L’enseignement d’exploration « Création et Innovation technologique » Dominique Taraud IGEN STI Avril 2010.

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1 L’enseignement d’exploration « Création et Innovation technologique » Dominique Taraud IGEN STI Avril 2010

2 Transversale pour découvrir comment et pourquoi un produit technique évolue Transversale pour découvrir comment et pourquoi un produit technique évolue Verticale pour découvrir comment un produit répond à un besoin et comment il fonctionne Verticale pour découvrir comment un produit répond à un besoin et comment il fonctionne

3 Thèmes générauxExemples d’études La mobilitéLes véhicules individuels et les transports collectifs, les énergies utilisées, le pilotage et la sécurité, … Le sportLes sports de glisse, mécaniques, etc, les matériaux et vêtements techniques, la mesure de performance, … La santéL’imagerie, l’investigation physiologique, l’observation non invasive, l’assistance à l’intervention médicale, … L’habitatLa performance énergétique, la maison à énergie positive passive, la domotique, … L’énergieLes énergies renouvelables, le stockage et la distribution, … La communicationLa téléphonie, les interfaces de communication, les réseaux… La culture et les loisirsLe son et l’image, les jeux vidéo, les musées en ligne, … Les infrastructuresLes viaducs, les tours, les tunnels… La bioniqueProthèses, robots humanoïdes, drones, solutions techniques recopiant le vivant,… La dématérialisation des biens et des services Monnaie; réservation en ligne, bureau virtuel, … Des thématiques sociétales communes

4 CIT : Principe général Pour comprendre comment la créativité et l’innovation sont les moteurs de l’évolution technologique L’enregistrement magnétique La conversion Analogique Numérique La diode Laser La diode Laser La mémoire Flash La compression numérique Solution innovante Principes et lois d’évolution

5 CIT : Stratégie globale

6 Les objectifs généraux Découvrir concrétement l’innovation technologique et ses enjeux Découvrir la créativité technologique par le projet Explorer les 3 champs technologiques des bacs STI Activités d’analyses de supports technologiques innovants. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités d’analyses de supports technologiques innovants. 1/2 à 2/3 des 54 heures Activités de projet de créativité. 1/2 à 1/3 des 54 heures Activités de projet de créativité. 1/2 à 1/3 des 54 heures Création et Innovation technologique Activités passionnantes porteuses de sens…

7 Des objectifs associés La prise en compte de l’orientation La découverte de l’innovation et de la propriété industrielle L’ouverture vers les entreprises et les métiers L’ouverture de l’enseignement à des experts d’autres domaines (économie, design, industrie..) Création et Innovation technologique

8 CIT : Innovations et entreprises locales Site OSEO régional

9 CIT : Innovations et propriété industrielle Site INPI régional

10 Trois approches didactiques de l’innovation technologique CIT : Approches didactiques L’approche par les produitsL’approche par une innovationL’approche d’un système global

11 Produit 1 Walkman Produit 1 Walkman Produit 2 iPod Produit 2 iPod Produit 3 iPhone Produit 3 iPhone Principes scientifiques et technologiques, solutions techniques et principes d’innovation et lois d’évolution Evolutions Evolutions scientifiques et techniques : Traitement : Numérisation Stockage : Mémoires statiques Utilisation : Interface tactile Non évolution : restitution par oreillettes Lois d’innovation Transition vers le micro : le baladeur miniaturisé Transition vers le super système : le téléphone mobile Principes d’innovation : Remplacement du système mécanique Changement de paramètre (champs) Universalité CIT : Approche « Produit »

12 Produit 1 iPhone Produit 1 iPhone Produit 2 Segway Produit 2 Segway Produit 3 WII Produit 3 WII Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Evolution Solutions techniques Innovation : accéléromètre de technologie MEMS Principes, réalisation, utilisations Principes d’innovation et lois d’évolution des téléphones Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de transport individuels Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de jeux vidéo CIT : Approche « Innovation »

13 Radars et sécurité GPS et éco conduite Pare chocs à absorption d’énergie Innovation, Principes scientifiques et technologiques Evolution Solutions techniques Evolution Solutions techniques Thème global d’innovation : la mobilité du futur et la sécurité Principes d’innovation et lois d’évolution des capteurs de détection de présence Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes de positionnement GPS Principes d’innovation et lois d’évolution des systèmes d’absorption de l’énergie d’un choc CIT : Approche « Globale »

14 Principes d’innovation et lois d’évolution Equivalent aux lois d’évolutions en biologie, extraits de la théorie TRIZ, sans mise en œuvre des outils méthodologiques associés. Identification possible : – À partir d’une liste réduite de principes d’innovation (par exemple, de 20 principes sur les 40 formalisés) – À partir d’une liste de 8 lois d’évolution CIT : Principes et lois d’innovation

