IMPACT DE LA CAO SUR LA DÉFINITION DES
CONTENUS D'ENSEIGNEMENT EN GÉNIE
ÉLECTRONIQUE
Alain Durey
INTRODUCTION
Nous abordons dans cet article la question des contenus de formation dans les textes officiels d’institutions qui ont pour mission ou pour objectif de délivrer des diplômes professionnels dans un domaine donné. C’est le cas par exemple de l’Éducation Nationale qui prépare à plus de 600 diplômes technologiques et professionnels. Comment sont définis ces contenus d’enseignement, par quelles instances et selon quelles modalités ? Comment est prise en compte la question de l’activité professionnelle ?
1- LE CADRE D’ANALYSE
1.1- LES CONTENUS DE FORMATION ET LEUR ÉLABORATION SOCIALE
Les formations qu’elles soient générales (école) ou technique et professionnelle (école, entreprise) sont socialement finalisées. Nous nous intéresserons aux relations qui s’établissent entre une formation (à partir du moment ou elle a une visibilité institutionnelle) et la société. Ces systèmes de formation sont chargés de mettre en œuvre des contenus de formation et de délivrer des diplômes sous le contrôle et à la demande sociétale. Ils sont aussi des moyens d’action sur la société pour l’adapter ou la transformer. Nous partons donc de l’hypothèse que des liens forts à trouver et à expliciter existent entre ces systèmes de formation professionnelle et la société et plus particulièrement avec les systèmes ou institutions pour qui la formation est destinée. Nous rechercherons ces liens à travers les modes d’organisation et de conception des contenus de formation et des diplômes délivrés. Ces contenus et ces diplômes constituent en tout cas dans nos deux exemples des prescriptions fortes
pour les formations et sont révélatrices des jeux et des enjeux qui les déterminent. Nous envisagerons à priori l’existence de liens réciproques entre l’institution cible et le système de formation. Tout d’abord une demande plus ou moins contrôlée par d’autres instances (politiques, syndicales, etc) de formation provenant d’une institution, d’une entreprise ou d’un ensemble plus complexe (un système de production) à destination d’organismes, d’institutions ou de systèmes (système scolaire) susceptibles de répondre à la demande. C’est le versant adaptation de la formation aux besoins et aux exigences de l’entreprise ou de l’organisme demandeur. Mais il existe aussi un autre sens de la relation ; c’est celui qui naît du système de formation et dont la volonté est d’opérer des transformations au sein même de l’institution cible sans que pour autant la demande ait été formulée. C’est le sens du projet dont les finalités dépassent ou contournent les besoins et les finalités propres de l’institution, de l’entreprise ou du système cible (figure 1). Prendre en compte ce sens de la relation, c’est aussi prendre parti sur une certaine autonomie de la formation qui peut former système et entretenir des relations avec d’autres organismes, institutions ou systèmes que la cible.
Projet Cible SYSTÈME de PRODUCTION INDUSTRIELLE Pratiques sociales liées à l'Industrie Électrique (qualifications de techniciens) SYSTÈME SCOLAIRE Pratiques d'enseignement
Lycées Sections Sciences et Techniques Industrielles Option génie électronique BTS Génie électronique Référence
Référence à double sens
Quelles compétences non encore existantes à injecter dans le secteur de production de l'industrie électrique et électronique (transformation à long terme).
Quelles compétences existantes cibler dans la formation des techniciens (adaptation à court terme).
Projet :
Cible :
Figure 1 : Relations entre système scolaire et système de production industriel
Nous aborderons les questions des contenus de formation d’un point de vue didactique à travers les questions de la référence et des disciplines.
1.2- LA QUESTION DE LA REFERENCE POUR LES FORMATIONS
La question de la référence problématise du point de vue didactique les contraintes et les possibles en terme des contenus d’enseignement qui résultent de l’interaction entre le système de formation et les pratiques sociales extérieures à l’école.
Elle sera abordée par la conception d’un cadre d’analyse des relations de similitude et de différence entre les activités des formés et les pratiques sociales prises comme référence pour l’analyse. Selon J.-L. Martinand (1995) il faut analyser ce lien de parenté selon toutes les composantes de la pratique envisagée. « Pour caractériser ces pratiques, il ne suffit pas de prendre en considération les savoirs en jeu : objets et instruments, tâches et problèmes, qualifications et rôles sociaux constituent avec les savoirs, les composantes solidaires d’une pratique ». Le concept de référence ainsi défini dans une perspective didactique cherche à établir le lien entre des activités de formation ou scolaires qui mettent l’accent sur l’individu et le développement de ses compétences et des pratiques qui rendent compte de l’aspect social de ces compétences. Ce point de vue élargit celui qui consiste à ne regarder que le lien entre activités de formation et activités professionnelles et impose de prendre en compte de nombreux aspects de la formation qui ne sont pas seulement liés à l’analyse de l’activité professionnelle mais aussi au contexte organisationnel, social et culturel de ces activités.
1.3- LA QUESTION DES DISCIPLINES
Nous allons étudier les contenus et démarches d’enseignement tels qu’ils apparaissent dans les textes officiels définissant les diplômes professionnels. Ces ensembles peuvent former ce que l’on appelle une discipline. Ainsi notre cadre d’analyse des contenus et démarches de formation croisera les questions des rapports entre la formation et ce qui lui sert de référence aussi bien du point de vue des pratiques que des disciplines (Martinand, 1994) (figure 2).
