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ARTheque - STEF - ENS Cachan | Séminaire de didactique des disciplines technologiques Cachan 1992-1993

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SÉMINAIRE DE DIDACTIQUE

DES DISCIPLINES TECHNOLOGIQUES

CACHAN

1992-1993

Responsables!: A. Durey, J. Lebeaume & P. Vérillon ©Association Tour 123

(2)
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DIDACTIQUE DES DISCIPLINES TECHNOLOGIQUES 1992-1992 1

L

ES AUTEURS De VRIES Marc

Professeur, Eindhoven University of Technology, The Netherlands

HOSTEIN Bernard

Maître de conférences, IUFM Bordeaux

MAURIN Thierry

Professeur, directeur du département Électronique, Électro-technique, Automatique, ENS Cachan

MICHEL Jean

Professeur à l'École Nationale des Ponts et Chaussées, Paris

RAK Ignace

Inspecteur de l'Éducation Nationale en Sciences et Techniques Indus-trielles, Académie de Versailles et Centre d'Études pour la Rénovation Pédagogique de l'Enseignement Technique (CERPET) DLC &

G.D.S.T.C-L.I.R.E.S.T.ENS CACHAN

ROHOU Camille

Professeur agrégé de Génie civil

VUONG Claudine

Professeur agrégé de Génie civil

WINTER Jean

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DIDACTIQUE DES DISCIPLINES TECHNOLOGIQUES 1992-1992 3

S

OMMAIRE AVANT PROPOS

Jean-Louis MARTINAND...7

I - DES PRATIQUES TECHNIQUES ET CONTENUS D'ENSEIGNE-MENT. PROBLÈMES DE LA FORMATION TECHNOLOGIQUE

Quelques réflexions sur l'enseignement de l'électronique

Thierry MAURIN...11

La démarche de projet industriel :

un modèle pour l'enseignement de la technologie

Ignace RAK...23

Innovation et formation des ingénieurs. Quelques données fondamentales

Jean MICHEL...45

II - RECHERCHES POUR L’ÉDUCATION TECHNOLOGIQUE

Stratégies de conception et raisonnement par approximations successives dans la conception de charpentes métalliques : une étude de cas

Camille ROHOU...59

Qu'est-ce qu'apprendre à modéliser un objet ou un système technique

Bernard HOSTEIN ...87

Concept and attitude formation as a goal in technology education

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L'ordinateur pour l'étude des caractéristiques de dipôles dans l'enseignement

Jean WINTHER ...111

Recherche sur les concepts nécessaires à l'utilisation du micro-ordinateur

Jean-François LEVY...133

III - FICHES BIBLIOGRAPHIQUES

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5

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AVANT-PROPOS 7

A

VANT PROPOS

Ce troisième volume des actes du séminaire de didactique des disciplines technologiques de Cachan correspond aux exposés de l'année universitaire 1992-1993.

Dans une première partie nous avons regroupé les réflexions et propositions de responsables de formation à Cachan même, et dans une grande école d'ingénieurs et d'un inspecteur des sciences et techniques industrielles. Les interrogations sur l'objet, et pas seulement les méthodes de la formation, marquent les trois interventions ; le point de vue didactique, celui des contenus est bien au cœur des préoccupations.

La seconde partie du recueil regroupe cinq compte rendus de recherches achevées ou en cours. Ce sont des exemples qui ne doivent pas être pris comme des modèles, mais qui apportent un témoignage de la diversité des problèmes et des problématiques. De même que dans la première partie, J. Michel nous fait bénéficier de son expérience européenne, la conférence de M. De Vries, responsable du programme de recherche Pupils Attitudes To-ward Technology, nous introduit dans le réseau mondial des chercheurs en didactique de l'éducation technologique dans l'enseignement secondaire gé-néral.

Pendant cette année 1992-93, nous avons préparé à Cachan le colloque francophone sur la formation des formateurs en sciences appliquées et dis-ciplines techniques. Les actes en sont encore disponibles* . Nous avons pensé qu'il pouvait être utile à nos lecteurs d'avoir la bibliographie choisie et commentée qui avait été mise au point pour cette manifestation.

Jean-Louis Martinand

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9

I. DES PRATIQUES AUX

CONCEPTIONS DE PROGRAMMES

OU DE PROJETS D'ENSEIGNEMENT

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RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 11

QUELQUES RÉFLEXIONS SUR

L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE

Thierry MAURIN

Cet article propose quelques réflexions issues d'expériences, de discussions et d'avis pris aussi bien auprès de collègues enseignants qu'auprès d'indus-triels. Il fait suite à une présentation faite dans le cadre du séminaire de di-dactique de la technologie du LIREST. Il n'a pas la prétention de répondre à toutes les interrogations mais plutôt de réfléchir aux difficultés rencontrées et peut-être de permettre de les mieux cerner.

1. ÉLECTRONIQUE ?

La première question à se poser est bien évidemment de savoir ce que l'on cache sous le terme d'électronique.

1.1. La diversité

Première trivialité : l'électronique recouvre, soit directement, soit au travers de ses applications, des domaines d'une très grande diversité. Cela va de la Télévision numérique Haute Définition, à l'automobile, en passant par les radars, les appareils photographiques, les micro-ordinateurs, les automates programmables ou le Minitel. Cela inclut la théorie des bandes, la cristallo-graphie, les matériaux semi-conducteurs, les dispositifs AsGa (Arsenic Gallium) ou CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor). Cela recouvre les grandes fonctions comme l'amplification, le filtrage, la modu-lation. Cela fait appel à des domaines comme l'automatique, le traitement du signal, l'informatique.... En bref, l'électronique est partout, de la machine à laver intelligente au satellite de télécommunication, de l'électronique grand public à l'instrumentation, des détecteurs de particules des

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expérien-ces du CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire) à la physique du solide.

Cette très grande diversité montre qu'il est illusoire de vouloir définir une électronique, et par conséquent illusoire de vouloir proposer un enseigne-ment d'électronique. L'électronique n'est plus une "matière" si tant est qu'elle l'ait été un jour. On peut malgré tout distinguer entre les aspects fon-damentaux et théoriques (Sciences Fondamentale, SF) et les aspects prati-ques et applicatifs (Sciences pour l'Ingénieur, SPI). Cette distinction n'est pas sans conséquence sur l'enseignement. Elle pose en particulier la ques-tion de savoir quelle part de SF doit contenir un enseignement de SPI et ré-ciproquement. Ainsi : est -il nécessaire de connaître la théorie de la jonction PN pour concevoir un circuit intégré ? On ne peut tenter de répondre à ce type de question sans avoir précisé l'objectif : enseigner l'électronique pour-quoi faire ? question souvent complétée par : à quel niveau l'enseigner? Là encore, la question n'est pas innocente, notre système éducatif est fait, très schématiquement, pour associer l'enseignement du conceptuel au haut de la hiérarchie et l'enseignement pratique ou de réalisation au bas de cette même hiérarchie.

1.2. L'explosion technologique

Seconde trivialité : l'extraordinaire diversité de ce que l'on appelle encore de manière générique l'électronique, n'est en fait que la conséquence de l'ex-plosion technologique de ces dernières années. Du point de vue SF, pas de bouleversement de fond depuis l'aventure du Silicium et du transistor. Par contre, du point de vue SPI il s'agit bien d'une révolution. Les performances technologiques en termes de capacité de traitement, de rapidité, de coût, etc... ont rendu possible la réalisation de systèmes dont la complexité était antérieurement hors d'atteinte. C'est la technologie électronique qui est la cause directe du développement de secteurs appliqués comme les télécom-munications, le traitement des images, ou la cause des progrès de secteurs plus fondamentaux comme l'astrophysique ou la physique nucléaire. En fait, cette explosion technologique a eu pour conséquence l'essaimage de l'élec-tronique dans de très nombreux secteurs, essaimage qui tend à vider de sa substance l'électronique SPI en tant que telle pour voir finalement apparaître des électroniques liées aux champs disciplinaires où elles se sont dévelop-pées. On peut ainsi proposer plusieurs grands secteurs comme : Électroni-que et AutomatiÉlectroni-que, ÉlectroniÉlectroni-que et Traitement du signal, ÉlectroniÉlectroni-que et Informatique, ou bien Électronique et Instrumentation, Électronique et Électrotechnique, Électronique et Robotique, Électronique et Architecture informatique, etc....

