FLASH INFORMATIQUE FI

Cas des Laboratoires d’automatique


Flexibiliser la formation




Yassine Rekik

Denis GILLET


Formation flexible : définition et motivations

Afin de s’adapter aux défis actuels de la société et de l’économie, les établissements universitaires sont amenés à repenser les modalités de formation pour favoriser une plus grande participation des étudiant(e)s. Vu la croissance des effectifs et la limitation des moyens d’encadrement, une telle évolution conduit à relever simultanément des challenges pédagogiques, technologiques et organisationnels. La formation flexible est la réponse qui a été adoptée pour soutenir cette évolution dans la formation en automatique.
Dans une perspective pédagogique, la formation flexible consiste à fournir aux étudiant(e)s un accès étendu aux ressources d’apprentissage en supprimant les contraintes classiques de temps et de lieu. Cette disponibilité accrue des ressources (souvent réalisée grâce à l’exploitation d’Internet et des technologies Web) offre aux étudiant(e)s la possibilité de développer à la fois leurs capacités d’autonomie et de collaboration. La formation flexible est aussi appelée bimodale, les activités d’apprentissage pouvant être réalisées sur le campus ou à distance.
D’un point de vue technologique, il s’agit de fournir les moyens permettant de concrétiser ce concept de formation flexible. Ainsi, il faut exploiter de manière adéquate les infrastructures et les systèmes d’information et de communication.
D’un point de vue organisationnel, la mise en oeuvre d’une formation flexible ne peut se réaliser sans une adaptation des programmes d’études et des formes d’enseignement. Il s’agit pour chaque cours, d’optimiser en particulier la répartition entre les activités présentielles et à distance, synchrones et asynchrones et individuelles ou de groupe.
Dans la formation des ingénieurs, le travail expérimental réalisé en laboratoire ou par simulation est un ingrédient essentiel. C’est également lui qui est intrinsèquement basé sur la participation et qui présente les plus fortes contraintes logistiques. Par conséquent, une approche de formation flexible présente dans ce contexte un grand potentiel de valeur ajoutée.
Cet article résume les résultats associés à la mise en oeuvre d’une démarche flexible dans les travaux pratiques d’automatique. La première partie de l’article décrit l’environnement d’expérimentation à distance développé dans le cadre du projet eMersion. La deuxième partie présente les options de déploiement et les choix pédagogiques, logistiques et organisationnels qui ont permis la réussite de ce projet.

Cockpit : environnement intégré pour l’expérimentation flexible

L’objectif du projet eMersion était de déployer un ensemble de ressources d’expérimentation flexible dans trois domaines pilotes qui sont l’automatique, la biomécanique et la mécanique des fluides. Pour atteindre cet objectif, l’équipe de projet a commencé son travail par une spécification d’outils standard adaptés à la formation pratique offerte à l’EPFL en 3ème ou 4ème année. Cette spécification a résulté d’interviews avec les acteurs concernés, professeur(e)s, assistant(e)s et étudiant(e)s, ainsi que de l’observation de cours de référence par des pédagogues. Cette étape s’est avérée essentielle pour garantir l’efficacité des outils développés, faciliter leur intégration dans le processus de formation, et favoriser leur acceptation par tous les acteurs mentionnés. Ceci a également permis de développer des outils génériques capables d’être exploités dans d’autres domaines de l’ingénierie. Sur la base de cette spécification, un environnement intégré pour l’expérimentation Web a été réalisé. Cet environnement, appelé Cockpit, offre toutes les composantes nécessaires pour la conduite efficace d’une activité d’expérimentation dédiée à la formation.
Le Cockpit est à la fois une métaphore et une interface. La métaphore est celle d’un environnement dans lequel l’étudiant est plongé et d’où il part à l’exploration de son objet d’expérimentation. L’interface du Cockpit est constituée de fenêtres définissant des zones ou des consoles (voir fig. 1).

