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Sept façons d'utiliser l'impression 3D dans l'enseignement

La technologie a fait de grands progrès dans les salles de classe. Des rétroprojecteurs dans les années 1930 aux calculatrices portatives dans les années 1970, en passant par la démocratisation des ordinateurs dans les années 2000, la technologie a aidé les enseignants à rendre les salles de classe plus attrayantes et à préparer les étudiants à la vie active. 

Aujourd'hui, l'impression 3D a le pouvoir de révolutionner la salle de classe. Les progrès réalisés dans le domaine de l'impression 3D ont rendu cette technologie plus accessible et plus abordable, ce qui explique sa popularité croissante dans le milieu éducatif.  

Les enseignants de pratiquement toutes les disciplines académiques peuvent utiliser l'impression 3D en classe, que ce soit pour des cours en présentiel ou en ligne. Quand les enseignants intègrent judicieusement cette technologie dans la salle de classe, ils peuvent améliorer les résultats d'apprentissage comme l'aptitude à la pensée analytique et critique.

Lisez cet article pour découvrir les sept façons dont l'impression 3D est utilisée pour créer des environnements d'apprentissage pratique, favoriser la créativité, préparer les étudiants au monde du travail, etc.  Les voici :

  1. Créer un environnement d’apprentissage pratique

  2. Favoriser la créativité et l’innovation

  3. Faciliter la compréhension pratique

  4. Préparer les étudiants à la vie active

  5. Renforcer l’engagement numérique

  6. Apprendre à résoudre des problèmes

  7. Pratiquer la réflexion conceptuelle

Créer un environnement d’apprentissage pratique

Les étudiants ont plus de plaisir à apprendre quand leur environnement d'apprentissage requiert leur participation. Passer du temps en classe à regarder des diapositives ne suffit pas pour piquer leur intérêt et retenir leur attention. L'impression 3D rend l'apprentissage actif en permettant aux élèves de faire preuve d'esprit critique dans la création de leurs modèles. Des cours captivants permettent aux étudiants de mieux assimiler des notions complexes, tout en améliorant d'autres compétences comme leur capacité à résoudre des problèmes. De plus, l'impression 3D aide les étudiants ayant des styles d'apprentissage différents : les apprenants tactiles et visuels tirent un grand profit de l'impression 3D.

À Morrison Tech par exemple, presque tous les cours d'ingénierie intègrent l'impression 3D. Les étudiants apprennent l'impression 3D pour le développement et le prototypage de produits, en créant des pièces fonctionnelles comme des engrenages. Les ingénieurs suivent la même voie : grâce à l'impression 3D, les étudiants peuvent se faire une idée de la façon dont les ingénieurs travaillent, et acquérir une expérience pratique.

L'impression 3D par stéréolithographie (SLA) est idéale pour les modèles détaillés sur mesure, tels que les modèles anatomiques en médecine ou en biologie.

L'impression 3D n'est pas seulement destinée aux cours d'ingénierie. L'impression 3D peut être utilisée dans de nombreuses disciplines universitaires : les étudiants en biologie peuvent imprimer des organes, les étudiants en chimie peuvent étudier des molécules imprimées en 3D, les étudiants en graphisme peuvent créer des versions 3D de leurs œuvres, les étudiants en histoire peuvent imprimer des objets historiques et les étudiants en architecture peuvent imprimer des modèles 3D de leurs projets de construction.

Cet environnement d'apprentissage pratique n'est pas perdu avec les cours à distance. Comme l'a montré Michael Silver, professeur d'architecture au College of Design and Architecture de l'Université du Kentucky, les étudiants ont pu concevoir des maquettes de bâtiments que Silver leur a imprimées et envoyées par e-mail. Le fait de disposer d'un modèle physique aide les élèves à mieux comprendre certaines notions. Bien qu'il s'agisse d'un cours à distance, l'impression 3D a fait de ce cours une expérience immersive.

Favoriser la créativité et l’innovation

Les compétences créatives sont sous-estimées, mais elles sont essentielles au développement d'un étudiant qui réussit. C'est grâce à la créativité que de nouvelles idées et solutions voient le jour. L'impression 3D est créatrice par nature, et permet donc aux élèves de résoudre des problèmes grâce à l'impression 3D, de concevoir des modèles à l'aide d'un logiciel CAO et de trouver comment optimiser les procédés d'impression 3D. Les étudiants peuvent aussi peindre leurs modèles dans le cadre de cours d'art, ce qui leur permet de pousser leur créativité encore plus loin.

