Thème : L exploration spatiale

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1 Projet Continuité CM2-6 e La robotique n a pas d âge! Collège Fleming Ecole le hameau du château Sassenage Thème : L exploration spatiale Projet supporté par la DAN 2016 : Heure numérique Prezi à visualiser en ligne (cliquer sur l image) Porteurs de projet : C. Minutolo V. Bonnet

2 Discipline : Sciences expérimentales et Technologie Niveaux : CM2-6 e Auteur V. BONNET C. MINUTOLO Thème : L exploration spatiale Intitulé du projet La robotique n a pas d âge! Lien avec les thèmes définis dans l appel à projets Objectifs Porteur de projets Modalités de l expérimentation (nombre de classes, niveau, activités, calendrier ) Productions attendues Numérique et apprentissages interdisciplinaires Démarche d investigation et acquisition de compétences transversales Enseignement du code et pédagogie de projet Développer la pensée algorithmique et la programmation Aborder les sciences autrement, Développer la démarche expérimentale chez le collégien et les élèves de CM2 à partir d une problématique ou d un besoin, Traiter les compétences du cycle des approfondissements du programme du CE2, du CM1 et du CM2 des sciences expérimentales et technologique Travailler la démarche d'investigation et de résolution de problème Manipuler et expérimenter puis en tirer des conclusions. Développer la capacité à se questionner et trouver des solutions. Essayer plusieurs solutions et faire preuve d un esprit critique. Aborder des notions telles que la programmation algorithmique, la mesure du temps et des distances, l'utilisation d'objet mécanique et la transmission de mouvement. Se documenter et apprendre à traiter les informations. Développer la créativité, la curiosité et l'intérêt pour le progrès technique et scientifique. Véronique Bonnet (CM2)- Christophe Minutolo (Collège) Une classe de 6e en collège et une classe de CM1 cm2 en Écoles primaires du secteur de recrutement. (Projet commun instituteur PCL collège technologie) Le challenge qui propose à des équipes de jeunes participants de résoudre des problèmes rencontrés dans un domaine scientifique donné en utilisant une démarche professionnelle : recherche, échange, conception, construction et test de programme afin de faire réaliser des actions à un robot sur une zone dédiée. Durant l année scolaire, des jeunes de 10 à 16 ans doivent réfléchir à la thématique imposée en travaillant sur un dossier de recherche ; en même temps, ils doivent réaliser et programmer un robot Lego Mindstorms constitué de briques LEGO «intelligentes» (dotées de capteurs et automatismes), capable de mener à bien une série d'épreuves dans un temps limité. Au bout de huit semaines minimum de réalisation, les équipes se rencontrent lors d un challenge organisé au sein du collège durant lesquels quatre axes sont évalués : conception et programmation du robot, projet de recherche, travail en équipe et réalisation de mission. Par équipe, les jeunes devront participer intelligemment à des débats sur des thématiques différentes chaque années : par exemple la conquête spatiale et la colonisation de la planète Mars. Il leur faudra aussi décider des actions à mettre en œuvre pour répondre à la problématique abordée. Conception et réalisation de plusieurs programmes et de robots lors d une journée de challenge robotique avec des équipes mixtes école collège.

3 Déroulé de l expérimentation EPLE Octobre Novembre Décembre Janvier Février Mars Avril Ecole primaire Collège Organisation du projet CM2 Séquence n 1 Co-animation Séance 1 6 e Séquence n 1 6 e Séquence 2 6 e Séquence 3 Journée Robotique et exploration spatiale au collège Comment préparer l arrivée de l Homme sur Mars à l aide des robots? Mission 0 : Observation du sol : Prise de vues avec le Rilley robot Mission 1 : Activer les communications Mission 2 : Assemblez votre équipe Mission 3 : Libérer le MSL Robot Mission 4 : Lancer le satellite en orbite Mission 5 : Remettre les échantillons de roches Mission 6 : Sécuriser l alimentation Mission 7 : Initier le lancement vers Mars!!! Videos des missions : 3