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fig. 1
Interface du Cockpit

Quatre principales consoles ont été définies

  • La console d’expérimentation constitue la composante essentielle de l’environnement et permet l’accès aux ressources d’expérimentation. Cette console offre généralement des interfaces Web pour exploiter à distance des outils de simulation (des scripts Mathematica ou Matlab, des codes de simulation spécifiques, etc.) et/ou pour manipuler en temps réel des dispositifs physiques (télé-manipulation).
  • La console Boîte à outils donne accès à des outils pour l’analyse et le traitement de résultats expérimentaux. Elle intègre le logiciel SysQuake remote de Calerga qui émule le langage de scripts de Matlab et offre des fonctionnalités graphiques interactives évoluées.
  • La console Journal de laboratoire (eJournal) a été conçue comme une version électronique étendue du cahier de laboratoire traditionnel dans lequel les étudiant(e)s prennent leurs notes et reportent leurs observations. Elle permet de stocker, partager et commenter les documents produits dans des activités individuelles ou en groupe (documents préparatoires, résultats expérimentaux, paramètres de configuration, etc.). Elle est aussi utilisée comme un canal de communication entre les étudiant(e)s et les assistant(e)s en permettant la soumission de documents, l’envoi de questions, le signalement de l’avancement et l’insertion de commentaires (voir figs 2 et 3).
  • La console de Navigation permet d’accéder à des informations additionnelles relatives à l’expérience en cours : le protocole du laboratoire qui donne la liste des étapes à suivre pour réaliser l’expérience, des rappels théoriques en relation avec les sujets traités, une description des ressources d’expérimentation utilisées, une liste bibliographique et, éventuellement, des liens vers des documents ou/et des ressources annexes.
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fig. 2
eJournal - Interface destinée aux étudiants
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fig. 3
eJournal - Interface destinée aux assistants

Depuis sa première version, finalisée à la fin de l’année 2000, le Cockpit a été utilisé pour le déploiement de plusieurs modules expérimentaux. Dans le domaine de l’automatique, il a permis de déployer 7 modules différents permettant la manipulation à distance et en temps réel d’un entraînement électrique et d’un canal aérothermique (voir figs 4 et 5).

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fig. 4
Entraînement électrique
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fig. 5
Canal aérothermique

Dans le domaine de la biomécanique, il a permis de déployer 5 modules de simulation distincts exploitant Mathematica. Enfin, en mécanique des fluides, il a permis de déployer 7 modules de simulation exploitant une soufflerie virtuelle.

Scénario flexible pour les Laboratoires d’automatique

La mise en oeuvre d’un scénario de formation flexible implique une adaptation des modalités d’apprentissage. Il est important de repenser la structure, la présentation et l’organisation de l’information (objectifs, information, étapes). Il est aussi nécessaire de rompre avec les contraintes de lieu et de temps en proposant des solutions combinées (séances classiques en présentiel et travail à distance, support direct et support en ligne, etc.). Enfin, il est important de réorganiser la structure de la formation pour assurer un répartition ad hoc des rôles entre tous les intervenants qui soit compatible avec les modalités choisies.
Des scénarios pédagogiques qui prennent en compte tous les éléments mentionnés précédemment ont été établis et évalués progressivement entre 2000 et 2004 dans le cadre des Laboratoires d’automatique. Chaque travail de laboratoire a été réorganisé en modules de deux heures afin de répondre aux besoins et aux contraintes de différentes sections (électricité, génie mécanique et microtechnique).
Une session préliminaire commune est organisée pour tous les étudiant(e)s au début de chaque semestre. Durant cette séance, les objectifs pédagogiques des différents modules sont clairement énoncés et les dispositifs expérimentaux sont présentés. Ensuite, les étudiants sont initiés à l’utilisation de l’environnement d’expérimentation, ainsi qu’aux outils de communication synchrones et asynchrones mis à leur disposition. Une discussion sur la liberté, mais aussi sur les responsabilités nouvelles associées à une approche flexible a également lieu.
Tous les modules expérimentaux proposés comprennent deux étapes successives : le prélab et le travail de laboratoire. Le prélab ne nécessite pas l’accès aux dispositifs réels d’expérimentation. Son but est d’inciter les étudiant(e)s à réaliser le travail préparatoire nécessaire à la bonne conduite de l’expérience concernée. Une fois le prélab finalisé sous forme d’un rapport succinct, ce dernier doit être soumis à un assistant chargé de sa validation. Aucune date limite n’est imposée pour la réalisation des modules, seul leur ordre doit être respecté. Un labo-test a lieu à la fin du semestre. À terme, il devrait pouvoir être réalisé sur demande lorsque tous les modules requis sont finalisés.
Pour que la formation flexible constitue une réelle valeur ajoutée, le choix entre une conduite des activités d’expérimentation en présentiel ou à distance doit toujours être possible et la transition entre ces deux modalités facilitée. L’assistance traditionnelle fournie à heures fixes dans le laboratoire a donc été redistribuée. Un support présentiel est toujours disponible. Il est toutefois offert sous forme de tranches horaires raccourcies mais plus fréquentes. Un support en ligne est également accessible par email ou via le eJournal. Ce support est différencié pour les questions d’ordre techniques et celles liées à la matière étudiée. Comme indiqué précédemment, la validation des documents préparatoires est traitée pas un assistant attitré.

