Processus industriels vs processus d’apprentissage, un risque pour l’enseignement des sciences de l’ingénieur ? Stéphane Brunel Stephane.brunel@u-bordeaux.fr Philippe Girard Philippe.girard@u-bordeaux.fr

Processus industriels vs processus d’apprentissage, un risque pour l’enseignement des sciences de l’ingénieur   Stéphane Brunel Stephane.brunel@u-bordeaux.fr  Philippe Girard Philippe.girard@u-bordeaux.fr

Processus industriels vs processus d’apprentissage, un risque pour l’enseignement des sciences de l’ingénieur Stéphane Brunel Stephane.brunel@u-bordeaux.fr Philippe Girard Philippe.girard@u-bordeaux.fr

Résumé

Cet article montre comment les processus industriels sont support des apprentissages des élèves et/ou des étudiants formés aux sciences industrielles et de l’ingénieur. Il s’attache ensuite à appréhender les conséquences de cette stratégie d’apprentissage sur l’évolution du regard porté sur la technique. En effet, la distanciation nécessaire de l’objet technique au sujet d’apprentissage est parfois complètement occultée par le processus lui-même. Sans tomber dans la remise en cause des choix faits par les instances éducatives, il convient de prendre un peu de recul en ces temps de transformations radicales des modes d’enseignement et de regards portés sur l’étude des objets fabriqués par l’homme lors de la formation. Nous montrerons comment l’enseignement est passé d’une approche centrée sur l’action et la réalisation, à une approche dite « système » risquant, à terme, une perte de vue de l’objet principal qu’est l’apprentissage des sciences industrielles et de l’ingénieur : savoir concevoir et élaborer des produits et des services dans un contexte technico-socio-économique fortement changeant.

Introduction

La réforme de l’enseignement des sciences industrielles et de l’ingénieur en France, impose de questionner la dynamique dans laquelle les enseignants, les élèves et l’ensemble des acteurs impliqués dans celle-ci doivent se projeter. Notre approche mettra en évidence la démarche spécifique de didactisation des processus et démarches de projet et leur impact sur les préconisations institutionnelles. De plus, nous ferons un va-et-vient permanent pour montrer comment les processus industriels utilisés en ingénierie percolent dans les processus didactiques utilisés dans l’enseignement et les apprentissages de la voie technologique et professionnelle.

Nous sommes depuis de nombreuses années des acteurs impliqués dans différents mondes des apprentissages qui proposent tous des représentations simplifiées des modèles de structures complexes possédant de multiples interactions. Ces mondes supportés par des modèles montrant des processus technologiques basés sur des projets, sont confrontés à un double flux voire triple flux. Celui de la modélisation des processus technologiques et celui de la modélisation des processus d’apprentissage.

Cet article propose d’interroger la part d’implicite ou d’explicite, la question de la réalité d’un changement complet de paradigme, dans la mise en parallèle des processus d’apprentissage et la conduite de projet industriel qu’imposent les nouveaux référentiels de formation. La section 2 présente les enjeux de la réforme de l’enseignement des sciences industrielles et de l’ingénieur par la mise en place de la filière des sciences et technologie de l’industrie et du développement durable. La section 3 concerne l’analyse des nouveaux référentiels de formation au regard de ceux préexistants depuis 1992 (REF 92). La section 4 montre les stratégies d’apprentissage retenues dans le cadre de cette réforme et, finalement, la section 5 en présente les risques et limites.

L’enseignement des STi2D

L’objectif de la réforme des enseignements des sciences et technologie de l’industrie et du développement durable (STi2D), déclenchée dès la parution du Journal Officiel (JO 10) du 29 mai 2010 et le décret (LEGI 10), est de distinguer la voie technologique des voies générales et professionnelles afin de mieux préparer les lycéens à poursuivre des études supérieures, par exemple vers les métiers d’ingénieur et de technicien supérieur. Cette réforme a vu sa mise en œuvre obligatoire dans les établissements, dès la rentrée 2011 (REF 11) pour les premières STi2D et dès la rentrée 2012 pour les terminales STi2D. Elle se décline en quatre spécialités :

  • innovation technologique et éco-conception ;
  • systèmes d’information et numérique ;
  • énergies et environnement ;
  • architecture et

Le législateur a voulu mettre en place des parcours plus fluides permettant une organisation des enseignements favorisant une spécialisation progressive.

