Introduction

1Les dispositifs de formation pour les élèves-ingénieurs sont depuis quelques années en profonde mutation. Les raisons en sont multiples, cela tient aussi bien au milieu professionnel qui modifie le profil des futurs ingénieurs dans l’exercice de leurs fonctions, qu’au recrutement des candidats qui met l’accent sur d’autres aspects que les « classiques » savoirs scientifiques. L’article suivant présente un dispositif de formation technologique qui tente de répondre aux exigences de cette mutation ; il s’agit d’un simulateur de machine-outil à commande numérique.

2Il indique d’abord les raisons pour lesquelles ce dispositif est en place : disparition des problèmes de sécurité, adaptation au rythme de l’étudiant, simulation de l’influence des choix sur la qualité de la pièce,… L’intégration d’un tel outil dans le processus pédagogique vise à améliorer la qualité de la formation tout en réduisant sa durée. Il s’agit ensuite de situer les fondements théoriques, ancrés dans la didactique professionnelle, qui ont permis de mettre en place un tel dispositif et de procéder à une étude d’essai-évaluation des processus d’enseignement-apprentissage. L’effet de la formation sur simulateur est appréhendé notamment en termes d’autonomie des étudiants, d’individualisation de l’enseignement, d’élargissement des compétences, d’aide à la décision. Enfin, nous montrerons comment l’intégration du simulateur dans le processus de formation va permettre d’ouvrir des perspectives qui permettent de dépasser la classique tension entre savoirs académiques et impératifs de professionnalisation.

1 – Pourquoi un dispositif de simulation ?

3Quel que soit le niveau de formation considéré, les enseignements technologiques de fabrication comportent toujours un nombre important de travaux pratiques (T.P.) sur machine. De plus, pour des raisons de sécurité, ces travaux pratiques se font en petits groupes. Ils sont donc très coûteux en termes de volume horaire par formateur. Pour répondre à la demande des industriels en termes d’amélioration de la qualité et de diminution des temps de production, les fabricants mettent sur le marché des machines-outils de plus en plus complexes. Ceci entraîne donc une augmentation du prix d’achat, du coût de fonctionnement mais aussi un allongement de la durée d’apprentissage. En conséquence, ces temps de formation importants associés à des taux horaires très élevés rendent aujourd’hui la formation des opérateurs particulièrement onéreuse. Dans le contexte économique actuel, il devient maintenant indispensable de trouver une réponse à la question suivante : comment conserver une réelle qualité de formation et un budget limité, alors que les taux horaires et les temps d’apprentissage sont en constante augmentation ?

4Pour diminuer le coût de ces formations il est aujourd’hui envisageable de remplacer un certain nombre de Travaux Pratiques (T.P.) machine par des simulations informatiques. Malheureusement, les simulateurs existants ne sont pas adaptés à ce type d’utilisation. Le développement d’un simulateur de machine approprié permettrait de consacrer l’essentiel de la durée du TP à l’usinage proprement dit.

5La simulation informatique, ou l’emploi de logiciels simulant des situations qui permettent de gérer des apprentissages, est donc de plus en plus introduite dans différents milieux d’enseignement. En effet, le simulateur présente des avantages : absence de risque, facilité d’utilisation, autonomie des élèves, adaptation selon le niveau d’apprentissage. Mais dans la plupart des cas, son implantation se fait sans un examen des changements provoqués du point de vue pédagogique et didactique.

6Nous présentons donc un simulateur de machine-outil à commande numérique utilisé en formation auprès d’élèves-ingénieurs. Nous souhaitons comprendre quelles sont les compétences requises pour utiliser ce type de simulateur et comment nous pouvons évaluer celles-ci. Il est donc important de repérer les compétences, notion souvent utilisée, tant en contexte professionnel qu’en formation technologique pour les élèves-ingénieurs.

7Il s’agit ensuite de s’interroger sur l’apprentissage des situations, en référence à la didactique professionnelle, afin de voir comment par le cadrage des activités, nous pouvons mieux cerner les compétences développées face au simulateur et ainsi peut-être, ouvrir des pistes qui permettent de dépasser la classique tension entre savoirs académiques et impératifs de professionnalisation.