Les leçons de cette expérience

Le déploiement d’un scénario flexible pour les Laboratoires d’automatique s’est fait de manière progressive. Après un déploiement partiel limité à une dizaine d’étudiants volontaires durant les premiers semestres (2000-2001), puis un déploiement complet destiné à l’ensemble d’une section (2001-2003), les trois sections concernées par cet enseignement (environ 160 étudiants) disposent maintenant d’un accès flexible aux ressources de laboratoire. Cette continuité et cette progression nous ont permis d’atteindre des résultats très satisfaisants dans le cadre du projet eMersion. Elles nous ont aussi permis de tirer de nombreux enseignements dont les principaux sont :

  1. La difficulté d’implantation d’un scénario de formation flexible : comparé à un scénario de formation à distance où les étudiants n’ont pas la possibilité de travailler sur le campus, un scénario de formation flexible présente un challenge supplémentaire. En effet, le choix existant entre apprentissage en présentiel ou à distance met les ressources en concurrence. Seules les ressources en ligne qui présentent une réelle valeur ajoutée sont ainsi exploitées et peuvent soutenir un changement dans les habitudes de formation.
  2. La nécessité d’une stratégie de déploiement global : un scénario d’éducation flexible ne peut vraiment montrer ses avantages que dans le cadre d’un déploiement à grande échelle, c’est-à-dire, au moins dans le cadre du plan d’études complet d’une volée. En effet, flexibiliser deux heures d’apprentissage dans un horaire qui comprend une vingtaines d’autres heures fixes limite fortement le bénéfice que peuvent en retirer les étudiant(e)s. Pour surmonter cet obstacle, il est impératif de s’orienter vers des initiatives collectives (sections, filières de master, etc.) qui présentent un plus grand potentiel qu’un cours isolé.
  3. La nécessité de professionnaliser le déploiement de l’e-learning : dans la majorité des projets d’e-learning , le déploiement de ressources novatrices d’apprentissage est souvent caractérisé par un amateurisme qui limite leur exploitation et leur acceptation par les différents intervenants, tels les professeur(e)s, assistant(e)s et étudiant(e)s). Professionnaliser le déploiement dans le domaine du eLearning consiste d’abord à soigner l’ergonomie et l’interfaçage des ressources (participation de graphistes et d’ergonomes lors du développement). Il s’agit ensuite d’assurer la disponibilité et la fiabilité des ressources déployées pour instaurer un climat de confiance nécessaire à leur acceptation (sauvegardes régulières pour assurer la sécurité et la pérénité des données, installation de serveurs de relève (clones) pour assurer la reprise du fonctionnement en cas de pannes, maintien d’une permanence technique, etc.). Enfin, le dernier aspect relatif à la professionnalisation du déploiement consiste à dépasser les actions individuelles pour s’orienter vers une fédéralisation des ressources (portails communs, librairies de ressources, mécanismes d’échange, etc.) afin de réellement capitaliser sur la richesse et la variété des contenus et des services disponibles en ligne.

Pour terminer

C’est grâce à l’initiative du Conseil des Écoles Polytechniques Fédérales et au support financier obtenu dans le cadre de son programme de Nouvelles Technologies Éducatives que l’expérience présentée a été menée à bien. La durée relativement longue de cette expérience (3 ans) a permis d’itérer continûment, mais en focalisant sur des adaptations incrémentales, entre les phases de conception, de développement, de déploiement et d’évaluation. Une telle approche est la seule applicable lorsque le terrain d’expérimentation des rénovations pédagogiques et des ressources d’e-learning est un enseignement obligatoire offert au plan d’études de plusieurs sections.
Les résultats obtenus dans le cadre du projet eMersion ont permis de consolider le positionnement de l’EPFL parmi les principaux acteurs internationaux de l’e-learning, en particulier en raison du nombre d’étudiants touchés et de l’aboutissement des solutions déployés. Notre groupe a ainsi été sollicité pour participer au réseau d’excellence européen ProLearn financé par le 6ème programme cadre de l’Union Européenne (http://www.prolearn-project.org). L’environnement Web eMersion a été choisi dans le cadre de ce réseau pour servir de plate-forme d’intégration des services offerts par les différents partenaires impliqués dans le développement de ressources d’expérimentation en ligne.



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