Nous le mettrons en œuvre à propos des nouveaux référentiels de génie électronique dans l'enseignement technique qui rend compte des évolutions qui résultent de la prise en compte des bouleversements liés aux outils de conception assistée par ordinateur. Nous nous limiterons à l'analyse de l'impact des changements intervenus dans les pratiques de l'industrie électrique et électronique sur les contenus disciplinaires d'une discipline scolaire jeune et en pleine évolution qu'est le génie électronique. Le génie électronique figure comme un baccalauréat
technologique de sciences et technologies industrielles (STI) au même titre que le génie mécanique, le génie civil, le génie électrotechnique et le génie énergétique, il est aussi le titre d'un diplôme de brevet de technicien supérieur. Nous nous intéresserons aux changements intervenus dans cette discipline de la classe de première des lycées techniques jusqu'au brevet de technicien supérieur. Cette limitation correspond à une unité de termes génie électronique, à une unité de conception des enseignements qui correspondent à une unité de système organisationnel de ces enseignements. Le système de production des diplômes des enseignements techniques et professionnels en France tel que nous allons le décrire ci-après. Pour tenter de cerner ces changements et ces évolutions de la discipline il faut tout d'abord situer ces transformations au sein même d'un mouvement général des idées et des institutions qui président à la redéfinition des contenus d'enseignement et des cursus scolaires.
Figure 2 : Références et professionnalités - Martinand (1994)
2- LES REFERENTIELS DE GENIE ELECTRONIQUE
2.1- LES PRINCIPES DIRECTEURS ET LA NOUVELLE ORGANISATION DE L'ÉLABORATION DES PROGRAMMES DE L’ÉDUCATION
NATIONALE A PARTIR DE 1981
La charte des programmes émane du conseil national des programmes (1992) et tente d'établir les principes qui doivent diriger l'énoncé des programmes pour toutes les disciplines et tous les ordres d'enseignement autour de quelques notions-clefs qui donnent la cohérence à l'ensemble du projet, les notions de compétences, d'objectifs, d'évaluation et de contrat. Un des premiers principes qui rompt avec la conception des programmes comme une liste de connaissances place la compétence au
centre de ceux ci. « Le programme ne doit pas être un empilement de connaissances incompatibles par son ampleur avec les facultés des élèves. Il doit, à chaque niveau faire la liste des compétences exigibles impliquant l'acquisition de savoirs et savoir-faire correspondants, en prenant en compte les capacités d'assimilation des élèves et en s'assurant de la faisabilité de ce qui est proposé ». L. Tanguy caractérise ainsi le déplacement opéré par la charte des programmes « qui organise et légitime le passage d'un enseignement centré sur les savoirs disciplinaires à un enseignement défini par et visant à produire des compétences vérifiables dans des situations et des tâches spécifiques ».
La création du Conseil National des Programmes (CNP) en 1989 modifie les rapports de pouvoir quant à la définition des contenus d'enseignement. Bien que le CNP ne soit qu'un organisme de conseil et de consultation, son existence et sa composition marquent un élargissement des milieux associés aux décisions et dépossède le corps de l'inspection générale de son pouvoir quasi exclusif. A coté du CNP, les groupes techniques disciplinaires (GTD) sont constitués de spécialistes de chaque discipline des différents cycles d'enseignement sous la direction d'un universitaire. Ces GTD sont chargés, sous la tutelle des directions pédagogiques1 de concevoir les nouveaux contenus d'enseignement par discipline.
L'enseignement professionnel et technique a produit des idées plus ou moins partagée, et a forgé un certain nombre de méthodes, de catégorisations, de nomenclatures qui président sous des formes variées à l'énoncé des contenus d'enseignement, à leur programmation, à leur évaluation si ce n'est à leur transmission. Parmi ceux-ci, nous retiendrons la méthode d'élaboration des référentiels. « De fait tous les référentiels existants sont construits selon la même démarche qui fait l'objet d'une réglementation, sorte de discours sur la méthode qui codifie ce qui relevait antérieurement d'un empirisme circonstanciel » (L. Tanguy). 2.2- LES COMMISSIONS PROFESSIONNELLES CONSULTATIVES
(CPC)
Les diplômes technologiques et professionnels (CAP, BEP, Baccalauréats Technologiques et Professionnels, Brevets professionnels, Brevets de techniciens, Brevets de techniciens supérieurs), soit au total 650 diplômes sont élaborés selon une procédure originale au sein des CPC (Commissions Professionnelles Consultatives) qui associent l'ensemble des partenaires sociaux à la définition des différents domaines. Chaque CPC est composée d’une quarantaine de personnes réparties en quatre collèges, celui des employeurs, des salariés, celui des
1 Directions pédagogiques ou siègent majoritairement des représentants des grands corps de la haute administration.
pouvoirs publics et enfin un collège de personnalités qualifiées (figure 3).
