Enseigner l’automatique dans une école d’ingénieurs informaticiens essais et expérimentations avec les ntic (n° 22)

Enseigner l’automatique dans une école d’ingénieurs informaticiens - essais et expérimentations avec les NTIC (n° 22) 

Jean-Paul Stromboni,
Ecole Supérieure de Sciences Informatiques, Laboratoire I3S, UNSA/CNRS
930, Route des Colles, BP 145, 06903 Sophia Antipolis, France
e-mail : [e-mail]

Résumé

Mots-clés : EAO, NTIC, expérimentation

Ce document rapporte une expérience d’enseignement assisté par ordinateur effectuée en école d’ingénieurs. Afin d’évaluer rapidement les techniques et possibilités existantes , de poser les problèmes, plusieurs essais ont été tentés avec les NTIC dans le cadre d’un module de formation  (1) création d’une URL qui regroupe tous les documents de la formation, (2) mise au point avec plusieurs technologies d’auto évaluations des objectifs pédagogiques pour les élèves, (3) organisation d’une recherche documentaire collective sur le domaine enseigné et ses applications et (4) définition de serveurs de bases de données pour alléger les tâches de gestion de la formation ... On conclut à la nécessité de définir une liste d’objectifs pédagogiques comme de faire un choix dans la multitude des outils disponibles ; les NTIC en plus de l’allègement des charges de gestion doivent faciliter l’expression de l’originalité des enseignants. Le réseau fournit un moyen d’impliquer les élèves dans le domaine enseigné, et de toute façon, l’introduction des NTIC dans la formation apparaît inévitable.

Abstract

Keywords : Computer Aided Learning, NTIC, trials

This paper reports a trial with computer aided teaching conducted in an engineer school. In order to quickly evaluate the existing means and technologies, several experiments were conducted in a Control Engineering course : (1) building an URL which gathers all course documents (2) carrying out self tests for students dedicated to course purposes with different technologies (3) organizing a collective review about the teached domain and (4) proposing server and data bases to facilitate the course managment. The first conclusions highlight a need for a choice among teaching tools and the technologies used, suggest that such methods allow teachers to traduce their personal model for learning and the domain they teach. The Web can provide a means for students implication, and anyway, the NTIC cannot be neglected today

Contexte et Stratégie

L’Ecole Supérieure de Sciences Informatiques (ESSI) de l’Université de Nice Sophia Antipolis (UNSA) forme en 3 ans des ingénieurs informaticiens. Les élèves recrutés après DEUG, DUT ou Classes Prépa-ratoires suivent un tronc commun en Informatique en 1^ère année. Dans ce cursus, le module Automatique et Traitement du Signal (AutoTS) un peu marginal risque de pâtir de la compétition avec l’Informatique et ses multiples attraits (musiques, vidéos, jeux, Internet, ...).

Compte tenu de l’importance déjà grande de l’Informatique dans ce module, qui utilise des logiciels spécialisés tels Maple ou Matlab, compte tenu des bouleversements actuels de l’enseignement assisté par ordinateur avec les NTICE, et sachant l’intérêt des élèves pour les techniques multimédia et réseau, nous essayons cette année d’exploiter au maximum ces nouveaux outils pour la formation de nos élèves en Automatique et Traitement du Signal, profitant il est vrai des matériels et compétences multiples et propices à ce projet dans l’environnement de l’ESSI. L’objectif est de rentrer rapidement dans le vif du sujet en expérimentant quand c’est possible. Cette expérience est ici décrite et partiellement analysée.

Vous avez dit “ NTICE ” ?

Dés le départ de l’étude, avant même le début du cours, on se trouve confronté à un foisonnement d’outils, de possibilités techniques, d’organismes et d’expériences.

EAO et TE ou FAD

Il faut déjà distinguer Enseignement Assisté par Ordinateur (EAO) et Télé enseignement (TE comme dans [uel]) ou encore Formation à Distance (FAD, cf. [thot]). Pour l’instant, on se situe dans la rubrique EAO, l’ordinateur est utilisé dans l’école pour AutoTS, la question du passage au TE se posera ensuite.

