Le processus de conception de systèmes mécaniques et son
enseignement.
La transposition didactique comme outil d’une analyse
épistémologique
1Guy Prudhomme
1. INTRODUCTION
Pour commencer, je vais vous exposer des faits, révélateurs d’un problème d’enseignement, qui sont à l’origine de ma recherche. À l’université, dans le cadre d’un IUP de Génie Mécanique et Productique, les étudiants suivent un enseignement relatif au processus de conception de systèmes mécaniques. Cet enseignement s’appuie sur une méthode de conception normalisée : l’Analyse Fonctionnelle. Ce que l’on appelle ici
méthode de conception est un modèle de la manière dont peuvent
s’ordonner les différentes activités élémentaires qui participent à l’activité globale de conception. Ce modèle décrit les différentes activités, l’ordre dans lequel elles ont lieu, les acteurs qui participent à leurs développements. Mais, comme tout modèle, il ne correspond à aucune
démarche effective. Ces mêmes étudiants mettent en œuvre et suivent
cette méthode pour des projets de conception internes à l’institution d’enseignement. Cependant le constat des enseignants est que les
1 Cet article rend compte de mon travail de thèse, réalisée au laboratoire 3S à Grenoble, encadrée par
Annie Bessot (laboratoire Leibnitz) et Daniel Brissaud (laboratoire 3S) et soutenue le 4 décembre 1999.
étudiants se heurtent à des difficultés d’utilisation des objets enseignés et ne construisent que peu de légitimité à leurs usages pour concevoir. Le cursus de formation en IUP inclus également des stages en entreprise, où les étudiants sont confrontés à des projets industriels de conception. Lors du suivi de ces stages en tant qu’« enseignants tuteurs », nous avons constaté que le processus de conception mis en œuvre par les étudiants n’intègre pas la démarche fonctionnelle enseignée. Par contre, à la fin du projet, pour la préparation du rapport de soutenance et lors de sa présentation, les étudiants reformalisent le travail effectué en utilisant les outils de l’analyse fonctionnelle. L’analyse fonctionnelle est construite a
posteriori. L’histoire du projet est refaite à partir des supposés attendus
de l’institution d’enseignement.
L’objectif que nous avons fixé à notre travail de thèse, à travers l’analyse de situations de formation à l’analyse fonctionnelle, est d’essayer de
comprendre, d’expliquer, le pourquoi de cette situation de non-usage
pour l’avancement d’un projet de conception de système mécanique dans un lieu autre que celui de leur enseignement.
2. METHODOLOGIE DE RECHERCHE
La recherche que nous avons mené peut être vue comme appartenant au domaine de la didactique de la conception mécanique, c’est à dire une recherche où nous avons mobilisé des concepts de didactique pour interroger les connaissances mises en jeu au cours de la conception de systèmes mécaniques.
Aussi notre travail a d’abord consisté en une appropriation des concepts
de didactique. Parmi ceux-ci, les concepts de connaissance et de savoir
[Chevallard 85], de pratique de référence [Martinand 94], de transposition didactique [Chevallard 91], mais aussi d’instrument [Rabardel 95, Vérillon 96], sont ceux qui ont le plus mobilisé notre attention.
Parallèlement nous avons dû analyser les différentes méthodes de
conception existantes, que ce soit les méthodes formalisées comme celle
de Pahl et Beitz [Pahl et Beitz 84], l’analyse fonctionnelle [NFX 50 100], [NF X 50 150], et l’analyse de la valeur [NF X 50 152], ou les méthodes en émergence comme la conception simultanée. Cette analyse avait un double objectif : étudier la méthode, mais aussi les outils, au sens ou les entendent les concepteurs, supportés par chacune de ces méthodes.
Ne disposant pas de références sur des travaux de problématique voisine, nous avons très rapidement décidé de conduire une e n q u ê t e
des situations de formation existantes. Nous qualifions cette enquête d’épistémologique car notre objectif est d’analyser les connaissances en jeu, leur domaine de validité, leur statut, leur genèse, les conditions dans lesquelles cette genèse est envisagée. À terme, notre objectif est d’apprendre sur le processus de conception dans une situation donnée et de formaliser des conséquences pour son enseignement.
Bien sûr ces trois temps ont été menés interactivement, les réflexions menées dans chacun de ces trois champs nourrissant la problématique globale.
3. ENQUETE EPISTEMOLOGIQUE
3.1. Les situations de formation observées
Nous avons observé deux situations de formation : l’une dans une institution d’enseignement initial, en Brevet de Technicien Supérieur de Conception de Produits Industriel (BTS CPI) ; l’autre dans une institution de formation en entreprise. Nous qualifierons ces deux situations de formation d’ordinaires, au sens où la responsabilité en est laissée à l’enseignant. Les stratégies de formation sont identiques dans les deux cas et comportent un cours suivi d’un projet de mise en usage des contenus exposés. Le cours présente un exposé de la méthode Analyse Fonctionnelle.
