Succès garanti et rapide avec. LEGO MINDSTORMS Education

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1 Succès garanti et rapide avec LEGO MINDSTORMS Education

2 Introduction LEGO MINDSTORMS Education est un des moyens les plus passionnants pour aborder et explorer les sciences, la technologie et les mathématiques de façon simple et attractive. Les élèves ont la possibilité de construire un large éventail de modèles et utilisent un logiciel pour programmer, tester, mesurer et modifier les séquences d instructions qu ils ont conçues. Ils peuvent ainsi reproduire un grand nombre de situations de la vie réelle sur des thèmes aussi variés que : l optique, la mécanique, l acoustique, les propriétés des matériaux ou l électricité. Les élèves aborderons les notions de forces, gravité, énergies, distances, volumes, lumière, couleurs, matériaux, développement durable, et améliorer leurs capacités en mathématiques. Les aptitudes et compétences mises en œuvre sont également multiples : créativité, analyse, investigation, interprétation de données, gestion de projet, évaluation, communication, Nous avons rassemblé ici 10 idées qui nous paraissent particulièrement intéressantes et pédagogiquement riches pour aborder différents aspects du programme, grâce au pack de base LEGO MINDSTORMS Education et aux ressources associées. Nous serions très heureux de connaître et faire partager vos propres idées de projets avec LEGO MINDSTORMS Education, aussi n hésitez pas à nous joindre sur 02 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

3 Sommaire Rapide et véloce? Page 04 Et la lumière fut Page 06 La tactique à tâtons Page 08 Vive le vent Page 10 Tomber du ciel Page 12 «Toc, toc boïng» Page 05 Prêt pour le grand saut? Page 07 Avec ou sans glace? Page 09 Sous le soleil exactement Page 11 Et voici le gyropode! Page 13 EN DIRECT AVEC LES EXPERIENCES LEGO MINDSTORMS Education! Les utilisateurs de Smartphones ou de tablettes numériques munies d un appareil photo peuvent découvrir des vidéos sur les activités présentées dans ce livret. Il suffit simplement de scanner les codes QR qui se trouvent à côté de chaque activité et d utiliser à une des nombreuses applications de lecture de codes à barres disponibles gratuitement. Pour un accès direct à partir d un ordinateur, il suffit de taper, dans votre navigateur web, les liens écrit sous chaque code QR. JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

4 DuréE DE L activité : 45 minutes Rapide et véloce? Testez votre robot LEGO MINDSTORMS pour caractériser sa vitesse et sa capacité à aller vite. Pour être en mesure de contrôler avec précision un robot, vous avez besoin de comprendre à quelle vitesse il peut aller et quel paramètre peut modifier ses performances. Rédigez un rapport, par exemple pour l Agence Européenne de l Espace (ESA) afin qu elle puisse bien comprendre les limites de sa prochaine mission. Complétez votre rapport avec les données recueillies à partir de votre robot et suggérez des actions appropriées pour améliorer ses performances. Enregistrer le temps nécessaire pour exécuter cinq tours complets de roue du robot NXT, pour différents niveaux de puissance. Répétez trois fois pour diminuer l erreur expérimentale. Tracez le graphique «temps en fonction de la puissance». Tracez le graphique «temps en fonction de la vitesse». Changez la taille de la roue et/ou la surface et analysez la conséquence sur le graphique «puissance en fonction de la vitesse» A partir des données recueillies, estimez combien de temps il faudra à votre robot pour faire cinq tours de roues à 62% de puissance. Lancez le robot : quelle est finalement la précision de votre prédiction? Les spécialistes de l ESA ont indiqué que dans certaines zones de sable meuble, il sera difficile de rouler vite la vitesse ne peut excéder 25mm/s. Quel est le niveau de puissance nécessaire pour répondre à cette vitesse? Expliquez ce qui change quand on fait fonctionner le robot sur des surfaces différentes? Comparez vos résultats à ceux d un autre groupe. Expliquez toutes les différences que vous observez. 290,00 HT Technologie, Sciences, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, investigation et créativité. Facile Vitesse, forces, frottement, énergie 04 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