Ainsi, à un tronc commun classique de 8 disciplines, s’ajoutent des enseignements technologiques transversaux qui permettent aux élèves d’acquérir des connaissances technologiques communes à toutes les spécialités.

De plus, en complément de ces enseignements transversaux, il est proposé aux élèves des enseignements technologiques spécifiques qui conduisent à un approfondissement des connaissances selon la spécialité choisie.

Acquérir une culture industrielle tout en intégrant les enjeux du développement durable de la planète est l’enjeu majeur de la série STi2D. Elle accompagne les élèves vers des formations post-bac courtes de type BTS ou DUT voire ensuite vers des licences professionnelles. Les enseignements sont principalement technologiques. Le développement durable, la compétitivité, la créativité sont des priorités abordées au cours de ces enseignements. L’électronique, la mécanique, l’étude des matériaux font partie des enseignements technologiques transversaux. Plusieurs notions seront abordées dans des domaines complètement différents mais qui se recoupent par grands centres d’intérêts.

Le préambule des programmes que l’on peut lire dans le document (REF 11) confirme cette succincte entrée en matière.

« L’émergence d’attentes complexes de la société concernant le développement durable, le respect de l’environnement et la responsabilité sociétale des entreprises dans le déploiement de nouvelles techniques doit se traduire dans la nature des compétences à faire acquérir aux élèves. Les réponses au «comment» qu’apportaient jusqu’ici les enseignements de technologie doivent être complétées aujourd’hui par des réponses au «pourquoi», associées à des démarches d’analyses multicritères et d’innovation technique. Qu’il s’agisse de produits manufacturés ou d’ouvrages, toute réalisation technique se doit d’intégrer les contraintes techniques, économiques et environnementales. Cela implique la prise en compte du triptyque matière- énergie-information dans une démarche d’éco-conception incluant une réflexion sur les grandes questions de société :

  • l’utilisation de la matière pour créer ou modifier les structures physiques d’un produit ;
  • l’utilisation de l’énergie disponible au sein des systèmes/produits et, plus globalement, dans notre espace de vie ;
  • la maîtrise du flux d’informations en vue de son traitement et de son exploitation.

Les compétences et les connaissances associées, relatives aux domaines de la matière, de l’énergie et de l’information constituent donc la base de toute formation technologique dans le secteur industriel. Le baccalauréat sciences et technologies de l’industrie et du développement durable (STi2D) permet :

  • d’acquérir un socle de compétences nécessaires pour comprendre et expliquer la structure et/ou le fonctionnement des systèmes. L’ensemble de ces compétences nécessaires seront décrites et regroupées dans les enseignements technologiques communs ;
  • d’aborder la conception des systèmes en étudiant particulièrement les solutions dans l’un des domaines d’approfondissement dans le cadre d’une  spécialisation, sans négliger les influences réciproques des solutions retenues dans les autres domaines.

Le baccalauréat sciences et technologies de l’industrie et du développement durable est composé pour les enseignements technologiques des enseignements communs et ceux des quatre spécialités visant l’acquisition de compétences de conception, d’expérimentation et de dimensionnement dans leur champ technique propre selon des degrés de complexité adaptés au niveau baccalauréat. À la différence du baccalauréat professionnel, la voie technologique ne vise aucune finalité professionnelle. Il n’y est donc pas fait référence à des apprentissages de savoirs et savoir-faire garantissant une aptitude à la réalisation de produits, d’ouvrages ou de services.