17 CPC
6 représentants employeurs 6 représentants salariés
6 représentants des pouvoirs publics 3 personnes qualifiées
présidé par le Directeur des lycées et collèges
Commission paritaire Consultative
10 Collège employeurs (organisations prof.) 10 Collège salarié (syndicats)
Collège pouvoirs publics
11 Personnes qualifiées
Syndicats enseignants Associations parents d'élèves Chambre de commerce
Conseillers de l'enseignement technique 1 représentant de chaque ministère concerné 2 inspecteurs généraux
1 représentant du CEREQ 1 représentant de l'AFPA
Inspecteurs généraux
Direction des lycées et collèges
CPC 1 10 sous-3 CPC
commissions Groupe permanent du comité interprofessionnel consultatif
MINISTÈRE de l'ÉDUCATION NATIONALE
Figure 3 : Organisation des commissions paritaires consultatives
Le processus d'élaboration ou d'actualisation d'un diplôme peut être décomposé en quatre phases :
• La phase d'opportunité, qui a pour but d'apprécier l'intérêt de créer ou non un nouveau diplôme ou de réorganiser un diplôme ou un ensemble de diplômes.
• La phase de mise au point du référentiel des activités professionnelles (appelé auparavant référentiel de l'emploi) qui procède a une analyse des grandes activités que recouvrent les emplois que sont susceptibles d'occuper les futurs titulaires du diplôme. Il s'agit d'une analyse qui se veut prospective (à cinq ou dix ans) et qui suppose que les personnes soient adaptées a leur emploi. Cette phase est fondamentale, car elle est celle des choix entre les différentes fonctions possibles et leur pondération (en intégrant la durée moyenne de la préparation au diplôme). Le rôle des professionnels y est tout à fait stratégique car c'est là que se construit « l'équilibre du diplôme ».
• Dans la phase de fabrication du référentiel du diplôme, il s'agit de traduire l’analyse des activités professionnelles en termes de compétences à acquérir, de savoirs et de savoir-faire. Cette partie est beaucoup plus pédagogique, et repose donc davantage sur les personnalités du milieu enseignant.
• Enfin, la phase de mise au point des modalités de validation et des aspects réglementaires. La durée du cycle d'élaboration ou d'actualisation d'un diplôme est actuellement en moyenne d'une année.
La description du mode de fonctionnement et de la composition des commissions paritaires consultatives permet de se rendre compte plus précisément des types d’interaction existant entre le système de formation qui est ici l’Éducation Nationale et le système de production de l’industrie électrique et électronique à propos des qualifications de techniciens (figure 4).
Le premier constat concerne la position respective des deux systèmes en liaison. Il ne s’agit pas d’un emboîtement (ce qui serait le cas si la formation professionnelle était conçue pour et par le système de production industrielle) mais de deux systèmes distincts dont les buts, les intérêts sont différents. Les CPC sont donc le lieu ou se font les échanges ou s’exercent les pressions, même si en dernier ressort les décisions sont prises par le Ministère de l’Éducation Nationale. La fédération des industries électriques et électroniques présente dans ces conseils insiste sur le rôle essentiel que jouent les formations dans l'amélioration de la compétitivité des industries électriques et électroniques. Elle souhaite en particulier que les analyses des évolutions technologiques puissent être prises en compte dans l'évolution des formations. En particulier celles qui induisent le plus de changements en matière de compétences, la généralisation des outils informatiques de conception et de simulation, les nouveaux circuits intégrés personnalisés (ASIC), la part de plus en plus importante des logiciels dans les équipements informatiques, le développement de nouveaux systèmes de communication mobile, l'intégration de l'électronique de puissance, l'extension des réseaux locaux industriels. Ces évolutions doivent être prises en compte en ce qui concerne la formation des techniciens qui correspond à des qualifications essentielles dans le fonctionnement des entreprises et qui correspond essentiellement aux diplômes de BTS. En retour les représentants de l’Éducation Nationale veillent à ne pas concevoir des formations trop spécifiques et conjoncturelles afin de garder possibles les adaptations des formés à plus long terme.
Le deuxième constat concerne les personnes impliquées et la méthode institutionnelle de définition des référentiels dans l'enseignement technique et professionnel, méthode qui ne se base que sur le point de
vue des représentants sociaux (responsables de fédérations, syndicalistes..) sur les activités professionnelles.
D.L.C. D.E.S C.N.P. G.T.D. I.U.F.M. D.L.C., C.E.R.P.E.T S.T.I. et S.T.E. Universités Licence Directions Pédagogiques C.P.C. I.G. orientations des enseignements et des formations familles parents d'élèves Conditions Contenus Formation M.E.N. Conditions Contenus Formation Programmes Guides d'équipement stages prof. volontaires pendant et hors vacances élèves élèves apprentis Lycées, collèges C.F.A. M.A.F.P.E.N. technologies et concepts nouveaux enseignants Systèmes de production industries, commerces
CNP : Comité National des Programmes GTD : Groupe Technique Disciplinaire MEN : Ministère de l'Éducation Nationale DLC : Direction des lycées et collèges IG : Inspecteurs généraux
DES : Direction des enseignements supérieurs CPC : Commission professionnelles consultatives IUFM : Institut Universitaire de Formation des Maîtres MAFPEN: Mission académique de formation professionnelle de
l'Éducation nationale
CERPET : Centre d'étude pour la rénovation pédagogique de l'enseignement technique (sciences et techniques industrielles)
Figure 4 : Institutions liées à l'Élaboration des référentiels de l'Enseignement Technique et Professionnel
Il n’y a pas de considérations sur les activités réelles des personnes au travail et en particulier sur les connaissances opérationnelles pertinentes pour les compétences visées. On peut se poser la question de savoir si cette méthode permet de concevoir des situations pour des activités élèves adaptées et pertinentes pour le développement des compétences réellement mises en jeu dans les tâches demandées.