Une recherche sur le web montre rapidement que ces domaines, et particulièrement TE ou FAD, fourmillent d’applications parfois au stade de l’expérimentation, parfois commerciales (tels les systèmes logiciels de formation). Pour l’Automatique, on trouve des pages d’enseignants (comme [ipst], [pap], ou [univ-pau]), mais aussi des sites de laboratoires tels l’Atelier de Recherche Pédagogique de l’Eudil [arpe], ou des initiatives locales telles le serveur web interactif pour les mathématiques de l’UNSA voir [wims], ou le cours [dea-rsd] développé à l ‘ESSI avec l’Institut Méditer-ranéen de Téléactivité [imet] . Plus généralement, il existe des organismes nationaux ou étrangers, libres comme l’Université en Ligne [uel], d’accès contrôlé comme [cnam], ou encore émanant de la coopération comme l’Université virtuelle francophone [uvf].

Outils et Techniques

Une interprétation de ce foisonnement est le développement fantastique récent de l’informatique, en terme de puissance, de fonctionnalités, et de communication : les ordinateurs personnels sont devenus des stations de travail, rapides, multitâches, multimédia, interconnectées par l’Internet au reste du monde et naviguant à l’aide de l’hypertexte.

Chacune des multiples facettes des ordinateurs contemporains semble potentiellement utilisable pour améliorer l’enseignement, c’est une question semble t’il d’imagination et d’expérimentation, on voit mal pour l’instant les limites de ce champ d’investigation.

Pour illustrer la multitude des possibilités, voici la liste non exhaustive par catégories des techniques, outils, langages abordés dans cette étude :

• 
  traitements de texte, présentations, et classeurs  MS Word, PowerPoint et Excel
  
• 
  Utilisation du réseau : navigateurs, éditeurs de pages et outils réseau (html, xml, JavaScripts, et bien sûr Netscape et Internet Explorer)
  
• 
  Traitement du Son, des Images, animations  interactives ou non (shockwave, gif, mp3, wav)
  
• 
  Serveurs (jsp, asp, php) et bases de données (Mysql, PostGreSql, Oracle)
  
• 
  Programmation, avec les applets Java réunissant animation interactive et calcul dans une page web.
  

Quelles Expériences ?

Afin d’y voir rapidement plus clair et de mieux évaluer l’intérêt véritable de ces techniques, voici ce qui a pu être tenté pour utiliser les NTIC dans le cadre du cours d’Automatique en première année de l’ESSI :

1. 
   Utiliser une URL d’abord locale [url] pour réunir les documents associés au module de formation réduit la contrainte de synchronisation du travail des élèves sur les amphis et les Travaux Dirigés (TD). Chacun peut à tout moment lire un texte de cours, ou chercher un exercice, pour une auto évaluation. On y déposera également les infor-mations, questionnaires, énoncés à diffuser pour le module. L’enseignant acquiert une position moins centrale et devient celui qui commente, surveille, conseille, et dégrippe éventuellement le processus de formation (comme dit dans [imen]).
   
2. 
   Proposer aux élèves simultanément au cours un travail noté de création documentaire collective utilisant à la fois le réseau et les outils multimédia en local, c’est un moyen d’intéresser les élèves aux questions enseignées et de les entraîner aux techniques modernes pour créer et diffuser l’information. Dans le même ordre d’idées, donner un projet de 1^ère année reliant le module AutoTS et le cours de programmation java 
   
3. 
   Utiliser un vidéo projecteur en amphi place l’enseignant initiateur dans une position semblable à celle de l’élève qui accède à l’URL du module de formation. D’autre part, cela permet la démonstra-tion devant la classe des outils logiciels associés à la matière, et autorise l’expérimentation assistée par ordinateur des problèmes choisis pour illustrer et valider la formation.
   
4. 
   Mettre en place des auto évaluations ciblées sur les objectifs de formation du cours annoncés d’emblée Les outils de traitement de texte, tableurs, présentations, ... contiennent comme les browsers des fonctionnalités hypertextes, et multimédia, parfois des moyens d’animation. Là encore, les méthodes de l’enseignant peuvent dicter des réalisations diverses, telles que : exercices avec solutions consultable et occultable à volonté, listes de QCM avec statistiques finales, problèmes types introduisant le hasard dans l’énoncé [cdiec] ...
   
5. 
   Pour centraliser les données de la formation, à divers titres, l’utilisation de serveurs et de bases de données serait intéressante : il s’agit par exemple de permettre à l’élève lambda d’interroger la base à tout instant pour connaître son niveau présent par rapport aux objectifs de la formation, ou pour l’é-quipe enseignante de communiquer les absences.
   

