L’impression 3D dans l’enseignement : de nouveaux moyens d’accrocher et de motiver les jeunes

Par Michael Petch
- 23 Mar 2016 - 7 min De Lecture

Et si l’impression 3D était l’invention du siècle, capable de valoriser l’enseignement comme aucune autre n’a pu le faire jusqu’ici ? Si l’on en croit des sondages et des rapports récents, l’avènement de l’impression 3D dans l’enseignement pourrait, entre autres, être la clé du succès de l’insertion des jeunes dans la vie active.

Selon le rapport L’avenir de l’emploi (PDF en anglais) publié en janvier 2016 par le Forum Économique Mondial, dans les quatre ans qui viennent, en partie à cause de l’impression 3D, « plus d’un tiers des compétences de base souhaitables pour assumer la majorité des postes correspondra à des connaissances qui ne sont pas encore considérées comme essentielles pour ces rôles aujourd’hui. » Cette perspective justifierait donc que le système éducatif à l’échelle mondiale traite l’impression 3D comme une priorité en classe.

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Avec l’aimable autorisation de Charlie Nordstrom

Après tout, les racines de l’éducation empirique, par l’action, sont bien établies, puisqu’elle remonte à la seconde révolution industrielle. En 1896, John Dewey, considéré comme l’un des plus grands penseurs du XXe siècle, a inauguré la première « école laboratoire » à l’Université de Chicago. Le type « d’éducation nouvelle » pratiqué par Dewey, l’éducation progressive, excluait les méthodes pédagogiques traditionnelles, comme l’apprentissage par cœur, et favorisait la réflexion et l’action. À l’époque, bon nombre d’inventeurs de génie étaient des gens comme tout le monde : Michael Faraday, les frères Lumière, ou Clément Ader, qui faisaient appel à leurs capacités d’observation et s’appuyaient sur leurs déductions logiques plutôt que sur une formation universitaire poussée.

En se fondant sur les travaux de Dewey, Seymour Papert a mis au point au début des années 1990 une théorie pédagogique connue sous le nom de constructivisme, qui préconise d’enseigner en situation contextuelle et en tenant compte de ce qui motive un élève à s’instruire. Cet apprentissage empirique, au sens où l’entend Papert, a motivé une initiative promouvant l’utilisation d’imprimantes 3D dans les établissements scolaires : FabLab@School est un « réseau mondial en pleine croissance, de laboratoires éducatifs de fabrication numérique. » Ce projet, où les élèves travaillent en groupe, consiste à réaliser des objets à l’aide d’impressions 3D et de découpes au laser, et vise à inciter les jeunes à résoudre des problèmes réels.

« En faisant appel à l’ingénierie pour enseigner les maths, tout le monde comprend le cours, explique Jeffrey Lipton, ancien chef de projet pour Fab@Home, une initiative distincte de FabLab@School, mais fondée sur le même principe. Cela transforme les mathématiques en superpuissance. »

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Il a compris le rôle crucial que l’impression 3D pouvait jouer pour permettre à des concepts abstraits de prendre une forme concrète. Un enfant à qui les équations différentielles ou le calcul infinitésimal posent problème les comprendra mieux s’il imprime un objet capable de produire de l’électricité, et qui en démontre ainsi les principes. Lipton est convaincu que c’est la raison pour laquelle l’ingénierie est « le meilleur moyen d’enseigner les mathématiques et les sciences. »

D’autres partagent cette conviction, notamment les experts du Laboratoire d’enseignement pour les technologies industrielles de pointe de l’université de Virginie aux États-Unis. Son projet de cadre pédagogique pour l’enseignement de la fabrication numérique dans les établissements scolaires (PDF en anglais) précise que le fait de permettre aux élèves de mettre leurs idées en pratique les motive énormément, tout en développant leurs aptitudes au calcul, au travail de groupe, et à la résolution de problèmes.

Cette dernière, qui est inhérente à l’impression 3D est un thème bien connu du pédagogue David Lewis, lui-même parent. Lewis et l’histoire de son fils, Riley, illustrent encore une fois le succès de cet outil dans l’enseignement. À l’âge de 13 ans, Riley s’est rendu à une grande conférence sur la technologie et sur la conception tridimensionnelle, où il a découvert l’impression 3D. Ça a été le déclic, il est devenu accro. Si bien que dans l’année qui a suivi, en quémandant à droite et à gauche pour pouvoir se procurer du matériel et les licences requises, il s’est équipé et a acquis les connaissances nécessaires pour monter son propre laboratoire.