Enfin le troisième constat est que le contrôle de la formation est opéré en bout de chaîne par l'institution à travers les résultats aux diplômes et les retours des entreprises après embauche de jeunes diplômés ce qui donne des délais d’adaptation très importants.
2.3- LES REFERENTIELS DES ACTIVITES PROFESSIONNELLES ET LES REFERENTIELS DU DIPLOME DE BREVET DE TECHNICIEN
SUPERIEUR EN GENIE ELECTRONIQUE :
LA QUESTION DE LA REFERENCE.
2.3.1- Le référentiel des activités professionnelles
Le référentiel des activités professionnelles cerne et décrit à l'aide d'une terminologie fixe pour tous les activités2 d'un secteur professionnel et ceci dans la perspective d'un diplôme.
• Les rôles sociaux visés
« Pour l'essentiel, depuis leur création, les sections de techniciens supérieurs électronique ont organisé leur formation à partir d'une orientation qui avait pour finalité d'ouvrir aux débouchés offerts par les constructeurs de biens d'équipements électriques et électroniques ». La réflexion produite au sein de cette CPC à tout d'abord amené à constater que les constructeurs des biens d'équipement ont pour un certain nombre d'entre eux fait perdurer des modes d'organisation du travail qui ont généralement limité l'intervention du technicien supérieur aux fonctions d'étude de conception et industrialisation-développement. Par ailleurs l'explosion technologique (microélectronique, informatique) modifie la constitution des systèmes techniques. L'entrée massive de biens et systèmes informationnels dans le secteur secondaire (activité tertiaire propre aux secteurs de la production) comme dans le secteur tertiaire (bureautique) ouvre un champ important d'emplois. Ces bouleversements requièrent selon les référentiels « la présence du technicien supérieur électronique non seulement là où se construisent les systèmes techniques ou les éléments des systèmes mais de plus en plus là où ils sont mis en œuvre, pour les installer, les entretenir, les dépanner, etc ».
2 Activité: ensemble des tâches effectivement réalisées par la personne concourant à une ou plusieurs fonctions dans l’entreprise selon des conditions d’exercice identifiées (selon la définition officielle C.P.C. nov 91/1,1991).
• Les activités et les savoirs impliqués
Le référentiel d’emploi définit huit grandes fonctions : Étude conception et développement, étude technique, contrôles terminaux, installation, maintenance et dépannage, production, suivi d'affaires, achats. Chacune de ces fonctions est décrite par un certain nombre d'activités une dizaine en moyenne et au total il y a quarante activités différentes. Le référentiel définit ensuite chaque activité en précisant la description de l'activité, soit en disant à quoi elle doit conduire en terme de connaissances (visée épistémique) ou en terme de production (visée pragmatique). Exemple d'activité : Analyse fonctionnelle et ou structurelle de constatation d'un système technique (exploitation de schémas, de grandeurs physiques, de caractéristiques technologiques, de logiciels...)
• Les objets, les systèmes, les instruments impliqués par domaines.
Les champs technologiques, regroupent l'ensemble des systèmes et des dispositifs ici appelés domaines, qui ont une même grande finalité et utilisation sociale : les systèmes du domaine, des télécommunications, de l'informatique, de l'instrumentation, grand public, du contrôle automatique de processus. Pour chaque domaine il peut y avoir des catégories de dispositifs comme par exemple dans le domaine grand public on trouve les dispositifs de restitution du son et de l'image, de mémorisation du son et de l'image, de téléphonie et de télématique. Chaque dispositif est ensuite décliné selon les fonctions électroniques rencontrées dans les dispositifs d'une part et les logiciels, structures et composants associés.
2.3.2- Le référentiel du diplôme
Les référentiels du diplôme sont élaborés à partir des référentiels des activités professionnelles, ils définissent les compétences attendues pour exercer une activité dans le secteur professionnel concerné et les conditions dans lesquelles elles doivent être évaluées. Il définit tout d'abord douze compétences terminales qui peuvent être mises en relation avec les intitulés des activités définies dans le référentiel des activités professionnelles. Ce passage non explicité dans le document du référentiel correspond à des prises de décision sur des choix d'activités et à une reformulation opérant des regroupements.
Cette opération a deux conséquences, tout d'abord un recentrage sur les fonctions techniques (étude technique, contrôle, installation et maintenance dépannage) et élimination d'activités liées aux fonctions de suivi d'affaires et d'achats ou de conception et production. Ici on voit bien opérationalisé le choix du profil souhaité du technicien dans l'ensemble des activités du secteur professionnel. La deuxième conséquence est liée au fait que les compétences exprimées ici en terme
de verbes d'actions sont isolées des grandes fonctions dans lesquelles elles s'insèrent, opérant ainsi une mise à distance de la fonction professionnelle et recherchant une possible généralisation de ces compétences sous la forme de capacités3 qui sont décrites chacune par un ensemble de savoir faire en deux éléments : mise en situation et comportement observable.