15 Principe 16 : Dynamisme / Mobilité Diviser l’objet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres. Si l’objet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser l’objet ou son environnement extérieur pour qu’il s’ajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales. Diviser l’objet en plusieurs éléments pouvant être mobiles les uns par rapports aux autres. Si l’objet (ou son environnement) est fixe, le rendre mobile ou déplaçable. Optimiser l’objet ou son environnement extérieur pour qu’il s’ajuste automatiquement aux conditions de fonctionnement optimales. Principe 14 : Sphéricité Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes. Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge. Remplacer des formes parallélépipédiques par des formes sphériques. Utiliser des rouleaux, des billes, des spirales, des dômes. Remplacer un mouvement de translation par un mouvement de rotation ; recourir à la force centrifuge. Principe 35 : Changement / Modification de paramètres Modifier l’état de phase d’un objet (ex. sous forme de gaz, de liquide ou de solide). Changer la concentration ou la consistance. Modifier le degré de flexibilité, la température. Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique Modifier l’état de phase d’un objet (ex. sous forme de gaz, de liquide ou de solide). Changer la concentration ou la consistance. Modifier le degré de flexibilité, la température. Champs abordés : Mécanique, Acoustique, Thermique, Chimique, Electrique, Magnétique CIT : Exemples de principes d’innovation

16 Lois qui renseignent sur les dynamiques d’évolutions futures du système Lois qui montrent la manière dont le système est en train d’évoluer. Lois qui ont vocation à observer un système dans son état actuel. 1. Intégralité des parties du système (cohérence fonctionnelle) 2. Conductibilité de l'énergie 3. Coordination du rythme des parties du système 4. Accroissement de l'idéal 8. Augmentation de la contrôlabilité du système (Loi de commande, Feedback) 7. Transition du macro niveau vers le micro niveau (Intégration – miniaturisation) 6. Transition du système vers le super système (Tendance vers l'universalité) 5. Développement inégal des parties d’un système technique CIT : Lois d’évolution Identification d’une loi d’évolution associée à une contradiction technique et à des principes d’innovation

17 Mesurer une distance Loi d’innovation n°8 (Dynamisme et contrôlabilité) Principe 16 « Mobilité » Principe 14 « Sphéricité » Loi d’innovation n°2 (Flux d’énergie) Principe 35 « Changement de paramètre » Loi d’innovation n°4 (Idéalité) Réglet Mètre de menuisier Mètre à ruban Télémètre laser ou ultrasons Lois et de principes d’innovation identifiées sur la fonction « mesurer » associée à des supports simples CIT : Lois d’innovation

18 La démarche pédagogique Une démarche globale permettant la découverte : – des principes et lois d’innovation: études de cas – de la créativité technologique : projet de créativité Des études de cas progressives : – justifiant des démarches d’investigation, – des activités de travaux pratiques Des activités collectives menées en équipe, donnant lieu : – à des comptes-rendus collectifs – des ouvertures vers l’extérieur du lycée, les entreprises, les formations CIT : Démarche pédagogique

19 CIT : Démarche « Starter » Identification du principe d’innovation Questionnement, analyse Investigation Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation Activité « starter » Supports simples, accessibles, faciles à analyser. Produits ou système global Identification de l’évolution « produit » Identification de l’innovation technologique Données technico économiques Caractérisation par analogie Contraintes : normes, brevets, environnement

20 CIT : Démarche TP d’analyse Identification du principe d’innovation Questionnement, analyse Investigation Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante et d’un principe d’innovation associée à un travail pratique d’analyse d’une solution technique Activité avec TP Produits ou système global Identification de l’évolution « produit » Identification de l’innovation technologique Données technico économiques Caractérisation par analogie Contraintes : normes, brevets, environnement TP relatif au principe de la solution innovante Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations : TP sur le capteur à ultra sons Pour comprendre l’innovation technologique

21 CIT : Démarche « loi d’évolution » 2 ou 3 produits 2 ou 3 produits Identification de l’évolution technologique Identification de la solution innovante Identification du principe d’innovation Questionnement, analyse Investigation Observation comparaison Recherche documentaire Démarche partielle d’analyse et d’identification d’une solution innovante, d’un principe d’innovation associée à un TP et des lois d’évolutions associées Activité Loi d’évolution TP relatif au principe de la solution innovante Identification de la loi d’évolution Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentations Caractérisation par analogie Pour comprendre l’innovation technologique Pour comprendre l’innovation « produit »