Les pièces imprimées avec l'impression 3D SLA présentent une finition de surface lisse, des détails incroyables et sont également faciles à peindre.

À UMass Lowell, le professeur Yuko Oda a intégré l'impression 3D pour améliorer ses cours de conception 3D, de sculpture, de modélisation 3D et d'animation. Une évolution importante dans le domaine de la sculpture consiste à combiner la réalité virtuelle (VR) et l'impression 3D. La VR rend la conception 3D plus accessible, permettant aux artistes et aux étudiants de créer avec leurs mains dans des programmes tels qu'Oculus Medium. En 8e année, Yuko a appris aux étudiants à créer un objet 3D en 30 minutes grâce à la VR, puis à imprimer l'œuvre sur une imprimante 3D. L'impression 3D ouvre de nouvelles voies à l'innovation.

Faciliter la compréhension pratique

La préparation à la vie en dehors de l'école est l'un des objectifs de l'enseignement supérieur, il est donc important que les éducateurs créent des opportunités pour que les étudiants comprennent mieux comment les compétences acquises en classe peuvent être appliquées au monde professionnel. Il vaut souvent mieux montrer qu'expliquer quelque chose aux étudiants – et quel meilleur moyen de le faire que l'impression 3D ?

En Turquie, des étudiants en médecine dentaire ont effectué un traitement de canal sur des échantillons de modèles imprimés en 3D.

Les modèles imprimés en 3D peuvent par exemple aider les étudiants à mieux comprendre l'anatomie. À l'université Canakkale Onsekiz Mart, en Turquie, l'impression 3D de modèles dentaires a permis d'enseigner la dentisterie à distance.

« La Formlabs Form 3B est une imprimante 3D parfaite, dotée d'une grande plateforme de fabrication qui nous a permis d'imprimer 80 molaires en 9 heures. Les détails des dents imprimées sont très nets et la précision est élevée, ce qui nous a permis d'imprimer les dents de démonstration pour les étudiants » a déclaré M. Yosunçığır.

En utilisant des résines optimisées pour les applications du secteur de la santé comme Elastic Resin ou Elastic Resin, les étudiants peuvent imprimer des modèles 3D d'os, d'organes, de cellules et d'autres composants biologiques. Dans l'enseignement médical, les modèles imprimés en 3D peuvent préparer les étudiants aux opérations. Ce type de visualisation est extrêmement précieux, car il aide les équipes chirurgicales à planifier leurs opérations.

Préparer les étudiants à la vie active

L'impression 3D est une compétence appréciée dans le monde du travail. L'impression 3D ne concerne pas seulement les secteurs de l'ingénierie et de la fabrication : l'impression 3D touche tous les domaines, du divertissement à la joaillerie. Selon un rapport de Grand View Research, la taille du marché mondial de l'impression 3D était évaluée à 11,58 milliards de dollars en 2019 et devrait atteindre un TCAC supérieur à 14 % de 2020 à 2027. À l'échelle mondiale, environ 1,4 million d'imprimantes 3D ont été expédiées en 2018, et ce nombre devrait atteindre 8 millions d'ici 2027.

Cette démocratisation des imprimantes 3D stimule la demande d'étudiants en graphisme ayant des compétences en conception 3D. L'impression 3D est rendue possible grâce à la construction de modèles par des concepteurs. À mesure que la demande de produits sur mesure augmente, la conception de modèles personnalisés devient plus importante que jamais. Des emplois en recherche et développement (R&D) requièrent également des connaissances en matière d'impression 3D. La production de produits de consommation nécessite une analyse intensive, et les professionnels de la R&D peuvent trouver comment réduire les coûts et améliorer l'efficacité grâce à des technologies comme l'impression 3D. La modélisation est également nécessaire pour créer des prothèses ou des organes dans des emplois liés à la biologie. L'impression 3D est également très utilisée pour la modélisation d'architecture et de construction, car le prototypage y joue un rôle central.

Quand les étudiants apprennent l'impression 3D à l'école, ils sont mieux préparés au monde du travail. Ils sont également plus susceptibles d'être embauchés dans des secteurs créatifs après avoir obtenu leur diplôme.

