L’impression 3D dans l’éducation et les écoles

Sur le site Au 20e siècle, l’utilisation de la chaîne de montage était considérée comme une grande révolution. Soudain, de nombreux produits ont pu être fabriqués à faible coût. Sur le site 21e siècle, un abandon de la production de masse a désormais émergé. L’impression 3D permet de fabriquer des produits personnalisés à un coût relativement faible dans le cadre de processus automatisés.On peut supposer que cette technologie de production remplacera le travail à la chaîne actuel et deviendra le processus de production dominant. Même si l’impression 3D est aujourd’hui plutôt expérimentale et n’est pas encore utilisée à grande échelle, elle représente néanmoins une grande opportunité et en même temps un défi. Pour que les enfants se familiarisent déjà avec cette nouvelle technologie et qu’ils puissent mieux s’en servir plus tard dans leur vie professionnelle, il est judicieux de l’intégrer dès l’école.

Mais comment l’impression 3D se pratique-t-elle actuellement dans les écoles et comment peut-elle être utilisée à bon escient ? Enfin, les coûts sont actuellement encore relativement élevés et l’acquisition d’imprimantes 3D professionnelles implique des investissements importants. Ces coûts sont-ils justifiés et les modèles 3D offrent-ils des avantages directs dans l’enseignement ? Nous abordons ces questions et d’autres dans cet article.

L’impression 3D dans les écoles

Les médias numériques devraient faire partie du matériel d’apprentissage courant dans chaque école. Après tout, le monde est de plus en plus interconnecté et beaucoup de choses se passent numériquement. Pour préparer les élèves à cette réalité, l’utilisation de matériel pédagogique numérique fait aujourd’hui partie du quotidien. Il s’agit notamment de tableaux spéciaux, de tablettes ou d’ordinateurs utilisés pendant les cours.

Au sein de ce secteur, l’impression 3D joue un rôle particulier. Alors que les médias numériques traditionnels se sont largement répandus, l’impression 3D est encore un média très récent pour de nombreuses écoles. Dans ce contexte, les nouveaux médias ne sont pas utilisés comme une fin en soi.

Ils sont utilisés comme outil pour mieux transmettre les contenus d’apprentissage et pour familiariser les élèves avec les nouvelles technologies. L’impression 3D peut être utilisée de manière très variée et interdisciplinaire. L’enseignement artistique offre de nombreuses opportunités que les écoles devraient exploiter.

C’est la raison pour laquelle il est fermement établi en Rhénanie-du-Nord-Westphalie que les médias numériques, dont fait partie l’impression 3D, doivent être utilisés dans l’enseignement. Même si l’utilisation actuelle n’est possible que dans des cas isolés, il est prévu de l’étendre à l’avenir.

Opportunités pour l’école

Mais pourquoi les investissements élevés dans l’impression 3D pour les écoles en valent-ils la peine ?

En principe, l’imprimante 3D doit être utilisée comme outil d’apprentissage. Il ne s’agit pas seulement d’une imprimante traditionnelle qui imprime un produit fini, mais les élèves doivent participer de manière décisive à la conception des modèles. Ainsi, ce n’est pas seulement le modèle fini qui est au premier plan, mais aussi le processus qui mène au résultat. Pour tenir compte de la complexité des modèles, il est possible de concevoir des modèles entièrement nouveaux ou de modifier des modèles existants.

L’avantage principal est que les images ne sont plus seulement bidimensionnelles. Alors que jusqu’à présent, les illustrations se présentaient surtout sous forme de papier, les modèles tridimensionnels offrent également des points de contact physiques.

Les élèves peuvent ainsi saisir les modèles et mieux les percevoir. Cela offre un avantage décisif lorsque la spatialisation est essentielle ou que les mouvements doivent être reproduits.

Ils sont aussi généralement plus intéressants pour les élèves. Cela signifie que les élèves prêtent une plus grande attention aux modèles et suivent mieux les cours. Le succès de l’apprentissage s’en trouve accru et les connaissances peuvent être mieux transmises.

Aspects didactiques

La représentation spatiale et ses expériences sont un élément central pour le développement des capacités cognitives. L’utilisation de matériel pédagogique bidimensionnel ne favorise guère la compréhension spatiale.

L’utilisation de modèles 3D peut toutefois favoriser le développement cognitif si elle semble judicieuse.

Dans les cours de géographie, par exemple, les cartes peuvent mieux représenter les courbes de niveau dans un modèle 3D. Cela permet aux élèves de mieux comprendre les dimensions d’une montagne ou la profondeur d’un océan. La représentation spatiale des unités de longueur s’améliore et la carte est plus facile à saisir pour vous.