Détail des Expérimentations

Quelque soit le domaine enseigné, NTIC ou pas, il faut se poser la question de l’objectif de la formation et des capacités que devra posséder l’élève à la fin de l’apprentissage. Ces éléments constituent un guide pour la définition des documents pédagogiques et du niveau de granularité des connaissances impliquées, on y a donné ici une réponse particulière :

Définir l’objectif du module et annoncer d’emblée les capacités à acquérir par l’élève

Apprendre à résoudre des problèmes clés dans le domaine de la formation, tel peut être le but d’une formation technique et scientifique, aussi avons nous choisi un problème (noté Cobaye) destiné à illustrer au long du module AutoTS les notions introduites : il s’agit du problème de positionnement d’un outil dans une machine outil numérique, qu’il sera possible d’expérimenter en amphi avec le vidéo projecteur.

On a choisi sept capacités à acquérir pour 14 semaines de cours, dans un document présenté aux élèves lors de la première séance. A chaque capacité, sont associés des cours, des TD, des exercices et des autotests (exercices avec solution). L’examen final évaluera la satisfaction de ces objectifs, ou capacités, à charge pour chaque élève d’être prêt .

Déposer les Documents dans un Lieu Accessible

On demande à l’équipe système une URL qui sera associée au module, avec les rubriques suivantes :

• 
  Amphis contient la liste des documents utilisés en amphi durant les cours magistraux.
  
• 
  Cours contient ces documents, au format Word et Powerpoint, en attendant html, plus adapté au réseau, ou pdf, non modifiable par l’utilisateur ...
  
• 
  TravauxDiriges idem, on y joint les Compte rendus des élèves qui sont récupérés par e-mail et peuvent être corrigés avec le traitement de texte.
  
• 
  Exercices, Autotests permettent aux élèves de se jauger sur les capacités, et peuvent être utilisés également pour “ bachoter ” l’examen final.
  
• 
  Modus Operandi : tous les documents régissant le fonctionnement de la formation : listes d’élèves par groupes et par binômes, absences, compte rendus demandés, corrigés, objectifs de la formation, règles de notation, questionnaire anonyme final proposé aux élèves.
  
• 
  Travail Libre, les élèves y rangent le résultat de leur recherche et création documentaire (TL)
  
• 
  Projet2000 contient les projets des élèves, où on d’explique à un utilisateur Internet la solution d’un problème d’Automatique posé par le processus Cobaye au moyen d’une applet java interactive.
  

Utiliser le Vidéo projecteur

Cours et TD piochent dans les répertoires adéquats de l’URL Automatique et sont projetés l’écran de l’amphi. Le plan du cours est mémorisé dans une listes de liens hypertextes. Un document hypertexte consigne ainsi au fur et à mesure les fichiers utilisés dans l’ordre chronologique, et deviendra la mémoire du cours.

On note que les élèves préfèrent disposer en plus des cours réseau de documents polycopiés sur papier, mais il s’avère qu’en salle de TD, ils consultent les textes directement sur l’URL à l’aide du réseau local. D’autre part, ils utilisent des adaptations des documents fournis sur l’URL pour les Compte rendus de TD par exemple, ou pour réviser l’examen ou constituer des fiches.

On expérimente également avec le vidéo projecteur en amphi des séances d’auto évaluation en classe entière, pour conforter l’acquisition d’une capacité, après le cours correspondant, comme suit :

• 
  créer une liste de questions avec solutions ciblées sur la capacité étudiée, à déposer dans l’URL
  
• 
  créer un document “ à trous ” en supprimant les solutions, à distribuer aux élèves
  
• 
  utiliser un horaire de cours pour exploiter ce matériau : les élèves peuvent consulter le poly, échanger des informations, il s’agit pour eux de détecter leurs lacunes éventuelles sur ce point.
  
• 
  afficher et commenter les solutions, encourager les élèves à reprendre l’évaluation sur l’URL .
  

Impliquer la Classe dans le Domaine Enseigné

C’est une occasion à ne pas laisser passer d’utiliser le web et les outils multimédia (les NTIC) , en relation avec le domaine étudié, ici particulièrement propice : les applications de l’Automatique (et du Traitement du Signal) sont omniprésentes, c’est l’occasion d’en faire prendre conscience aux élèves. Pour ce faire,

1. 
   on propose d’un découpage de ce domaine, dans une liste de thèmes de recherche. Le travail se fait en binômes, la première étape consiste à délimiter un point dans le thème choisi, quitte à étendre l’horizon de la recherche ultérieurement.
   
2. 
   le résultat de ce travail est rendu dans une page html, c’est une synthèse sur un aspect du point retenu, réalisée à l’aide du réseau d’une part (collecte) et des outils logiciels disponibles en local pour créer des pages web et multimédia.
   