Dans l’enseignement le projet est industriel, c’est à dire que le sujet est fourni par une entreprise et sa finalité est de produire. Il est confié à un binôme d’étudiants, s’étale sur l’année scolaire, et son évaluation fait partie de l’obtention du diplôme.
Dans l’entreprise, le sujet est fourni par deux participants à la formation. Le projet est traité sur deux jours, par un groupe d’acteurs multi-métiers, et son fondement est la compétitivité d’un produit.
3.2. Les savoirs qui font référence
En préambule à la recherche des savoirs qui font référence, nous allons préciser ce que nous considérons quand nous parlons de connaissance et de savoir. Pour cela nous nous appuyons sur le point de vue de Chevallard [Chevallard 91] qui distingue objet de connaissance, connaissance et savoir. Un objet de connaissance est ce qui est l’enjeu d’un apprentissage. Il existe s’il existe pour une personne ou une institution (école, entreprise, groupe de personnes…). Il peut être matériel (par exemple un mécanisme, un composant, une machine…) ou
symbolique (par exemple des mots, des représentations graphiques, des modèles de données ou de traitement…). C’est dans l’interaction avec un objet de connaissance qu’un individu va se créer un rapport personnel à cet objet. Connaître, apprendre, c’est donc se créer ou modifier son rapport personnel à un objet de connaissance. Un savoir (ou objet de savoir) est un objet de connaissance particulier que l’on peut exprimer, nommer, qui est socialement reconnu dans une institution donnée. Un moyen pour qu’un objet de connaissance ait un statut de savoir est qu’il soit formalisable sous la forme de texte.
Comme un individu, une institution peut avoir un rapport à un objet de connaissance ou de savoir : on parle alors de rapport institutionnel. Ce rapport institutionnel peut être celui vers lequel l’institution voudrait que tende le rapport personnel à cet objet de chaque individu de l’institution. Comment avoir accès à ces rapports institutionnels ? Nous faisons l’hypothèse que c’est à travers les verbalisations, dans l’interaction au cœur de l’action, que nous pouvons atteindre ce rapport institutionnel. Pour mettre en évidence les objets de savoir qui font référence à l’enseignement de la méthode de conception dans les deux situations de formation, nous avons analysé les programmes quand ils existaient (dans l’institution enseignement) et les rapport institutionnels issus des verbalisations des deux cours. Ceci nous conduit à conclure que, dans
l’enseignement, c’est bien la norme qui fait référence aux objets de
savoir à enseigner, avec une distance très faible entre objets de savoir de la norme et objets de savoir à enseigner. La transposition qui conduit aux objets de savoir enseignés ne semble être influencée que par les « outils » fournis par des sociétés de conseils (notamment ceux de APTE – APplication des Techniques d’Entreprises- comme par exemple la pieuvre). Le cours privilégie le processus de conception et suggère un
rapport d’application des contenus exposés pour conduire un projet. Dans l’institution de formation en entreprise, si la norme et les
sociétés de conseils sont bien les références aux objets de savoirs enseignés, la pratique de conception de l’entreprise est également vue comme un élément important. Et plus que le processus de conception, ce qui est considéré comme premier, c’est le produit à concevoir. Pour cela, les contenus enseignés sont vus comme des moyens à adapter en fonction du contexte, de la pratique industrielle.
3.3. Les sujets des projets
Dans l’institution d’enseignement le projet observé a trait à une table d’indexage dont u n p r o d u i t e x i s t a n t e s t montré en figure ci contre.
Le cahier des charges initial, fourni par l’industriel à l’enseignant, est très succinct. Il précise que l’objet du travail est la création d’une nouvelle gamme. Sont explicités également les attentes associées au nouveau produit et des contraintes à respecter. Le travail sur ce projet sera confié par l’enseignant à un binôme d’étudiants.
Dans l’institution d e f o r m a t i o n entreprise, le projet concerne un coffret électrique dont la version actuelle est s c h é m a t i s é e c i contre. coiff e cales d' épaisseurs ent re toises rails din visserie fond
L’attente formulée, par les personnes exposant le projet, est essentiellement une diminution du coût. Le coffret est présenté à partir d’un croquis (dont la copie finale est ci-dessus). Les rôles des différents composants sont explicités au fur et à mesure de leur représentation dans le dessin. Dans le groupe de huit qui va se consacrer à cette évolution de produit on retrouve des experts de différents métiers de l’entreprise.
Il est bien évident que les connaissances initiales, les conditions dans lesquelles vont se dérouler les projets, ne sont pas les mêmes dans les deux situations. Mais cela ne nuit pas à notre observation, puisque ce qui nous intéresse n’est pas de comparer les deux projets, mais d’analyser les connaissances mobilisées en relation avec les conditions dans lesquelles se déroulent les projets.