22 CIT : Démarche de synthèse Produits ou système global Identification de l’évolution « produit » Identification de l’innovation technologique Identification du principe d’innovation TP relatif au principe de la solution innovante Identification de la loi d’évolution Compte rendu et présentation des résultats Données technico économiques Caractérisation d’un principe par analogie Manipulation du réel ou du virtuel, expérimentation sur un principe Caractérisation d’une loi par analogie Synthèse Pour comprendre l’innovation technologique Pour comprendre l’innovation « produit » Pour faire la synthèse des activités et communiquer Pour comprendre que l’innovation est un facteur de compétitivité Pour comprendre que la compétitivité met en œuvre plusieurs dimensions (design, marketing, etc.) Contraintes : normes, brevets, environnement…

23 CIT : Le projet de créativité Créativité et création technologique La créativité n’est pas la création. C’est une démarche intellectuelle, culturelle, une disposition ou un état d’esprit qui amène une personne à essayer de créer… lorsqu’il y parvient, on peut alors dire qu’il y a création. Le projet proposé vise une démarche de projet promouvant la créativité technologique, sans obligation de résultat. Il s’appuie sur un existant, privilégie les démarches de modification et se conclue par une présentation collective de la démarche.

24 CIT : Des idées de projet Un défi technique ou un challenge: défi course en cours, concours robotique… Une amélioration d’un système existant: Créer une attache de mannette WII pour jouer au foot Une réflexion globale pour résoudre un problème: Comprendre le système GPS et imaginer une application particulière Une confrontation à un problème industriel: Découvrir un problème industriel, imaginer des solutions et les confronter à l’entreprise Une relation entre innovations et métiers: Découvrir une entreprise, ses innovations, ses métiers et imaginer des évolutions

25 CIT : Un projet technologique entier Objectif proposé mais partagé… Démarche collective d’appropriation Identification d’un problème (contradiction) Activité de créativité (brainstorming piloté ) et de choix Matérialisation des idées (prototypage) Synthèse et présentation de la démarche Phases principales du déroulement d’un projet technologique de créativité : Favoriser le prototypage rapide des formes, des informations et des énergies Produire un dossier numérique de présentation collective formalisant la démarche plus que les résultats.

26 CIT : Les étapes du projet Etape d’imprégnation Etape de créativité Etape de cristallisation Etape de matérialisation Expression du besoin (principales caractéristiques à atteindre, identification d’une contradiction) Production du plus grand nombre d’idées possibles Choix raisonné d’une ou deux solutions à explorer Formalisation d’une idée de solution Choix raisonné d’une ou deux solutions à explorer Formalisation d’une idée de solution Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation. Synthèse et compte-rendu collectif Matérialisation sous forme de modèle, maquette, prototype, expérimentation. Synthèse et compte-rendu collectif Les jalonsLes étapes du projetLes productions du groupe J1 J2 J3 J4

27 CIT : Matérialisation et prototypage Matériaux et structures Imprimante 3D de prototypage de forme (prix mini 1600 € HT) Petits équipements(découpe, pliage, perçage) Énergies Générateurs d’énergie (batteries, capteurs…) Transformateurs d’énergie (moteurs, actionneurs, etc) Régulateurs d’énergie (commande, protections, régulation…) Information Programmation graphique de composants standard programmables ( type ASIC) Utilisation d’outils de production et de saisie d’information…

28 Etude de cas starter Etude de cas 2 Etude de cas et synthèse Projet de créativité CIT : Déroulement type de la formation Découverte de l’innovation, de principes et des lois associées. Supports simples Exploration d’une innovation associée à une expérimentation, relatons avec les principes scientifiques et technologiques Exploration complète d’une innovation, liens entre principes et lois d’évolution. Synthèse et présentation collective Mise en œuvre d’un projet collectif. Matérialisation de idées créatives. Synthèse et présentation collective. Présen- tation Brevets, design… Entre- prises, métiers Proto- typage

29 CIT : L’aménagement des locaux Laboratoire partagé entre SI et CIT Organisation en ilots de travail accueillant une équipe de 4 élèves Zones de travail de prototypage et de rangement des supports

30 CIT : Les supports de formation Supports légers Mètre ultra son Chargeur solaire portable Brosses à dents électriques Disques dur info Eclairage LED Systèmes avec TP WII Tensiomètres Masques de plongée Lecteurs CD/DVD Perceuses- visseuses Baladeurs MP3 Systèmes « lourds » iLand Dreamslide Séche-main Dyson Segway