2 – Notre posture théorique

22Notre posture scientifique se place à la croisée de deux démarches, d’une part une démarche fonctionnelle liée à la didactique des disciplines et à la didactique professionnelle, et d’autre part une démarche socio-cognitive prenant en compte les représentations des acteurs dans une dynamique de transformation. Au croisement de ces deux démarches se situe la question de l’engagement en formation qui va se nourrir aussi bien sur l’axe didactique que sur l’axe représentationnel. Notre approche est donc centrée sur l’activité prise dans sa globalité afin de saisir les modalités d’engagement des compétences. Nous nous rapprochons ici du point de vue de Durey et Martinand [2] qui à travers la notion de pratique de référence posent la question du lien entre l’empirie et les modèles théoriques, l’activité scolaire, pour nous de formation, avec les savoirs théoriques sous jacents.

23Durey et Martinand (1994) utilisent l’idée de transposition dans un sens élargi par rapport à la théorie de Chevallard [3]. La transposition a été conçue comme le passage entre les pratiques de référence et les activités scolaires. La notion de pratique de référence insiste sur le fait qu’il s’agit d’activités qui ne se réduisent pas à un rapport individuel au savoir. De notre point de vue, le modèle proposé par Martinand/Durey présente l’avantage de dépasser, d’une certaine façon, le cadre scolaire en mettant en avant la notion de pratique de référence ancrée dans le champ socio-technique. Dans le cadre du contexte de formation technologique des élèves-ingénieurs qui nous intéresse, ces questions permettant la systématisation des comparaisons entre pratiques et savoirs, nous aident à mettre en place le dispositif d’essai et d’évaluation du simulateur de machine-outil. Ce modèle nous renseigne sur le lien entre savoir et activité ; mais en contexte scolaire l’activité n’est pas donnée à voir, l’élève doit chercher les objets et leurs descriptions, leurs représentations. En contexte de formation technologique simulée se pose également la question du lien, mais l’activité est ici donnée à voir soit de façon simulée ou soit dans le cadre de travaux pratiques sur machines réelles, la question du lien et de l’écart entre savoir et activité se double de la question de la vraisemblance de l’activité. Est-ce que c’est la vraisemblance qui va faciliter le lien, et d’une certaine façon la réduction d’écart, pour se resituer dans la perspective de Martinand/Durey ou bien cette notion doit-elle être dépassée, au profit de la résolution de problèmes ?

24Notre posture scientifique se construira donc à partir d’un premier axe que nous qualifions de fonctionnel. Cet axe passe par les situations et pose la problématique de l’acquisition des savoirs à partir des situations ; on se situe ici dans une dynamique entre d’une part l’analyse de situations de travail, via une machine réelle, pour accéder aux savoirs et d’autre part l’analyse de situations de simulation, prenant en compte, dans cette dynamique, l’ordre de passage entre simulation et machine. Mais l’analyse de situation de simulation mérite d’être précisée, en effet, selon nous, le point de départ est la situation de travail. En ce sens nous rejoignons le point de vue de Pastré (2004) [4] qui propose un renversement dans la manière habituelle de concevoir et d’analyser les simulations en partant des simulateurs de résolution de problème. La démarche de Pastré est la suivante : une analyse du travail, préalable à toute conception du simulateur, permet d’identifier les situations-problèmes présentes dans l’activité de travail. Ces situations-problèmes sont mises en scène dans une situation de simulation, dont le but est explicitement d’apprentissage, qui ne cherche pas une fidélité technique par rapport à la réalité, mais une équivalence entre le problème identifié dans le travail et le problème mis en scène dans la situation didactique. La simulation en formation va donc remplir selon nous, une double fonction, de conception de formation et de construction de problème provoquant ainsi l’apprentissage.

25Même si simuler c’est faire paraître comme réel ce qui ne l’est point, l’important est que ce réel puisse, dis-simuler un problème à identifier puis à résoudre, générant ainsi de l’apprentissage.

26La prise en compte d’un deuxième axe, que nous qualifierons de socio-cognitif, nous semble indispensable pour rendre compte des manières selon lesquelles les acteurs intègrent les processus de formation. Ce second axe va croiser le premier et l’articulation des deux va produire dans un espace orthonormé les éléments du système d’engagement. Cet axe s’appuie sur une conception située de l’activité. Nous partageons l’idée de Barbier/Durand (2003) [5] qui proposent de spécifier les connaissances et les raisonnements selon les contextes dans lesquels ils se déploient. Il s’agit d’inscrire l’activité dans le temps en la définissant comme fondamentalement sociale de par son caractère négocié, elle est co-construction de sens dans les interactions langagières. On s’attachera donc à penser les discours comme des traces de l’activité discursive, et on considérera les représentations comme une activité représentationnelle. Il faut donc conceptualiser le lien entre l’expression située, singulière de l’activité (celle qui est observée et décrite) et les processus de dépassement de cette expression singulière. C’est une articulation théorique du singulier avec le générique qu’il faut mettre en œuvre.