3.4. Les données recueillies et leur traitement
Les données recueillies sont de deux ordres :
Les objets intermédiaires [Jantet 98] [Mer 98], par exemple les croquis, schémas, dessins, et autres Bête à Cornes, pieuvres, tableaux de caractérisation. Les objets intermédiaires sont les objets produits ou utilisés au cours de l’action de conception, mettant en relation outils, procédures et acteurs. Ce sont en même temps des représentations du futur produit et des vecteurs de coopération et de coordination des différents acteurs de la conception. Toute représentation n’est pas objet intermédiaire ; elle ne l’est que si elle engage des interactions et donc une construction commune à son sujet.
Les verbalisations issues de cette construction commune des objets intermédiaires. Ces verbalisations doivent nous permettre d’atteindre les rapports personnels des formés aux objets enseignés et aux négociations à leur sujet, mais également les rapports personnels des formateurs et, à travers eux, les rapports institutionnels attendus.
Ces données étant recueillies, un premier travail a été de les organiser au travers d’une grille, telle que celle de la figure 1, qui représente les données recueillies dans l’institution d’enseignement, au cours de l’analyse fonctionnelle de début de projet.
Dans un tel tableau, on retrouve :
En ordonnée, les différentes familles d’objets de connaissances mobilisées.
En abscisse, le déroulement du temps du projet, sans respect d’une échelle de son écoulement. Ce temps a été découpé en périodes en fonction d’une part des acteurs participant aux échanges (E pour élèves, P pour prof, E + P pour élèves et prof) et d’autre part des objectifs que nous avons attribués aux échanges.
Différents types de trait pour indiquer que ce sont les étudiants ou le professeur qui mobilisent des objets de connaissances d’une famille donnée.
Des traits verticaux simplement fléchés indiquent l’organisation des mobilisations de connaissances (d’une famille vers l’autre). Ceux avec double flèche indiquent une succession de consultations des ressources pointées. Les points d’interrogations indiquent que les étudiants se
posent des questions à propos des produits ou des composants, mettant en évidence une zone d’ignorance relative à ceux-ci.
Figure 1 : Objets de connaissance mobilisés au cours de l’AF dans l’enseignement
4. RESULTATS SUR LE PROCESSUS DE CONCEPTION
4.1. Instrumentation des objets de connaissance mobilisées
Le concept d’instrument a été développé par Rabardel [Rabardel 95] et Vérillon [Verillon 96]. Nous nous attacherons simplement à préciser ici que nous considérons qu’il existe un rapport dialectique entre les notions d’objet de connaissance, connaissance, outil et instrument. Nous avons déjà explicité que parler de connaissance nécessite l’existence d’un rapport personnel de l’individu à l’objet de connaissance. Alors nous dirons qu’un objet de connaissance peut être vu comme un outil si le rapport intègre un sens qui permette de voir l’objet comme un moyen pour résoudre une tâche donnée. Nous parlerons d’instrument quand le rapport à l’objet de connaissance incorpore un sens qui permette
de voir l’objet comme un outil potentiel pour une classe de situations données.
Prenons l’exemple de l’objet « Aide à l’expression du besoin », encore appelé Bête à Cornes, et analysons les enjeux et négociations qui vont avoir lieu à son sujet. Les interactions à son propos ont lieu au cours des périodes 1 à 3 de la figure 1.
Durant la période 1, les étudiants qui sont confrontés au projet concernant la table d’indexage vont, en référence à leur cours, commencer leur projet en utilisant l’objet Bête à Cornes. Pour répondre aux questions posées par cet objet (À qui le produit rend-il service ? Sur quoi agit-il ? Dans quel but ce besoin existe-t-il ?) les étudiants vont consulter le cahier des charges initial, mais très vite vont être confrontés à des ignorances sur le produit existant et ses composants. Durant cette période, l’enjeu du professeur peut être vu comme une dévolution du problème, un transfert de responsabilité du projet vers les étudiants. Pour les étudiants, l’enjeu est de construire la bête à cornes dans le cas particulier du projet.
Pour avoir des informations sur le produit, ils interpellent le professeur (période 2). Celui-ci leur répond en termes non seulement d’informations sur les produits, mais également de contraintes externes et techniques qui vont limiter leurs choix de solutions, c’est à dire qu’il anticipe sur la caractérisation des futures fonctions à remplir par le produit à concevoir. Plus que les réponses aux questions de la Bête à Cornes, c’est l’expression des besoins du marché et des fabricants du produit qui est l’enjeu du questionnement de l’enseignant.
Les étudiants ramènent alors l’enseignant sur leur préoccupation : réaliser la Bête à Cornes particulière (période 3). L’enseignant va montrer par son discours que c’est la considération des produits de la même famille, des contraintes à respecter, du contexte socio-économique de l’entreprise, qui permet d’exprimer le besoin. Si les étudiants cherchent à réaliser la Bête à cornes particulière, l’enseignant utilise la Bête à cornes pour signifier le besoin.