31 Les contraintes Les contraintes globales Les contraintes techniques : – Horaires – Locaux – Equipements Les contraintes pédagogiques – La mutualisation des productions – La formation des enseignants – La répartition des services CIT : Les contraintes liées à la formation

32 Equilibre de l’exploration des 3 champs technologiques : matériau, énergie et information Equilibre des 3 approches de l’innovation : globale, produit, innovation Progressivité des activités d’exploration : études de cas adaptées et projet CIT : Contraintes de formation

33 Autonomie de chaque établissement pour organiser les 54 heures d’enseignement Liaison possible, et même intéressante, entre CIT (approche globale) et SI (approfondissement) Autonomie dans la répartition horaire : 1,5h année, 3h semestre, 2h 2/3 année, autres modalités…. CIT : Contraintes horaires et planification

34 Réorganiser les salles SI-CIT en îlots pour la rentrée 2010 : créer une rupture visible pour élèves et enseignants Déménager les systèmes de production des labos (utilisables dans les formations STI 2D à venir) et compléter le parc informatique si nécessaire. Investir dans l’achat de supports (des 3 types?), au niveau local avant le niveau académique. CIT : Contraintes techniques

35 CIT : Mutualisation des productions Niveau national Niveau académique Niveau local (lycée ou territoire) Banque d’EdC validées Banque de projets validés Banque d’EdC Banque de projets 3 études de cas 1 projet

36 CIT : Fiche descriptive de partage Noms, fabricants, prix, photos Fonctions de service Fonctionnement Caractéristiques techniques et économiques, écologiques, etc. Description Solutions techniques innovantes Principes techniques mis en œuvre Principes d’innovation associés Lois d’évolution associées Principes TP relatif aux principes scientifiques et / ou techniques Thème de projet créatif associable Expérimentations

37 CIT : Exemples de fiche descriptive ProduitVentiléoLapeyre/Aldes Système autonome hygroréglable et miniaturisé d’extraction et de soufflage de l’air intégré en partie basse de menuiseries PVC (gamme Maxitherm - Lapeyre). Destiné au marché de la rénovation pour ventiler l’air intérieur de la pièce en évitant l’installation d’une VMC dans l’habitat. Composé d’un échangeur de chaleur filtrant et de deux ventilateurs (Micro-watt 3,5W - Aldes). Régulation en fonction du taux d’humidité. Economise jusqu’à 35 % d’énergie par rapport à une ventilation naturelle non contrôlée. Supports VMC standard, VMC régulation hygrométrique, VMC double flux, circuit classique VMC Principes TechniquesVentilation, échangeur thermique, capteur hygrométrie ScientifiquesThermique, hygrométrie Innovation1: Segmentation 6: Universalité (intégration de fonctions) 23 : Emploi d’un pilotage (boucle de régulation) Lois d’évolution7. Transition du macro niveau vers le micro niveau (Intégration – miniaturisation) TP Régulation d’une ventilation par capteur hygrométrique Projet Intégration d’un panneau photo voltaïque sur l’appareil

38 CIT : Sources d’idées de supports Revues de vulgarisation des Sciences et des techniques Sites institutionnels des organismes officiels (état, région, département) en charge de l’innovation et du développement industriel Sites internet… Site intéressants… BTP : http://www.batiweb.com/thematique/nouveaux_produits_ du_btp_1/page/1.html BTP : http://www.batiweb.com/thematique/nouveaux_produits_ du_btp_1/page/1.html Cycles divers : http://skyppy-world.com/

39 CIT : Formation des enseignants Organiser une réflexion locale : inter établissements si possible, permettant aux enseignants de s’approprier le programme et les recommandations pédagogiques Organiser une formation académique: pour former des formateurs (CdT?) et former les enseignants Organiser une réflexion nationale: pour mutualiser les bonnes pratiques, les mettre en ligne à disposition des enseignants

40 CIT : Les défis du CdT pour la rentrée 1.Animer un groupe de travail pluri technologique STI (élargi à tout enseignant intéressé) pour trouver les idées de supports et d’études de cas… 2.Rechercher dans les entreprises locales des possibilités de coopération 3.Définir 3 études de cas et un projet au niveau de l’établissement, prévoir leur achat et leurs exploitations (TP) 4.Prévoir et organiser le réaménagement des laboratoires SI-CIT 5.Organiser les services enseignants SI-CIT pour l’année 2010-11 (enseignants, horaires, planification). 6.Accompagner l’équipe enseignante pour les achats de supports, la réalisation des activités (études de cas, TP, projet) 7.Accompagner et garantir la mutualisation des supports au niveau académique 8.Accompagner le dispositif de formation local et académique associé