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Publié le 22 janvier 2019 | Multidisciplinaire

Des étudiants aux commandes d'une imprimante 3D dans le cadre d'un projet interdisciplinaire en Sciences de la nature

Dans le cadre d’une activité d’apprentissage interdisciplinaire, nous avons décidé de faire vivre à nos étudiants de Sciences de la nature un véritable projet de conception et de fabrication numérique. L’activité, échelonnée sur 2 sessions, a fait intervenir des experts extérieurs au domaine de l’éducation dont les interventions visaient à stimuler la créativité des étudiants, en plus d’accentuer le caractère réaliste du projet.

Genèse du projet

Au printemps 2016, le Collège Laflèche a fait l’acquisition de sa première imprimante 3D, qu’il a destinée aux étudiants du programme Sciences de la nature. Dès l’hiver 2017, des étudiants suivant en parallèle le cours de Chimie des solutions de Martin et le cours de Mécanique de Mylène ont réalisé un premier projet interdisciplinaire faisant appel à la conception et à l’impression 3D.

Dès le printemps 2017, favorable à la cause du numérique et convaincu par les résultats du projet de l’hiver 2017, le Laflèche investit dans l’aménagement d’un espace de création numérique destiné à toute la communauté étudiante : le Lab321 - Atelier de fabrication numérique.

Lab321 – Atelier de fabrication numérique

Motivés à la fois par l’enthousiasme de nos étudiants, la vague numérique ambiante et les investissements de notre organisation, nous avons proposé aux étudiants de la cohorte suivante un nouveau projet de plus grande envergure pour lequel nous avons reçu un soutien financier du programme NovaScience. Ce projet comportait 2 phases distinctes.

Phase 1 - Conception et fabrication d'un conductimètre numérique

Depuis quelques années, Martin réalisait avec ses étudiants du cours de Chimie des solutions un petit projet de conception d'un conductimètre (un appareil servant à mesurer la conductivité de solutions d’électrolytes). Ils devaient utiliser des matériaux « ordinaires » pour fabriquer leur appareil (une pile, une ampoule DEL, différents conducteurs en guise d’électrodes, etc.)

Avec l’avènement des imprimantes 3D au collège, ce projet a connu une avancée technologique importante. À l’hiver 2018, nous avons invité nos étudiants à concevoir eux-mêmes le boîtier de plastique de leur conductimètre, à imprimer celui-ci puis à y intégrer l’électronique nécessaire à son fonctionnement.

Conception 3D et assemblage du circuit du conductimètre

Conductimètres conçus par les étudiants à l’hiver 2018

À travers ce projet, notre ambition était aussi de faire vivre aux étudiants des situations d’apprentissage réalistes qui ressemblent aux défis quotidiens que doivent relever les travailleurs des secteurs de l’ingénierie et des technologies. Pour nous aider, nous avons fait appel à des ressources externes de façon à soutenir nos étudiants dans leur démarche de conception :

  • Alexis Bilodeau, président et ingénieur de la firme Novo, est venu offrir à nos étudiants un séminaire sur la gestion de l'innovation. Il a, entre autres, expliqué que le design d'un nouveau produit se fait à travers de nombreuses boucles de rétroaction : le concepteur doit constamment dialoguer avec son client pour ajuster le plus rapidement possible sa proposition aux besoins de celui-ci.
  • Fédéric Lajeunesse, designer et artiste, a offert aux étudiants une conférence sur la démarche créative et sur les notions de base du design. Il a aussi interagi avec les étudiants afin de les stimuler dans la phase de conception de leur projet.

En début de session, nous avons soumis un devis technique aux étudiants pour leur présenter les exigences et les critères de correction du projet associés à nos cours respectifs. Cinq séances de laboratoires de chacun des cours ont été consacrées à la réalisation du projet pour un total de 20% de la note finale de chacun des cours.

Grâce à l'imprimante 3D, à l’apport des ressources externes et à l’intégration de notions reliées à l’entrepreneuriat, à l’innovation et à la pensée créative, le projet est beaucoup plus complet qu'avant.

Phase 2 - Conception du système d'éclairage d'un parc public

À l’automne 2018, dans le cours Électricité et magnétisme, les mêmes étudiants devaient concevoir un système d'éclairage durable pour un parc public de Trois-Rivières, le parc Champlain.

Pour ce projet, nous avons travaillé en partenariat avec la Ville de Trois-Rivières. Cette dernière a simulé, spécialement pour nos étudiants, un appel d'offres pour le remplacement du système d'éclairage du parc. Une ressource de la ville, spécialiste de la question du développement durable, a aussi offert une formation à nos étudiants sous forme de classe de maître.

Les étudiants devaient donc produire une maquette électrifiée présentant leurs prototypes de luminaires imprimés en 3D.