Sur les plans scientifiques et technologiques, le titulaire du baccalauréat STi2D sera détenteur de compétences étendues car liées à un corpus de connaissances des trois domaines matière-énergie-information, suffisantes pour lui permettre d’accéder à la diversité des formations scientifiques de l’enseignement supérieur : université, écoles d’ingénieur, CPGE technologiques et toutes les spécialités de STS et d’IUT. Ces compétences constituent un socle permettant l’acquisition de connaissances nouvelles tout au long de la vie.

Ceci constitue une visée ambitieuse de poursuites d’études mais si les objectifs assignés sont comparables à ceux de la série scientifique, les parcours, adaptés aux profils des jeunes, permettront de mobiliser des aptitudes différentes permettant de révéler les potentiels de chacun. »

Analyse du référentiel

Cette partie montre comment le référentiel précédent (REF 92), lui-même en forte évolution par rapport au précédent référentiel des sections d’enseignement appelées F 1, 2, 3, etc., est définitivement et irrémédiablement transformé. Les intitulés parlent déjà d’eux-mêmes. Nous sommes passés de la dénomination F1, construction mécanique à STi, sciences et techniques de l’industrie génie mécanique à STi2D sciences et technologie de l’industrie et du développement durable. Il est étrange de constater que plus on ajoute de mots et plus on s’éloigne des différents cœurs des sujets traités. Le tableau ci-dessous montre un resserrement des appellations et paradoxalement le même foisonnement en termes d’options.

Référentiel de 1992 Référentiel 2010
STI spécialité arts appliqués STi 2D spécialité architecture et construction
STI spécialités : génie mécanique, option structures métalliques, génie mécanique, option bois et matériaux associés STi 2D spécialité : innovation technologique et éco conception, ou

architecture et construction

STI, spécialité génie électronique STi 2D spécialité système d’information et numérique
 

STI spécialité génie électrotechnique

STi 2D spécialité : énergies et environnement, ou système d’information et numérique
 

STI spécialité génie énergétique

STi 2D spécialité : énergies et environnement, ou architecture et construction
STI spécialités : génie des matériaux génie mécanique options : matériaux souples, microtechniques, productique mécanique

systèmes motorisés

 

 

STi 2D spécialité innovation technologique et éco- conception

 

 

STI spécialité génie optique

STi 2D spécialité innovation technologique et éco- conception, ou

STL spécialité sciences physiques et chimiques en laboratoire

Figure 1 : Changement de dénominations des différentes spécialités

De plus, à la lecture des référentiels (REF 92), il apparaît des points importants et intéressants pour notre démonstration. Il est demandé aux élèves en option construction mécanique de fournir « un travail sur machine à commande numérique, étude de la qualité d’un produit, gestion de la production, contrôle et usinage de pièces… »

Dans une autre partie, il estnoté que les élèves devaient, en fin d’apprentissage, posséder des compétences opérationnelles :

« Outils de recherche et de représentation des solutions en phase d’avant-projet

  • dessin à main levée (croquis, vue à I’échelle, perspective) ;
  • schémas (cinématiques et technologiques) : conventions de représentation, bibliothèque de schémas
  • aides

Outils de représentation des solutions en phase d’étude — dessin de projet au crayon et aux instruments et/ou assisté par ordinateur : représentation des formes géométriques simples et de leurs combinaisons sur plusieurs vues, vues locales, représentation conventionnelle des composants et constituants de liaison, normalisation ;

  • nomenclature et Iégendes.

Outils de représentation des solutions en phase d’exploitation

  • dessins éclatés,
  • perspectives,
  • notices de montage et de maintenance,
  • aides »

Il est frappant de constater que nous sommes passés d’une approche « techno- centrée » à une approche « système centré ». Nous en voyons encore une fois l’illustration sur la figure 2.