5 DuréE DE L activité : 45 minutes «Toc, toc boïng» Construisez un robot muni du capteur sonore LEGO MINDSTORMS et utilisez le mode acquisition de données. Disposez de plusieurs sortes de balles, dans des matériaux variés, à utiliser durant l expérience. Installez le robot et lancez la balle à partir d une hauteur définie. Vous répétez l opération et vous enregistrez vos graphiques pour chaque balle. Quand une balle tombe et heurte une surface, elle va effectuer des rebonds. Dans cette expérience, nous allons expérimenter différentes sortes de rebonds. Etudiez l effet de la taille et du poids sur la durée et le nombre de rebonds effectués par une balle tombant d une hauteur définie. Pouvez-vous prévoir, avant l expérience, la forme de la courbe d enregistrement pour chaque balle? Combien y a-t-il de rebonds distincts pour chaque type de balle différents? Tous les rebonds ont-ils la même amplitude? Quel est le délai entre le premier et le deuxième rebond? A quoi cela peut-il être lié? Le temps entre chaque rebond est-il le même? Que se passe-t-il si vous modifiez la hauteur à laquelle on lâche la balle? Technologie, Sciences, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, investigation et créativité. Facile Vitesse, forces, énergie, gravité, résistance de l air, matériaux 290,00 HT JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

6 DuréE DE L activité : 45 minutes «Et la lumière fut» Allez à la chasse au trésor pour découvrir la luminosité de différents objets. Découvrez la différence entre la lumière incidente et la lumière réfléchie, grâce à des expériences menées en éclairant différents matériaux à partir de différentes sources lumineuses. Consignez les résultats et expliquer pourquoi les niveaux de lumière varient en fonction des différents matériaux. Construisez un robot muni du capteur lumière LEGO MINDSTORMS et utilisez le mode acquisition de données. Choisissez différentes sources lumineuses et une variété d objets, puis mesurez la quantité de lumière à leur surface: - Lampes de classe, - Écran d ordinateur, - Placard, - Papiers de couleurs différentes, - Surfaces rugueuses ou brillantes, - Moquette Enregistrez les données et expliquez vos résultats. Comparer vos résultats avec ceux d autres groupes et expliquez les différences. Classez les objets mesurés du plus sombre au plus brillant. Programmez votre robot pour effectuer une action différente en fonction de la lumière réfléchie par la surface. Imaginez une application de la vie réelle où ce type de robot serait utile. 290,00 HT Sciences, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, investigation et créativité Moyenne Lumière, couleurs, réflexion, absorption, matériaux 06 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

7 DuréE DE L activité : 45 minutes Prêt pour le grand saut? Construisez un robot muni du capteur à ultrasons LEGO MINDSTORMS et utilisez le mode acquisition de données (durée 10 secondes et fréquence d échantillonnage élevée). Suspendez la brique NXT à un élastique, de telle manière que le capteur à ultrasons pointe vers le bas. Mesurez la hauteur de la NXT jusqu au sol. Soulevez la NXT jusqu à ce que l élastique soit au repos, lancez l enregistrement des données et lâchez la brique NXT. Utilisez le capteur à ultrasons pour enregistrer le mouvement d une masse au bout d un élastique. Découvrez la différence d élasticité de différents matériaux utilisés comme élastique et la façon dont l énergie est transférée. Etudiez les mots amplitude, fréquence et oscillation. Combien pouvez-vous compter de rebonds? Comment varie l amplitude de chaque rebond et pourquoi? Qu est-ce qui se passerait si vous utilisiez un élastique plus «flexible» ou plus «rigide»? Investiguez avec différents matériaux et argumentez à propos de leurs propriétés respectives pour expliquer la notion de transfert d énergie. Sciences, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, investigation et créativité Moyenne Vitesse, forces, gravité, résistance de l air, matériaux 290,00 HT JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