Cette explosion technologique pose de multiples problèmes en enseigne-ment. Elle concerne l'enseignement SPI et non pas l'enseignement SF. En-seigner l'électronique, science fondamentale, pose peu de problèmes d'évo-lution. C'est un peu comme enseigner l'optique ou la mécanique en classe préparatoire ou en licence : pas de grand bouleversement. Ce n'est pas le cas

(15)

RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 13

pour ce qui concerne les SPI où beaucoup d'interrogations demeurent. Doit on enseigner les outils, toutes les technologies, toutes les applications nou-velles ou faut-il spécialiser ? peut-on suivre en enseignement cette évolution technologique? et encore une fois, sur quelles parties des SF s'appuyer ?.... Pour illustrer l'impact de l'évolution technologique et juger de ses consé-quences sur l'enseignement, on peut regarder d'un peu plus près un exemple typique de l'extraordinaire évolutivité de l'électronique dans un domaine bien connu : les composants numériques. Ce secteur des circuits intégrés numériques concerne la micro-électronique et l'informatique vues en élec-tronique, c'est-à-dire le domaine de ceux qui conçoivent, intègrent, testent, assemblent, utilisent, des composants numériques, des séquenceurs, des micro-contrôleurs, des micro et mini-ordinateurs, des automates program-mables.

2. UN EXEMPLE : LES CIRCUITS INTÉGRÉS LOGIQUES ET L'ARCHITECTURE INTÉGRÉE

À l'heure actuelle, quels sont les approches, composants et techniques dont dispose un concepteur de système numérique.

2.1 Les composants :

2.1.1. Composants standards

Les composants standards peuvent être classés suivant leur niveau de com-plexité mesuré en termes de structure (nombre de transistors) ou en termes de fonctionnalité (complexité de la fonction réalisée) (Figure 1).

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Cette hiérarchie traduit l'évolution historique de la technologie au travers des taux d'intégration. On passe ainsi des portes élémentaires, aux addition-neurs, aux registres, aux compteurs, aux ALUs (Arithmétique and Logic Unit), aux mémoires, aux micro-contrôleurs, aux micro-processeurs, aux cartes et aux micro-ordinateurs... Cette structure hiérarchique peut être vue comme l'emboîtement de poupées russes. Un élément d'un niveau donné est composé d'éléments des niveaux précédents.

Les compétences nécessaires à la compréhension et à l'utilisation d'un type de composants ne sont pas exactement de même nature suivant leur niveau de complexité. Au niveau des portes, il faut maîtriser la logique combina-toire et séquentielle, l'algèbre de Boole, les problèmes d'association, de sortance, d'entrance etc... Au niveau des micro-processeurs, il s'agit plutôt de programmation en assembleur, de gestion des interruptions, de charge et de timing des bus. Au niveau micro-ordinateur, il s'agit plus de program-mation en langage évolué.... Remarquons que cette vision hiérarchique, ou poupées russes, se retrouve en électronique analogique : l'électron, le semi-conducteur, la jonction PN, le transistor, l'amplificateur opérationnel....

2.1.2. Composants programmables non standards

Les composants non standards issus de l'évolution technologique traduisent également une organisation hiérarchique allant du plus simple au plus com-plexe. Ils incluent les PLD (Programmable Logic Devices), les ASICs (Ap-plication Specific Integrated Circuits) et les circuits à la demande (Full Custom) (Figure 2).

Les composants non standards

Full Custom (Circuits à la demande) Pal-Pla Epld-Fpla !!E2pld-Gal !!!LCA !!!!FPGA !!!!!PSD Prédiffusés (Gate Array) Précaractérisés

(Standard cell) Complexité

croissante

P.L.D (Composants logiques programmables)

A.S.I.C (Circuits Integrés pour applications spécifiques)

Figure 2

Chaque sous ensemble ayant également sa propre hiérarchie en termes de complexité : Les PLD incluent PLA PAL, EPLD, E2PLD, GAL, LCA, les ASIC incluent les Gate Array et les Standard cell (Figure 3)...

Là encore, l'utilisation d'un type de composant nécessite des outils diffé-rents et donc fait appel à des compétences de niveau différent. Concevoir et

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RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 15

réaliser un Full Custom, ce n'est pas la même chose que de programmer un PAL. Bien que l'effet poupées russes fasse que le "top" repose sur le "bot-tom", il est utile de se poser la question de savoir s'il faut enseigner l'en-semble des niveaux de l'échelle.

Remarquons que cette présentation est une approche ascendante, on part de briques élémentaires, comme les transistors ou les portes et l'on construit des systèmes de plus en plus complexes.

"et" Prog Reg "ou" Prog L.C.A. P.L.A. Figure 3

C'est traditionnellement l'approche d'enseignement des électroniciens et fi-nalement des physiciens (théorie atomiste des connaissances). Peut-on conserver cette vision plus longtemps?

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2.2. Evolution technologique et évolution des fonctionnalités

La micro-électronique a vu un saut technologique par décennie (Figure 4).

Evolution Technologique Années 40 : Tubes à vide

Années 50 : Transistors

Années 60 : Intégration SSI puis MSI

Années 70 : Intégration LSI 1er Microprocesseur Années 80 : Intégration VLSI (1 M T°)

Années 90 : Intégration WLSI ?

Figure 4

Temps Complexité Coût

Figure 5

Cette évolution correspond en gros à une croissance exponen-tielle de la complexité, crois-sance d'un facteur annuel de 1,5 pour les mémoires et 1,35 pour les processeurs (Figure 5).

Cette évolution risque d'ailleurs de s'arrêter en 2000, 2005 quand sera at-teinte la barrière des 0,1!m comme dimension élémentaire dans les circuits intégrés Silicium. Cette pose technologique devrait avoir des conséquences industrielles et économiques importantes.

Cette pression de la technologie a profondément modifié les techniques de conception et les outils, donc les métiers et les compétences demandées (Fi-gure 6). En quelques années, on s'est éloigné de la physique électronique pour passer à la logique puis à l'informatique. On a basculé de l'électricité vers le langage assembleur puis vers les langages évolués, mais également du binaire vers la CAO...

Cela dit, actuellement tous les étages de la hiérarchie sont activés lors de la conception d'une architecture. Mais ces différents étages correspondent à des métiers et à des compétences différentes : conception, implémentation, mise au point, test ... Remarquons d'ailleurs que les compilateurs de Sili-cium, intégrant toute la chaîne, tendent à modifier rapidement la vision que nous venons de présenter.

2.3. La conception d'architecture, l'approche descendante

Quand on conçoit une architecture, on procède par une approche descen-dante qui correspond à l'approche informatique ou ingénierie des systèmes. Les trois étages de la conception d'un circuit intégré numérique sont : l'ar-chitecture, l'implémentation et la réalisation.

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RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 17 Evolution en Conception Composants Tubes à vide Transistors discrets Transistors Intégration SSI,MSI Intégration VLSI Standard (Micro) Intégration VLSI, ASIC Intégration VLSI Full custom Conception Electrique Electrique Logique Logique, Programmation Programmation Architecture Architecture, CAO Compétences Electricité Electricité Electronique Logique Logique Programmaiton Programmation Informatique Electronique, logique Informatique

Physique Logique Informatique

Transistors Portes Microprocesseur Système

Temps

Figure 6

2.3.1. L'architecture proprement dite d'un système informatique peut être

définie comme "l'apparence fonctionnelle qu'il présente à un utilisateur im-médiat". Exemple : la lecture de l'heure sur une montre analogique utilise deux bras : un long pour les minutes, un court pour les heures. On décrit ce qui arrive. C'est la fonctionnalité du système, le jeu d'instructions du pro-cesseur...

2.3..2. L'implémentation qui est "La structure logique qui donne forme à

l'architecture". Exemple : la structure d'échange d'énergie mettant en mou-vement les aiguilles de la montre. On décrit comment cela arrive. Il faut faire choix entre flot de données série ou parallèle, contrôleur câblé ou mi-croprogrammé, comparer les implémentations en termes de coût, de per-formances.

2.3.3. La Réalisation qui est "La version concrète de l'implémentation".

Exemple : le choix mécanique ou électrique de l'énergie mettant en mou-vement les aiguilles... On décrit le détail de la fabrication. Quels compo-sants interconnecter, comment les choisir et les comparer en termes de fia-bilité, de brochage, d'immunité aux bruits ...