Conception et montage du circuit électrique de la maquette

Quelques-unes des maquettes réalisées à l’automne 2018

Encore une fois, de précieux partenaires se sont joints au projet :

  • Dominic Thibeault, chef de la division environnement à la Ville de Trois-Rivières, a, en plus du soutien en développement durable, personnifié le client au cours du projet afin que les étudiants puissent valider leur concept auprès de lui.
  • Daniel Mimeault, ingénieur, coordonnateur mécanique et électrique à la Ville de Trois-Rivières, a offert 2 formations sur l’éclairage urbain.
  • Fédéric Lajeunesse est revenu rencontrer les étudiants pour parler des tendances actuelles dans le domaine de l’éclairage de places publiques.
  • Philippe Kamdem, responsable de la stratégie organisationnelle et de l’expérience utilisateur chez Novo, est venu aider les étudiants à définir les types d’utilisateurs du parc Champlain et leurs besoins en éclairage.

Au cours de leur projet, les étudiants ont dû se rendre au parc Champlain pour prendre contact avec de réels utilisateurs des lieux. Progressivement, ils ont été amenés à réfléchir à leurs attentes et à la manière dont ils allaient adapter leurs prototypes pour combler celles-ci. Par exemple, les étudiants devaient concevoir des luminaires fournissant un éclairage suffisant pour que les citoyens se sentent en sécurité sans pour autant éblouir les résidents demeurant tout près. Dans une optique de développement durable, ils ont dû également se soucier de minimiser la pollution lumineuse et d'économiser l'énergie.

Au mois de novembre 2018, en fin de parcours de la phase 2 du projet, les étudiants ont présenté leur maquette devant un jury composé de différents partenaires et d’enseignants. En seulement 4 minutes, chaque équipe devait expliquer les avantages de leur conception et ainsi convaincre le jury de la supériorité de leur proposition.

Cinq séances de laboratoires et 2 heures de cours ont été consacrées à la phase 2 du projet pour un total de 20% de la note finale du cours d’Électricité et magnétisme.

Comment c'est possible?

Lors des présentations que nous avons faites de notre projet dans des colloques, les enseignants sont souvent impressionnés par la rapidité avec laquelle toute cette activité s’est mise en place. Au-delà des intérêts et de la motivation des acteurs impliqués, il faut mentionner que la taille réduite de notre établissement facilite la concertation requise pour une telle réalisation. Il faut aussi souligner le support constant dont a fait preuve notre direction.

Sur le plan pédagogique, on nous demande souvent comment nous arrivons à réaliser un tel projet dans nos cours tout en « couvrant toute la matière ». Il est certain qu'on ne peut pas faire autant de laboratoires « classiques » si 5 des 15 séances sont dédiées au projet. Nous sommes cependant convaincus que cet investissement en temps en vaut la peine. Nous formons les professionnels de demain et, grâce à des projets tels que le nôtre, ils pourront entre autres développer leur créativité, leurs compétences numériques, leur esprit entrepreneurial et leur conscience sociale; des aspects importants, mais peu couverts par les cours traditionnels en Sciences de la nature.

Globalement, les étudiants adhèrent à ce genre de démarche où ils deviennent rapidement des acteurs de leurs apprentissages. Nous sommes même surpris de voir à quel point ils investissent temps et énergie à bichonner leur création. De plus, ce genre de projet représente une des rares occasions de mettre en valeur les étudiants débrouillards ayant de bonnes aptitudes manuelles. Ils peuvent enfin montrer à leurs collègues de classe ce dont ils sont capables! Il y a de toute évidence un gain, selon nous, à élargir le spectre des habiletés à développer tout en rendant les étudiants plus actifs, plus responsables et plus autonomes dans leur démarche d’apprentissage.

Nous allons à coup sûr répéter l’expérience!

À propos des auteurs

Martin Lepage Professeur de chimie au collégial depuis plus de 20 ans, Martin Lepage a d’abord travaillé en recherche scientifique et en enseignement au secondaire. Il est titulaire d’un baccalauréat spécialisé, d’une maîtrise en chimie ainsi que d’un certificat en pédagogie. Il s’intéresse à l’éducation relative à l’environnement, à l’interdisciplinarité et à l’épistémologie des sciences.

Mylène Robitaille Elle enseigne la physique depuis 2002 aux secteurs préuniversitaire et technique. Étant détentrice d'une maîtrise en génie électrique, Mylène aime particulièrement adopter une approche terrain dans son enseignement de la physique. Elle considère que cette approche donne beaucoup de sens aux apprentissages et qu’elle prépare bien les étudiants à l'intégration de concepts plus abstraits. Depuis l'automne 2017, Mylène agit aussi à titre de chargée de projet au Lab321 du Collège Laflèche.

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