27Nous proposons d’articuler, à l’axe fonctionnel précédemment décrit, cet axe socio-cognitif qui s’inscrit dans une dynamique de dépassement en contexte de formation technologique. Un premier processus de dépassement, vient s’appuyer sur des connaissances, et va permettre à l’acteur d’entrer dans une logique d’expression de singularité de l’activité située. Un second processus de dépassement, s’appuie lui sur des raisonnements et des problèmes à résoudre, il va permettre à l’acteur d’entrer dans une logique de professionnalisation ; revenant par là même à une expression générique, le sujet va accéder ainsi au monde professionnel par transfert et capacité d’adaptation à des situations, réelles cette fois, et souvent inédites.

28Nous résumerons notre posture scientifique par la figure suivante

29La figure ci-dessus positionne la zone d’engagement des acteurs en formation qui se construit à partir des deux axes. L’axe socio-cognitif est un axe à tempo dynamique, celui des représentations. Le pôle RS renvoie à la représentation sociale de la situation d’action, sociale car encore extérieure au sujet ; c’est-à-dire à toute pratique selon notre modèle des RSP, représentations socio-professionnelles, présenté dans nos travaux précédents (Fraysse, 1998). En se rapprochant de l’axe fonctionnel didactique, le sujet va entrer dans la zone d’engagement en formation, se représentant comme sujet agissant, en tension entre les savoirs et les pratiques comme nous l’avons montré (Fraysse, 2000(a)) dans le modèle des RSP. Confronté à la situation de formation l’acteur doit trouver son équilibre entre d’une part le problème à résoudre via la mise en œuvre d’un raisonnement, lui permettant ainsi de développer des compétences ; par ailleurs il devra décider d’une orientation d’exécution de l’activité en s’appuyant sur des connaissances et des savoirs scolaires enfouis. C’est donc l’articulation de ces deux axes qui va produire l’engagement dans l’action en formation technologique. La sortie de cette zone le conduit vers l’environnement professionnel ; là l’expression redevient générique et capable de s’adapter aux divers contextes induits par l’exercice de la profession, la représentation est représentation professionnelle (RP) de l’action.

30La figure fait apparaître quatre cadrans. Le cadran du novice est celui qui fonctionne sur des savoirs scolaires en dehors de toute formation pratique. Le novice passe par l’épreuve, aborde les choses sans habitude, il débute et n’a pas d’expérience. Ce terme fait à la fois référence au manque d’habileté, d’exercice et d’expérience. L’expression représentationnelle reste très générique en référence à des savoirs académiques. Le cadran de l’élève-ingénieur/ingénieur-maître fonctionne également sur une expression générique mais en référence à des activités et non plus à des savoirs académiques. On est plus dans une logique de résolution de problème et de raisonnement que dans une logique de connaissances. C’est le cadre d’une formation par apprentissage qui est privilégié, le milieu de l’entreprise est donc très prégnant. Le cadran de l’expert est celui du professionnel en situation de résolution de problèmes complexes, mettant en œuvre des raisonnements qui ont trouvé la bonne distance par rapport aux savoirs scolaires ; ils savent s’exprimer de façon située, adaptée. L’expression est généralisable pour pouvoir être réinvestie dans de nouvelles situations professionnelles auquel l’acteur va être confronté. L’expert acquiert par l’expérience, une grande habileté dans un métier. Le cadran de l’ingénieur concepteur est fortement ancré dans des savoirs académiques, distant des activités et cependant confronté au contexte professionnel. L’expression est générique et abstraite. Le terme conception, dans le registre philosophique indique la faculté de comprendre les choses. Un ingénieur mécanique crée, conçoit, dimensionne, construit et gère la réalisation de systèmes mécaniques. Il doit donc maîtriser les outils de simulation numérique, ainsi que les outils de prototypage et d’outillage rapide. Il va intégrer des nouvelles technologies en recommandant des choix techniques qui répondent aux besoins produits.

3 – La simulation pour mieux professionnaliser les élèves-ingénieurs

31Il convient de souligner les similitudes des changements liés à l’usage de la notion de compétence dans la sphère éducative et dans la sphère du travail. D’un côté, on souhaite passer d’un système d’enseignement centré sur les savoirs au sein des filières scolaires à un système d’apprentissage centré sur l’élève, « acteur » de son parcours au moment où, de l’autre, on passe d’une organisation productive, centrée sur le poste de travail, à une organisation supposée valorisante et créatrice de compétences pour l’individu salarié. Compte tenu de ce qu’est devenu le marché de l’emploi, les diplômes, bien que constituant toujours une référence incontournable, ne suffisent plus à différencier et à départager les candidats. Ceux-ci sont alors invités à démontrer et à valoriser leurs connaissances en situation.