Dans cette approche deux structures de conception cohabitent : verticale et horizontale.

La verticale est obligatoire, l'architecture devant présenter une unité de conception. Que dire d'une maison ou la salle de bain serait conçue

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indé-pendamment de la chaufferie ? Il faut un architecte avec un vision de l'en-semble. Puis il faut horizontalement dans chaque niveau, à partir d'un ca-hier des charges et en échangeant les informations aux interfaces entre ni-veaux, laisser opérer les concepteurs "horizontaux". Remarquons qu'il faut réduire autant que possible les influences mutuelles entre les niveaux en précisant les interfaces les moins contraignantes possibles mais en gardant "un œil au travers du mur" pour profiter des avances technologiques ou ar-chitecturales dans les autres niveaux. On a pu ainsi faire évoluer des im-plémentations ou des réalisations sans remettre en cause des choix d'archi-tectures, construire et remplacer un CPU par un autre plus performant sans avoir à remettre en cause toute l'architecture. On a aussi pu faire évoluer des architectures du 68000 au 68040 (micro-processeurs Motorola) en profitant de la baisse de coût des mémoires et des progrès de la technologie. Un ni-veau ne vit donc pas indépendamment des autres, il faut suivre l'évolution et pour cela avoir une formation qui permet ce suivi (Figure 7).

Ces niveaux concernent l'électronique au sens large (du transistor au jeu d'instruction). Ils sont plus ou moins importants suivant que l'on veut réali-ser un circuit intégré full custom, utiliréali-ser des composants standards, conce-voir une carte, un mini-ordinateur,...

1K 0,1K 64 66 68 Nombre de Transistors par circuit Année Densité d'intégration C. A. O. et SIMULATION COMPORTEMENTALE FONCTIONNEL STRUCTUREL LOGIQUE ELECTRIQUE S = A X B Structure hiérarchique If a= b or d then ... Approche descendante & & Figure 7 Figure 8

Cette structuration hiérarchique se retrouve actuellement dans les outils de CAO (conception assistée par ordinateur) et les moyens de simulation mis à disposition des concepteurs (Figure 8).

3. ENSEIGNER L’ÉLECTRONIQUE, POURQUOI FAIRE ? 3.1. Former un professionnel ?

Un objectif premier pour les industriels est de former un professionnel compétent et immédiatement utilisable pour prendre en main les technolo-gies actuelles. Dans notre exemple, il faut définir à quel étage de la chaîne, utilisant quel type de composant, quelle CAO ?... Se pose alors le problème

(21)

RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 19

de la pérennité d'une telle formation. Un outils de CAO est dépassé en un ou deux ans quelque fois moins.

Cette rapidité d'évolution associée au coût des systèmes, souvent démesuré pour un établissement de l'Éducation Nationale, ainsi qu'au temps néces-saire pour les prendre en main montre qu'il est illusoire de vouloir former aux outils tous les étudiants en électronique et à tous les niveaux de forma-tion.

Les industriels souhaitent des électroniciens qui puissent s'adapter aux tech-niques du futur, qui soient capables de faire évoluer des produits en tenant compte des nouvelles technologies. Tâche de formation encore plus difficile si l'on s'en tient aux techniques actuelles. Il est en effet extrêmement hasar-deux de prévoir l'évolution des outils et même des méthodes dans les dix ans à venir. Malgré tout, il semble que l'informatique, l'algorithmique, les méthodologies de conception doivent faire partie de la formation. Ces do-maines deviendront peut être le fond de commerce de l'électronicien et joueront alors le rôle des lois fondamentales du physicien.

3.2. Former à quel niveau, à quoi et comment ?

BT, BTS DUT, Licence Maîtrise, Ingénieur, Recherche posent des problè-mes très différents. Dans notre exemple, cela correspond d'ailleurs à diffé-rents niveaux de prise en charge d'un système électronique : prise en charge de l'aspect vertical, ou de l'aspect horizontal global ou détaillé. La tendance actuelle, toujours du fait de la prise en compte de plus en plus grande des problèmes de réalisation et d'implémentation par la CAO, renforce les be-soins vers les formations longues et fait peu à peu disparaître les bebe-soins en technicien. L'évolution actuelle des IUT vers une formation en trois ans et l'introduction des IUP, formation Bac plus quatre, en sont la preuve.

La très grande diversité des besoins n'est plus à démontrer, pas plus que la très grande rapidité d'évolution des techniques. La diversité des besoins et l'incertitude sur les débouchés du futur rend très difficile la définition d'une formation optimale. Soulignons à nouveau la dérive des compétences de-mandées vers le conceptuel et l'informatique. Il est de moins en moins utile de savoir lire un schéma électronique qui d'ailleurs se réduit au fur et à me-sure de la progression de l'intégration (Il suffit pour s'en convaincre de comparer les cartes des micro-ordinateurs des dix dernières années). Par contre il est de plus en plus indispensable de savoir lire un programme. La connaissance, l'intelligence d'un système électronique s'est déportée du schéma électrique au programme. Il faut avoir la structure du programme pour comprendre le fonctionnement du système (Voir par exemple ce que va devenir la Télévision numérique avec ses algorithmes de compression et de décompression des données).

Dans le cadre de notre exemple, il faut bien évidemment former à une vue d'ensemble du processus de la conception. Pour cela, utiliser pour tous et de A à Z les techniques "up-to-date" de CAO n'est pas forcément des plus

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ren-table. L'expérience des micro-processeurs est là pour le prouver. Une for-mation complète au langage assembleur 68000 et aux outils de développe-ment prend un temps énorme pour une rentabilité intellectuelle faible. Il est pour l'instant hors de question de prendre en main rapidement un système tel que Cadence (Outil de CAO électronique actuellement le plus utilisé). Les progrès en convivialité des outils de CAO sont indéniables mais leur lourdeur reste leur principal handicap. Il semble donc important d'illustrer les principes, de dégager les mécanismes à partir d'un exemple qui peut ne pas être "up-to-date" ; reste alors la vision structurée de la conception. Il faut apprendre des méthodes et non des outils. Il faut alors utiliser l'outil informatique comme EAO plus que comme CAO. Ceci revient à concentrer l'effort de formation vers l'analyse et la synthèse.

Un troisième volet à ne pas oublier est la formation à la communication. Savoir faire passer une information est extrêmement important. Dans la vi-sion hiérarchique présentée, il est indispensable, quand on travaille à un ni-veau, de comprendre le vocabulaire et les problèmes des autres niveaux. 4. APPROCHES ACTUELLES DE L'ENSEIGNEMENT DE

L'ÉLECTRONIQUE

Pour le physicien il faut tout expliquer. Il s'agit d'une vision atomiste et as-cendante des connaissances. Elle se traduit en électronique par la volonté de construire de la brique élémentaire à l'Empire State Building soit : de l'électron au 68040. Pour notre exemple, la question est de savoir s'il faut reconstruire toutes les connaissances : l'électron, les niveaux de fermi, les semi conducteurs (jonction PN effet transistor) effet de champ, transistor MOS, portes élémentaires, algèbre de Boole, logique combinatoire, logique séquentielle, automate système programmé, micro-processeur, machine CISC, machine RISC...? Est ce bien raisonnable ? La jonction PN, par le menu, aucun technicien n'aura à s'en servir. Seul le concepteur de dispositifs risque peut-être d'en avoir besoin. Bien que cette approche soit pédagogi-quement satisfaisante, elle n'est pas intégralement praticable vu la somme des connaissance nécessaires.

Il est alors peut-être préférable de situer le niveau hiérarchique que l'on va développer sans pour autant développer tous les niveaux. Est ce possible ? Peut on faire ce que l'on ne sait pas faire en mathématiques pour la forma-tion de base ? Ne peut on rentrer à un niveau intermédiaire de la structure, ce niveau évoluant en fonction des progrès de la technologie et en fonction des besoins (concepteur CI, architecte micro, architecte système).

Pour le technologue, il faut apprendre à se servir d'un outil ; on ne décrira que ce qui est indispensable au niveau de l'utilisateur. On utilise des boites noires, seule la fonctionnalité est décrite. L'intérêt majeur de cette vision et de cet apprentissage est à l'image de la CAO : elle permet de dégager le technicien des tâches de bas niveau qui l'empêchent de se concentrer vers son objectif : la conception générale d'un système. Cette démarche fort

(23)

inté-RÉFLEXIONS SUR L'ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE 21

ressante du point de vue compétence pratique adaptée à un produit, peut ne pas être adaptée aux évolutions ultérieures des techniques.

