalence et le reporter dans le tableau du document réponse 13.

La dernière phase consiste, à partir du tableau complété, à déterminer puis représenter les liaisons correspondantes. Pour

11 Le démontage intérieur avec questionnement

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cela, l’élève pourra utiliser à tout moment une ressource du TP (intégrée au document ressources ou en superposition) : la Schématrice (outil multimédia interactif d’aide à la modélisation présent sur le cédérom accompagnant iTP-Scie, i-tech).

Pour réaliser l’ensemble des tâches proposées, l’élève dispose d’éléments le guidant dans son apprentissage :

La guidance du TP interactif : Il est possible de suivre l’ordre des questions de manière linéaire ou d’organiser son propre parcours en autonomie, la navigation offrant de multiples accès.

Les jalons d’avancement : On doit régulièrement contrôler le rythme d’apprentissage, notamment des « zappeurs », qui font défiler les pages sans chercher ni à lire ni à comprendre le questionnement. Des « stops prof » incitent au dialogue avec l’enseignant, ce qui met en confiance et permet de faire le point.

Le document réponse : Élément de repérage de l’avancement du travail, il permet à l’élève de consigner les résultats de ses expériences. Il sera rendu au professeur en fin de séance, et servira éventuellement de support pour la notation 13.

Les ressources multimédiasLe plan dynamique et sa nomenclature interactiveGrâce à ce concept original, on peut, à partir d’un même document, consulter le nom de la pièce correspondant au repère sur le plan, en voir une image ou accéder à sa représentation spatiale manipulable – et s’éviter une fastidieuse recherche dans une liasse de documents ou une multitude de pages. Ce concept fort permet de réellement lier les représentations de l’objet

réel – plane, perspective et tridimensionnelle manipulable –, en identifiant les formes des pièces et leur implantation dans le mécanisme 14.

La SchématriceIl s’agit d’un outil graphique d’aide au choix d’une liaison et à sa représentation. Son utilisation est analogue à celle de la calcu-latrice de Windows, accessible par une icône sur le bureau, uti-lisable à tout instant par dessus la fenêtre de travail sous forme de fenêtre mobile. La Schématrice est à la fois : Outil de création d’un schéma 15, le choix de la liaison selon le mouvement autorisé déterminant la représentation du schéma (spatial ou plan) ; Outil de lecture d’un schéma 16 permettant de visualiser une animation « imagée » de chaque liaison ; Outil de rappel 17 présentant un aperçu global de toutes les liaisons animées et de leurs symboles.

Le concept de corrigé dynamiqueIntégré au sein même du TP interactif, le corrigé participe activement à la formation utilisant, ici aussi, les avantages du multimédia. La correction est la phase clé de la compréhension des activités. Elle est l’occasion de comparer les résultats obtenus à ceux attendus, de constater les écarts et de déterminer leurs origines. Elle permet donc également de vérifier le niveau de compréhension. C’est un moment privilégié de dialogue entre le professeur et l’élève, par un jeu de questions-réponses ouvertes ayant comme point de départ le sujet de TP.

14 Le plan dynamique interactif

15 Les différentes utilisation de la Schématrice : La création d’un schéma…

16 … La lecture d’un schéma… 17 … Le rappel des différentes liaisons

18 L’étude détaillée d’une liaison à l’aide d’animations

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Chaque liaison étudiée est détaillée par des animations expliquant point par point le cheminement permettant d’arriver à la solution 18.

Le schéma complet est, pour finir, com-paré au modèle 3D, par une animation éta-blissant ainsi la relation directe entre le modèle du schéma, le modèle numérique et les mouvements associés 19.

Ce corrigé, protégé par un mot de passe personnalisable, est accessible pour le formateur à n’importe quel moment du TP, ce qui permet de revenir sur un point non acquis précédemment.

La fiche de formalisationCette fiche 20 est guidée par l’objectif de la séance – ici le CI 13. Elle formalise les savoirs acquis, c’est-à-dire synthétise les savoirs génériques transférables à d’autres études.

21 La zone « En savoir plus… »

19 La comparaison animée du schéma complet et du modèle 3D

Bague 5

Corps 1

Support lame 6

Rotor 3

Roue 4

20 La fiche de formalisation

On y retrouve donc la modélisation des liaisons étudiées, dans le cadre qui nous concerne les liaisons ponctuelle, pivot et glis-sière. La représentation schématique d’un engrenage a égale-ment été abordée (ou du moins identifiée), ainsi que la procédure d’utilisation du graphe de montage/démontage.

Cette fiche, complétée durant le TP ou en fin d’activité, infor-matiquement ou sur papier, clôture la séance de TP. Vérifiée et corrigée par le professeur avant le départ des groupes, elle est conservée par l’élève et peut alors être réutilisée dans d’autres activités du même centre d’intérêt.