En chimie, l’espace tridimensionnel permet par exemple de représenter des molécules. Les élèves peuvent ainsi déterminer eux-mêmes certains processus et mieux comprendre pourquoi certaines réactions de substances conduisent à la formation de nouvelles molécules.

Les modèles de mouvements utilisés dans les cours d’éducation physique indiquent les mouvements des articulations. La différence entre l’articulation de l’épaule et du genou est mieux comprise et peut être mieux reproduite par des mouvements pratiques sur le modèle.

Il ne s’agit là que de quelques possibilités d’utilisation en classe. Dans ce contexte, la créativité des enseignants est pratiquement illimitée, ce qui permet aux élèves de participer activement à l’enseignement et de mieux comprendre les résultats à l’aide des modèles. L’attention est plus grande et les élèves suivent le cours de manière beaucoup plus ciblée.

L’impression 3D dans les cours d’art et de technologie

C’est dans l’enseignement des arts et de la technologie que l’impression 3D présente le plus d’avantages. L’impression 3D est un excellent moyen d’exprimer la créativité, étant donné que l’enseignement des arts plastiques laisse une grande liberté de conception et que les élèves sont censés réaliser eux-mêmes des modèles.

Les domaines de l’architecture, du design ou des arts plastiques sont particulièrement mis en avant. Comme base, les élèves commencent par des esquisses qui sont ensuite développées pour être finalement réalisées sur l’imprimante 3D. Pour une conception plus approfondie, un support informatique est utile. Ainsi, les élèves combinent aussi bien des esquisses dessinées à la main que des modèles générés par ordinateur.

Dans les cours de technologie, que ce soit dans l’enseignement secondaire ou professionnel, l’impression 3D permet d’illustrer et de simplifier des sujets plus complexes. Les programmes de CAO, par exemple, peuvent aider à créer les modèles et à les réaliser à l’impression. Dans ce cas, les modèles ne servent pas seulement à illustrer, mais permettent également de tester les fonctions. Il est ainsi possible de savoir directement si le modèle peut encore être amélioré ou s’il est déjà utilisable de manière pleinement fonctionnelle. Cela favorise l’utilisation de programmes de CAO et la capacité de réflexion spatiale.

Mais quels sont les exemples déjà existants qui montrent comment l’impression 3D peut être utilisée dans l’enseignement et quels sont les avantages qui en découlent ?

Plus de créativité grâce à l’impression 3D

En Australie, l’utilisation d’imprimantes 3D dans les « makerspaces » des écoles axées sur les STEM est en cours depuis un certain temps déjà. Cela permet de mieux discuter de l’impact et du succès de la nouvelle technologie. Afin d’évaluer les avantages des imprimantes 3D, 27 enseignants et plus de 500 élèves ont participé à une grande étude visant à déterminer l’impact des imprimantes 3D dans l’enseignement.

L’étude s’est déroulée sur une année et a débuté en août 2017. La base de l’étude était l’utilisation du logiciel de modélisation de Makers Empire.

Les élèves ont créé eux-mêmes librement les modèles à l’aide du logiciel et les ont ensuite réalisés en impression 3D. L’étude conclut que la créativité, la pensée critique et les compétences numériques des élèves ont été améliorées.

Ce qui est remarquable, c’est que les élèves moins performants ont pu améliorer leur confiance en eux et leur esprit critique. Cela vous a permis de mieux vous intégrer dans le groupe classe et, dans l’ensemble, l’atmosphère d’apprentissage s’est améliorée.

Mais les avantages de l’utilisation de la nouvelle technologie ne se limitent pas aux élèves, ils concernent également les enseignants. Ainsi, les enseignants sont désormais plus confiants dans l’utilisation des imprimantes 3D et plus ouverts aux nouvelles technologies en général. La collaboration avec les élèves s’est également améliorée. En effet, tout au long du processus de création d’un modèle 3D, les enseignants apprennent à mieux connaître les élèves et peuvent ainsi mieux répondre à leurs besoins individuels. Il s’agit donc bien plus d’une collaboration que d’un enseignement frontal.

Plus de 90% des élèves ont également indiqué qu’ils souhaitaient continuer à utiliser l’impression 3D ou au moins la conception après leur formation scolaire. Certains élèves peuvent en outre s’imaginer utiliser l’impression 3D plus tard dans leur vie professionnelle.