5. CONCLUSIONS

S'il est difficile de conclure, tout au moins peut-on tracer quelques grandes lignes d'évolution de l'enseignement de l'électronique. Il faut distinguer l'en-seignement d'électronique comme science fondamentale : c'est-à-dire Élec-tronique et Physique (Physique du process, matériaux....) de l'élecÉlec-tronique comme science pour l'ingénieur. Dans ce cas, il faut alors parler d'electroni-ques au pluriel, fonction des champs disciplinaires - électronique et appli-cations : Électronique et Automatique, Électronique et Traitement du signal, Électronique et Informatique, Électronique et télécommunication...Dans ces secteurs, le déplacement des enseignements vers l'informatique, la pro-grammation, les méthodologies, les systèmes parait inéluctable. Le passage de la vision atomiste de l'enseignement à une vision plus système l'est éga-lement. Il faut viser un enseignement entrant dans la structure hiérarchique "bottom-top" à partir du niveau intermédiaire adapté au niveau et à l'objectif de formation. Après une présentation globale de la structure, il faut déve-lopper une approche mixte ascendante et descendante. La CAO et la simu-lation sont et seront de plus en plus utilisées pour enseigner une méthodolo-gie des systèmes ou pour illustrer des concepts. Mais il faut rester prudent et ne pas généraliser car cette option simulation n'est pas d'une rentabilité in-tellectuelle évidente. Elle présente par ailleurs le danger de déconnecter la formation de la réalité physique des systèmes.

(24)
(25)

LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 23

LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL

ET LA DIDACTIQUE DE L'ENSEIGNEMENT

DE LA TECHNOLOGIE DANS

L'ENSEIGNEMENT GÉNÉRAL

Ignace RAK

Aujourd'hui, aucune définition, aucun programme de technologie, ne peut ignorer la référence au monde technico-économique environnant l'école. Au moins deux raisons essentielles à cela :

! 90% des étudiants seront des salariés d'une entreprise à l'issue de leurs études (statistiques Françaises),

! les produits artificiellement créés pour améliorer la vie quotidienne de chacun et de chacune d'entre-nous, ne devraient jamais être séparés d'une information sur leur méthodologie d'utilisation et de leur impact sur l'en-vironnement naturel.

Ainsi, qu'il s'agisse d'être producteur ou consommateur et donc quelle que soit la profession exercée, le regard et l'intérêt porté sur le produit est de plus en plus expert et de plus en plus utile. On ne saurait donc négliger la connaissance sur les moyens indispensables à leur existence c'est à dire les moyens de production et commercialisation.

1. LES ÉVOLUTIONS TECHNICO-ÉCONOMIQUES ET LEUR ENSEIGNEMENT

L'évolution des produits mobilise lors de la démarche technologique, des situations créatives individuelles ou de groupe et génère des objets-produits tendant vers,

! un moindre volume, par exemple : la calculatrice, l'ordinateur, ! un moindre poids, par exemple : matériaux légers pour les moteurs,

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! un moins grand nombre de pièces et le simple, par exemple : le briquet plastique jetable,

! un moindre temps de réponse, par exemple : rapidité d'un temps de cal-cul avec un ordinateur,

! un moindre prix pour des fonctions identiques voire plus, par exemple : un combiné poste-radio comprenant en plus un lecteur enregistreur de cassettes, lecteur de disques laser.

De ces tendances observables, se dégagent des lois d'évolution1 des objets

vers le petit, le fermé, le "qui marche tout seul", l'autonome. Ainsi le sys-tème de refroidissement d'une voiture se met en marche sans l'intervention de l'utilisateur, les graissages sont supprimés et les vidanges sont espacées. D'autres tendances apparaissent au travers des systèmes domestiques qui "se règlent tous seuls" en raison des progrès de la "logique floue". Ainsi de nouvelles machines à laver savent analyser le type de tissu, déterminer le type et le temps de lavage avec la dose de lessive. De même le four à micro-ondes sachant analyser le type de viande et de congélation, son poids, saura afficher la durée de cuisson sans autre intervention humaine. Parallèlement les besoins du consommateur, qu'ils aient été suscités ou non, évoluent vers une diversification des produits pour un choix plus grand. Ainsi apparais-sent des modèles de véhicule où avec le jeu des options on aboutit à plus de quatre cent modèle différents, nombre capable de satisfaire une certaine personnalisation. Naissent de ces faits des familles de produits où la solu-tion technique de modularité est choisie par les fabricants pour faciliter la fabrication.

Mais cette tendance à proposer des produits de plus en plus personnalisés2,

résistera-t-elle par exemple à ce retour en arrière à partir d'un nouveau mo-dèle unique créé par l'entreprise RENAULT, la voiture TWINGO, où seule la couleur est laissée au choix du client ? Le client ne va-t-il pas privilégier la fonction de "signe", (le "design"), dans la comparaison des différents modèles et marques de produits ? Ne va-t-il pas par ailleurs aussi prendre parmi l'un des critères dominants, les solutions offertes par tel modèle par rapport à un autre en raison d'un recyclage plus ou moins important de ses composants ?

Faire saisir aux élèves ces évolutions et ces contradictions est l'une des mis-sions du système de formation dans le cadre d'une culture générale pour tous. Mais l'évolution constatée des besoins des consommateurs et des pro-duits dans leur forme, volume, modularité se répercute sur les moyens de production.

La conséquence directe de l'évolution des produits eux-mêmes telle que nous venons de la décrire, c'est à dire la recherche d'une optimisation accrue des moyens de production et en même temps adaptables, permet de répon-dre au besoin de fabrication de produits différents mais de la même

(27)

fa-LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 25

mille*. Ainsi une entreprise de fabrication de vêtements va diversifier ses produits à base de tissu, par des produits en cuir et en plastique. Seront ainsi cousus sur des machines "programmables et flexibles", des chaussures, des vêtements de cuir, des sièges d'automobiles, en supplément des vestes et pantalons. habituellement fabriqués dans des entreprises différentes3.

Cette évolution technologique ne sera utilisée avec efficacité qu'à la condi-tion qu'elle soit précédée ou au moins accompagnée d'une réorganisacondi-tion du travail humain. Il s'agit essentiellement d'associer les personnels au travail de réflexion puis d'une réorganisation débouchant sur une production de série en équipe dans de nouvelles conditions de travail et de communication entre les personnes et avec les machines : "dans la nouvelle technologie ce n'est pas la technologie qui est nouvelle, c'est le travail de l'homme"4.

Tous ces aspects concernant les systèmes de production et d'organisation du travail humain, ne peuvent pas être ignorés de la jeunesse qui va s'engager dans la vie active quelle que soit la profession que le jeune exercera à l'issue des études.

Les produits artificiels et les oeuvres étant réalisés, un autre système, celui de la commercialisation entre en action pour faciliter la vente.

Le système de commercialisation intervient vis à vis du produit tout au long de son cycle de vie. En effet il intervient non seulement au moment de la commercialisation mais aussi lors de l'analyse des besoins des consomma-teurs (enquête marketing, sondages...) ainsi que pendant le déroulement de la période de consommation (enquête sur la satisfaction du client,...). Le système de commercialisation est donc étroitement intégré à chacune des étapes du processus de création, production, commercialisation et d'élimi-nation du produit.

Pour étudier l'évolution possible d'une série d'objets, les aspects humains, économiques, physiques et techniques ne peuvent pas être dissociés, faute de quoi les solutions trouvées à un problème posé, risquent d'être partielles et partiales. En effet il devient de plus en plus nécessaire d'aider le consommateur à exprimer son besoin, de le faire participer et de l'associer à la création de la fonction de "signe" personnalisée à son goût et à sa culture. La question est donc posée au système de formation de se consacrer à seignement d'un certain nombre de concepts liés entre-eux (la matière, l'en-vironnement, la communication,...) faute de quoi les jeunes risquent de ne pas pouvoir comprendre ce qu'est leur environnement technico-économique. La stratégie d'enseignement ne peut donc pas être disjointe du regard posé sur l'amont et l'aval du déroulement de la vie de l'objet-produit tel qu'il se présente sur le plan industriel et commercial. Elle ne devra donc pas être séparée de la démarche de projet industriel et commercial, approche pour le

* Famille est pris au sens de "pièces se rapprochant par leurs caractéristiques mor-pho-dimensionnelles et pouvant de ce fait, faire l'objet d'un processus de fabrication et de moyens flexibles et programmables identiques"

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moins conceptuelle et complète comme le suggère J. DE ROSNAY5".. De

nouveaux horizons s'ouvrent à ceux qui savent écouter, regarder, analyser et rassembler les informations discontinues éparses..."