4 Thème : Exploration spatiale Problématique générale : Comment l homme explore t-il l espace? Séquence 1 : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Situation problème : Comment le robot Curiosity réalise les actions que l on souhaite qu il accomplisse en toute autonomie? Séquence 2 : Montage et Programmation du robot intervention enseignant collège, Situation problème : Comment s organiser pour assembler notre kit robot? Séquence 3 : Programmation du robot afin qu il réalise des missions d explorations sur Mars Situation problème : On souhaite faire réaliser au robot un déplacement entre deux points sur une zone d exploration. Comment faire réaliser cette action à notre robot? Séquence 4 : Challenge CM2-6 e Journée au collège Séquence de réinvestissement en tâches complexes : Programmations et modifications du robot de base en fonction des besoins des missions du challenge. Séquence 5 (pour aller plus loin) : Situation problème : Que faut-il à l Homme pour survivre et établir des colonies dans l espace? Comment produire de l énergie pour alimenter les stations habitées? 4

5 [Grille descriptive de séquence N 1 ] Numéro de séquence 1 Sciences et technologie Nombre de séances 3 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions Connaissances ou compétences Fonctions techniques, solutions techniques (FONC2) Attendus de fin de cycle Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences Le stockage des données... Usage de logiciels usuels Situation Problème Comment le robot Curiosity réalise les actions que l on souhaite qu il accomplisse en toute autonomie? Comment présenter le résultat de nos recherche à la classe? Compétences travaillées rattachement au socle CCR3 : Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. PDST 1.5 : formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Contenu de la séance ou des séances Identifier les fonctions techniques à satisfaire si l on veut qu un robot puisse réaliser des actions en toute autonomie. Présenter les problématiques et les solutions techniques sous la forme d'un diaporama et d'une présentation orale. Structuration Chaque objet, d un point de vue «utilisateur», répond à un besoin. Un objet technique est constitué d'éléments ou composants qui peuvent être regroupés en sous ensembles. Chaque sous ensemble assure une fonction, appelée fonction technique. Les solutions techniques permettent de répondre aux fonctions techniques correspondantes. Il peut y avoir plusieurs solutions techniques répondant à une même fonction technique. Ressources Vidéo situation déclenchante : Recherche des fonctions : Document élève Productions attendues : Commentaires Lister les besoins des scientifiques et ingénieurs Identifier les différentes parties du robot Curiosity Indiquer leurs fonctions et leurs noms 5

6 [Conseils pratiques à l usage du professeur pour la séance 1] Numéro de séquence 1 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Numéro de la séance 1 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions Connaissances ou compétences Fonctions techniques, solutions techniques (FONC2) Positionnement des élèves dans la compétence Echelle descriptive Critères d'évaluation : Je suis capable d identifier un objet technique et le besoin auquel il répond et d'identifier les principaux éléments qui le constituent. Je suis capable d identifier la fonction d'usage, la fonction d'estime d'un objet technique. Je suis capable de dresser la liste des fonctions techniques qui participent à la fonction d usage. Identifier les solutions techniques qui assurent une fonction technique à partir d une représentation. Validation ou AP remédiation Décrire le principe général de fonctionnement d un objet technique graphiquement, à l oral ou à l écrit. Je suis capable de décrire graphiquement, à l aide de croquis à main levée ou de schémas, le fonctionnement observé en faisant apparaître le nom des pièces participant à la solution technique de la fonction technique représentée. Situation problème Comment le robot Curiosity réalise les actions que l on souhaite qu il accomplisse en toute autonomie? Production Attendue et consignes Bilan de la séance Ressources externes (objets et documents) Ressources externes (Coups de pouce) Matériel disponible Commentaire acquis Séance 1 : Recueil des représentations initiales : Qu est-ce qu un robot? (Système automatisé) Séance 2 : Faire découvrir un système technique : le robot curiosity Séance 3 : Apprendre ce que sont les robots et ce qu'ils peuvent faire. Les élèves vont créer une affiche ou un diaporama et faire une présentation orale pour expliquer leurs recherches, présenter les problématiques et proposer des solutions. Les élèves doivent faire leur présentation en équipe et s'assurer que chacun prenne la parole. La présentation doit expliquer comment leur solution permet de faire tomber les obstacles à l'exploration de l'espace par l Homme. L objet technique pour explorer l espace que nous avons besoin est un robot. Il doit répondre à nos besoins en réalisant des fonctions : - Explorer une planète en se déplaçant - Transmettre des informations (Sons, photos et vidéos). - Etre dirigé à distance - Faire des prélèvements ( sol, gaz,etc...) Il réalise les fonctions dont on a besoin avec des solutions techniques comme pour la fonction se déplacer, il est composé de capteurs d obstacles, de moteurs de roues et d un programme informatiques lui permettant d un déplacement autonome au milieu d obstacles. Vidéo situation déclenchante : Recherche des fonctions : Description de la fonction sur le Rover curiosity vidéo Fiche ressource : objet et objet technique Fiche ressource : besoin fonction d usage et fonction d estime Fiche ressource : Fonction et solution technique Fiche ressource : nomenclature et représentation Fiche ressource : description principe de fonctionnement Ordinateur connecté à internet, vidéoprojecteur Remarque : Encouragez les élèves à participer à la discussion finale en classe sur les tâches que les robots peuvent effectuer pour aider l Homme. 6