Des repas scolaires sortis de l’imprimante

Les imprimantes 3D sont plutôt connues pour traiter des modèles et d’autres matériaux. Ceux-ci ne sont pas comestibles et présentent plutôt un intérêt en tant qu’objet de contemplation.

Mais la nouveauté, c’est qu’il existe de plus en plus d’imprimantes 3D autorisées pour l’utilisation de produits alimentaires. Ces imprimantes permettent par exemple de réaliser des crêpes et d’autres plats simples. Parmi celles-ci, on trouve par exemple du chocolat ou encore de la pizza.

Dans une école de l’est de Londres, les plats fabriqués à l’aide d’une imprimante 3D devraient inciter davantage d’élèves à embrasser une carrière dans les STEM. La pénurie de main-d’œuvre qualifiée crée un problème majeur dans les entreprises et celles-ci recherchent désespérément des ingénieurs bien formés. Cette solution créative devrait permettre à davantage d’élèves de suivre cette voie professionnelle.

Concrètement, cet exemple concerne l’école primaire St. Helen. Sur celle-ci, les élèves peuvent imprimer eux-mêmes leur repas sur une imprimante 3D. Il est ainsi possible d’imprimer des chips, du poisson et des haricots hexagonaux.

C’est une manière de familiariser les enfants avec les nouvelles technologies. Avec un grand succès, comme l’a montré une enquête auprès des élèves. Ainsi, une grande majorité est favorable à une utilisation accrue de l’imprimante 3D dans l’enseignement ordinaire.

Mais St. Helen, à l’est de Londres, n’est pas le seul exemple de nourriture produite par une imprimante 3D. Aux Pays-Bas, il existe un restaurant complet spécialisé dans la nourriture produite par une imprimante 3D. De nombreux chercheurs de Chine et de Corée du Sud travaillent également à la création d’encore plus de plats à l’aide d’une imprimante 3D à l’avenir. On peut donc imaginer qu’à l’avenir, des plats très personnalisés pourront être créés et que, dans les cantines scolaires, seules de telles imprimantes seront bientôt responsables de la distribution des repas.

Ateliers pour les élèves

Comme la technologie moderne n’est pas encore bien intégrée dans la vie quotidienne des écoles, de nombreux élèves y ont accès par le biais d’ateliers spéciaux. Grâce à eux, un contact intensif peut avoir lieu lors de ces manifestations de plusieurs jours.

Au cours de ces ateliers, les élèves apprennent à travailler de manière complète, de la création du modèle à l’impression. Les objets, comme les porte-stylos ou autres modèles, peuvent ensuite être emportés chez soi.

L’intégration de certaines techniques de numérisation est en outre particulièrement avantageuse. Il est par exemple possible de scanner des armures de chevalier et de les imprimer ensuite sous forme de petit modèle. Les élèves ont ainsi un premier accès à cette technologie moderne.

Dans la plupart des cas, cette collaboration est basée sur certains fab labs qui fournissent les équipements et animent l’atelier. Mais les universités proposent également de tels ateliers. Pour les classes intéressées, c’est une excellente occasion d’utiliser cette technologie d’avenir, même si l’école ne dispose pas encore de l’équipement nécessaire.

Conclusion

L’impression 3D est volontiers qualifiée de révolution du 21e siècle et on lui attribue un impact sur la production similaire à celui de l’introduction de la chaîne de montage. Il est donc tout à fait compréhensible que les élèves soient déjà initiés à cette technologie prometteuse. Après tout, il s’agit de la nouvelle génération qui utilisera très probablement les imprimantes 3D sur son futur lieu de travail.

Dans les écoles en Allemagne, l’introduction des imprimantes 3D est encore plutôt modérée. Enfin, cela implique des investissements importants et l’utilisation des médias numériques est certes inscrite dans tous les programmes scolaires, mais la réalisation est encore lente.

La situation est différente dans d’autres pays. Ici, les résultats pratiques et les études montrent que l’intégration de l’impression 3D et des modèles permet d’augmenter les capacités créatives et la pensée critique. Les élèves sont plus attentifs à la matière enseignée et la réussite de l’apprentissage est nettement améliorée. Cela permet de mieux illustrer même des faits complexes comme certaines articulations et leurs mouvements.

D’autres points de contact existent à la cantine, où l’utilisation d’imprimantes 3D vise à susciter l’intérêt pour cette technologie. Les plats simples peuvent être entièrement imprimés.

En conclusion, de nombreux experts estiment que ce n’est plus qu’une question de temps avant que les imprimantes 3D fassent partie du quotidien des écoles. Enfin, ils peuvent simplifier considérablement l’enseignement et la transmission des contenus d’apprentissage.