2. L'ENSEIGNEMENT EN FRANCE D'UNE TECHNOLOGIE, DISCIPLINE DE L'ENSEIGNEMENT GÉNÉRAL

C'est une étude fort longue de 1983 à 1985 qu'a menée la commission per-manente de réflexion sur l'enseignement de la technologie (C.O.P.R.E.T) présidée par L. GEMINARD Doyen de l'Inspection Générale de l'Éducation Nationale.

Il s'agissait d'entreprendre une réflexion sur ce qui pouvait être modifié, amélioré ou mis en place afin d'assurer une stabilité à l'enseignement de la technologie, appelée précédemment éducation manuelle et technique (E.M.T). Essentiellement philosophique, ce texte indique nettement les fi-nalités proposées pour l'éducation technologique comme élément important de la culture générale et s'appuyant essentiellement sur la réalité du monde économique et industriel :

1. compréhension, appropriation des démarches de conception, études, fa-brication, essais, utilisation de produits techniques (objets techniques matériels, organisation d'informations en vue d'un but déterminé) ;

2. compréhension de l'influence de la technique sur la culture d'une société et empreinte de la technique dans la culture "6.

Les textes officiels installant la technologie en remplacement de l'Éducation manuelle et technique en collège, reprennent ces objectifs et définissent aussi dans le Bulletin officiel N°30 du 26-7-84 puis dans le supplément au Bulletin Officiel N°44 du 12-12-857 le terme de projet technique que l'on

voit pour la première fois officiellement dans un texte : "...Un projet techni-que se définit à partir d'un besoin à satisfaire, d'un but à atteindre en tenant compte de diverses conditions et contraintes. Pour concevoir le projet, il faut rassembler des informations, réunir une documentation, prévoir un programme d'action, faire face à des aléas, maîtriser l'incertain, procéder à des choix, exploiter des éléments de connaissance appartenant à différents domaines du savoir, déterminer et assurer un contrôle tout au long de la ré-alisation en intégrant la conception initiale, les étapes successives et l'usage envisagé. Il faut enfin savoir gérer le temps"8.

En 1990 pour les classes de 4ème et 3ème technologique, des précisions sont apportées sur la définition du projet technique également utilisé au plan de la référence industrielle :

"... le projet technique prend naturellement sa place comme support privilé-gié pour le développement des capacités transversales et l'acquisition de compétences générales. Comme dans d'autres formations technologiques, au terme projet est attachée une double acception :

! d'une part, celle admise dans le cadre des méthodes pédagogiques actives : le terme désigne alors la conception, la prévision d'une démarche selon

(29)

LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 27

laquelle l'esprit doit déployer une activité véritable en vue d'une fin pré-cise ;

! d'autre part, celle communément utilisée dans l'industrie : le terme projet vise alors la mise en oeuvre, la réalisation concrète, à partir de données précises et dans une durée déterminée, de ce qui à une date donnée, n'était qu'intention, idée."9

Le texte le plus récent (1991) qualifie l'introduction de l'enseignement de la technologie comme étant une exigence culturelle et permettant un apport original. Il définit notamment sa méthodologie de l'action :

"... L'enseignement de la technologie se réfère au "cycle de vie" d'un produit qui part de l'expression du besoin que le produit devra satisfaire et se ter-mine avec sa destruction et les problèmes qu'elle pose pour l'environne-ment. Les différents étapes de ce cycle : expression du besoin, étude du marché, élaboration du cahier des charges, conception, réalisation, contrôle, commercialisation, maintenance, extinction et recyclage, artisanales, com-merciales,... guident les activités de la classe..."10

Il est donc possible d'indiquer que le projet technique, terme essentiellement issu du système éducatif, puise tout son sens dans la réalité industrielle et économique des entreprises d'aujourd'hui. On remarquera l'ouverture dont fait preuve cette discipline vers les systèmes économiques de production extérieurs au système éducatif avec une isomorphie des démarches et des produits. Il restera à expliciter comment le système d'enseignement sur le plan pédagogique, a mis en oeuvre dans des conditions scolaires, une étude, une réalisation et une commercialisation de produits qui soient conformes à leur forme et à la qualité des produits industriels.

3. UN MODELE PÉDAGOGIQUE DE LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL

C'est au niveau européen à propos de l'étude puis de la construction de la fusée ARIANE dont on connaît maintenant l'importance et l'efficacité comme moyen lanceur de satellites, qu'en 1985 C. PETITDEMANGE for-malise la démarche de projet industriel11.

Nous avons repris cette démarche de projet industriel dans sa logique d'ac-tions produisant un certain nombre de résultats concrets : dossiers du cahier des charges fonctionnel, dossier projet, dossier industriel,...produit, dé-chets,...et l'avons modélisée sous une forme graphique.

Cette démarche de projet industriel qui fédère dans une approche globale et complète la description du processus, des moyens matériels et humains et des moyens informatiques, est caractérisée par deux éléments clés à propos d'un problème technique à résoudre,

! le produit "consommable" qui en est le résultat,

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Problème Vie du produit Solution au problème intention idée dispersion du produit Produit Début de la vie Fin de la vie Informations sur la vie du

produit "consommé"

Figure 1 - Amplitude du cycle de vie d'un produit.

L'objet produit quand à lui peut recouvrir aussi bien les produits artificiels (matériel, service ou processus) que les produits naturels. La démarche quand à elle étant par définition un concept dynamique, nécessite pour en-gendrer le résultat attendu, une (ou plusieurs) action(s). La démarche d'éla-boration et de conduite de projet d'action se définit selon J.M. BARBIER"... non seulement comme un outil mental de production de nouvelles pratiques ou comme un outil de gestion de l'implication des acteurs concernés mais également comme un outil de gestion de l'articulation entre l'action plani-fiée et les actions du processus..."12.

Pour chaque activité il est donc essentiel de préciser de quels moyens maté-riels, intellectuels on dispose et dont on doit tenir compte (Figure 2). La modélisation graphique la plus représentative adaptée par l'équipe de re-cherche de quatre experts de domaines différents (concepteur, producteur et économiste)13 est celle adaptée du descripteur systémique S.A.D.T

(STRUTURED ANALYSIS AND DESIGN TECHNIC)14 très souvent

uti-lisé comme outil d'analyse fonctionnelle de systèmes complexes.

ACTION (verbe)

État initial de la matière d'œuvre à

État final (résultat) du produit transformé Moyens matériels et humains "effecteurs" nécessaires à l'action (organes d'assistance) Informations nécessaires (organes de contrôle) transformer (données d'entrées) après l'action (données de sortie) Figure 2 - Système général de

modélisa-tion d'une acmodélisa-tion à l'intérieur d'une

(31)

LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 29

Le déroulement dynamique de la démarche de projet répond à un "… processus hiérarchisé d'opérations : telle opération produit tel résultat qui lui-même est utilisé comme composante de telle autre opération.... comme les éléments composent un dispositif ou un système structuré, cha-que opération n'a d'intérêt qu'en fonction de sa liaison avec d'autres opéra-tions et en fonction de sa contribution au résultat final...". "on peut parler de structure d'opérations ou comme le fait J.M.. HOC de hiérarchie de mise en oeuvre..."12.

Donc si les processus sont le plus souvent linéaires, la démarche de projet n'est pas linéaire mais récursive. C. PETITDEMANGE nomme la planifi-cation de la démarche de projet comme étant "...une planifiplanifi-cation séquen-tielle bouclée... avec retour possible à l'origine tout en gardant une vue continuelle sur l'objectif final..."11.

Nous pouvons mieux percevoir cette modélisation des liaisons et des rela-tions entre les activités composant et structurant cette démarche de projet industriel sous la forme d'une représentation graphique simplifiée (Fi-gure 3) et où les termes de démarche selon le cycle de vie, de produit et de déchets prennent tout leur sens.