En effet, dans l’approche proposée par les nouveaux référentiels, il est fait appel à une démarche unique de compréhension des systèmes supports des apprentissages. Les systèmes sont ainsi modélisés et caractérisés à l’aide d’invariants qui permettent d’appréhender leurs fonctionnalités indépendamment des solutions mises en œuvre. On peut ainsi proposer l’identification des éléments susceptibles d’avoir un impact environnemental et en même temps, demander aux élèves de montrer les éléments qui influent sur le développement du système lui-même. Il est aussi attendu des élèves la capacité de proposer une description fonctionnelle, structurelle et logicielle du système étudié.

Ainsi le regard distancié du technologue sur le système technique est bien interrogé mais pas la maîtrise technique et opérationnelle d’un procédé ou d’un dimensionnement d’une solution technique par exemple.

Objectifs de formation Compétences attendues
 

Société et développement durable

 

 

01 – Caractériser des systèmes privilégiant un usage raisonné du point de vue développement durable

001.1.    Justifier les choix des matérieux, des structures d’un système et les énergies mises en œuvre dans une approche de développement durable.

 

001.2     Jusitifier le choix d’une solution selon des contraintes d’ergonomie et d’effets sur la santé de l’homme et du vivant.

 

 

 

02 – Identifier les éléments permettant la limitation de l’impact environnemental d’un système et de ses constituants

2.1.                           Identifier les flux et la forme de l’énergie, caractériser ses transformations et/

ou modulations et estimer l’efficacité énergétique globale d’un système.

 

2.2.                           Justifier les solutions constructives d’un système au regard des impacts environnementaux et économiques engendrés tout au long de son cycle de vie.

 

Technologie

 

 

03 – Identifier les éléments influents du développement d’un système

3.1.                           Décoder le cahier des charges fonctionnel d’un système.

 

3.2.                           Évaluer la compétitivité d’un système d’un point de vue technique et économique.

 

 

 

 

 

04 – Décoder l’organisation fonctionnelle, structurelle et logicielle d’un système

004.1. Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d’un système ainsi que ses entrées/sorties.

 

4.2             Identifier et caractériser l’agencement matériel et/ou logiciel d’un système.

 

4.3             Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d’un système.

 

4.4             Identifier et caractériser des solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l’énergie et aux informations (acquisition, traitement, transmission) d’un système.

Figure 2 : Objectifs et compétences des enseignements technologiques communs du baccalauréat STi2D

Apprentissage en STi2D

Les  modèles d’apprentissage

Les modèles que la communauté des didacticiens préconise depuis plusieurs années se construisent à partir de deux grandes familles (Barbier 91) :

  • Le behaviourisme : qui est une réflexion centrée sur le produit et qui est dominé par le couple objectif-évaluation. Les comportements attendus sont décrits précisément en prenant en compte les caractéristiques individuelles et leurs pré-requis. L’évaluation est L’apprentissage associe un comportement à une situation.
  • Le constructivisme et/ou socioconstructivisme : qui est une réflexion centrée sur les acteurs et les Les actions dans lesquelles ils s’inscrivent, sont prises en compte par une description précise. Les acteurs participent directement à l’élaboration des objectifs sur lesquels ils seront évalués. On constate ici une coconstruction très proche de celle utilisée dans les projets industriels. L’acteur de l’apprentissage puise dans ses références proches, les moyens d’analyse des processus. Il en est également l’acteur privilégié en faisant par-lui même.

Les apprentissages en STi2D se basent principalement et exclusivement sur l’apprentissage par projet.

Nous pouvons définir la pédagogie par projet par le modèle présenté figure 3.

Figure 3 Apprentissage par projet RAIFFET2014

Figure 3 Apprentissage par projet RAIFFET2014

Il apparaît de façon très nette que l’apprentissage par projet trouve son déroulement dans le cheminement d’un processus systématique dans un temps défini. Dans l’observation et la compréhension des processus systématiques, nous assistons à une acquisition des connaissances et à un transfert de celles-ci en parallèle. Autrement dit, c’est l’investigation et la mise en œuvre des connaissances pendant le projet qui sont sources d’apprentissage pour l’élève. La supervision professorale consiste, par le biais du projet, à conduire l’élève vers les connaissances que le professeur souhaite lui faire acquérir. Le projet ne saurait alors être qu’un prétexte à apprendre, qu’un support à la stratégie d’apprentissage et pas une fin en soi.