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Avec l’aimable autorisation de Charlie Nordstrom

Malgré le succès de son fils, Lewis était déçu que davantage d’élèves n’aient pas cette chance. Poussé par l’adolescent, il a donc contacté la Discovery Charter School de San Jose, en Californie, et lui a proposé des cours d’impression 3D, de formation aux logiciels CAO, et d’apprentissage connexe. L’établissement a accepté, et depuis 2012, plus de 200 élèves ont pu profiter des leçons de Lewis. Un certain nombre d’entre eux a d’ailleurs réussi à mettre en place des projets Kickstarter. Le pédagogue a déployé cette initiative dans d’autres écoles de la région, ainsi que dans le cadre d’ateliers et de stages comme ceux de Stanford Splash, et d’événements Maker Faire.

« Souvent, il en ressort une collaboration efficace : trois ou quatre [jeunes] s’assoient et résolvent un problème ensemble », explique Lewis au sujet de l’aspect motivant de l’impression 3D. Reprenant la théorie de Papert selon laquelle l’acquisition de connaissances est un processus social et actif, Lewis avance que la technologie fournit une alternative à la « pseudo collaboration, ou collaboration artificielle que l’on retrouve dans la plupart des écoles. » Au lieu de cela, « les enfants accrochent vraiment. C’est formidable », s’exclame-t-il.

Une étude STEM (Sciences, Technologie, Ingénierie, Mathématiques) récente, menée par ACT, l’organisme responsable des examens du même nom, obligatoires pour faire des études supérieures aux États-Unis, montre que ces réussites sont des cas isolés. Parmi ses conclusions principales, le rapport déclare que dans le système actuel, les élèves du secondaire ne sont « pas équipés pour réussir » dans les filières scientifiques, et par extension, dans le monde du travail. Effectivement, la précocité de l’enseignement semble dépendre de la motivation de quelques individus, comme Lewis, plutôt que d’une stratégie cohérente de la part des académies ou du gouvernement, visant à fournir aux élèves le « coup de pouce » dont ils ont besoin.

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Avec l’aimable autorisation de Charlie Nordstrom

Toutefois, même si les budgets permettaient d’équiper chaque classe d’une imprimante 3D, cela ne résoudrait pas le problème du niveau de préparation des jeunes aux études supérieures et à la vie active. En revanche, lorsqu’elles sont intégrées correctement dans le milieu scolaire, ces machines se transforment en outils permettant de réaliser des reconstructions historiques. Celles-ci exploitent des maquettes numériques en ligne et d’autres artefacts appartenant à divers musées, notamment celui des Arts et Métiers, comme des descriptions de brevets ou des carnets d’inventeurs, pour reconstituer et réinterpréter les grandes inventions et les principes sur lesquels elles sont fondées — autrement dit, il s’agit d’appliquer les mathématiques, l’ingénierie et les sciences à des situations plausibles.

L’incorporation réussie d’un programme d’impression 3D dans le cursus scolaire passe par une coordination interdisciplinaire, afin d’en assurer la cohérence. Lipton met en garde contre les « laboratoires de fabrication en série, ou normatifs, » qui facilitent l’évaluation des élèves, mais ne leur laissent pas suffisamment de liberté empirique et ne permettent pas de révéler leur potentiel technique. En revanche, lorsque cela fonctionne bien, les jeunes découvrent que les concepts scientifiques et mathématiques abstraits ont des applications, et peuvent même être affinés. Ces démarches ont en outre un effet positif durable sur le travail scolaire, sur les résultats aux concours d’entrée dans le supérieur, ou même sur les perspectives professionnelles.

Le rôle de l’enseignement, qu’il soit un cursus débouchant sur un emploi ou un itinéraire visant l’épanouissement personnel, continue à susciter des débats. La question de savoir s’il est possible, ou même souhaitable, d’institutionnaliser une technologie émergente dans l’enseignement reste posée. Quoi qu’il en soit, l’impression 3D dans les établissements scolaires permet tout au moins d’éveiller la curiosité des enfants, et de faire naître chez eux une soif de connaissance qu’ils conserveront toute leur vie. Comme Mark Twain l’a dit un jour, il n’a jamais laissé l’école nuire à son éducation.

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