7 [ Fiche élève séance 1 ] Numéro de séquence 1 Sciences et technologie Numéro de la séance 1 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs constitutions Connaissances ou compétences Fonctions techniques, solutions techniques (FONC2) Situation déclenchante : Depuis le 5 août 2012, le robot Curiosity inspecte la surface martienne pour y trouver des traces de vie. Si aujourd hui la planète rouge semble être un désert inhabitable, en a-t-il toujours été ainsi? Objet de nombreuses investigations scientifiques, la vie sur Mars intrigue aussi le commun des mortels. Et la toute récente découverte d'eau dans le sous-sol de la surface conforte l'hypothèse de la présence d'une vie microbienne. le robot Curiosity réalise les actions que l on souhaite qu il accomplisse en toute autonomie pour répondre à ces questions. Vidéo situation déclenchante : Analyse de la situation problème : Activités d investigation : Réponse au problème et production(s) attendue(s) : Critères d'évaluation : Validation ou aide Dates Je suis capable d identifier un objet technique et le besoin auquel il répond et d'identifier les principaux éléments qui le constituent. Je suis capable d identifier la fonction d'usage, la fonction d'estime d'un objet technique. Je suis capable de dresser la liste des fonctions techniques qui participent à la fonction d usage. Identifier les solutions techniques qui assurent une fonction technique à partir d une représentation. Décrire le principe général de fonctionnement d un objet technique graphiquement, à l oral ou à l écrit. Je suis capable de décrire graphiquement, à l aide de croquis à main levée ou de schémas, le fonctionnement observé en faisant apparaître le nom des pièces participant à la solution technique de la fonction technique représentée. remédiation acquis 7

8 Séquence 1 : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Situation problème : Comment le robot Curiosity réalise les actions que l on souhaite qu il accomplisse en toute autonomie? Travail à faire : 1. Investigation n 1 : Créer une affiche ou un diaporama et faire une présentation orale pour expliquer : Qu est-ce qu un robot? Visualiser la vidéo en cliquant sur le lien suivant : 2. Investigation n 2 : Analyse du robot Curiosity : Faire découvrir un système technique : le robot curiosity Visualiser les ressources ci-après : Description de la fonction sur le Rover curiosity vidéo Indiquer sur un document : Le besoin auquel il répond Sa fonction d usage Sa fonction d estime Ses fonctions techniques et solutions techniques Son fonctionnement sous forme de schéma ou croquis 3. Investigation n 3 : Définir ce que sont les robots et ce qu'ils peuvent faire en écrivant un paragraphe de trois lignes pour votre groupe afin de le présenter à la classe. Pour aller plus : une fois le travail réaliser vous pouvez consulter le lien suivant : 8