8 DuréE DE L activité : 45 minutes La tactique à tâtons Le capteur de rotation peut servir à nous indiquer une direction visée, à partir d un point de référence. En pointant une sélection d objets placés au hasard en cercle autour de la brique NXT, les élèves peuvent déterminer les angles formés entre tous ces objets et un point de référence. On peut ensuite tracer un chemin à suivre, dans un ordre défini, entre chacun de ces objets. Débarrassez une table et placez quelques objets au hasard. Avec la brique NXT, construisez un enregistreur de données muni d un moteur interactif - le capteur de rotation à l intérieur du moteur enregistre différents angles. Ajouter une flèche afin de matérialiser dans quelle direction vous pointez. Réglez l unité de mesure en degrés, lancez l enregistrement des données. Dirigez la flèche tour à tour vers chaque objet, avec une pause de deux secondes entre chaque objet. Imprimez les résultats et transmettez-les à un autre groupe pour qu il détermine dans quel ordre chaque objet à été visé. Tracez la position des points de mesure sur un papier millimétré pour préciser la position respective des objets par rapport à la NXT. Quelles applications de la vie réelle cela reproduit-il? Comment pourriez-vous aller plus loin pour, cette fois-ci, imaginer un système qui détermine la taille de chaque objet? Utilisez les angles que vous avez mesurés et collectés pour construire un robot NXT capable d aller tour à tour vers chaque objet. 290,00 HT Technologie, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, cartographie, investigation et créativité Moyenne Géométrie, trigonométrie, distances, volumes, roulements 08 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

9 DuréE DE L activité : 60 minutes Avec ou sans glace? Construisez un robot muni du capteur de température LEGO MINDSTORMS. L idéal est de construire aussi un socle pour fixer le capteur de température. Préparez une boisson chaude, en vous assurant d une parfaite supervision des élèves lors de l utilisation des liquides chauds. Utilisez le mode acquisition de données (durée 10 minutes, avec deux mesures / seconde). Recommencez l opération pour deux autres types de contenants, en vérifiant que la quantité de liquide est bien la même. Expérimentez différentes méthodes pour refroidir un verre de boisson chaude. Découvrez l effet de dissipation thermique de différents types de contenants, y compris des matériaux comme le carton, le polystyrène ou la céramique. Quel est le moyen le plus rapide pour refroidir votre boisson? Expliquez pourquoi. Quel est le plus lent? Expliquez pourquoi. Pensez à trois autres façons de refroidir votre boisson. Pouvez-vous prévoir, avant l expérience, la forme de votre graphique? Que va-t-il se passer si on laisse une cuillère en métal dans le verre de boisson chaude? Vérifiez votre hypothèse. Répétez l expérience avec une boisson glacée et testez différents matériaux pour garder votre boisson fraîche le plus longtemps possible. Sciences, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, investigation et créativité Moyenne Energie, dissipation thermique, matériaux 290,00 HT COMPLéMENT PACk DE base NXT 9695 (RéF ) HT CAPTEUR DE TEMPéRATURE NXT 9749 (RéF ) 33,00 HT JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

10 DuréE DE L activité : 60 minutes «Vive le vent» Cherchez à savoir combien d énergie vous pouvez produire à l'aide d une turbine éolienne. Les éoliennes ont la capacité de convertir l énergie cinétique du vent en énergie électrique. La quantité d énergie que peut produire une éolienne dépend de nombreux facteurs : emplacement de l éolienne, force du vent... Certaines éoliennes disposent d un système de contrôle qui leur permet de se repositionner pour mieux capter la puissance du vent. Construisez, programmez et effectuez des mesures avec la turbine NXT pour la rendre capable de produire de l énergie. Construisez l éolienne NXT et assurez-vous que le compteur d énergie est bien remis à zéro avant chaque essai. Allumez le ventilateur et attendez que la turbine ait pris suffisamment de vitesse avant de commencer l enregistrement des données. Modifiez la position de l éolienne NXT, pour qu elle ne soit pas directement face au ventilateur. Utilisez l outil dans le logiciel pour prévoir la quantité d énergie produite pour un nouvel angle. Vérifiez par l expérience en mesurant la quantité d énergie effectivement produite. Les éoliennes peuvent être soumises à des conditions difficiles : placez des obstacles devant l éolienne afin de mesurer l impact sur la production d énergie. Réduisez le nombre de pales de l éolienne et examinez l effet sur la production d énergie. Quels sont les autres types de production d énergie? Selon vous, comment pourrait-on les classer du point de vue du coût et pourquoi? HT COMPLéMENT PACk DE base NXT 9695 (RéF ) HT SET énergies RENOUVELAbLES 9688 (RéF ) HT Sciences, Technologie, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, développement durable, investigation et créativité Moyenne Conversion d énergie, électricité, mécanique, forces 10 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

