MOOCs (Massive Open Online Courses), cours à distance, classe inversée… le numérique révolutionne le monde de l’éducation. Si ces outils d’apprentissage théorique ont déjà fait la preuve de leur efficacité, certains savoirs ne peuvent s’acquérir que par des travaux pratiques. Le virtual lab ou laboratoire virtuel permet d’acquérir l’expérience nécessaire au travail de terrain, sur une plateforme pétrolière ou dans une centrale nucléaire, sans risque de catastrophe en cas d’erreur.
UNE SOLUTION ECONOMIQUE
Grâce à la simulation en 3D, l’élève interagit avec le modèle numérique d’un équipement qui se comporte comme l’appareil réel, offrant ainsi une façon simple et flexible d’apprendre, à travers tous types d’exercices pratiques, des plus élémentaires aux plus complexes. Cette idée, qui trottait depuis une vingtaine d’années dans la tête des grands éditeurs de logiciels de simulation, a pris corps grâce à l’émergence d’outils informatiques assez performants pour faire tourner ces programmes gourmands en puissance de calcul.
« LES SYSTÈMES PHYSIQUES SONT D’EXCELLENTS OUTILS PÉDAGOGIQUES, MAIS IL FAUT LES MULTIPLIER PAR LE NOMBRE D’ÉLÈVES POUR QU’ILS PUISSENT TOUS MANIPULER EN MÊME TEMPS. »
FRÉDÉRIC XERRI
PROFESSEUR EN INGÉNIERIE MÉCANIQUE, LYCÉE LOUIS ARMAND DE NOGENT-SUR-MARNE, FRANCE
« Les systèmes physiques sont d’excellents outils pédagogiques, mais il faut les multiplier par le nombre d’élèves pour qu’ils puissent tous manipuler en même temps », indique Frédéric Xerri, professeur en Ingénierie Mécanique au lycée Louis Armand de Nogent-sur-Marne, France. « Pour les travaux pratiques de mon BTS Conception de produits industriels, j’utilise du matériel high-tech : certaines maquettes physiques valent entre 10 000€ et 15 000€. Avec mes classes de 24 étudiants, même en demi-groupes, cela devenait compliqué financièrement. Grâce au virtual lab, chaque élève manipule une modélisation réaliste de l’outil sur son ordinateur, puis expérimente à tour de rôle sur le système réel. Cette combinaison “cyber-physique” optimise ainsi le temps passé sur le démonstrateur réel et offre une expérience plus instructive. »
Autre avantage, l’apprenant a droit à l’erreur et se trouve mieux préparé à l’utilisation de l’outil physique, favorisant la pratique du right first time (« faire bien du premier coup »).
DES APPLICATIONS ROBOTIQUES
De l’autre côté de l’Atlantique, l’Institut de technologie de Géorgie (Georgia Tech) à Atlanta, qui enseigne notamment l’ingénierie, organise des ateliers d’été pour les lycéens. Les adolescents y utilisent le kit LEGO Mindstorms NXT2, prisé pour l’initiation à la programmation et à la robotique via des travaux pratiques combinant virtuel et réel.
« Les élèves doivent construire des robots capables de traverser des parcours d’obstacles », explique l’ingénieur de recherche Srujal Patel, qui encadre ces lycéens. « Mais ils ne peuvent pas y arriver avec les seules pièces du kit LEGO. Ils doivent concevoir eux-mêmes les éléments manquants. » Les élèves testent tout sur ordinateur et ne passent à la fabrication sur imprimante 3D de leurs créations que si les essais virtuels sont concluants.
Les élèves, dispersés géographiquement, peuvent partager et intervenir instantanément sur des modèles numériques communs. Ils les font évoluer collectivement sans contrainte de distance, aboutissant à un robot optimisé avant de le construire.
DE NOMBREUX ATOUTS
Malgré les critiques sur les risques de perte de contact avec la réalité, l’enthousiasme des enseignants ne laisse pas de place au doute quant à l’intérêt de cette méthode. « Il est tentant de tomber dans le tout virtuel », avoue F. Xerri. « Surtout avec des élèves qui sont nés avec le numérique. Mais heureusement, il reste toujours le besoin de vérifier et donner vie au travail des étudiants. Rien ne remplace le sentiment d’accomplissement lorsque l’on constate que l’objet que l’on a imaginé fonctionne. »
Cette méthode d’apprentissage permet par ailleurs d’éviter qu’une mauvaise manipulation ne détériore un modèle physique ou, pire, ne blesse un élève étourdi. Enfin, ces nouveaux logiciels de conception sur lesquels s’appuie le virtual lab sont également utilisés par les industriels pour lesquels les étudiants seront amenés à travailler à l’issue de leur cursus. La pratique de ces outils constitue donc un atout pour leur transition du monde académique au monde professionnel.
TRAVAIL COLLABORATIF
Pour les fabricants d’outils éducatifs, cette incursion du virtuel, loin d’être perçue comme une concurrence, a un impact positif. « Nous fournissons des équipements haut de gamme et nous sommes soucieux de leur retour sur investissement », affirme le docteur Tom Lee, responsable en chef de l’enseignement chez le canadien Quanser, un leader du matériel pédagogique (bras mécaniques, gyroscopes, hélicoptères, pendules, etc.) à destination des élèves-ingénieurs. « Afin de réduire le coût d’utilisation par étudiant, nous avons noué des partenariats avec des spécialistes de la CAO, pour proposer à la fois nos outils et leur déclinaison virtuelle. Cela nous a permis de pénétrer des marchés impossibles à atteindre autrement. »
Grâce à ses nombreux atouts, cette nouvelle méthode d’apprentissage combinant réel et virtuel pourrait bien se répandre auprès des enseignants techniques. Dans les pays où l’accès à l’éducation est difficile, l’apprentissage virtuel pourrait également permettre aux étudiants d’accéder aux connaissances essentielles pour s’ouvrir à de nouvelles opportunités de carrière. ◆