9 Numéro de séquence [Grille descriptive de séquence N 2] 2 Sciences et technologie Nombre de séances 2 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Connaissances ou compétences» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement) Attendus de fin de cycle Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage des moyens numériques dans un réseau» Usage de logiciels usuels Situation Problème Comment utiliser notre kit robot afin de réaliser la fonction se déplacer précisément pour prendre une photo sur le sol de la planète Mars? Compétences travaillées rattachement au socle CCR3 : Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. PDST 1.5 : formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Contenu de la séance ou des séances Identifier les fonctions techniques à satisfaire si l on veut qu un robot puisse réaliser des actions en toute autonomie. Présenter les problématiques et les solutions techniques sous la forme maquette et d'une présentation orale. Structuration Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Il faut programmer le robot avec un logiciel puis le transmettre à l interface du robot qui pilotera les moteurs des roues pour le faire avancer. Situation déclenchante : Ordinateurs avec connexion Internet et vidéoprojecteur. Vous allez aussi avoir besoin d'un Kit lego mindstorms EV3 ou NXT pour chaque travail en ilots ainsi que du logiciel lego mindstorms EV3 et notices montage robot de base Ressources Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Ressource n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points Ressource n 2 : programmation d une action : arrêter le robot un temps donné Ressource n 3 : Comment mesurer un angle de rotation? Ressource n 4 : Comment faire effectuer une rotation au robot? Ressource n 5 : Comment faire tourner le robot avec un angle précis? Ressource la mission vers Mars pour aller plus loin : Reportage AFP version courte 4 Présentation de la colonisation de Mars projet «Mars One» Reportage version longue National géographique Montage d un robot d exploration de base : Montage d un robot d exploration de base. Proposer aux élèves en classe entière de réfléchir à l organisation afin d assembler les 6 robots de base pour assurer la fonction du robot après leur avoir indiquer qu ils ont à leurs disposition le kit de base, une notice de montage numérique et papier. Commentaires Découverte d un logiciel de programmation et démarche d investigation : Programmation d un Algorithme : Investigation n 1 : Comment faire déplacer le robot en ligne droite? Présentation du logiciel de programmation lego mindstorms EV3 / Programmation d une fonction de service se déplacer précisément d un point A à un point B. Le rapporteur de chaque groupe présente les résultats obtenus suite à leur programme en présentant le robot assembler, leur programme et le déplacement de leur robot du point A au point B. 9

10 [Conseils pratiques à l usage du professeur pour la séance 1] Numéro de séquence 2 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Numéro de la séance 1 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau CM2 / 6ème Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une Attendus de fin de cycle solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail Positionnement des élèves dans la compétence Echelle descriptive Situation problème Production Attendue et consignes Bilan de la séance Ressources externes (objets et documents) Ressources externes (Coups de pouce) Critères d'évaluation : Concevoir et produire tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant a un besoin. Je suis capable, en équipe, d identifier les contraintes que doit respecter l objet technique a concevoir. Je suis capable, rechercher des idées de solution technologique sous forme graphique (schémas, croquis ) Je suis capable, choisir un matériaux respectant les contraintes de conception de l objet technique à produire. Je suis capable, de modéliser (maquette, modèles géométrique et numérique), représentation en conception assistée par ordinateur. Je suis capable de produire tout ou partie d un objet technique sous forme d une maquette ou d un prototype de l objet technique traduisant une solution technologique en suivant un processus, planning, protocoles, procèdes de réalisation (outils, machines). Je suis capable, de contrôler, vérifier ses dimensions et son fonctionnement. Je suis capable d établir une liste les dysfonctionnements. Je suis capable, en équipe,..., de lever les dysfonctionnements de la solution technique réalisée. Je suis capable de justifier si la solution technologique conçue et produite en équipe répond au besoin exprimé et respecte les contraintes identifiées. Comment utiliser notre kit robot afin de réaliser la fonction se déplacer précisément pour prendre une photo sur le sol de la planète Mars? Comment s organiser pour assembler notre kit robot? Réalisation d un robot afin de programmer un la fonction du robot suivante : Se déplacer précisément afin de simuler la prise de photos d un lieu d exploration. Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Fiche ressource : Montage du kit robot : Montage du robot de base version école primaire: RileyRover: le robot Mindstorms EV3 idéal pour l'école (12.3 MiB) RileyRover: le robot Mindstorms EV3 idéal pour l'école (12.3 MiB) Montage du robot de base version collège : Mindstorms Ev3 Base (28.4 MiB) Matériel disponible Ordinateur connecté à internet, vidéoprojecteur KIT lego Mindstorm EV3 + Kit exploration mars Commentaire Remarque : 10