11 DuréE DE L activité : 60 minutes «Sous le soleil exactement» Construisez la Station Solaire NXT et assurezvous que le compteur d énergie est bien remis à zéro avant chaque essai. Placez une forte source lumineuse au-dessus du panneau, à une distance d au moins 15cm. A partir des enregistrements, mesurez la quantité d énergie produite à partir de la source lumineuse. Modifiez la position angulaire du panneau solaire afin de reproduire la course du soleil durant la journée. Utilisez l outil dans le logiciel pour prévoir la quantité d énergie produite à certaines heures de la journée. Vérifiez par l expérience en mesurant la quantité d énergie effectivement produite. A position constante, faites varier l intensité de la source lumineuse afin de reproduire les différentes saisons de l année. Quelle surface de panneaux solaires serait nécessaire pour couvrir la consommation électrique d une maison? Faites la comparaison entre ce que coûte à installer un panneau solaire et combien d énergie il produit en un an. A cette échéance, quel serait le gain financier et combien de temps faudrait-il pour récupérer les coûts d installation? Grâce à des expériences, essayez de savoir combien d énergie vous pouvez produire à l'aide d un panneau photovoltaïque. Les panneaux photovoltaïques ont la capacité de convertir l énergie solaire en énergie électrique. La quantité d énergie que peut produire un panneau solaire dépend de nombreux facteurs : emplacement, possibilités de s'orienter par rapport aux rayons solaires. Certains panneaux solaires disposent d un système de contrôle qui leur permet d ajuster leur position par rapport au soleil. Construisez, programmez et effectuez des mesures avec la Station Solaire NXT pour la rendre capable de produire de l énergie. Sciences, Technologie, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, développement durable, investigation et créativité Moyenne Conversion d énergie, électricité, HT COMPLéMENT PACk DE base NXT 9695 (RéF ) HT SET énergies RENOUVELAbLES 9688 (RéF ) HT JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

12 DuréE DE L activité : 60 minutes «Tomber du ciel» Avec quelques précautions, attraper au vol la brique NXT peut être un bon moyen pour toucher du doigt les notions de gravité et de vitesse de chute. Explorez le domaine de la chute libre en utilisant NXT comme une solution tout-en-1. Tout ce dont vous avez besoin pour cette activité est une brique NXT et un capteur accéléromètre. Trouvez un endroit où vos élèves peuvent lancer en l air le NXT et le rattraper en toute sécurité. Fixez juste un accéléromètre à votre brique NXT grâce à une paire de chevilles. Ajoutez éventuellement des roues sur les côtés ou placez des coussins au sol, pour protéger la brique au cas où elle tomberait. Utilisez le mode acquisition de données avec la fréquence d échantillonnage la plus élevée possible. Démarrez l enregistrement des données et lancez en l air la brique NXT. Imprimez les résultats et transmettez-les à un autre groupe pour qu il l analyse. La vitesse de chute dépend de l effet de traînée dû aux forces de frottement. Comment pouvezvous optimiser le NXT pout le faire tomber plus vite? Perfectionnez le NXT en améliorant son aérodynamisme. Passez ensuite à l expérimentation avec la nouvelle forme pour voir si le NXT tombe plus vite. Comparez les résultats HT CAPTEUR ACCéLéROMèTRE MS 1040 (RéF ) HT Sciences, Technologie, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, utilisation des nombres décimaux et des fractions, développement durable, investigation et créativité, design produits Moyenne Vitesse, forces, gravité, résistance de l air, formes et matériaux 12 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