3- LES EVOLUTIONS DE LA DISCIPLINE GENIE
ELECTRONIQUE : IMPACT DES OUTILS INFORMATIQUES. Nous analyserons ici les évolutions de la discipline du génie électronique selon ce qui appartient à l’école (discipline scolaire) et ce qui est extérieur à l’école (discipline académique) et d’autre part en relation avec les pratiques qu’elles soient internes à l’école (les pratiques enseignantes) ou externes (pratiques sociales de référence).
3.1- LA METHODE D’ENSEIGNEMENT DE L’ÉLECTRONIQUE, LES CHOIX OPERES DANS LA CONTINUITE DES ANCIENS
REFERENTIELS
On peut tout d'abord noter une continuité dans le choix de la nature des systèmes étudiés. « Les systèmes techniques constitués doivent être les supports privilégiés de la formation tant parce qu'ils requièrent au plan méthodologique (vision « systémique », approche globale des systèmes, établissement des liens de cause à effet entre la fonction du système et celle des éléments qui la composent et de proche en proche appropriation des fonctions, structures, logiciels, composants) qu'au plan des contenus ». Il s'agit donc de mettre au centre des études, les systèmes électroniques industriels existants et d'utiliser les méthodologies et les outils de l'analyse systémique, de l'analyse fonctionnelle descendante, et d'accéder aux fonctions et aux composants du point de vue des contenus. L'analyse de nombreux documents constructeurs nous a appris qu'il n'y avait pas d'uniformisation des représentations fonctionnelles dans l'industrie, les blocs-diagrammes par exemple qui sont assez utilisés, mélangent un point de vue système en représentant des objets en lieu et place des fonctions. Cette ambiguïté conceptuelle a été levée par l'école en mettant au point une méthode d'enseignement de l'électronique qui formalise et normalise les étapes de l'analyse des systèmes.
3 Définition officielle : Capacité : Manifestation d'aptitudes acquises dans un ou plusieurs domaines . Elle n'est pas mesurable en tant que telle, mais induit des compétences qui elles sont évaluables.
44 Didactique des disciplines techniques 1995-1996 EDF
Centrifugeuse
Lecture de code barre
Cassettes de Test Lampe Réception optique Module de commande et de traitement Imprimante Clavier Écran UTILISATEUR e a b c d f g h i j k l m n o p q r s e
Figure 5 : Diagramme sagittal
MISE EN FORME ISOLATION GALVANIQUE FS10-11 TRANSFERT DE POTENTIEL FS10-12 INITIALISATION FS10-17 LIMITATION DU COURANT INDUCTEUR FS10-18 MISE EN FORME FS10-13 MEMORISATION FS10-14 ADAPTATION D'IMPÉDENCE FS10-15 ADAPTATION DE PUISSANCE FS10-16 A2 S2 I2 J2 a5 b5 c5 d5 e5 f5 g5 h5 FP10.1 lecture code barre alimentation lampe UV PACKSDE TESTS captage optique centrifugation et agitation captage de vitesse commande et traitement
Figure 6 : Analyse fonctionnelle de degré 1(fonctions principales) et de degré 2 (fonctions secondaires)
3.1.1- L'électronique une discipline scientifique et technologique Les programmes d'enseignement de l'électronique articulent analyses systémique, fonctionnelle, structurelle et électrique et s'organisent autour de deux pôles, celui de sciences physiques appliquées et celui de l'électronique appliquée aux systèmes industriels.
Le premier correspond à l'étude électrique des circuits fondamentaux remplissant les fonctions de base communément utilisées dans les systèmes électroniques, la seconde est l'étude d'un point de vue technologique d'objets et systèmes techniques issus des domaines industriels.
3.1.2- Une méthode d'enseignement de l'électronique
La prise en compte de la complexité croissante des objets techniques qui vont devoir être abordés et l'impossibilité d'enseigner toutes les solutions structurelles applicables à toutes les situations existantes, ont contribué au développement d'une méthode française de l'enseignement de l'électronique dans laquelle l'accent est mis sur des invariants existants dans une démarche ou un matériel indépendamment du type de problème donné et de son niveau de complexité. La démarche est systématique et ordonnée de la façon suivante.
Tout d'abord une analyse systémique du système technique dans lequel se trouve l'objet technique à étudier. Les flux de matière d'œuvre entrant et sortant de l'objet permettent à partir du diagramme sagittal de définir la fonction d'usage (figure 5).
Puis une analyse fonctionnelle descendante de l'objet technique commence par une description des grandes fonctions de l'objet à partir de sa fonction d'usage et qui continue par une description des fonctions principales caractéristiques de l'architecture interne de l'objet et enfin des descriptions aussi détaillées que nécessaire des fonctions secondaires réalisant chacune des fonctions principales (figure 6).
R C D S Q Q Sortie S Entrée Horloge 1 2 3 4 5 6 4013
Figure 7 : Analyse structurelle
Puis une analyse structurelle qui reprend le schéma du dispositif par fonctions secondaires en utilisant les symboles normalisés, pour représenter l'organisation des structures entre elles, de l'agencement des structures correspondant aux fonctions mises en œuvre dans l'objet technique (figure 7).