11 [Fiche élève séance 1 ] Numéro de séquence Numéro de la séance Thématique Attendus de fin de cycle 2 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. 1 Exploration spatiale Matériaux et objet technique Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Cycle 3 Connaissances ou compétences Niveau 6ème» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Usage de logiciels usuels Situation déclenchante : Afin de comprendre le fonctionnement du robot vu la séance précédente, nous souhaitons assembler un robot de base pour assurer la fonction : Se déplacer précisément afin de simuler la prise de photos d un lieu d exploration. Analyse de la situation problème : Activités d investigation : Réponse au problème et production(s) attendue(s) : Critères d'évaluation : Concevoir et produire tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant a un besoin. Je suis capable, en équipe, d identifier les contraintes que doit respecter l objet technique a concevoir. Je suis capable, rechercher des idées de solution technologique sous forme graphique (schémas, croquis ) Je suis capable, choisir un matériaux respectant les contraintes de conception de l objet technique à produire. Je suis capable, de modéliser (maquette, modèles géométrique et numérique), représentation en conception assistée par ordinateur. Je suis capable de produire tout ou partie d un objet technique sous forme d une maquette ou d un prototype de l objet technique traduisant une solution technologique en suivant un processus, planning, protocoles, procèdes de réalisation (outils, machines). Je suis capable, de contrôler, vérifier ses dimensions et son fonctionnement. Je suis capable d établir une liste les dysfonctionnements. Je suis capable, en équipe,..., de lever les dysfonctionnements de la solution technique réalisée. Je suis capable de justifier si la solution technologique conçue et produite en équipe répond au besoin exprimé et respecte les contraintes identifiées. Validation ou aide Aide Validation Dates 11

12 Investigation n 2 : Comment s organiser pour assembler notre kit robot? 12

13 Numéro de séquence [Grille descriptive de séquence N 3] 3 Sciences et technologie Nombre de séances 2 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage des moyens numériques dans un réseau» Usage de logiciels usuels Situation Problème Comment utiliser notre kit robot afin de réaliser la fonction se déplacer précisément pour prendre une photo sur le sol de la planète Mars? Compétences travaillées rattachement au socle CCR3 : Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. PDST 1.5 : formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Contenu de la séance ou des séances Identifier les fonctions techniques à satisfaire si l on veut qu un robot puisse réaliser des actions en toute autonomie. Présenter les problématiques et les solutions techniques sous la forme maquette et d'une présentation orale. Structuration Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Il faut programmer le robot avec un logiciel puis le transmettre à l interface du robot qui pilotera les moteurs des roues pour le faire avancer. Situation déclenchante : Ordinateurs avec connexion Internet et vidéoprojecteur. Vous allez aussi avoir besoin d'un Kit lego mindstorms EV3 ou NXT pour chaque travail en ilots ainsi que du logiciel lego mindstorms EV3 et notices montage robot de base Ressources Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Ressource n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points Ressource n 2 : programmation d une action : arrêter le robot un temps donné Ressource n 3 : Comment mesurer un angle de rotation? Ressource n 4 : Comment faire effectuer une rotation au robot? Ressource n 5 : Comment faire tourner le robot avec un angle précis? Ressource la mission vers Mars pour aller plus loin : Reportage AFP version courte 4 Présentation de la colonisation de Mars projet «Mars One» Reportage version longue National géographique Montage d un robot d exploration de base : Montage d un robot d exploration de base. Proposer aux élèves en classe entière de réfléchir à l organisation afin d assembler les 6 robots de base pour assurer la fonction du robot après leur avoir indiquer qu ils ont à leurs disposition le kit de base, une notice de montage numérique et papier. Commentaires Découverte d un logiciel de programmation et démarche d investigation : Programmation d un Algorithme : Investigation n 1 : Comment faire déplacer le robot en ligne droite? Présentation du logiciel de programmation lego mindstorms EV3 / Programmation d une fonction de service se déplacer précisément d un point A à un point B. Le rapporteur de chaque groupe présente les résultats obtenus suite à leur programme en présentant le robot assembler, leur programme et le déplacement de leur robot du point A au point B. 13