32L’évaluation individuelle des expériences et du savoir-être des élèves-ingénieurs, permet, d’observer et d’évaluer l’individu sur le long terme dans l’objectif de faire des apprenants de véritables agents de changement. Par le biais des modalités de recrutement, d’évaluation, les entreprises cherchent à produire de nouvelles pratiques professionnelles, de nouveaux comportements. Le glissement opéré entre savoir disciplinaire d’une part et savoir-être ou citoyenneté d’autre part montre que, plus que le travail ou les savoirs, c’est tout un système social de régulation qui se modifie.

33Cela nous renvoie à une évolution des fonctions de l’enseignement supérieur et plus particulièrement de la formation des élèves-ingénieurs. Il ne suffit plus de mettre à disposition des savoirs mais il faut permettre la production de capacités et de compétences ; cela signifie que plutôt que de créer des disciplines, c’est intégrer les disciplines dans des projets d’ensemble qui semble plus pertinent. On va donc passer d’une organisation des savoirs disciplinaires, à une organisation des savoirs pluridisciplinaires, qui oblige à faire des combinaisons entre les disciplines pour articuler cela avec des champs de pratiques. C’est au sujet apprenant, élève-ingénieur ou salarié en formation, de faire le lien et de procéder à ces combinaisons. Les découpages de l’activité humaine sont faits par le sujet lui-même. Une action, y compris une action de formation est une organisation d’activités présentant une unité de sens pour le sujet qui s’y engage. De son côté, une activité industrielle est un ensemble d’actions, souvent complexes, mais ayant une unité de sens, les découpages étant faits par les acteurs. Il faut donc s’interroger sur les rapprochements possibles, et sur les possibilités offertes par les dispositifs de formation simulés.

34Les pédagogies par projet et par problème, de plus en plus mises en œuvre dans les écoles d’ingénieurs fournissent des éléments de réponses. En effet, apprendre en gérant des problèmes oblige l’apprenant à structurer sa démarche en plusieurs temps. Tout d’abord comprendre la tâche, c’est-à-dire affiner sa représentation du problème par la confrontation des points de vue des autres, s’approprier le problème en triant les informations, relever les questions du problème pour les reformuler dans ses propres mots. Il s’agit ensuite de faire le point sur les connaissances, mobiliser des savoirs déjà existants pour faciliter l’ancrage de nouveaux savoirs, faire des liens entre les différentes idées émises, transmettre ses connaissances aux autres participants, s’impliquer dans le choix des pistes à travailler, identifier la formation manquante, se mettre en mouvement vers de nouveaux savoirs. Enfin vient le moment d’organiser la mise en commun du travail individuel, il faut donc obtenir de l’information de sources variées, communiquer l’information travaillée, vérifier sa compréhension pour favoriser les apprentissages. L’aboutissement de la démarche étant de remplir la mission. On voit bien la similitude entre cette démarche en formation et une pratique professionnelle de projet souvent mise en œuvre dans l’activité de l’ingénieur.

35L’analyse de pratiques professionnelles va donc permettre de professionnaliser, c’est-à-dire de rendre compétent dans l’action. De ce point de vue la simulation de l’action professionnelle est un outil précieux de professionnalisation.

