Cours en ligne et simulateur de thermodynamique appliquée

Découverte

Bonjour

Vous êtes un enseignant intéressé par Thermoptim et qui découvre ce portail. Vous y trouverez de nombreuses ressources relatives à la thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques.

Depuis une quinzaine d'années, nous avons développé une méthode d'apprentissage originale et extrêmement simplifiée basée sur une reconception radicale de la pédagogie de la discipline et sur deux NTE innovantes, l'une spécifique de la discipline, le simulateur Thermoptim, et l'autre beaucoup plus générique, les modules de formation à distance sonorisés Diapason.

Le simulateur Thermoptim permet quant à lui de modéliser très simplement les systèmes énergétiques, tandis que les modules Diapason donnent accès à tout moment aux explications orales de l'enseignant sur des questions relatives tant à la théorie et à la technologie qu'à l'utilisation pratique du simulateur.

Cette méthode rencontre un grand succès auprès des élèves, ce qui explique qu'elle soit, à des degrés divers, mise en œuvre dans plus d'une centaine d'établissements d'enseignement.

Nous vous recommandons de commencer par lire la présentation des fonctionnalités de base de ce portail, puis de découvrir Thermoptim et les modules Diapason, la pédagogie que nous préconisons, les ressources disponibles et les espaces réservés aux enseignants.

Sachez enfin que nous organisons régulièrement des sessions de deux MOOC, l'un sur les Problèmes Énergétiques Globaux, et le second, en deux parties, sur la Conversion Thermodynamique de la Chaleur.

Présentation de Thermoptim

Thermoptim est un progiciel qui vous permet d'apprendre sans peine la thermodynamique : parallèlement ou même préalablement à la présentation des bases théoriques, vous pouvez effectuer des exercices très pratiques portant sur des applications de la discipline aux machines réelles, comme par exemple l'étude d'un réfrigérateur ou d'une centrale électrique... Vous verrez par vous-même que l'apprentissage de cet outil est très facile, et qu'il fournit des résultats extrêmement réalistes sans que vous soyez handicapé par les difficultés de calcul qui sont généralement la règle dans notre discipline.

Grâce à ses bibliothèques de fonctions thermodynamiques, Thermoptim permet de modéliser graphiquement des technologies énergétiques simples ou complexes sans écrire une seule équation, et d'obtenir des résultats extrêmement précis, qui peuvent être présentés visuellement sous des formes diverses. On peut en particulier s'affranchir de l'hypothèse très limitative des gaz parfaits, en introduisant des fluides réels.

Une séance sonorisée Diapason particulière vous permettra de vous initier en 20 mn aux principales fonctionnalités de l'outil.

Des explorations de modèles existants des cycles de base de l'énergétique sont proposées dans l'explorateur de scénarios pédagogiques de Thermoptim. Elles présentent l'avantage qu'elles sont utilisables avec la version de démonstration du progiciel. Les élèves n'ayant pas à construire eux-mêmes les modèles, quelques petites difficultés sont évitées.

Des activités d'auto-évaluation sont à disposition de vos élèves pour qu'ils puissent tester leur compréhension des différentes notions.

Les cartes mentales ci-dessous ont été établies pour vous permettre de retrouver facilement les sections du livre Systèmes Énergétiques et les pages du portail pertinentes :

Sachez enfin que Thermoptim est disponible en sept langues si vous préférez travailler avec une langue autre que le français.

présentation des modules Diapason

Les modules Diapason (Diaporamas Pédagogiques Animés et Sonorisés) sont une TICE qui permet de faire aussi bien des présentations théoriques, méthodologiques que technologiques.

Leur spécificité est d'associer une bande son à un écran, permettant aux élèves d'obtenir des explications orales contextuelles sur des questions relatives tant à la théorie et à la technologie qu'à la mise en oeuvre pratique d'outils comme le simulateur. Une présentation en ligne de ces modules est disponible.

La structuration des modules en étapes, séances, parcours et cursus permet de concevoir des environnements pédagogiques riches. Des hyperliens permettent d'accéder à des documents divers comme des tableurs ou des pdf.

Basés sur une double structure xml, ces modules utilisent comme visualisateur un environnement d'exécution Flash libre de droits, supporté par la quasi-totalité des navigateurs Web récents, qui permet de synchroniser des ressources multimédia variées, comme des images, des bandes-son, des documents pdf, des animations swf, des tableurs, des liens hypertexte...

Leur intérêt principal est leur excellente efficacité pédagogique :

  • lors de l'utilisation de ces modules, les élèves sont plus actifs qu'en salle de cours, en ce sens qu'ils règlent eux-mêmes leur rythme d'écoute, mais surtout ils choisissent eux-mêmes les moments où ils étudient, et sont donc disponibles lorsqu'ils le font ; ils apprennent mieux, d'autant plus qu'ils ont tout loisir de revenir en arrière ou de compléter les informations qui leur sont présentées en recourant aux documents écrits ;

  • es bandes-son ayant une durée moyenne de moins d'une minute, leur attention peut être soutenue lorsqu'ils étudient une étape, et ils ne passent à la suivante qu'après un temps de repos ;

  • lorsqu'ils travaillent, les élèves disposent de l'ensemble des ressources pédagogiques dont ils ont besoin ; en cas de doute ou s'ils ont été absents, ils peuvent se référer sans aucune difficulté aux explications orales de l'enseignant.

