8mes Journes Informatique et Pdagogie des Sciences Physiques - Montpellier 1998 99
SIMULATION DE TRAVAUX PRATIQUES ENLECTRICIT, LECTRONIQUE ET LECTROTECHNIQUE
Marc BOUCHET, Charles COLOMBIER, Jean FAURE, Jean-Franois GALVIN,Jean HUGONCNED - Institut de GrenobleDomaine Universitaire B.P. 338040 GRENOBLE CEDEX 904 76 03 41 [email protected]
1. Enseignement distance et activits exprimentales
Outre les objectifs de connaissance fixs par les programmes officiels, lenseignement distance doit prendre en compte les objectifs de mthodologie exprimentale ou de savoir-faire exprimentaux que vise lenseignement de la physique applique, notamment :laboration dun protocole, ralisation dun montage, mesures et leur traduction graphique,enfin exploitation de ces rsultats.
Au CNED, cette ncessit nous a amen envisager des sances de regroupement pourtravaux pratiques dans des lyces techniques partenaires. Le volume horaire moyen de cesregroupements est de soixante heures seulement. Au cot de mise disposition du matriel etde lencadrement technique et pdagogique (rpercut partiellement vers linscrit) sajoutentles cots de dplacement et hbergement la charge de linscrit. Il est donc difficiledaccrotre ce volume.
Le public de nos classes dannes prparatoires aux BTS Industriels est pour 80% constitudadultes qui travaillent dans lindustrie et souhaitent reprendre leurs tudes. Il faut donc crerdes passerelles entre leur activit professionnelle et les savoirs et savoir-faire acqurir telsqu'ils sont dfinis dans les rfrentiels.
Les lments prcdents nous ont invit utiliser la simulation pour multiplier lesmanipulations et le multimdia (lillustration sonore, limage fixe ou anime, photographiqueou de synthse) pour les passerelles entre lactivit professionnelle, les conditions matriellesdu laboratoire et l o il apportait une plus-value comme dans lillustration de phnomnesphysiques ou lemploi de mthodes de rsolution graphique.
2. Descriptif sommaire des contenus et des modes dutilisation
Les thmes retenus sont : oscilloscope, RLC, diples actifs linaires, moteurs courantcontinu et asynchrone, redressement non command et command, wattmtre,transformateurs, hacheur, onduleur, amplificateur oprationnel, filtrage et spectres.
Pour chaque thme, notre cdrom prsente trois modes dutilisation : mode guid, modeentranement et mode simulateur. Le mode guid permet la prise en main rapide du simulateuren prsentant son ergonomie travers un exemple dutilisation enregistr du type expriencede cours ralise par le formateur. Le mode entranement a pour support un protocole detravaux pratiques avec un questionnement progressif ; les rponses y sont accessiblesimmdiatement. Le mode simulateur est destin une utilisation libre sur linitiative delapprenant (activit de dcouverte) ou la demande du formateur (activit dapprentissage ou
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dvaluation). En outre, un outil de traitement des donnes sera prsent sur le cdrom,accessible tout moment avec importation automatique des donnes gnres par lessimulateurs.
Dans chaque thme, une partie appele complments permet de visualiser (photos, vidos) lessystmes simuls en prsentant leurs principales caractristiques et/ou de prsenter deslments thoriques pour lesquels lanimation et lhypertexte facilitent la comprhension.Dans cette partie, laspect professionnel li au simulateur concern est voqu travers unlieu unique, le tramway de Grenoble, le thme du transport lectrique permettant de retrouverla quasi-totalit des systmes techniques simuls.
3. Simulation et activit de lapprenant
Dans lensemble du cdrom, il sagit de simuler un environnement de TP sur table ou surbancs dessais machines avec des rponses rapides aux actions cest--dire un temps derponse gal au temps rel. Il sagit de faire "mouliner" des modles rapides. Le niveau demodlisation des simulateurs est suprieur au niveau de modlisation faire acqurir lapprenant sans pour autant atteindre les performances des meilleurs simulateurs connus.
Les principes qui suivent nous ont conduits tout au long de la ralisation :
lapprenant ne doit pas tre un consommateur de rsultats prpars ou suivre seulement unprotocole, il doit tre cratif dans son activit dexprimentateur,
la physique applique, travers les travaux pratiques, doit stimuler des qualitsparticulires : curiosit, esprit dinitiative et tnacit, sens critique,
la dmarche exprimentale doit aider matriser les concepts qui grent le fonctionnementdun dispositif, mmoriser (car on retient mieux ce que lon fait) et articuler pratiquesexprimentales et appropriation de connaissances thoriques.
4. Contraintes et mthodes de simulation
Lors de la construction des simulateurs, il convient davoir lesprit les limitations techniqueset physiques, notamment celles de la reprsentation lcran, qui conditionnent le type demodlisation et de reprsentation. Les simulations utilises sappuient sur diffrentesmthodes : rsolution dquations diffrentielles (hacheur), chantillonnage (moteur), etmodules spcifiques SPICE (redressement).
Pour chaque simulateur, il convient de sinterroger sur les dfauts de limage et de lareprsentation (les pixels de lcran), sur ce qui traduit les "dfauts physiques" des matriels(le transistor commute 1 ms), et sur le domaine de variation des paramtres qui permet desassurer de la validit de la modlisation.
5. Enseignement en prsence, enseignement distance
Pour lenseignement en prsence, la simulation permet lautoformation et/ou le travail enautonomie. Elle peut tre utilise pour prparer ou prolonger une manipulation au laboratoireou sur banc dessai en saffranchissant des contraintes de disponibilit des laboratoires et despersonnels de laboratoire comptents ncessaires. Nos contacts de validation ont faitapparatre deux nouvelles utilisations non prvues initialement : pour des lves handicapsne pouvant accder certains quipements et pour pallier linaccessibilit temporaire auxlaboratoires dans un tablissement en rnovation.
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Notre cdrom de simulation sera associ un service en ligne sur Internet qui assurera lesuivi de lutilisation du cdrom du point de vue informatique et pdagogique. Les servicesprvus sont : messagerie pour le tutorat et entre utilisateurs, foire aux questions,tlchargement de complments, slection de sites. A moyen terme, on peut penser untutorat synchrone avec prise de contrle distance des simulateurs. Ce service sera assur parun enseignant mi-temps, celui-ci travaillant partir de son domicile.
6. En guise de conclusion
Nous sommes conscients que rien ne peut remplacer la confrontation au rel avec les"imprvus" invitables et riches denseignement : vieillissement des appareils, historique desutilisations, drives thermiques Notre seule ambition est damliorer les conditionsdapprentissage dun public en enseignement distance.
Enseignement distance et activits exprimentalesDescriptif sommaire des contenus et des modes dutilisationSimulation et activit de lapprenantContraintes et mthodes de simulationEnseignement en prsence, enseignement distanceEn guise de conclusion