Les négociations au sujet de l’usage de l’objet Bête à Cornes, très présentes au cours de ces trois périodes, sont encore plus marquées dans cette période 3. L’enseignant va d’abord redonner la responsabilité de sa construction aux étudiants, acquiescer à leurs réponses aux questions. Puis il va renforcer son point de vue en réaffirmant le rôle des contraintes. Et enfin, devant l’écart de son point de vue par rapport à celui des étudiants, il va reprendre en charge le questionnement et montrer (monstration orale), par son raisonnement, l’usage qu’il considère correct
de l’objet. Mais ce faisant, pour satisfaire des contraintes du système d’enseignement (temps, devoir d’enseignement…), l’enseignant reprend en charge la responsabilité de l’usage de la Bête à Cornes, et change la nature du problème, du sens que construisent les étudiants dans leur rapport personnel à l’objet.
En reprenant la terminologie de Vérillon, pour l’enseignant le référent est le produit à concevoir dans un contexte singulier, le signifiant est le dessin de la Bête à Cornes particulière et le signifié est le besoin particulier. Pour les étudiants, le référent est la Bête à Cornes générale, le signifiant est le dessin de la Bête à cornes générale et le signifié est la Bête à Cornes particulière. On passe d’un rapport personnel où la Bête à Cornes a un statut d’outil (ou d’instrument) pour concevoir, à un rapport personnel où elle a un statut d’objet de connaissance avec une finalité formelle.
Ce que l’on vient de développer pour l’objet Bête à Cornes aurait pu être fait pour d’autres objets (pieuvre, tableau de caractérisation…) : les objets de l’analyse fonctionnelle ne sont pas instrumentés pour concevoir, dans les conditions proposées par l’enseignement. Ceci nous conduit à deux questionnements :
- Quelles sont les conditions problématiques pertinentes pour permettre cette instrumentation ? Comment envisager leur transposition dans l’enseignement ?
- Quelles sont les conditions écologiques (au sens des connaissances qui doivent déjà être présentes) nécessaires pour construire du sens à ces objets ? Même question concernant leur transposition dans l’enseignement.
Sans pour autant négliger le premier point, c’est du deuxième que nous allons essentiellement traiter dans la suite ce texte.
4.2. Les connaissance mobilisées non enseignées
Les objets de connaissance repérés comme mobilisés sans avoir été enjeux d’enseignement sont de deux familles : ceux qui ont trait aux
solutions et ceux relatifs aux contraintes et critères.
4.2.1. Objets de connaissance relatifs aux solutions
Si l’on considère la figure 1, mettant en évidence les objets de connaissance mobilisés dans l’institution d’enseignement au cours de l’Analyse Fonctionnelle de début de projet, on peut voir que les étudiants mobilisent essentiellement les objets de la méthode enseignée, l’AF.
L’enseignant interpellé, dès la période 2, va faire référence aux solutions pour exprimer les fonctions. Après la visite en entreprise, en séance 2, les étudiants ayant construit des connaissances sur les produits et leur usage, vont suivre un raisonnement équivalent. Au cours de la séance 3, c’est le rôle des composants internes au produit qui va être analysé pour permettre de poser un regard externe sur ce que le produit doit permettre, ou assurer comme fonctions externes. Le poids de la connaissance des solutions semble d’ailleurs alors discréditer, pour les étudiants, la pertinence d’une telle analyse fonctionnelle.
La figure 2 nous montre que, dans l’entreprise, c’est essentiellement la considération des solutions qui permet au groupe d’exprimer les fonctions à remplir par le produit considéré. Le travail a d’ailleurs commencé par une présentation des différents composants du coffret et de leurs rôles en relation avec l’usage que peut en faire l’électricien.
1 Ext Produit de la gamme ou composants standards Contraintes Espace fonctionnel Besoin perçu Ressources mobilisées Période Acteurs a b c d e f g h temps Critères Pièces spécifiques au produit conçu Formés Prof Formé Connaissances de métier Coût 2 Tech F + P 2
Figure 2 : Objets de connaissance mobilisés au cours du projet dans la formation en entreprise
Le slogan de la norme est « Penser fonction, pas solution ». Nous pouvons dire que nous nous trouvons alors en face d’un paradoxe puisque la méthode de l’Analyse Fonctionnelle préconise l’expression des fonctions sans référence aux solutions, alors que notre observation montre que pour instrumenter l’analyse en termes de fonctions, les individus s’appuient sur les solutions techniques possibles ou existantes. Et qui plus est, lorsque les étudiants ou formés ont des connaissances technologiques, ils ne légitiment plus l’expression en termes fonctionnelle que leur préconise la démarche.
Nous montrons donc, par notre enquête, que fonctions et solutions se
construisent de manière interactive. L’analyse en termes de fonctions
permet de casser une procédure de conception d’un produit basée uniquement sur l’évolution de solutions techniques. L’expression des fonctions assurées par les solutions existantes, et la recherche de nouvelles solutions fonctionnelles en relation avec des possibles solutions technologiques, permet de monter en généricité et ainsi d’ouvrir vers de nouveaux principes de solutions. Dans un environnement industriel où les solutions font partie de la culture commune, des référents partagés, le slogan de la norme peut être entendu comme un moyen d’innovation. Mais il ne faut pas pour autant considérer que l’absence de connaissances technologiques est une condition favorisant une possible expression fonctionnelle. On peut même affirmer que la connaissance de solutions technologiques est une condition écologique à l’expression en termes de fonctions, et que la transposition didactique doit prendre en compte cet état de fait.
