Qu’est-ce que des enseignants de Sciences de la nature peuvent faire avec une imprimante 3D?

Comment un enseignant de Sciences de la nature peut-il utiliser une imprimante 3D, en classe ou en laboratoire? J’ai reçu une libération de la part de mon collège pour élaborer des scénarios pédagogiques qui amèneraient les étudiants de Sciences de la nature à utiliser une imprimante 3D (cela fait l’objet d’un autre texte dans Profweb), mais aussi, à la base, pour me familiariser avec les possibilités offertes par une imprimante 3D pour les enseignants du programme.

Mon projet

On en parlait depuis quelques mois déjà: il serait intéressant de faire entrer une technologie comme l’impression 3D dans les murs du Cégep de Sainte-Foy. L’initiative est d’abord venue des responsables de la bibliothèque, qui étudient sérieusement la possibilité d’ouvrir une forme de MakerSpace (ou un FabLab) à la communauté collégiale. Ensuite, des échos de la venue d’une imprimante 3D dans le collège sont venus jusqu’aux oreilles des coordonnateurs des départements du programme de Sciences de la nature. C’est ainsi que j’ai reçu une libération par le collège pour mener un projet exploratoire sur l’utilisation d’une imprimante 3D et de son implantation dans le programme de Sciences de la nature.

Pour le projet, le Cégep s’est procuré une imprimante Creality Ender 3, disponible sur le marché à un peu plus de 300$. C’est une imprimante 3D d’entrée de gamme. Il s’agissait d’un choix logique pour réaliser une phase exploratoire et permettre aux différents intervenants de voir l’impression 3D en action. Puisque le coût de la matière première est à moins de 40$ le kilogramme, c’était un pari peu risqué qui est à la portée de tous les collèges.

Quelques exemples de pièces imprimées au début de la phase exploratoire de mon projet.

Applications pratico-pratiques dans les départements de Sciences de la nature

Une imprimante 3D peut assurément être fort utile pour des enseignants.

En chimie

Pour une expérience de laboratoire en chimie, les étudiants ont à manipuler des fioles de 5 ml, qui sont instables sur les comptoirs. Les bris étaient donc fréquents. Les techniciens de laboratoire m’ont demandé si je pouvais y faire quelque chose. J’ai eu l’idée de concevoir un support pour ces fioles. Je l’ai modélisé à l’aide du logiciel Fusion 360 (gratuit avec une licence éducationnelle et doté d’une interface assez intuitive) et j’en ai imprimé 10 copies, pour équiper toutes les stations de laboratoire. Les fioles ne tombent plus!

La modélisation du support à fioles que j’ai fabriqué.

En mathématiques

La première demande de mes collègues en mathématiques a été de modéliser des vecteurs (flèches) dans lesquels s’insèrent des aimants, ce qui permet de les faire tenir en place sur les tableaux.

Trois vecteurs aimantés reliés entre eux pour montrer l’origine d’un système d’axes.

En physique

Les physiciens avaient des besoins pour plusieurs expériences. À titre d’exemple :

• Un prototype d’une pièce permettant de déterminer le moment d’une force a été conçu, modélisé, imprimé et testé.
• Pour effectuer des tests de résistance des matériaux et le calcul du module de Young, un dispositif simple, mais efficace a aussi été modélisé. Il suffit de choisir le matériel que l’on veut tester. On imprime le dispositif, qu’on amène ensuite au laboratoire. Les étudiants effectuent les manipulations sur les dispositifs et collectent les données qui permettront le calcul du module de Young (la valeur obtenue peut facilement être comparée aux valeurs de référence).

La modélisation d’un prototype pour réaliser des essais en résistance des matériaux.

En biologie

Les enseignants de biologie ont souvent recours à des pièces anatomiques dans leur cours. Ces pièces sont vendues par les détaillants de matériel pédagogique à des prix relativement élevés.

J’ai fait imprimer un modèle de larynx dont les enseignants avaient besoin. Résultat : une impression réalisée au coût de 2,75$, comparativement à quelques centaines de dollars pour l’achat d’une pièce comparable. Cette impression, à elle seule, a rentabilisé l’imprimante 3D.

Dans le même ordre d’idée, une collègue m’a interpellé pour pallier le handicap visuel d’un étudiant : un modèle d’un neurone a été imprimé, pour que l’étudiant puisse le manipuler.

Je n’ai évidemment pas modélisé le larynx moi-même, ni le neurone : il existe sur le web de vastes banques, souvent accessibles gratuitement, où sont répertoriés de nombreux objets qu’il est possible de télécharger, d’adapter et d’imprimer. Thingiverse est un exemple de banque de modèles 3D très variés (plusieurs gadgets, mais aussi le larynx et le neurone mentionnés précédemment).

Ces banques de modèles sont très pratiques, certes. Mais, à mon avis, si on veut mettre l’imprimante entre les mains des étudiants, le principal intérêt pédagogique d’une telle technologie au collégial réside dans la phase de conception et de modélisation par les étudiants. Ces étapes se trouvent au centre d’une démarche de résolution d’une problématique scientifique. Cela fait l’objet du récit Qu’est-ce que des étudiants de Sciences de la Nature peuvent faire avec une imprimante 3D? Un exemple en chimie.