Elle ne doit en aucun cas constituer un catalogue des liaisons possibles ni une extrapolation d’éléments non abordés dans le TP, qui devront être l’occasion d’une autre fiche de formalisation. L’ensemble regroupé de ces fiches permettra une synthèse aisée en fin de séquence à l’occasion d’une séance en classe entière.

« En savoir plus… » au rythme de l’élèveLes activités évaluées sont conçues pour être réalisées et ter-minées par tous les élèves dans un rythme de travail permettant la réflexion. Pour les plus rapides, la zone « En savoir plus… » permet d’approfondir des connaissances scientifiques, techni-ques ou culturelles 21.

Le choix est donné à l’élève de consulter des articles et extraits de sites sur le travail et la vie du bois, ou de réaliser une activité

supplémentaire – étroitement liée au TP2 – concernant l’hyper-staticité d’une liaison glissière, thème rarement abordé en raison de sa complexité 22. On y détaille différents modes de réalisation de liaisons glissière et leurs propriétés, puis on amène l’élève à réfléchir sur le cas particulier du guidage du porte-lame dans le carter par l’intermédiaire de paliers de guidage. L’animation pro-posée permet d’approcher les problèmes de réalisation hypers-tatiques par la nécessité de degrés de réglage en position pour aligner la pièce et son guidage.

Une liberté dirigéeCe mode d’apprentissage inductif est comme on le sait fortement consommateur de temps. L’activité de modélisation, point de formation critique – en tant que base de la formation du futur diplômé – et complexe – par le niveau d’abstraction et de réflexion qu’elle demande –, nécessite un investissement important. Elle doit s’ancrer dans le réel et en dégager différents modèles, qui seront par la suite comparés et jugés dans un processus itératif menant au modèle retenu. À ce niveau de découverte, l’élève n’a pas de connaissances préalables sur le sujet ; il est acteur, met en œuvre le matériel mis à sa disposition, et en dégage des concepts.

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L’enjeu de cette étape d’apprentissage ne doit donc pas inter-dire tout droit à l’erreur. Chacune des activités de ce cédérom permet de multiples essais, de revenir sur un point non acquis, de consulter une ressource supplémentaire.

Le processus proposé est directif dans la démarche de réso-lution et libre dans l’ordonnancement et la consultation. Cette AMMI est réellement interactive ; elle ne se contente pas de tra-duire un dossier papier en HTML – même si ce n’est pas visible dans cet article !

Le concept de localisation (voir l’article « Des TP de construc-tion animés », Technologie no 134) permet un repérage aisé, et il n’y a pas d’empilage de fenêtres pouvant désorienter l’élève. L’environnement doit donner à ce dernier un cadre rassurant, lui conférant la sensation qu’à la fois rien ne lui manque pour com-prendre et qu’il évolue dans un espace de liberté.

Nous venons de voir que l’activité de modélisation, comme bien d’autres, peut de fait trouver un nouveau souffle grâce à l’usage

22 L’activité sur l’hyperstaticité d’une liaison glissière proposée dans la zone « En savoir plus… »

d’une AMMI. L’attrait des ressources animées, véritablement pédagogiques – comportant des explications, des définitions de vocabulaire nouveau – dépasse le seul cadre du TP. Pour en auto-riser un accès plus aisé – c’est-à-dire sans passer par le TP –,elles ont été organisées dans un deuxième cédérom, i-tech, permettant d’autres utilisations, comme ressources universelles de travaux pratiques ou d’illustration de cours.

Ce cédérom i-tech est un autre concept pédagogique inno-vant. Il permet une utilisation d’outils tels que la schématrice, la ressource engrenages, les manuels de logiciels, etc. dans d’autres types de séquences. En travaux dirigés il apporte une aide précieuse aux étudiants ; en séance de synthèse, il fournit une illustration judicieuse des points essentiels à retenir. I-tech constitue donc une base de donnée autonome – constituée de fichiers auto-exécutables indépendants – pour d’autres activi-tés de TP, permettant ainsi une bonne intégration dans les pro-gressions déjà réalisées.

FESTO DIDACTICBP 258, rue du clos Sainte-Catherine 94 363 Bry-Sur-Marne cedexTél. : 01 48 82 64 00/01 48 82 64 30Fax : 01 48 82 64 01/01 48 82 64 31E-Mail : [email protected]

CONSTRUCTION

MÉCANIQUE

INTERACTIVERéférence « Scie 1 » :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimédiaCD ROM i-tech de ressources interactives

Référence « Scie 2 » :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimédiaCD ROM i-tech de ressources interactivesScie sauteuse premier prix

Référence « Scie 3 » :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimédiaCD ROM i-tech de ressources interactives2 Scies sauteuses premier prix

Référence « Scie 4 » :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimédiaCD ROM i-tech de ressources interactives1 Scie sauteuse premier prix1 Scie sauteuse professionnelle Festool

Référence « Scie 5 » :CD ROM iTP-scie de 4 TP multimédiaCD ROM i-tech de ressources interactives1 Scie sauteuse premier prix1 Scie sauteuse professionnelle Festool écorchée

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