Résolution de problème(s) technologique(s) à propos d'un petit système de la vie quotidienne

Idée Solution Démarche Produit Déchets selon le cycle de vie

Figure 3 -Modélisation de la démarche de projet technique.

Pour décrire l'ensemble des activités nécessaires à la conception, la réalisa-tion et à la commercialisaréalisa-tion de produits notamment artificiels, les quel-ques auteurs ayant étudié le sujet dont C. PETITDEMANGE et J.M. BARBIER déjà cités, s'accordent sur un nombre de huit à dix activités clés dont les termes ont des acceptions comprises par tous15, 16, 17, 18, 19 Ces

activités sont d'ailleurs toutes reprises par les industriels dans leurs revues techniques pour décrire leurs actions, innovations et moyens de production et par la normalisation..20.

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Cependant la modélisation retenue (Figure 4) doit être vue de la même fa-çon que tout autre modélisation, c'est à dire :

! une version simplifiée d'une réalité complexe, ici une démarche globale systématique,

! d'un phénomène que l'on veut étudier, ici la pédagogie du projet techni-que,

! avec un modèle efficace cognitivement, ici une démarche en dix étapes, ! avec un modèle provisoire et évolutif, ici la démarche elle même qui

peut évoluer compte-tenu de l'évolution technico-économique, ! et une représentation graphique du modèle ici de type S.A.D.T.

Figure 4 - (Page 40) Représentation graphique et écrite de la démarche de pro-jet industriel selon le cycle de vie d'un produit (RAK, I., TEIXIDO, C., FAVIER,

J., CAZENAUD, M.)

Ce premier niveau de description des dix principales activités (Figure 4) nécessaire à la représentation du parcours complet du cycle de vie d'un pro-duit, ne suffit pas dans son approche globale à fournir tous les éléments utiles à une caractérisation précise de la démarche, même si l'on ajoute des commentaires.

Il y a donc lieu,

! d'effectuer une analyse plus fine de chaque activité selon le principe des-cendant déjà cité dans le type de modélisation S.A.D.T retenu ce qui abouti à formaliser selon le besoin pour la formation de professeurs et des personnels des entreprises, un ou deux niveaux supplémentaires à celui "d'activités" et que nous avons hiérarchiquement et arbitrairement nommés "phases" et tâches".

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LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 31

de classer les éléments du savoir rattachés à chaque activité, phase ou tâche dans des catégories de plus en plus utilisées et spécifiées par les techniques et scientifiques spécifiques (bâtiment, mécanique, électronique, économie et gestion...mathématiques, sciences physiques...) qu'il y a lieu de maîtriser, en, concepts-clés ou notions clés, méthodes, outils.

Figure 5 - Les trois points de vue sur le produit : celui du consommateur, du producteur et de l'enseignant.

Concluons la description du modèle pédagogique de la démarche de projet industriel à propos du point de vue que doit porter l'enseignant technologue sur celle-ci. Puisque son rôle est de faire utiliser par les apprenants toutes ces connaissances techniques, concepts-clés, méthodes et outils lors d'une démarche de projet technique isomorphe à celle du projet industriel pour aboutir à un produit matériel ou immatériel, il se doit de faire porter son en-seignement sur les deux points de vue vis à vis de ce produit :

! celui du consommateur

! celui du producteur et de l'économiste (Figure 5).

Privilégier le point de vue du consommateur, c'est risquer de mettre l'accent sur les aspects écologiques au détriment de celui de "client".

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Privilégier le point de vue du producteur. c'est risquer de mettre l'accent sur une formation professionnelle.

Maintenir une objectivité, c'est garantir cette qualité de l'éducation techno-logique de base utile à tout jeune fréquentant cette scolarité en collège avant toute autre scolarité, technique ou non, avec les répercussions que cela peut entraîner sur la formation des enseignants.

Examinons d'abord comment sur le plan pédagogique avec les apprenants il est possible de proposer de nouveaux axes pour la didactique de l'ensei-gnement de cette technologie selon une démarche de projet technique.

4. L'APPLICATION DIDACTIQUE AU NIVEAU DES ÉLÈVES 4.1. Caractères de cet enseignement en France

L'enseignement obligatoire de la technologie dans l'enseignement général du collège, concerne la totalité des élèves de l'enseignement obligatoire qui suivent de la 6ème à la 3ème et en 4ème et 3ème technologiques une dé-marche de projet technique identique (Figure 6).

6 ans 11 ans 15 ans 18 ans LYCÉE COLLÈGE ÉCOLE PRIMAIRE 6 ans 11 ans 15 ans 18 ans BACCALAURÉAT

BREVET DES COLLÈGES

Lieu

de l'enseignement obligatoire de la technologie

Cycles

obligatoires

Figure 6. Schéma général de la scolarité en France jusqu'au Baccalauréat

Son horaire est 2h par semaine sur les 4 années. En 4ème et 3ème technolo-gique il est de 10h par semaine sur les 2 années.

Pour ancrer cette démarche d'action avec des projets motivants existant dans la réalité quotidienne, un choix essentiel a été émis, celui de la recherche de produit à réaliser parmi toutes les catégories de petits systèmes techniques trouvés dans les utilisation courante, c'est-à-dire,

! loisirs (jeux électroniques,...)

! équipement familial (accessoires électroniques de cuisine,...) ! équipement personnel (badge,...)

! auto-équipement d'un établissement scolaire (modules pour mesures en laboratoire d'électronique,...), etc...

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LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 33

Le choix de systèmes à partir desquels va se construire la démarche de pro-jet technique, a limité le champ des disciplines technologiques à trois : la mécanique, l'électronique et l'économie et gestion. Il se trouve qu'elles sont les plus représentatives dans les connaissances techniques qu'il faut mobili-ser pour concevoir, produire et commercialimobili-ser ces systèmes à caractère plu-ritechnologique couramment utilisés dans la vie quotidienne.

Concernant l'organisation pédagogique, est né plus récemment le "projet pédagogique" de l'équipe de professeurs de technologie. Cette approche complémentaire d'une seconde forme de projet permet de résoudre les pro-blèmes posés dans un même établissement :

! nombre et type de produit pour une même promotion d'élèves,

! répartition des objectifs et connaissances techniques du programme entre les projets et les années,

! coordination des professeurs de technologie entre-eux, voire avec d'au-tres professeurs de disciplines différentes sur des thèmes transversaux communs.

La démarche de projet technique est donc principalement l'occasion de faire observer des produits divers en dehors de ceux à réaliser, signe que la dé-marche est porteuse de potentialités. Ce qui est fondamental dans les tech-niques de réalisation des projets, c'est la règle de fabrication en série. Cette option dans les formes de travail rompt avec l'ancienne orientation bien connue selon laquelle : chacun fabrique son produit avec des techniques de travail à l'unité selon des techniques artisanales.

Cependant, ce sont les objectifs techniques qui semblent actuellement pré-dominer dans les priorités des professeurs, c'est à dire seulement les résul-tats (les produits). On pourrait avec l'aide de la recherche en didactique dans la discipline, exploiter plus encore une orientation qui s'appuie plus forte-ment sur la démarche de projet pour élargir cet enseigneforte-ment technique vers un enseignement plus technologique..

Citons quelques axes déjà perceptibles.

4.2. Des suggestions issues de la recherche.

Plusieurs difficultés importantes sont apparues à l'issue de quelques années de mise en application des programmes et de la démarche de projet. La dis-cipline technologie avec sa démarche de projet technique comme corollaire, balance actuellement entre cette culture technicienne que la forme des pro-grammes et la formation des professeurs a tendance à maintenir, et une au-tre culture "susceptible d'êau-tre transmise au plus grand nombre comme une clé de la compréhension du monde technique"21.

Si le choix des trois techniques enseignées, la mécanique, l'électronique et l'économie et gestion semble motiver tous les élèves, y compris les jeunes filles au travers de l'étude et de la réalisation de petits systèmes techniques, une confusion semble s'instaurer entre l'application stricte de la démarche de projet industriel à celle du projet technique. Elle engendre soit des

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faus-ses assimilations (prix, temps de réalisation, conditions matérielles, ...) soit au contraire l'abandon total d'exemples et de références industrielles pour conduire des projets techniques strictement scolaires donc dénués de sens industriel ou commercial externe à l'école.