4.2.1. Objets de connaissance relatifs aux contraintes et critères
Si l’on se réfère de nouveau à la figure 1, on remarque que seul l’enseignant mobilise des connaissances relatives aux contraintes que le produit doit respecter. C’est même sa préoccupation dès la période 2. Et chaque analyse de solution pour en exprimer le rôle, la fonction, est complétée d’une estimation des contraintes potentielles. Aucun critère n’est mobilisé au cours du travail sur les objets de l’analyse fonctionnelle. Par contre, dès le début du travail de recherche de solutions (voir figure 3), à partir de dessins ou croquis, les critères et contraintes sont spontanément mobilisés par les étudiants pour évaluer les solutions qui émergent.
Au cours de la formation en entreprise, les contraintes et critères ne sont pas non plus mobilisés (voir figure 2). On peut cependant faire l’hypothèse qu’ils sont cachés derrière la dimension « acteurs de métier » de chacun des concepteurs, qu’ils ne fonctionnent qu’en cas de désaccord,
de conflit. Cela est peut être dû au fait que le problème support de l’exercice est simple, du domaine du familier, pour les formés. Des connaissances collectives existent sur les différents métiers représentés dans le groupe. Elles permettent un fonctionnement en veille, une validation implicite des solutions envisagées.
Principe technologique Produit de la gamme ou composants standards Contraintes Espace fonctionnel Besoin perçu Ressources mobiliséées Période Acteurs 14 15 16 17 18 19 20 Séance 5 temps Critères Pièces spécifiques au produit conçu Etudiants E + P Prof Etudiant
décision décision proposition
?
Figure 3 : Objets de connaissance mobilisés au cours de la recherche de solutions dans l’enseignement
Les contraintes et critères dont on parle, quels sont-ils ? En s’appuyant sur la norme [NFX 50- 150], nous définissons les contraintes externes comme les limitations imposées au concepteur par le client et le marché, et les contraintes internes comme celles imposées par les solutions techniques envisagées et les stratégies techniques de l’entreprise. Ces mêmes normes parlent de critères d’appréciation comme du caractère retenu pour apprécier la manière dont une fonction est remplie ou une contrainte respectée. Nous parlerons donc de critères d’appréciation
e x t e r n e s qui qualifient les fonctions de service, et de c r i t è r e s d’appréciation internes qui qualifient les fonctions techniques. La
notion de critère de conception est, elle, issue de la recherche. Un tel critère permet [Blanco 98], dans une action d’évaluation, une mise en
relation des caractéristiques du produit avec une représentation du problème portée par le concepteur.
Ce que nous montrons, à partir de l’analyse des situations de formation, c’est que fonctions, solutions techniques, besoin perçu, contraintes (externes et internes) et critères (d’appréciation et de conception) s’entre-définissent. Il existe un jeu de construction de relations entre ces éléments. Ce jeu est mené de manière collective (il n’y a pas un concepteur unique) et distribuée (notamment sur les connaissances, les acteurs et les ressources). Il est fonction des objets intermédiaires support des interactions. Ce que nous constatons est donc que le processus n’est pas séquentiel mais se présente suivant un ensemble complexe d’interactions. Le problème de l’enseignement est la mise en relation des objets enseignés dans cet ensemble complexe.
4.3. Modélisation de l’organisation des activités de conception
Le processus de conception mis en œuvre par les concepteurs n’est en fait pas celui préconisé par la méthode. Mais alors quel est-il ? Nous allons restreindre notre analyse à l’observation de la conception menée dans l’institution d’enseignement. Les acteurs sont confrontés non pas à un problème mais à une situation qui pose problème et que nous qualifions, en référence à Schon [Schon 83], de situation problématique. Cette situation problématique est caractérisée par l’expression d’un cahier des charges initial relativement imprécis, comportant des incertitudes, des implicites. L’enseignant occupe alors une double position, l’une d’enseignant, l’autre de concepteur.