La supervision professorale dans l’apprentissage par projet, peutêtre distribuée à des individus ou à un collectif : l’élève apprend en faisant et son autonomie, donnée par le projet, est source de succès. Le résultat sera d’autant plus grand que le travail de groupe sera important ; ce qui permet, en plus, à chaque acteur du groupe d’appréhender d’autres compétences de type savoir-être.

Processus industriels : référents pour l’apprentissage par projet en STi2D

Avantla réforme, la formation étanttechno-centrée, pour chaque objetsupport à l’acquisition de connaissances technologiques, nous pouvions retenir le modèle de la figure 4.

Figure 4 Modèle du processus d’apprentissage en S2i RAIFFET2014

Figure 4 Modèle du processus d’apprentissage en S2i RAIFFET2014

Les démarches, méthodes, activités, supports et ressources, sont autant de transmetteurs obligés participant au transfert des connaissances. Cet ensemble est composé de toutes les techniques développées au cours de la maturation lente des technologies industrielles au sein d’ateliers, de services des entreprises ainsi que dans les laboratoires de recherche ou divers organismes de certification par exemple.

Ils sont sources des connaissances mais également support des processus qui les génèrent et qui les transmettent.

De plus, lorsque l’acteur expert souhaite transmettre ses connaissances, il doit passer par un processus d’élaboration de son projet. Ce processus est lui-même inscrit dans le choix, l’élaboration et la mise en œuvre des supports, méthodes, activités, démarches et ressources de connaissances qu’il met en place. Par exemple gérer un flux de pièces par la méthode Kanban.

Les moyens, la méthode et les finalités sont étroitement confondus. Nous ne nous avancerons pas jusqu’à dire que c’est unique dans les processus d’apprentissage mais ce n’est pas un phénomène si courant que cela.

En STi2D c’est le processus industriel qui va être utilisé comme processus référent pour l’apprentissage par projet. Il a été retenu comme modèle de processus celui de la conception routinière (Pahl, G. et Beitz, W., 1996). C’est un modèle très simplifié de la réalité des processus industriels et totalement éloigné des processus de développement de produits nouveaux (Solehnius G., 1992). Il est caractérisé par une représentation séquentielle des activités du projet alors que celles-ci sont, pour tout ou partie, menées en parallèles et qu’en aucun cas un processus industriel est linéaire (voir les cycles en V ou les modèles spirales par exemple)

La figure 5 montre le type de processus industriel qui a été retenu pour servir de support à la démarche d’apprentissage projet en STi2D. Elle souligne également qu’à chaque étape se déroule un cycle d’apprentissage (figure 5). Nous voyons très clairement ici la conjonction du processus industriel et l’injection dans celui-ci des apprentissages connexes et intrinsèques à lui.

Figure 5 Processus d’apprentissage en S2i RAIFFET2014

Figure 5 Processus d’apprentissage en S2i RAIFFET2014

Les risques

Le risque principalement perçu à travailler uniquement à partir de références industrielles est de deux ordres

  1. Confondre la réalité et la représentation de celle-ci. Le processus industriel a une réalité temporelle modélisée mais n’a pas forcément toutes les modalités et aléas convergents vers une modélisation simple accessible par des Les spécialistes des « supply chain » savent pertinemment combien il est difficile de modéliser l’ensemble des paramètres induits par les processus eux-mêmes.
  2. Oublier en fin d’étude que le processus industriel est un support d’apprentissage et non une finalité en Souvent, les étudiants en restent à une dichotomie entre le processus industriel et le processus d’apprentissage. Cela évoque simplement que l’intégration même facilitée par des langues et des repères d’expressions communes semble ne pas faire le saut intégratif souhaité.
  3.  Donner une vision des processus industriels réels complètement erronée parce que ceux-ci sont abordés de façon simpliste (Bordallo, Ginestet, 2006).
Figure 6 Les risques et dérives probables RAIFFET2014

Figure 6 Les risques et dérives probables RAIFFET2014

 

De plus, comme le montre la figure 6, trois dérives peuvent être identifiées. La dérive technocratique peut transformer l’apprentissage en une sorte de répétition sans grande analyse de procédures pré-mâchées. Les acteurs apprenant se transformant peu à peu en adeptes d’une théorie sans recul.