36La simulation permet de mettre en scène des problèmes afin d’orienter l’apprentissage. Pour les mettre en scène, il faut d’abord les identifier à partir du champ professionnel, c’est-à-dire ceux qui apparaissent dans la situation de travail. À partir de là, on doit identifier dans les problèmes du champ professionnel la structure conceptuelle, c’est-à-dire un ordonnancement des problèmes en fonction de leurs difficultés, alors que le champ professionnel, lui, se caractérise par une diversité de causes et leurs interactions. Le passage à la structure conceptuelle se justifie au regard de l’apprenant : en effet, il s’agit de faciliter l’entrée progressive de l’apprenant dans la complexité de la situation. En effet, dans une approche opérative, la mise en scène ne peut pas être définie d’emblée sur la base des compétences requises, identifiées à partir des caractéristiques du champ professionnel. Elle doit également se faire à partir des savoirs du ou des sujets, de ses constructions, de ses ressources, des compétences dont il dispose déjà et qui préexistent à la simulation. D’où la nécessité d’ordonner les problèmes par niveau de difficultés, grâce à la structure conceptuelle. Simuler c’est donc réaliser une mise en scène intégrant d’une part les caractéristiques des situations, et d’autre part les ressources disponibles chez les sujets. La notion de structure conceptuelle, est également intéressante d’un point de vue sociologique, en effet, de nombreuses constructions cognitives s’élaborent en formation et certaines vont participer au développement de l’identité professionnelle. La structure conceptuelle fournit un élément descriptif de la culture commune d’un groupe professionnel, celui des ingénieurs, dont la construction individuelle permet la collaboration et l’entrée dans un processus de socialisation. Cette notion désigne donc la logique de la situation de travail et définit le « noyau central » d’un métier, dont la formalisation permet d’objectiver les connaissances tacites de professionnels novices ou experts. La structure conceptuelle de la situation propose d’inscrire l’action de formation dans une logique stratégique. Elle permet d’atteindre des résultats en situation de travail identifiables au niveau qualitatif : intégration de l’innovation technologique, impact sur le climat social, coopération des acteurs ; mais également au niveau quantitatif : baisse des taux d’arrêt machine, rebuts… Le dispositif de formation sert un objectif d’identification des blocages à l’accès aux informations nécessaires pour la conceptualisation des situations professionnelles. Ici, la situation de formation est un espace et un temps privilégié pour que s’expérimentent de nouvelles relations entre les apprenants basées sur l’action et les situations professionnelles de référence.

37La didactique professionnelle développe une ingénierie de formation centrée sur une intelligibilité de l’activité des opérateurs, moins sur la prescription du travail, et sur les processus de transformation des activités humaines et situées. Dans un contexte, où l’activité professionnelle est une capitalisation d’expériences élaborées par les opérateurs, ce dispositif interroge les rapports entre savoirs académiques et action en se centrant sur l’étape de création et de mise en commun d’expériences pour que l’activité soit génératrice de savoirs et de développement de compétences. Les premiers résultats de nos recherches (Fraysse 2005, 2006) montrent combien le simulateur offre des perspectives intéressantes. En effet, il permet de s’intégrer dans une situation de formation identifiant et mettant en lien les acteurs de la communauté professionnelle. En ce sens, l’apprentissage va permettre plus que d’acquérir des savoirs académiques, de construire une véritable identité professionnelle de l’ingénieur.

Conclusion

38Les situations de travail simulé qui se développent dans les milieux de l’entreprise mais également dans les milieux de la formation offrent de nouvelles voies pour l’évaluation des compétences.

39La mise en place d’un simulateur de machine-outil à commande numérique est un élément, parmi d’autres, qui témoigne de la mutation des dispositifs de formation dans les écoles d’ingénieurs. Ce système de simulation présente l’intérêt de s’appuyer sur le monde professionnel également en profonde mutation. Une fois intégré dans le dispositif de formation des ingénieurs, dans son ensemble, c’est-à-dire articulé avec des pédagogies innovantes telles par exemple, la pédagogie par projet et par problème, il devrait permettre de dépasser le modèle en cadrans présenté ici, en faisant le lien entre savoirs et activités et donc amener une progression « douce » qui aidera les élèves-ingénieurs à passer d’un cadran à l’autre.

40Par là même, il permet également de revisiter l’opposition traditionnelle savoir/pratique et de la dépasser en nous projetant dans un contexte professionnel technologique fonctionnant autour de trois points : les sciences, la technologie, la société. La formation technologique doit donc repenser les relations entre sciences et techniques. On n’est plus dans un modèle linéaire où la technique serait le prolongement de la science. Il s’agit de comprendre le problème qui est posé et en expliquer la méthode possible pour aller vers des solutions. La technique précède parfois la science. L’utilisation de connaissances scientifiques n’est jamais une simple application, ces savoirs sont une ressource parmi beaucoup d’autres. De plus pour les utiliser, l’ingénieur doit les remettre en cause, les traduire, les reconstruire. On retrouve ici, la démarche de l’acteur en formation qui, par le biais de la simulation, peut revenir sur son apprentissage pour le mettre à distance et le déconstruire pour le comprendre. C’est un véritable travail de re-création des connaissances fondamentales, portant sur la compréhension des phénomènes, en fonction des besoins des utilisateurs, industriels ou autres. Dans cette perspective, le simulateur de machine-outil à commande numérique, nous semble être un instrument particulièrement utile pour la professionnalisation de nos élèves-ingénieurs.