Dans sa position de concepteur, l’enseignant est confronté au fait que le
projet doit aboutir (pour mériter la confiance de l’entreprise qui lui a confié le projet) et qu’il ne connaît pas de solution a priori (situation très inconfortable et inhabituelle pour un enseignant). Face à cette situation problématique, il engage les étudiants dans une analyse fonctionnelle pour caractériser le besoin, exprimer les fonctions à remplir par le produit à concevoir, et donc vers une première formulation du problème (séance 1). Suite à la visite de l’entreprise, les étudiants reformulent la situation problématique et conduisent une nouvelle analyse fonctionnelle (séance 2 et 3). L’expression du problème s’insère alors dans un Cahier des Charges Fonctionnel (CdCF), fruit d’une construction simultanée de la situation problématique et du problème. La recherche de solutions pour ce problème (sans que le CdCF soit la référence) conduit les étudiants à émettre ce que Blanco [Blanco 98] appelle des conjectures et à proposer des solutions sous forme de dessins ou croquis (séance 5). L’évaluation
de ces solutions fait émerger des critères de conception qui renvoient à différents référents évaluatifs de registres de référence variés (fabricabilité, technique, économiques…). Si la représentation du problème des différent étudiants se modifie dans la confrontation avec les solutions possibles, le CdCF n’évolue pas. C’est l’impasse dans laquelle les étudiants vont se trouver pour la recherche de solutions au problème qui va conduire l’enseignant à les engager dans la formulation d’une alternative à proposer au demandeur (Séance 5, période 19 et 20). Ce faisant, c’est un retour sur la situation problématique à considérer que l’enseignant propose. L’organisation des activités de conception peut alors être modélisé comme indiqué sur la figure 4.
situation problématique problème conjectures évaluations représentation d'une solution
Figure 4 : Premier modèle d’organisation des activités de conception pour l’enseignant concepteur
Si l’on a qualifié les causes des évolutions dans la boucle interactive Problème – Solutions (boucle P-S), comment qualifier les causes des évolutions de la première boucle situation problématique – problème (SP-P) ? Pour cela nous montrons que le registre épistémologique dans lequel fonctionne l’enseignant - concepteur peut être assimilé au registre de l’agir professionnel proposé par Schon [Schon 83]. En effet, durant l’AF, le souci de l’enseignant – concepteur est, considérant la situation problématique initiale, de poser un problème qui ait des solutions, et ce même s’il ne connaît pas exactement ce qu’elles peuvent être à ce moment là. Mais alors comment fait-il pour poser ce problème ? Il s’appuie sur ce que Schon a nommé son répertoire personnel de connaissances, fait d’exemples, de représentations, de compréhensions et
d’actions, qui lui permet d’agir dans cette situation par analogie avec d’autres situations vécues. Ce répertoire personnel se construit à partir
d’un processus réflexif dans l’action que Schon appelle Reflexion in
action, et qui inclue la réflexion pendant l’action et après l’action. En
s’appuyant sur ce répertoire personnel, l’enseignant – concepteur conduit, dans l’action, une conversation réflexive entre situation problématique et problème. Cette conversation réflexive est faite d’expérimentations, qui se traduisent ici par la formulation de problèmes possibles, et d’appréciations, qui portent sur l’existence de solutions potentielles, le
maintien de la recherche en cours, le fait qu’il aime les effets provoqués et notamment les effets imprévus. Nous pouvons donc compléter notre modèle d’organisation des activités de conception comme sur la figure 5 ci-dessous : situation problématique problème conjectures évaluations représentation d'une solution expérimentations appréciations
Figure 5 : Modèle d’organisation des activités de conception pour l’enseignant concepteur
Pour ce qui concerne sa position d’enseignant, nous avons observé
l’organisation des activités menées par les étudiants, dans sa dimension publique. Nous faisons l’hypothèse que ce rapport public s’approche du rapport institutionnel attendu, et donc de ce qui est enseigné et dont on attend l’apprentissage du coté des étudiants. Là, le modèle de l’organisation des activités de conception est celui de l’analyse fonctionnelle, et le registre épistémologique est un registre d’application des savoirs enseignés.
Notre observation montre donc un appauvrissement du processus de conception enseigné au regard du processus effectivement mis en œuvre par l’enseignant – concepteur. Cet appauvrissement semble essentiellement le fruit d’une transposition institutionnelle qui ne prend pas en compte la pratique effective du concepteur, s’appuyant trop exclusivement sur les savoirs de la méthode au détriment des conditions de leur mise en usage.
5. CONSEQUENCES POUR L’ENSEIGNEMENT DU PROCESSUS
DE CONCEPTION
Notre ambition est de réaliser une ingénierie didactique. Une ingénierie didactique consiste à rechercher et à caractériser un ensemble de
classes de situations dont chacune doit avoir une fonction
d’instrumentation pour certains objets et/ou pour certaines pratiques en vue d’un objectif défini. Ce que nous proposons ici sont des points d’entrées possibles en vue de cette ingénierie. Ce qui fonde ces propositions, et qui est un des résultats de notre observation, est que les
connaissances mobilisées ont non seulement trait à la méthode, mais
contexte donné) et aux métiers des acteurs de la conception. Ces connaissances peuvent être de différente nature : scientifique ou technologique, scientifique ou technologique transformées pour l’action, expérimentales. Elles se différencient également par leur statut qui peut être celui de savoir formel, celui de connaissances construites dans l’action (qui peuvent rester éphémères si elles ne sont pas repérées comme telles) ou celui de savoir de répertoire personnel. La transposition ne peut donc se restreindre aux connaissances sur les méthodes qui ont un statut de savoir scientifique ou technologique.