3. 
   l’enseignant propose des exemples de pages, des matériaux multimédia réutilisables (images, dessins, textes, animations, vidéos, sons, listes de liens hypertextes ...), ainsi que des outils logiciels gratuits pour élaborer les pages, ou traiter les images, réunis dans une prospective préalable.
   
4. 
   ce travail est dit libre (ou TL) mais il est initialisé lors du premier TD où les élèves se constituent en binômes et choisissent un thème de recherche. Il se poursuit sur la durée du module avec un suivi périodique et une aide ponctuelle des enseignants, en TD. Le résultat est récupéré et inclus dans une base documentaire sur l’Automatique, dans l’URL du module, pour créer ultérieurement des pages thématiques et de formation.
   
5. 
   On termine le module par une séance de TD dans laquelle chaque TL est présenté (exposé) par ses auteurs au reste du groupe de TD à l’aide d’un vidéo projecteur, c’est à dire en utilisant les documents web et multimédia créés par chacun.
   

On note le choix par les élèves de sujets variés parfois même inattendus : c’est l’occasion de découvrir des points qui les intéressent, en leur permettant de fouiller des domaines ou des techniques tels que la robotique, la synthèse et l’analyse du signal sonore, la compres-sion mp3, ou l’histoire des sciences, la finance, la do-motique, la ligne Meteor, la dictée automatique les bar-rières automatiques, le GRAFCET, les freins ABS, ....

Dans chaque groupe, un élève accepte de concevoir et d’installer une page d’introduction originale pour les travaux du groupe. A cette occasion, une compétition se fait jour entre les groupes, qui n’a pas été exploitée.

De manière générale, les binômes fournissent pour le TL un travail plus important que ce qui leur est deman-dé. Il présentent et exposent leur recherche parfois avec humour, en utilisant des outils et moyens multimédia qui ne sont pas au programme du module AutoTS. La recherche provoque des conversations techniques et des demandes d’information intéressantes auprès des enseignants, mettant parfois en évidence des aménagements du programme. Cependant, les résultats de l’examen final montrent que la qualité du TL n’est pas toujours synonyme de maîtrise du cours théorique. La rubrique de Forum essi.essi1.automatique expérimentée à l’occasion du TL est peu utilisée par les élèves, excepté un détournement de l’usage prévu.

Gérer les Séances et les Travaux du Module

La tâche de mise à jour des listes de présence en TD et des liste des travaux demandés (2 compte rendus de TD par binôme répartis sur 12 séances) s’avère vite lourde et malaisée : le module gère 5 groupes de TD, sur 14 semaines, avec 3 enseignants qui encadrent tour à tour tel ou tel groupe, telle ou telle séance, notent des absences et distribuent du travail (des CR de TD). L’un des enseignants reporte dans un tableur EXCEL les informations annoncées périodiquement par les autres : ce n’est pas une mince opération, et entre les mises à jour chacun dispose d’informations partielles et détient seul une part de l’information.

Un serveur accédant à une base de données et permettant à un enseignant au sortir du TD de communiquer depuis son poste de travail les informations (absences et travaux donnés) dans le groupe qu’il vient d’encadrer serait un progrès. Ce système a fait l’objet de projets d’ élèves de 2^ème année qu’il faudra expérimenter et poursuivre (projets PION et HIBOU). Il faut noter que la coopération entre un serveur et une base de données peut avoir d’autres applications dans le domaine de l’enseignement et de la formation, par exemple proposer des exercices ou des QCM ciblés sur un cours aux étudiants inscrits ...

Exploiter des Caractéristiques Multimédia

Les ordinateurs savent créer des textes, manipuler la couleur, le son, le mouvement, et organiser les documents en diapositives animées. PowerPoint par exemple est largement utilisé, pour des présentations animées et sonorisées.

Il est possible d’imposer une trajectoire dans un ensemble de documents ou même au sein d’un document (Word par exemple) au moyen de l’hypertexte. Cette caractéristique a été exploitée pour les Autotests cités plus haut, on a pu ainsi associer à des questions leur réponses accessibles à la demande en cliquant sur un lien hypertexte.

On peut envisager également des jeux de questions/ réponses où les réponses apparaissent et disparaissent selon la position de la souris.

Quand l’animation utilise des calculs (comme pour la simulation), on peut utiliser des applets Java dans des pages web. C’est la motivation du projet final déjà cité où on cherche à faire le lien entre le cours de programmation et le module AutoTS en demandant de créer une applet java pour expliquer et simuler sur le web l’asservissement du processus Cobaye. Filmer ou capturer des images vidéos est un autre problème à ne pas négliger. Il faut domestiquer les WebCams, de faible coût, de manière à pratiquer le téléenseignement et la télé expérimentation [epfl].