13 DuréE DE L activité : 60 minutes Et voici le gyropode Construisez un modèle gyropode à l aide de la brique NXT et d un capteur gyroscope (plus d info sur Téléchargez le programme de démonstration et exécutez-le. Essayez d expliquer comment le modèle peut rester vertical. Une fois que les élèves ont découvert la relation entre les moteurs et le capteur gyroscopique, demandez-leur d expliquer ce qui se passe à partir d un graphique. Ajouter un module d acquisition de données dans le programme pour enregistrer les informations issues du capteur gyroscope. Imprimez les résultats et transmettez-les à un autre groupe pour qu il l analyse et en discute. Comment le modèle est conçu pour se déplacer avec succès sur une pente. Faites évoluer le modèle gyropode sur une pente et mesurez les données grâce au mode acquisitions de données du logiciel NXT. Comment évoluent ces données quand le gyropode se déséquilibre et tombe? Le capteur gyroscope peut être utilisé pour maintenir un robot vertical sans tomber. Découvrez comment cela est possible et comment on peut le programmer. Projet de groupe idéal ou challenge interclasses, cette activité peut être mise en relation avec les robots utilisés dans l industrie ou des situations de la vie réelle. Construisez le modèle gyropode, un projet HiTechnic éprouvé et très apprécié. A partir du programme de démonstration fourni sur le site HiTechnic, les élèves seront en mesure d ajouter un module d acquisition de données pour comprendre comment les moteurs interagissent avec le capteur gyroscope pour maintenir l ensemble vertical. Sciences, Technologie, Mathématiques Acquisition de données, analyse et interprétation de données, création d un graphique, utilisation des nombres décimaux et des fractions, développement durable, investigation et créativité, design produits Elevée Energie, mécanique, forces, gravité HT COMPLéMENT PACk DE base NXT 9695 (RéF ) HT CAPTEUR GyROSCOPE MS 1044 (RéF ) HT TéLéCOMMANDE IR POwER FUNCTIONS 8885 (RéF ) 11,90 HT RéCEPTEUR IR TéLéCOMMANDE MS 1032 (RéF ) HT JEULIN est partenaire de LEGO EDUCATION en France. Pour commander : ou

14 abordez toutes les activités présentées grâce aux packs NXT «Succès Garanti» LEGO MINDSTORMS PACk NXT «SUCCèS GARANTI» 2-3 élèves RéF ,90 HT 769,00 HT SET DE base NXT 9797 x LOGICIEL LME MONOPOSTE x ADAPTATEUR SECTEUR 8887 x COMPLéMENT SET DE base NXT 9695 x SET énergies RENOUVELAbLES x CAPTEUR DE TEMPéRATURE 9749 x CAPTEUR ACCéLéROMèTRE MS 1040 x CAPTEUR GyROSCOPE MS 1044 x RéCEPTEUR TéLéCOMMANDE IR MS 1032 x TéLéCOMMANDE INFRAROUGE 8885 x1 LEGO MINDSTORMS PACk NXT «SUCCèS GARANTI» élèves RéF ,60 HT 4299,00 HT SET DE base NXT 9797 x LOGICIEL LME MONOPOSTE x ADAPTATEUR SECTEUR 8887 x COMPLéMENT SET DE base NXT 9695 x SET énergies RENOUVELAbLES x CAPTEUR DE TEMPéRATURE 9749 x CAPTEUR ACCéLéROMèTRE MS 1040 x CAPTEUR GyROSCOPE MS 1044 x RéCEPTEUR TéLéCOMMANDE IR MS 1032 x TéLéCOMMANDE INFRAROUGE 8885 x4 14 LEGO, le logo LEGO, WEDO, MINDSTORMS et le logo MINDSTORMS sont des marques déposées de LEGO Group

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