5.1. Transposer des situations de conception
Nous avons montré que, concernant le processus de conception, la transposition didactique ne peut se restreindre à la transposition de savoirs qui ont trait à des méthodes. D’autres éléments vont interagir avec ces savoirs :
des connaissances sur les produits ou composants, conditions écologiques pour que les savoirs de la méthode puissent être instrumentés,
des contextes techniques, économiques et sociaux qui font que chaque projet est un cas particulier de conception,
des objectifs, des actions dans des buts définis, qui sont liés au métier de l’acteur intervenant dans la conception et renvoient aux stratégies techniques que cet acteur privilégie.
C’est donc la considération d’une pratique dans sa globalité qu’il faut prendre en compte pour la transposition et non pas uniquement les savoirs de la méthode.
Par exemple, concernant le premier point des conditions écologiques, la transposition doit considérer l’absence de connaissances initiales sur le produit étudié. Pour cela, il faut permettre la création de référents matériels sur les solutions envisageables dans le contexte donné. Un moyen est d’analyser des produits équivalents, de rechercher et de caractériser les fonctions techniques que les solutions permettent, d’en déduire, par l’expression des fonctions de service et de leurs critères d’appréciation, les besoins auxquels répondent ces produits. C’est en s’appuyant sur ces prérequis que nous nous proposons de demander aux étudiants de concevoir une évolution de produit conformément à un cahier des charges initial, et ce suivant la méthode AF enseignée. Ce temps peut d’ailleurs remettre en cause la ligne de partage existante entre
implicite et explicite pour clairement inclure critères et contraintes du coté des objets à enseigner.
5.2. Des objets de connaissance crées dans l’action
Des connaissances sont construites dans l’action de conception, et ne concernent pas seulement le processus de conception. Elles peuvent par exemple avoir trait à des principes technologiques, à des composants utilisés dans un projet de conception particulier et aux conditions de leur emploi. Ce sont alors des connaissances qui sont candidates à prendre un statut de savoir générique, car nombre de composants sont insérables dans de multiples systèmes mécaniques. Elles peuvent aussi avoir trait à des solutions particulières, à la prise en compte de contraintes contextuelles, aux référents appréciatifs ou évaluatifs, aux problèmes résolubles que l’on peut poser devant une situation problématique donnée. Ce sont alors des connaissances liées au contexte technico-économique de leur usage qui ne peuvent pas prétendre au statut de savoir enseignable.
Nous avons notamment mis en évidence que la transformation d’un groupe d’acteurs métiers en un simple groupe d’étudiants (effet de la transposition didactique), du fait des contraintes imposées par le système d’enseignement, est restrictive par rapport à l’analyse des procédures conduisant à la construction de connaissances dans l’action. Dans un groupe d’acteurs métiers, chacun modifie son rapport aux objets (et donc apprend), pour prendre en compte les contraintes des autres acteurs dans son propre raisonnement. Comment mettre en scène de telles conditions dans l’enseignement reste pour nous une question ouverte.
Le jeu de Bucciarelli [Bucciarelli 91] est, dans un contexte sans rapport avec une pratique réelle, un moyen de favoriser la construction de procédures et de règles d’action pour permettre l’avancement du projet particulier. Ne serait-il pas possible de concevoir un tel type de jeu pour faire émerger des procédures typiques de celles que mettent en œuvre les concepteurs de systèmes mécaniques ?
5.3. Instrumenter les objets enseignés pour concevoir
Les objets mis à la disposition des concepteurs ne deviendront des outils ou des instruments pour les concepteurs que quand ceux-ci auront pu interagir à leur sujet avec d’autres concepteurs dans l’action de conception. Un objet ne se constitue en outil ou instrument pour un concepteur que dans l’action, par la création d’invariants procéduraux
liés à leur usage dans des conditions particulières. Cet usage peut d’ailleurs conduire à l’adaptation, l’instrumentalisation, de l’objet pour la tâche de conception particulière pour laquelle il a été conçu. Quelle situation construire, quelles tâches confier aux étudiants pour que ceux-ci se construisent un rapport instrumental aux objets de la méthode Analyse Fonctionnelle enseignée (Aide à l’expression du besoin, graphe des interacteurs…) ? Notre observation montre que c’est la confrontation à une situation problématique qui peut permettre cette instrumentation. Mais elle met aussi en évidence un certain nombre de conditions pour que de telles situations favorisent l’instrumentation :
le poids du contrat didactique (emploi d’objets qui ont été enseignés) ne doit pas être tel qu’il masque l’intérêt de cet usage pour concevoir, la situation doit aussi être problématique pour l’enseignant, nécessitant
qu’il fonctionne dans un registre différent d’un registre d’application de savoirs enseignés et qu’il mette en œuvre un raisonnement qui le conduit à employer ces objets comme des moyens pour concevoir. Notre analyse renvoie également aux conditions à créer pour que l’instrumentation de tels objets soit un enjeu pour les étudiants. Nous avons en effet avons montré que l’analyse de solutions était un prérequis pour pouvoir aborder l’analyse fonctionnelle. Or, quand les étudiants peuvent faire référence à des solutions, ils n’accordent plus de légitimité à la recherche fonctionnelle.