Enfin une étude électrique par reprise de modèles usuels des grandes fonctions électroniques étudiées dans le cours de physique appliquée (figure 8). En électronique ce sont les aspects technologiques qui sont envisagés, paramètres des composants, vérification des fonctions réalisées, modification d'un paramètre pour adapter la fonction, influence de facteurs non pris en compte dans le modèle électrique, hautes fréquences, température, bruit.
50 100 150 t (ns) 0 D H Q Q 50 100 150 t (ns) 0 50 100 150 t (ns) 0 50 100 150 t (ns) 0
Figure 8 : Vue électrique
Cette approche permet de différencier nettement les différents types d'analyses, fonctionnel, structurel, électrique et formalise le langage de description de chaque niveau, avec sa finalité, ses symboles, ses syntaxes et le sens en référence aux objets de la réalité. Il permet en outre d'assurer par rapport aux systèmes complexes plusieurs niveaux d'analyse dans une approche descendante. Ces types et ces niveaux autorisent plusieurs possibilités d'entrée dans la compréhension des systèmes afin de choisir le mieux adapté à l'action à produire sur le système.
En particulier l'approche d'analyse fonctionnelle est adaptée à une intervention de maintenance, mise en service, réparation, usage qui est celle du technicien supérieur.
3.1.3- Les voies et les modes de transposition
On a ici l'exemple d'une création scolaire de contenus qui ne passe pas par une transposition de savoirs existant dans les pratiques socio-techniques. Les activités correspondantes dans les pratiques n'existent d'ailleurs pas de façon claire (modes de représentation de l'analyse fonctionnelle peu cohérente et non uniformes). Cette création répond cependant à une exigence provenant des activités du technicien en milieu industriel à savoir le travail sur systèmes de plus en plus complexes et utilisant des structures de plus en plus diversifiées. Elle correspond à une volonté de répondre aux exigences nouvelles du métier sans qu'une référence ait pu être prise au départ dans les pratiques sociales. On peut situer son origine à la fois dans les pratiques enseignantes de lycée et dans les ouvrages d’électronique universitaires (disciplines académiques) (figure 9).
Méthode d'Enseignement de l'Électronique
Pratiques
Disciplines
école
références
disciplines académiques pratiques socio-techniques pratiques enseignantes discipline scolaireFigure 9 : La méthode d’enseignement de l’électronique : Projet du système de formation
3.2- LES CHOIX OPERES EN RUPTURE AVEC LES ANCIENS REFERENTIELS
L'Inspection générale aidée d'une équipe d'une quinzaine d’enseignants a proposé une introduction des outils informatiques (choix du logiciel Viewlogic et leur adaptation pour l'enseignement, expérimentations comparées dans plusieurs classes, référentiels du diplôme et mise en place dans les lycées, guide d'équipement des lycées et financement). Nous allons analyser du point de vue des contenus ce qu’implique cette introduction.
3.2.1- Le logiciel Viewlogic et ses modèles
Le travail de conception part de la conception système en terme comportemental, puis en termes d'ensembles structurels et de découpage physique. Il continue en descendant d’échelle (système, sous-système, module, composant, ...) tout en articulant les aspects comportemental, structurel, physique, pour aboutir aux comportements élémentaires décrits par des équations différentielles, aux structures élémentaires définies par des transistors des condensateurs et des résistances et les masques (dessins) physiques. Dans ces opérations l'étape précédant le dessin des masques utilise les cellules et les bibliothèques de cellules. Par la description des fonctions élémentaires disponibles et de leurs représentations informatiques (différentes vues) elles servent de base de travail au concepteur.
Tout d’abord les vues fonctionnelles (figure 10) qui peuvent avoir une description comportementale. Celle ci est une modélisation de la fonctionnalité utilisant des représentations de niveau système, telles que les réseaux de Petri, algorithmes, ou langages de modélisation matérielle (VHDL). La vue ressemble à un programme informatique. Ce sont des langages de synthèse, ils permettent de passer de la description à la synthèse automatique ce qui n'est possible qu'en numérique. Elles
peuvent aussi être décrites d’un point de vue logique ou électrique ce qui est une modélisation de la cellule basée sur une description en portes ou transistors, primitives des simulateurs logiques ou électriques.
USE Work. library. ALL ; ENTITY dff IS
PORT (reset, clk, d : IN BIT ; q, qb : OUT BIT) ; ENS IF ;
ARCHITECTURE logical OF dff IS COMPONENT inv_gate
PORT (a : IN BIT ; s : OUT BIT) ; END COMPONENT ; COMPONENT nand_gate
PORT (a b : IN BIT ; s : OUT BIT) ; END COMPONENT ; COMPONENT mux_gate
PORT (a b c cb : IN BIT ; s : OUT BIT) ; END COMPONENT ; SIGNAL i, j, lb, j : BIT ;
BEGIN
g1 : inv_gate PORT MAP (clk, clkb) ;
g2 : mux_gate PORT MAP (d, lb, clk, clkb, i) ; g3 : nand_gate PORT MAP (reset, i, l) ; g4 : inv_gate PORT MAP (l, lb) ;
g5 : mux_gate PORT MAP (l, qb, clk, clkb, j) ; g6 : inv_gate PORT MAP (clk, clkb) ;
g7 : nand_gate PORT MAP (reset, q, qb) ; END logical ;
Figure 10 : Vue fonctionnelle : modèle logique
Les vues structurelles représentées par des symboles utilisés pour l'édition des schémas en général normalisés, tels les schémas électrique ou logique de la cellule exprimé en transistors ou en portes (figures 11 et 12).