Conclusions et Perspectives

L’attitude adoptée qui a consisté à “ se jeter à l’eau ” à chaque fois que c’était possible dans le cadre concret d’un module de formation a permis de dégager des possibilités, d’identifier des outils, de noter des besoins, etc ... On aboutit en peu de temps (6 mois) à un matériel pédagogique non négligeable, à savoir :

des cours, des travaux dirigés et des compte rendus rédigés par les élèves et corrigés, des autotests interactifs utilisant plusieurs outils, des démonstra-tions, des listes, ... et une documentation composée collectivement par la classe, sans oublier une applet java exécutable par Internet , tout ceci organisé dans une URL spécifique du module.

Il faut maintenant appliquer une approche descendante également et choisir des thèmes à développer dans le foisonnement apparent des possibilités ouvertes. Par exemple, applications de la coopération entre serveurs et bases de données, ou architecture d’un système de formation, ou même définition et analyse d’une sélection d’outils et d’utilitaires pédagogiques, supports indispensables des cours, savoir les réaliser avec les technologies actuelles.

Comment mettre les éléments présents sur le web, et sous quelle forme, pour participer au TE et à la FAD ?

D’autre part, on a cherché à mettre en valeur les rapports étroits qui existent à plusieurs titres entre l’Automatique et l’Informatique, afin de bénéficier de la motivation importante pour le réseau et le multimédia. La matière enseignée échappe par ce moyen à la classification abusive qui en fait une annexe de l’Electronique, ou une discipline se résumant à la résolution des équations différentielles.

Pour ce qui est de l’utilité des NTIC pour l’enseignement, on peut donner une réponse partielle : on l’a dit, on le sait, l’ordinateur moderne maîtrise de mieux en mieux le texte, le son, la couleur, l’image et le mouvement en plus de la communication et des calculs .Il y a là dans certains cas un moyen pour l’enseignant de traduire et de diffuser sa vision originale du domaine enseigné et même de l’apprentissage. A chaque fois que l’on reste dans ce cadre, les NTICE seront bien employées  et à juste titre. Sinon, c’est “ utiliser pour utiliser ”, et une première tendance d’intérêt de la classe risque de se muer en réaction de rejet.

Pour terminer, a t’on vraiment le choix d’utiliser ou pas les NTIC pour la formation et l’enseignement ? L’analyse du contexte mondial montre un dévelop-pement important dans ce domaine aux Etats Unis et au Canada entre autres. Faute de proposer une alternative préservant notre originalité et dans une certaine mesure notre culture, ne risque t’on pas de voir s’enfuir nos élèves, du moins à travers le réseau, vers des sources de formation qui nous échappent ... ?

Références Hyperliens

[uel] www.univ-enligne.prd.fr l’Université en Ligne, organisme agréé par le MEN RT

[thot] http://thot.cursus.edu organisme canadien FAD

[uvf] http://www.aupelf-uref.org Université Virtuelle Francophone, organisme de coopération

[ipst] http://www-ipst.u-strasbg.fr/pat/ , une page personnelle de Patrick Trau, à l’IPST

[pap] http://perso.wanadoo.fr/papanicola/ une autre

[univ-pau] www.univ-pau.fr/ser (un cours d’Automatique de l’Université de Pau)

[arpe] www.univ-lille1.fr/~eudil ARPE de l’EUDIL

[cdiec] http://www.unice.fr/cdiec

Centre de Documentation et d’Information pour l’Enseignement de la Chimie de l’UNSA

[url] http://www.essi.fr/Automatique cette expérience

[wims] http://wims.unice.fr le Web Interactive Mathematics Server , de Xiao Gang, à l’UNSA

[dea-rsd] http://evalperf.essi.fr, Cours de DEA RSD en ligne à l’ESSI, Ph. Nain et A. Jean-Marie, avec l’IMET

[cnam] http://pleiad.cnam-paysdelaloire.fr/

[imet] www.imet.asso.fr Institut Méditerranéen de Téléactivité

[imen] Imen AKKOUCHE, Thèse de l’INSA de Lyon, 20 Décembre 1996 “ Téléenseignement, Formation professionnelle à distance et Formation Coopérative ”

[epfl] http://iawww.epfl.ch Institut d’Autom de l’EPFL