Renforcer l’engagement numérique

Dans un monde où le numérique devient de plus en plus présent, les étudiants doivent apprendre à utiliser la technologie numérique à leur avantage. La technologie numérique a parfois la mauvaise réputation de détourner l'attention des apprenants, mais lorsqu'elle est utilisée correctement, elle peut leur apprendre à mieux saisir le monde qui les entoure. Peu importe le secteur d'activité : les espaces de travail, des studios d'art aux ateliers, se sont modernisés. En intégrant l'impression 3D dans le programme scolaire, les enseignants peuvent encourager les étudiants à mieux comprendre les procédures de travail numériques. L'impression 3D ne se résume pas à une imprimante 3D : les étudiants qui se lancent dans l'impression 3D doivent comprendre l'ensemble du processus, de la conception CAO au post-traitement. 

Par exemple, les étudiants peuvent apprendre la photogrammétrie, qui permet d'obtenir des mesures précises à partir de photographies. La photogrammétrie consiste à prendre un ensemble de photos superposées d'un objet, d'un bâtiment, d'une personne ou d'un environnement, et à les convertir en un modèle 3D à l'aide d'algorithmes informatiques. 

Apprendre à résoudre des problèmes

L'impression 3D résout des problèmes réels. Par exemple, elle a permis de remédier à la pénurie d'équipements de protection individuelle (EPI) pendant la pandémie de COVID-19. La même logique s'applique à la salle de classe. L'impression 3D exige des élèves qu'ils utilisent leurs compétences pour résoudre des problèmes. Lorsqu'un étudiant se lance dans un projet d'impression 3D, il est confronté à plusieurs questions clés, notamment :

  1. À quoi servira ma pièce imprimée en 3D ?

  2. De quoi dois-je tenir compte dans la conception du modèle, le choix des matériaux et la finition de la pièce ?

  3. Comment puis-je adapter mon processus d'impression 3D pour qu'il soit efficace ?

Ce ne sont là que quelques questions parmi d'autres. Mais elles exigent des étudiants de faire preuve d'esprit critique pour mener à bien leur projet. Les étudiants doivent être capables de passer d'idées abstraites à un objet imprimé en 3D, et de comprendre comment ces concepts sont liés les uns aux autres. Lors du prototypage, ils doivent être en mesure de tester et d'évaluer si un concept est en mesure d'atteindre le but fixé, en se projetant au-delà de sa simple fonctionnalité. L'impression 3D encourage les élèves à aborder les problèmes de manière logique et systémique, tout en favorisant leur créativité.

Pratiquer la réflexion conceptuelle

La réflexion conceptuelle est plus qu'un mot à la mode. Elle est définie comme « un processus itératif par lequel nous cherchons à comprendre l'utilisateur, à remettre en question les hypothèses et à redéfinir les problèmes afin d'identifier des stratégies et des solutions alternatives que notre niveau de compréhension initial nous empêchait peut-être de voir ». Plus qu'une tendance éphémère, la réflexion conceptuelle a de beaux jours devant elle, et a déjà été adoptée par de grandes marques comme Apple et Google. Comment l'impression 3D contribue-t-elle à la réflexion conceptuelle ?

La coopération est un élément clé de la réflexion conceptuelle, et l'impression 3D peut favoriser la collaboration entre pairs lorsque les enseignants mettent en place des projets de groupe. Dans les projets d'impression 3D en groupe, les étudiants apprennent des perspectives et des styles de travail des autres. L'itération est un autre aspect essentiel de la réflexion conceptuelle. L'impression 3D encourage les étudiants à améliorer leur concept en se basant sur les résultats et les commentaires reçus. 

Conclusion

L'impression 3D est une technologie aux multiples facettes qui peut faire ressortir les meilleures qualités des étudiants. En intégrant l'impression 3D, les enseignants de toutes les disciplines et de tous les niveaux académiques peuvent offrir une meilleure formation plus attrayante pour les étudiants, et atteindre leurs objectifs d'apprentissage. Qu'il s'agisse de stimuler l'imagination des élèves ou de leur apprendre à appliquer des concepts au monde réel, l'impression 3D est inestimable.

Pour en savoir plus sur l'impression 3D pour l'enseignement, visitez notre page de ressources sur l'enseignement.