14 [Conseils pratiques à l usage du professeur pour la séance 1] Numéro de séquence 3 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Numéro de la séance 3 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau CM2 / 6ème Attendus de fin de cycle Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage des moyens numériques dans un réseau» Usage de logiciels usuels Critères d évaluation : Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Positionnement des élèves dans la compétence Echelle descriptive Je suis capable d entrée des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée et stocker des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, classer des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable de composer et modifier et transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Situation problème Production Attendue et consignes Bilan de la séance Ressources externes (objets et documents) Ressources externes (Coups de pouce) Matériel disponible Commentaire Déroulement séance 2 On souhaite faire réaliser au robot un déplacement entre plusieurs zones d explorations pour prendre des photographies. Comment faire réaliser cette action à notre robot? Notre robot doit s arrêter 5 s sur chaque point pour prendre une photo. Comment faire en le programmant? 30 min Réalisation d un robot afin de programmer un la fonction du robot suivante : Se déplacer précisément afin de simuler la prise de photos d un lieu d exploration. Conception et réalisation d un algorithme simple de programmation pour réaliser un déplacement en ligne droite d un point A à un B précisément Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Il faut programmer le robot avec un logiciel puis le transmettre à l interface du robot qui pilotera les moteurs des roues pour le faire avancer. Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Ressources n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points Investigation n 2 : Comment faire déplacer le robot précisément du point A au point B? Ressources n 1 : Programmation d un déplacement sur une distance précise robots mindstorms EV3 base montés, ordinateurs avec le logiciel lego mindstorms, le plateau pour la mission 0 Fiche ressource : Algorithme et programmation Fiche ressource : logiciel de programmation capsule vidéo EV3 Mindstorm Ordinateur connecté à internet, vidéoprojecteur KIT lego Mindstorm EV3 + Kit exploration mars 1-Rappel de la séance précédente durée : 5 min. A partir de l affiche, se rappeler ce qu il va être nécessaire d apprendre. 2. problématisation durée 5 min. recherche Notre robot doit s arrêter 5 s sur chaque point pour prendre une photo. Comment faire en le programmant?30 min. Investigation n 3 : Comment faire stopper le robot 5 s? 4. mise en commun durée : 10 min. A partir de leurs essais et de leur fiche les E élaborent la procédure à effectuer pour provoquer l arrêt pendant 5s. 14

15 [Fiche élève séance 1] Numéro de séquence Numéro de la séance Thématique Attendus de fin de cycle 3 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. 1 Exploration spatiale Matériaux et objet technique Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Cycle 3 Connaissances ou compétences Niveau 6ème» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage de logiciels usuels Situation déclenchante : Nous avons assemblé notre robot en classe. On souhaite faire réaliser au robot un déplacement entre plusieurs zones d explorations pour prendre des photographies. Notre robot doit s arrêter 5 s sur chaque point pour prendre une photo. Analyse de la situation problème : Activités d investigation : Réponse au problème et production(s) attendue(s) : Critères d évaluation : Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Je suis capable d entrée des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée et stocker des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, classer des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable de composer et modifier et transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Validation ou aide aide Validation Dates 15

16 Investigation n 3 : Comment faire déplacer le robot en ligne droite? Comment faire diriger le robot du point A au point B, stopper le robot 5 secondes au point B et revenir au point A? Exploration des blocs de programmation : repérage du bloc arrêt, entrée des valeurs demandées puis test de son programme. Rétroaction en fonction de la réponse donnée par le robot. Trace écrite à l aide d une fiche d observation : Action demandée Programme Action du robot Validation Oui ou non Défis supplémentaires aux équipes qui ont terminé : Aller du point B au point C Aller du départ à l arrivée en passant pour tout les points représentant les zones d explorations avec pour contrainte d y rester 5 secondes pour la prise de photos. 16