Pour éviter ces écueils il y a deux solutions :

! la première est une solide formation à cette démarche de projet industriel et commercial dans le milieu des entreprises et à la différenciation péda-gogique avec une démarche de projet technique au niveau scolaire,

! la deuxième est aussi une formation de type pédagogique pour savoir séparer dans l'acte de formation, ce qui appartient à la démarche de projet technique au niveau scolaire et ce qui appartient aux "détours" dans les exemples, c'est à dire les nombreuses références industrielles qu'il s'agisse de concepts, méthodes, outils et connaissances techniques.

Notons que c'est lors de ces nombreux "détours" que les apprenants sont systématiquement placés en situation créative ceci à l'occasion de chacune des étapes de la démarche de réalisation du projet.

Nous nommerons cet axe celui de la "stratégie des détours". Elle utilise dans des conditions adaptées, les outils et méthodes industrielles.

Une deuxième difficulté concerne la critique, fondée, de l'impossibilité de faire parcourir à l'apprenant la démarche complète de projet, de l'idée à l'élimination du produit.

En effet si le système technique est connu à l'avance, par exemple la réali-sation d'un minuteur pour l'usage en cuisine ou dans un autre lieu, il est dif-ficile de faire parcourir la démarche de projet dans ses activités analyse de besoin, étude de faisabilité et conception sans fausser la problème d'une vé-ritable créativité des fonctions et solutions.

La solution précédente de la "stratégie des détours" permet de répondre en partie à cette remarque. Une autre solution consiste à se rapprocher de l'idéal : donner la possibilité aux jeunes avec les techniques limitées à leur niveau, de créer un système technologique. La réponse est d'ordre pédago-gique. Il est en effet possible dans le cadre de la pédagogie variée, celle qui permet à l'enseignant dans sa classe d'installer par exemple trois projets dif-férents menés simultanément selon les étapes de la démarche de projet, de confier à trois groupes différents (Figure 7) le soin de les conduire :

! pour le premier (N°1) l'étude d'un produit totalement inconnu donc nou-veau doit aboutir au moins à un ou plusieurs prototypes différents, par exemple la fabrication d'un système permettant de gérer les jours de changements mensuels du stationnement alterné des véhicules en ville, ! pour le second (N°2) il s'agit d'aboutir à une modification d'une solution

technique sur un produit existant, par exemple étendre la période de comptage du minuteur de cuisine quinze à soixante minutes,

! pour le troisième (N°3) il s'agit de conduire un projet technique "stabili-sé" par exemple le minuteur dont on possède tous les documents et

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ou-LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 35

tillages parce qu'ils ont fait l'objet d'une fabrication ayant abouti à des produits répondant à un cahier des charges .

Elimination Commercialisation et Utilisation Conception, Fabrication Expression fonctionnelle du besoin Idée année scolaire Produits terminés prototype projets et groupes d'élèves N° 1 groupe A N° 2 groupe B N° 3 groupeC

Figure 7 : Organisation pédagogique favorisant le parcours complet de la dé-marche de l'idée à la commercialisation.

L'important dans cette solution d'organisation pédagogique est d'intervertir les membres des trois groupes afin que tous acquièrent une partie de la démarche aboutissant à la création d'un produit entièrement nouveau. No-tons également que des projets complets qui mènent à des produits nou-veaux peuvent être des produits complémentaires à un produit existant comme par exemple l'emballage du minuteur, un film vidéo pour la publi-cité, etc.

Cette volonté d'aller au plus prêt de cette démarche complète, de l'idée de produit à son élimination constituerait l'axe "démarche de projet et com-plémentarité des projets techniques".

Une troisième difficulté concerne le manque de compétences techniques des apprenants pour aborder avec efficacité une démarche qui mobilise toujours un minimum de connaissances techniques, concepts, méthodes et outils pour conduire cette "stratégie des détours".

En effet la pertinence de leur utilisation est importante car elle permet de développer des capacités principalement axées sur le plan cognitif (compré-hension, créativité, mémorisation,...) et sur le plan affectif (travail en groupe, prise de responsabilité, et d'initiative etc.)

Deux réponses semblent prévaloir :

! le choix, donc une liste de ce qui peut être utilisé dans tel projet ou dans telle année,

! une simplification de certains outils, méthodes, concepts et connaissan-ces techniques sans déroger à leur rigueur technique.

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Citons à titre d'exemple la simplification de l'outil graphique "diagramme des interactions" permettant de trouver et visualiser les fonctions et les in-terrelations du produit avec ses différents milieux extérieurs.

Cet instant où le professeur doit prendre des décisions vis à vis du pro-gramme, constituerait l'axe des "choix et simplifications techniques et pé-dagogiques".

L'ensemble de ces difficultés énoncées dans le cadre d'une technologie dis-cipline d'enseignement général, conduit l'institution à choisir de façon fon-damentale l'orientation des finalités de cet enseignement technique. S'agit-il d'un enseignement pré-professionnel ou d'une culture technologique?

Si l'on s'inscrit dans cette dernière finalité comme les différents textes offi-ciels français l'indiquent, finalité confirmée par le contenu des récents tests des élèves concernés en fin de scolarité, alors il s'agit d'exprimer avec préci-sion ce qui va être évalué à l'issue de la formation, que cette dernière soit ponctuelle, en cours, ou en fin de formation. Ceci est d'autant plus vrai si une telle discipline à vocation de culture technologique est proposée comme matière à enseigner dans le cycle suivant car il doit y avoir continuité et complémentarité pour asseoir une identité et une validité dans une épreuve d'examen. Ainsi les objectifs minimaux à vérifier à l'issue du cycle de for-mation à la technologie en collège seraient à choisir à l'intérieur d'au moins cinq catégories de savoirs et de compétences spécifiques ci-dessous. L'éva-luation serait proposée avec comme support, un projet technique à réaliser. A partir de cette situation-problème, sont posées :

o 1° une ou plusieurs questions sur la définition et l'application de la dé-marche de projet technique et industriel, de ses étapes, de son amplitude relative au cycle de vie du produit,

o 2° une ou plusieurs questions sur l'un des concepts-clés et ses attributs enseignés et nettement situés dans l'un des six systèmes en interrelation avec la démarche de projet technique (Figure 8).

o 3° l'utilisation d'au moins une méthode caractéristique de l'une des acti-vités de projet,

o 4° l'utilisation d'au moins un outil caractéristique de l'une des activités de projet,

o 5° une ou plusieurs questions sur des savoirs techniques mis en oeuvre dans une réalisation écrite, dessinée ou pratique, qui seront ensuite utiles quelle que soit la profession choisie : décoder un dessin technique ou de bâtiment, appliquer une procédure de mise en service à partir d'une no-tice d'utilisation, etc.

Cinq questions au moins, une conception des sujets sur le plan local, voilà ce qui engage à redéfinir des programmes structurés selon ces catégories. C'est donc une reformulation du programme actuel qu'il est souhaitable de proposer, programme réorganisé autour d'un noyau dur d'opérateurs cogni-tifs (démarche de projet technique, cycle de vie du produit, méthodes, ou-tils, concepts clés).

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LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 37

L. D'HAINAUT utilise cette notion à l'intérieur de la définition qu'il donne d'une discipline : "une discipline est formée d'opérateurs supportés ou inté-grés par des cadres conceptuels spécifiques de la discipline, ces opérateurs étant des outils mentaux nécessaires ou utiles pour atteindre les buts d'ac-tion ou de savoir qui peuvent dépasser le cadre de cette discipline"22.

La démarche de projet est non seulement un moyen industriel au service de la pédagogie mais il est aussi une fin, c'est-à-dire objectif d'enseignement. Pour J.M. BARBIER la démarche de projet peut être définie comme un "processus de transformation d'une représentation orientée du réel, a effet cognitif,..."12. Pour J. DE ROSNAY l'approche globale et systémique au

travers de ses produits et permet comme il l'indique, de,".. s'élever pour mieux voir, relier pour mieux comprendre et situer pour mieux agir23.

La démarche de projet industriel donne un sens global positif aux connais-sances de toute nature à apporter en technologie. Comme J. DE ROSNAY nous pensons qu'une approche systémique opérationnelle favorise pour sa part :

! la transmission de la connaissance, parce qu'elle offre un cadre de réfé-rence conceptuel,

! l'action, parce qu'elle permet de dégager des règles pour affronter la complexité, situer et hiérarchiser les éléments sur lesquels se fondent les décisions,

! la création, parce qu'elle catalyse l'imagination, la créativité, l'invention. Pour toutes ces difficultés rencontrées et pour les solutions suggérées, une organisation systémique du programme et de son application pédagogique est justifiée. Nous publions le schéma d'une telle approche et avec une or-ganisation systémique de l'enseignement de la technologie sous une forme synoptique (Figure 9). Elle est le support de la pensée inventive, tandis que l'approche analytique est le support de la pensée connaissante"24.