Afin de faciliter la conception de ces modules, un constructeur de fichiers xml disposant d'une interface conviviale a été réalisé sous Java. Il est librement diffusé.

Pédagogie de la thermodynamique avec Thermoptim

Alors que l'enseignement classique de la discipline repose sur une présentation très axiomatique qui conduit in fine à adopter des hypothèses souvent caricaturales, nous privilégions une approche qualitative des phénomènes, les calculs nécessaires pour les études quantitatives étant réalisés par les outils logiciels de manière transparente pour les apprenants, c'est-à-dire sans qu'ils aient besoin, au moins dans un premier temps, d'en connaître le détail.

Le <strong>recours aux équations est réduit au minimum</strong> lors de l'initiation à la discipline, l'effort cognitif portant alors essentiellement sur la compréhension des technologies et des concepts ainsi que sur leur mise en pratique, et nous considérons que la mise en équations ne devient possible et pertinente qu'une fois que l'apprenant a acquis une maîtrise suffisante de ce savoir.

Mise en oeuvre à des degrés divers depuis plusieurs années dans une centaine d'établissements d'enseignement supérieur, cette méthode, qui&nbsp;rencontre un grand succès auprès des étudiants, a montré que la progression peut être découpée en trois grandes étapes :

  • l'acquisition des concepts et des outils, consacrée aux rappels de thermodynamique, à l'étude des cycles de base, à la découverte des technologies mises en oeuvre et à l'apprentissage de Thermoptim (environ 12 h de travail)

  • la consolidation des notions vues lors de la première étape, avec des compléments théoriques sur l'exergie et les échangeurs, l'étude des variantes des cycles de base, des cycles combinés et de la cogénération (environ 8h de travail)

  • les approfondissements et la mise en application personnelle, donnant lieu à l'étude de cycles novateurs et/ou plus complexes que les précédents ainsi qu'à des réflexions sur les perspectives technologiques, à l'occasion de mini-projets menés seuls ou en groupes (la durée de cette étape dépend beaucoup des activités personnelles sélectionnées)

Un guide d'usage des ressources du portail vous explique comment concrètement les mettre en oeuvre sur le plan pédagogique.

Une présentation sonorisée du renouveau de cette pédagogie, présentée lors du Colloque International L'Université à l'Ere du Numérique vous permettra, en un quart d'heure environ, d'avoir une vision d'ensemble de cette problématique, tandis qu'une page Web beaucoup plus détaillée développe cette présentation, en abordant successivement les points suivants :

  • le contexte général de la formation des ingénieurs

  • les difficultés rencontrées dans l'enseignement de la thermodynamique

  • l'intérêt d'utiliser le simulateur

  • l'existence d'une deuxième difficulté pédagogique : l'enseignement de la réalité technologique

  • l'intérêt pédagogique des modules Diapason

  • l'approche progressive en trois étapes proposée

  • le suivi détaillé des élèves à mettre en place

Elle fournit enfin des références sur la pédagogie qui pourront vous intéresser.

Ressources disponibles

Les ressources pédagogiques disponibles correspondent à six catégories principales :

  • les fiches thématiques synthétiques

  • l'ensemble des séances Diapason

  • les supports écrits

  • les fiches-guides de TD

  • les modèles de corps et composants permettant d'étendre le noyau de Thermoptim

  • des notes relatives à la pédagogie de la thermodynamique appliquée

Ces ressources peuvent être combinées pour former des cours complets ou simplement des parties de cours, en fonction des objectifs pédagogiques poursuivis par les enseignants et les étudiants.

Nous avons préparé à votre attention une série de modules d'auto-formation, qui proposent des parcours thématiques gradués à travers l'ensemble des ressources disponibles, avec une progression depuis les bases jusqu'à des activités personnelles dont certaines peuvent être relativement complexes.

Espaces dédiés aux enseignants

En tant qu'enseignant, vous pouvez avoir accès à des espaces qui vous sont plus particulièrement dédiés.

Tout d'abord, les fiches-guides de TD existent en deux versions, l'une complète avec corrigés, réservée aux seuls enseignants identifiés, et l'autre sans les corrigés, librement accessible. Si vous désirez avoir accès aux corrigés, veuillez remplir le formulaire d'inscription ci-dessous.

Nous vous contacterons pour vérifier vos qualités, puis nous vous fournirons un login et un mot de passe. Cet accès, non fourni aux étudiants pour éviter qu'ils disposent des solutions aux problèmes que leurs enseignants leur soumettent, ne vous engage pas à contribuer à nos travaux. Nous vous demandons bien sûr de ne pas diffuser les codes d'accès que nous vous fournirons.

Par ailleurs, nous collaborons étroitement avec deux groupes d'enseignants intéressés par nos développements :

Ces deux groupes disposent chacun d'un espace réservé au sein de ce portail, avec une partie publique et une partie privée dont l'accès est limité à leurs membres.

La participation au premier groupe suppose que votre établissement soit partenaire d'UNIT. Il est en revanche tout à fait possible de rejoindre le Club ALET. Si vous le désirez, faites-en la demande avec le formulaire accessible dans l'espace du Club.

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