Figure 11 : Symbole de bascule D
Les vues géométriques qui donnent la description de l'enveloppe et des points d'accès suffisante pour un placement-routage d'un circuit.
- Topologie : description de l'enveloppe et des points d'accès suffisante pour un placement-routage d'un circuit (figure 13).
- Géométrie : ensemble des figures géométriques décrivant le dessin des niveaux technologiques et servant à la fabrication du circuit intégré final (figure 14). D F F Qb Reset Q D Clk
Figure 13 : Vue géométrique : topologie
Figure 14 : Vue géométrique : géométrie Reset Clk D Q Qb Commentaire 0 0 1 0 1 Initialisation 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 mémorise ' 1 ' 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 mémorise '0' 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 remise à zéro
0 0 1 0 1 Figure 15 : Vue test :séquence de test
Les vues tests qui donnent une description des signaux à appliquer aux entrées de la cellule, et les réponses attendues sur les sorties (figure 15).
Les vues documentation ou feuilles de spécifications donnent une description de la fonctionnalité de la cellule, sous forme de texte, de table de vérité ou d'équations booléennes des principales caractéristiques statiques et dynamiques et des conditions d'utilisation. De cet ensemble
complet de vues utilisé dans le logiciel, seules seront véritablement exploitées dans les activités des élèves, les vues fonctionnelles et structurelles (figure 16).
Table de vérité Caractéristiques électriques (1)
Reset Cl
k D Q Qb Paramètre Typique Unit
0 X X 0 1 Vt tension de seuil 2,5 V
1 / 0 0 1 C, capacité d'entrée Reset 0,05 pF
1 / 1 1 0 Clk 0,06 pF
1 0 X Q Qb D 0,09 pF
1 1 X Q Qb Cpd Capacité équivalente de dissipation 1,45 pF
Caractéristiques dynamiques (1)
Paramètre de
(entrée) (sortie)vers Typique Unité
Tpl H Clk 1,2 6 ns TplH Clk Q 1,54 ns TplH Clk ab l, 14 ns TplH Clk Qb 1,25 ns TplH Reset Q 0,57 ns TplH Reset Qb 1,56 ns DTplh Clh Q 1,16 ns/pF DTplll Clk a 1,32 ns/pF DTplh Clk ab l, 32 ns/pF DTplh Clk Qb 1,30 nslpF DTplh Reset a 1,32 ns,'pF DTplh Resel Qb 1,32 ns/pF Tsetup 2,00 ns Thold D 0,25 ns (1)
Tpwidth Clk 3,30 ns Tension d'alimentation VDD = 5V Tpwidth Reset 3,00 ns Température ambiante Tamb = 25°C
Figure 16 : Vue documentation : feuille de spécification
3.2.2- L'ordinateur poste de travail privilégié de l'élève
L'analyse des commentaires relatifs à l'enseignement rénové de l'électronique en classe de technicien supérieur permet de mettre en évidence ce qui change fondamentalement dans les nouveaux référentiels, c'est l'introduction de l'ordinateur avec les outils Viewlogic comme poste de travail privilégié de l'élève. Le texte officiel précise que l'étude fonctionnelle et structurelle de l'objet technique s'appuie le plus souvent sur des activités de simulation et en tant que de besoin sur des activités expérimentales. C'est à dire que la logique qui est communément celle des enseignants, à savoir ce qui ne peut pas être fait expérimentalement
est traité en simulation, cette logique est inversée. Cette rupture dans la pensée des enseignants reste probablement le plus gros obstacle à la mise en place effective de ces nouveaux référentiels. Elle pose également le problème de la formation initiale des enseignants, et surtout de leur formation professionnelle qui ne peut pas ignorer ces évolutions. Que ce soit pour le professeur ou pour l'élève la question du niveau de savoir faire exigible et nécessaire pour l'utilisation fructueuse des outils logiciels reste posée.
3.2.3- Avec ces nouveaux outils apparaissent aussi des objets nouveaux
Tous les 18 mois, le nombre de transistors intégrables sur une puce double. Les logiciels de conception tel Viewlogic sont adaptés à cette évolution et à l'intégration des circuits. En conséquence les objets qu'ils sont susceptibles de montrer et de traiter se déplacent également et se modifient, ils vont de plus en plus vers la microélectronique d'une part et plus en relation avec l'informatique d'autre part. Les objets proprement dit sont plus intégrés (moins de cartes à circuits imprimés). La tendance générale est la réduction des circuits de connexion qui amène une plus grande intégration. Les objets électroniques visés sont certes les cartes imprimées mais aussi tous les circuits aux différents niveaux d'intégration, des SSI (small scale intégration) aux VLSI (very large scale integration) et les circuits à la demande, PLD (programmable logic device), ASIC (Application spécific integrated circuits).