Ce dernier axe de description est donc celui d'une "définition systémique du programme de technologie".

Le projet technique, résultat concret de la démarche d'action de projet, n'est finalement qu'un prétexte pour atteindre d'autres finalités et objectifs.

Il reste à définir ce que justifie et apporte l'existence d'une telle discipline, la technologie..

5. IDENTITÉ ET SPÉCIFICITÉ DE LA TECHNOLOGIE COMME DISCIPLINE ENSEIGNÉE

La technologie est souvent présentée comme une discipline de second plan. Elle est, à l'issue du cycle du collège, systématiquement proposée aux élè-ves comme voie d'enseignement technique lorsque leurs résultats dans les disciplines d'enseignement général sont insuffisants. Comme si les profes-seurs de l'enseignement technique pouvaient mieux réussir dans des matiè-res où des spécialistes de la didactique de ces disciplines générales, mathé-matiques, sciences physiques, français etc., sont formés pour cela !

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connaissance techniques spécifiques connaissances techniques du programme utilisées selon les projets connaissances techniques du programme non utilisées

opérateurs cognitifs

Zone 1

Zones 3 Zones 31

Zones 32

Zones 11 méthodes et outils de la démarche Zones 2 concepts-clés

SYSTÈMES DES PRODUITS ARTIFICIELS Produit-système réalisé Qualité totale-Famille Matériaux-Principes-Lignée Système de

fabrication utilisé SYSTÈMES DE PRODUCTION

Flexibilité Programmation SYSTÈMES DE COMMERCIALISATION Système de vente et de distribution Coût SYSTÈMES VIVANTS Relation avec l'environnement. l'homme Vie. Environnement Valorisation - cellule - écosystème SYSTÈMES SOCIAUX Systèmes d'organisation d'entreprise Organisation Comportement - Communication SYSTÈMES D'UTILISATION Contrat Élimination

Le produit. son utilisation.

sa maintenance

Cycle de vie

DÉMARCHE DE PROJET TECHNIQUE

AVEC SON PRODUIT

SYSTÈME ÉDUCATIF

Figure 9 - Approche et organisation systémique de l'enseignement de la tech-nologie

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LA DÉMARCHE DE PROJET INDUSTRIEL 39

Cependant les professeurs de technologie agissant dans cette discipline pour développer une culture technologique dans l'enseignement général, font ap-pel aux ressources de la vie quotidienne autour des activités du producteur et du consommateur organisées avec une démarche de projet technique. L'ancrage industriel de la démarche permet à la discipline d'asseoir une au-torité ouverte vers l'extérieur de l'école, notamment avec les nombreux re-présentants du monde socio-économique. Ouvert aussi méthodologique-ment, cela permet de mettre en place, avec une grande diversité de situa-tions d'apprentissage, une pédagogie différenciée au niveau de l'établisse-ment, diversifiée au niveau des équipe de professeurs, variée dans la classe25.

L'identité de l'enseignement de la technologie au sens général puis au sens particulier d'un enseignement de culture générale se caractérise par au moins deux éléments-clés : la résolution de problèmes dont on ne connaît pas la solution au préalable et l'accession privilégiée à l'apprentissage à l'abstraction et à la conceptualisation.

Il permet la résolution de problèmes de vie ou d'action car,

! ils naissent à partir d'un malaise, d'une aspiration, d'une intervention, avec pour nécessité de bien analyser le besoin et donc,

! ils sont obligatoirement finalisés, pour remplir une fonction, atteindre un but,

! ils sont ouverts, parce qu'ils peuvent recevoir plusieurs solutions dont le nombre n'est ni prévisible, ni fini ,

! il n'y a pas de réponses technologiques justes ou fausses, il y a ce qui est acceptable et ce qui ne l'est pas, aucune solution n'est parfaite, donc il y a nécessité de bien poser le problème, de faire la recherche de nombreuses solutions (créativité) et de savoir prendre des déci-sions,

! pour celui qui pose le problème, cas du professeur de technologie,

! il ne sait généralement pas quel problème se pose à priori pour concevoir et réaliser un produit nouveau,

! il ne connaît pas la réponse qui devra être apportée,

! pour le professeur comme pour l'élève, on ne peut résoudre ces problè-mes technologiques sans savoir,

! résoudre des problèmes scientifiques à un moment donné du dérou-lement (par exemple, les actions mécaniques),

! résoudre des problèmes ( mathématiques par exemple, calcul de ré-sistance des matériaux,...).

Quant à l'accession privilégiée à l'apprentissage de l'abstraction et à la conceptualisation, la technologie étant comme les autres matières un ensei-gnement abstrait en considérant qu'en fin de compte c'est au mot écrit ou prononcé qu'il faut attribuer le plus haut niveau d'abstraction, celle-ci offre des conditions privilégiées pour atteindre la compréhension de ces mots.

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En effet l'accession au savoir s'appuie sur des représentations mentales utili-sant alternativement l'objet réel, son image (schéma, dessin, photo,...) et le mot. Or la technologie par nature possède ces trois éléments. Elle est donc complémentaire aux autres matières enseignées car elle est l'une des seules capable de présenter ces trois formes d'un savoir à chaque instant de son apprentissage. Il est en effet reconnu selon PIAGET, BRUNER, VYTGOSKI notamment, que l'enfant l'adolescent et l'adulte ont besoin des 3 modes de représentations pour s'approprier et construire le savoir et que celui-ci passe obligatoirement par eux : "On fait la chose" (sensori-moteur); "On voit la chose" (image); "On dit la chose" (le mot). Pour B.M.. BARTH qui opérationnalise cet apprentissage de l'abstraction en exploitant ces trois formes de représentation du savoir26, il s'agit d'en faire une "alternance

si-multanée" et cognitive dans l'acte d'enseignement.

Notons également quelques spécificités propres qui ne peuvent être ensei-gnées que par des technologues.

En effet la discipline technologie,

o possède des méthodes, outils, connaissances techniques qui lui sont pro-pres et beaucoup d'autres qui sont transdisciplinaires,

o donne du sens à son enseignement27 en raison de l'interrelation

indisso-ciable entre discipline, programme, pédagogie et l'environnement socio-économique, caractérisant ainsi cette formation technologique nécessaire à tous,

o construit la compétence à maîtriser l'espace par les objets volumétriques, donc en trois dimensions, alors que l'espace scolarisé est par excellence celui de la page de cahier, c'est-à-dire en deux dimensions,

o conduit à maîtriser le temps, le temps dans la compréhension du fonc-tionnement d'un mécanisme d'un système technique, le temps comme repère du cycle de vie d'un objet, le temps comme l'un des critères d'évaluation d'une fabrication, enfin le temps comme gestion de l'avan-cement du projet technique au plan scolaire,

o décrit la chronologie historique des objets, puis des systèmes en les clas-sant selon l'évolution de leur principe technique.

Nul doute que l'ensemble de ces éléments permet d'établir une légitimité de cette discipline. Il faut que ces conditions soient remplies pour que la tech-nologie soit reconnue. Si la volonté est d'intégrer la techtech-nologie dans la culture générale de chaque citoyen d'un pays, se pose alors la nécessaire organisation d'une formation initiale et continue de toutes et tous.

6. POUR DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHES Cette approche globale et systémique de l'enseignement de la technologie en même temps qu'elle serait validée, suppose des prolongements dans les études à mener afin de satisfaire à la finalité éducative d'information et de formation de tous les acteurs, enseignants élèves et étudiants . En relation et prolongement de cette reformulation des programmes, ces recherches de-vraient répondre aux questions ci-dessous.

Figure

Figure 1 - Amplitude du cycle de vie d'un produit.
Figure 3 -Modélisation de la démarche de projet technique.
Figure 4 - (Page 40) Représentation graphique et écrite de la démarche de pro- pro-jet industriel selon le cycle de vie d'un produit (RAK, I., TEIXIDO, C., FAVIER,
Figure 5 - Les trois points de vue sur le produit : celui du consommateur, du producteur et de l'enseignant.
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Références

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