5.4. Organiser une pratique réflexive
Nous avons donc observé que :
D’une part les rapports personnels construits par les concepteurs, dans l’usage, aux objets enseignés, sont différents des rapports institutionnels attendus. Ils sont notamment fonction des interactions de ces objets avec les pratiques dans lesquelles ils sont insérés.
D’autre part des connaissances sont construites, en cours d’action, par ces mêmes concepteurs.
Schon propose le concept de répertoire personnel de connaissances pour comprendre la mémorisation de ces connaissances trop singulières ou contextuelles pour pouvoir être formalisées, et celui de pratique
réflexive pour expliquer comment chaque acteur peut nourrir ce
répertoire personnel. Nous proposons donc d’engager les étudiants dans une telle réflexion sur leur propre pratique, avec comme critères possibles d’analyse :
les objets intermédiaires utilisés et ce à quoi ils ont servi, les raisons qui ont conduit à la solution retenue,
l’usage qui a été fait pour concevoir des objets enseignés,
les ressources, humaines ou matérielles, mobilisées et comment elles sont
intervenues dans la détermination de l’organisation des activités de conception.
Il reste cependant à s’interroger sur les possibilités de pouvoir engager les étudiants dans une telle réflexion (quel peut être l’enjeu pour eux si le produit, objectif primordial, est conçu ?) et sur les moyens dont ils disposent pour conduire une telle réflexion (quel dispositif de mémorisation des actions et des prises de décision pour permettre une réflexion a posteriori ?).
6. CONCLUSION
Notre problématique de départ, sur le non usage d’objets enseignés relatifs à la démarche de conception, et le dispositif mis en place pour en comprendre les raisons nous ont permis d’apprendre sur la démarche effective de conception et sur la formation à mettre en œuvre pour permettre aux étudiants d’instrumenter les objets de connaissance de la méthode pour concevoir. Confrontés à une situation problématique, les concepteurs doivent d’abord poser un problème. Les connaissances mobilisées sont alors de nature plus expérimentale que technologique, plus liées à une pratique que génériques et sont souvent non disponibles préalablement mais construites dans l’action. La formation, et notamment la formation initiale, se doit de prendre en compte cette épistémologie particulière. La pratique réflexive peut alors être un moyen pour apprendre sur les connaissances mises en jeu dans l’action, et le répertoire personnel peut être vu comme un capital dynamique de savoirs, formulés mais non formalisés, disponibles pour agir.
REFERENCES
[Blanco 98] Eric Blanco, L’émergence du produit dans la conception
distribuée – Vers de nouveaux modes de rationalisation dans la conception de systèmes mécaniques, rapport de thèse de l’Institut
National Polytechnique de Grenoble, 1998
[Chevallard 85] Yves Chevallard, La transposition didactique, du savoir
savant au savoir enseigné, 1re édition, La Pensée Sauvage, Grenoble, 1985
[Chevallard 91] Yves Chevallard, La transposition didactique, du savoir
savant au savoir enseigné, 2e éd comportant une postface intitulée
Didactique, anthropologie, mathématiques, La Pensée Sauvage,
Grenoble, 1991
[Jeantet 98] Alain Jeantet, Jean François Boujut, Approche socio-technique, dans Conception de produits mécaniques, Méthodes
Modèles Outils, coordonné par M. Tollenaere, Editions Hermes,
Paris, 1998
[Martinand 94] Jean-Louis Martinand, La didactique des sciences et de la technologie et la formation des enseignants, Aster n°19, INRP, Paris, 1994
[Mer 98] Stéphane Mer, Les mondes et les outils de la conception – Pour
une approche socio-technique de la conception de produit, rapport
de thèse de l’Institut National Polytechnique de Grenoble, 1998 [NF X 50 100] Analyse Fonctionnelle – Caractéristiques fondamentales,
Editée par l’association Française de NORmalisation (AFNOR), dernière version en 1996
[NF X 50 150] Analyse de la Valeur, Analyse Fonctionnelle –
Vocabulaire, Editée par l’association Française de NORmalisation
(AFNOR), dernière version en 1990
[NF X 50 152] Analyse de la Valeur, Caractéristiques Fondamentales, Editée par l’association Française de NORmalisation (AFNOR), version de 1990
[Pahl et Beitz 84] G. Palh et W. Beitz, Engeneering design - A systematic
approach, Springer Verlag, Londres, 1984
[Rabardel 95] Pierre Rabardel, Les hommes et les technologies :
approche cognitive des instruments contemporains, Armand Colin,
Paris 1995
[Schon 83] Donald A. Schon, Le praticien Réflexif - A la recherche du
savoir caché dans l’agir professionnel, collection formation des
maîtres, Les éditions Logiques, 1983
[Vérillon 96] Pierre Vérillon, Contribution à l’analyse des situations d’enseignement-apprentissage d’instruments sémiotiques de communication technique, Aster n° 23, INRP Paris, 1996