3.2.4- Vers une nouvelle pensée technique du technicien en électronique
Ces aspects seront abordés du point de vue des concepts, et des normes. Ce qui évolue du point de vue conceptuel, c'est le recours plus systématique et plus automatique aux modèles à travers l'usage de logiciels. L'électronique a toujours utilisé des modèles, mais ils n'ont jamais été aussi variés et jamais aussi facilement à disposition des utilisateurs. Avant même de les avoir étudiés on peut les manipuler, cela pose un problème de choix de ces modèles et de capacité raisonnée de choix des modèles en fonction des problèmes et des situations, qui doit être un des objectifs de la formation des enseignants. Sachant que pour un composant on peut avoir à disposition plus de 100 modèles différents dans les différentes bibliothèques. Un des problèmes est de pouvoir se retrouver dans la lecture des modèles qui ne sont pas encore tous définis selon des normes standardisées. La normalisation évolue elle aussi, mais elle est un mode d'entrée obligatoire dans les bibliothèques de composants.
Cet exemple montre une liaison avec les pratiques sociales qui est du type référence. C'est la pratique qui guide et oriente les choix des
activités, des outils, des objets manipulés et des rôles sociaux à atteindre pour les techniciens et en conséquence qui oriente organise la formation professionnelle des formateurs de techniciens. Ce qui est en jeu finalement c'est l'adéquation des compétences visées par la formation avec les compétences nouvelles souhaitées dans les entreprises compte tenu de l'évolution des professions. Cette étude s'est pour l'instant limitée à l'analyse des propositions curriculaires, reste à voir comment celles ci vont être réellement appliquées dans les classes, et comment le système éducatif au niveau des lycées et des classes va encore modifier et transformer ces propositions. Il est alors certain que la formation des maîtres sera un facteur décisif dans l’évolution des transformations.
3.2.5- La circulation des outils et des objets
Par le biais du logiciel Viewlogic s’est opéré un impact direct entre les pratiques socio-techniques de référence et les transformations des contenus scolaires du niveau 2 et 3 (baccalauréat technologique et techniciens supérieurs) (figure 17).
Le choix d'un logiciel professionnel pour ces formations entraîne un lien fort entre modèles, objets et outils. Par ailleurs ce choix établit une liaison directe entre les milieux de l'industrie et l'école avec un bouleversement radical de la discipline scolaire en mettant au centre des activités de l'élève, le dispositif informatique. Les objectifs de la formation ont été repensés en fonction des bouleversements apportés par les outils d'IAO, CFAO, dans l'industrie. Les compétences visées pour les formations tentent de concilier une meilleure adaptation aux changements dans la profession, mais aussi une meilleure connaissance des nouvelles méthodes et des nouveaux outils qui s'y rapportent.
Figure 17 : Impact des outils informatiques sur la discipline génie électronique : Demande du système de production
5- CONCLUSION SUR LES RAPPORTS ENTRE LE SYSTEME DE FORMATION ET LE SYSTEME DE PRODUCTION
INDUSTRIELLE
Cet exemple de constitution et d'évolution des contenus disciplinaires prescrits, liée à une formation professionnelle de techniciens supérieurs en électronique montre les relations institutionnelles établies entre le système scolaire et le système de production dans le secteur de l'Industrie électrique et électronique. Ce lien est ici à double sens. Tout d'abord, un lien qui correspond au projet éducatif et qui tente de répondre aux évolutions souhaitées à long terme en terme de compétences non encore existantes à injecter par le biais des formés dans le secteur industriel visé (méthode d’enseignement de l’électronique). Mais aussi un lien qui tente de répondre à plus court terme aux exigences du secteur industriel visé en terme de compétences non encore prises en compte dans la formation et qu'il serait souhaitable d'intégrer pour une meilleure adaptation à la situation professionnelle actuelle (utilisation des outils de CAO)
Le deuxième apport de cette étude concerne la nature et les voies de transposition qui sont opérées pour définir les nouveaux contenus d’enseignement.
La relation établie est directe entre les pratiques et les contenus scolaires par l'importation d'un outil professionnel le logiciel Viewlogic. Cet outil importe avec lui des nouveaux objets et des nouveaux modes (par exemple les ASIC) de représentation de ces objets (les différentes vues disponibles). Il s'agit là de combler un écart entre les pratiques professionnelles et les activités scolaires et de mettre en avant de nouvelles compétences liées à ces outils (statut social) et à ces nouveaux objets. Il faut cependant noter que la finalité de ces nouveaux référentiels n'est pas de former professionnellement à l'utilisation d'un logiciel particulier, ni de former à la conception, mais d'utiliser ces nouveaux environnements pour former des techniciens pour d'autres compétences (mise en œuvre, dépannage) en visant aussi des transmissions de savoirs en électronique (statut scientifique) à travers les représentations disponibles dans ces outils.
La méthode d'enseignement de l'électronique peut être considérée comme un projet de transformation à plus long terme des compétences des agents de production du système industriel. Elle ne correspond pas en effet à une méthode existante dans les pratiques de techniciens électronique, en tout cas au début de son introduction dans le système scolaire. Même si aujourd'hui cette méthode a diffusé dans les milieux industriels, elle reste une élaboration universitaire et un objet d'enseignement universitaire et scolaire.
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Commentaires relatifs à l'Enseignement de l'électronique. Annexe jointe à la note de service n°93.258 du 5 Août 1993.BO n°28 du 2 septembre 1993, pp 2359-2368.
Rapport d'expérimentation du LOgiciel Viewlogic au Lycée Diderot. (1995), Bibliothèque de cellules pour circuits intégrés, Techniques de