Une dérive productiviste qui ne prend pas en compte la réalité des besoins émis par une vraie représentation de la réalité. Et enfin une dérive due à un phénomène existant et commun dans le milieu industriel et dans le milieu des apprentissages, à savoir : un risque fort de démotivation si le projet ne correspond pas à des attentes clairement identifiées par les acteurs.

Conclusion

De tous temps, les objets issus de l’industrie ont été les supports des apprentissages dans l’enseignement des sciences industrielles et de l’ingénieur. À l’origine des enseignements techniques, les processus d’apprentissage étaient technico- centrés ou centrés sur des apprentissages d’origine artisanale intégrant une certaine dextérité manuelle. Par la suite, l’enseignement de la technologie et des sciences industrielles a eu pour objet d’étude des modèles et des processus de conception-élaboration des objets construits par l’homme au sens des sciences de l’artificiel (Simon H.A., 1984). Aujourd’hui, force est de constater qu’avec cette nouvelle approche de système-centrée, l’apprentissage se forge sur des supports simplificateurs et qui s’éloignent lentement mais surement de la réalité des processus industriels. Nous avons essayé de démontrer que l’étude de processus industriels simplistes comme support à l’apprentissage par projet ne pouvait pas seule permettre à un élève de devenir un citoyen technologue. Le risque d’une trop grande proximité entre « processus industriel » objet d’étude et processus d’apprentissage objet de réalisation et d’action dans la classe pose aujourd’hui une vraie question de société. La distanciation à la chose technique et opérationnelle, pose également une question fondamentale qui rejoint les préoccupations d’une désindustrialisation croissante de notre pays. Ces professions intermédiaires du monde technologique, possédant une compétence des processus et des actions qu’ils génèrent, semblent être entrées dans un temps révolu. Le « faire », a été supplanté par le « regarder faire » et « analyser et observer ». Plus généralement, notre société est engagée inévitablement vers le monde de la connaissance source d’innovation et développement futur, mais, peut-on concevoir sans savoir faire ?

Bibliographie

Barbier,  J.-M.  (1991).  Élaboration  de  projets  d’action  et  planification.  Paris  :  Pédagogie d’aujourd’hui, PUF.

Bordallo, I., Ginestet, J.-P. (2006). Pour une pédagogie du projet (p. 12). Hachette Education, ISBN : 978-2-01-170921-9.

Journal Officiel, NOR : MENE0929855A, RLR : 524-0d ; 509-0, arrêtés des 27-1 et 1-2-2010, J.O. des 28-1 et 3-2-2010, MEN – DGESCO A1-3

Légifrance, http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000022275706, consulté le 2/6/2014.

Ministère de l’Éducation nationale, direction générale de l’enseignement scolaire (2011, juin). Programme d’enseignements technologiques, série STi2D. https://www.ac-paris.fr/portail/ upload/docs/application/pdf/2011-09/programme_sti2d_publication_cndp.pdf, consulté le 6 juin 2014.

Arrêté du 10 juillet 1992, BO hors-série du 24 septembre 1992 (Tome III – Brochures 4 et 5). Pahl, G. et Beitz W. (1996). Engineering Design, a systematic approach. Berlin : Springer-Verlag. Simon, H.A. (1984). The Sciences of the Artificial 2nd Edition. Cambridge : MIT Press.

Solehnius, G. (1992) Concurrent Engineering, Annals of CIRP, 41(2), 645-655

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