17 Ressources n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points en ligne droite. Coup de pouce : Il faut pouvoir écrire dans le programme le nombre de tours de roue que doit faire le robot entre le point A et le Point B (distance AB). Procédure afin d obtenir le nombre de rotation de roue entre deux points, il faut utiliser la formule mathématique suivante : Distance à parcourir = périmètre de la roue x Nombre de rotation de la roue 1- On connait la distance à parcourir (AB) en la mesurant sur le plateau de déplacement du robot Distance (AB) = en mm 2- On peut connaitre le périmètre de la roue avec le diamètre de la roue du robot et la formule du périmètre d un cercle : A. Mesurer, avec une règle par exemple, le diamètre de vos roues. Remarques : Les roues présentent dans le LEGO MINDSTORMS EV3, par exemple, font exactement un diamètre de 43,2 millimètres. Prenez un pneu et regarder par vous même, il y est inscrit 43.2 x 22. Cela veut dire que le diamètre de ce pneu est de 43,2 millimètres et que sa largeur mesure 22 millimètres. Diamètre de la roue du robot = en mm B. Calculer le périmètre de la roue ou circonférence de la roue Remarque : Le périmètre d'une roue, ou de tout cercle en général, représente la longueur de la ligne courbe fermée qui représente un cercle. Périmètre de la roue = π x Diamètre de la roue C'est quoi ce nombre π (pi)? Le nombre pi, c'est le fameux nombre 3,14. π ( pi ) est le rapport constant entre la longueur d'un cercle (le périmètre du cercle) et son diamètre (le double de son rayon). Périmètre de la roue = π x = en mm Le périmètre représente la longueur de la ligne courbe de notre roue. En mettant à plat cette ligne courbe, vous obtenez une ligne droite. La longueur de cette ligne droite est exactement la même que la ligne courbe, c'est à dire égale au périmètre de la roue. La ligne droite correspond à la distance que parcoure la roue en faisant un tour sur elle même. C. Calcul du nombre de tour de roue Distance (AB) Nombre de tour de roues = = tours de roue Périmètre de la roue D. Indiquer le nombre de tour de roue dans le programme. 17

18 Ressources n 2 : programmation d une action : arrêter le robot un temps donné Coup de pouce : Il faut pouvoir écrire dans le programme une temporisation 18

19 [Fiche élève séance 3] Numéro de séquence Numéro de la séance Thématique Attendus de fin de cycle 2 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. 3 Exploration spatiale Matériaux et objet technique Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Cycle 3 Connaissances ou compétences Niveau 6ème» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage de logiciels usuels Situation déclenchante : Nous avons assemblé notre robot en classe. On souhaite faire réaliser au robot un déplacement entre plusieurs zones d explorations pour prendre des photographies. Les zones d explorations sont atteignables pour notre robot à condition qu il puisse réaliser d autre déplacement qu en ligne droite. Il doit parvenir sur ses points en réalisant déplacement les plus court possible afin de réaliser des économie d énergie. Analyse de la situation problème : Activités d investigation : Réponse au problème et production(s) attendue(s) : Critères d évaluation : Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Je suis capable d entrée des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée et stocker des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, classer des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable d entrée, transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Je suis capable de composer et modifier et transmettre des données dans un Environnement Numérique de Travail (ENT) et des objets programmables à l aide de moyens numériques dans un réseau et de logiciels usuels. Validation ou aide aide Validation Dates 19

20 Investigation n 4 : A partir du plateau et de la mission, nous devons faire tourner le robot entre B et C. Que devons nous savoir, connaître pour effectuer cette programmation? La mesure de l angle Comment mesurer un angle donné? Recherche individuelle : élaboration et test de procédure : Procédure attendue : Gabarit puis mesure du gabarit avec utilisation du rapporteur. Donner les autres angles du plateau à mesurer aux groupes qui ont terminé. Entraînement: durée : 15 min : Mesure à l aide d un rapporteur d angle tracé. A partir de l affiche, mettre à jour nos nouvelles connaissances : stopper le robot, mesurer un angle Que nous manque-t-il? Programmer la rotation voulue Notre robot doit tourner d un angle. Comment le programmer? Investigation n 5 : Comment faire tourner le robot d un angle X? Présentation du plateau de rotation Exploration des blocs de programmation : repérage du bloc rotation, entrée des valeurs demandées puis test de son programme. Rétroaction en fonction de la réponse donnée par le robot. Trace écrite à l aide d une fiche d observation : Action demandée Programme Action du robot Validation Oui ou non Investigation n 5 : Comment programmer la rotation du robot pour qu il puisse rejoindre C depuis B? A partir des mesures de l angle BC, et des valeurs établies dans l investigation, établir un programme à tester et à valider. A partir de leurs essais et de leur fiche les élèves élaborent la procédure à effectuer pour permettre la rotation de B vers C 20

21 Ressources n 3 : Comment faire effectuer une rotation au robot? Il arrive souvent la confusion entre les degrés de rotation du bloc moteur et les degrés de rotation réels de votre robot, appelé ici angle de pivot. La valeur que vous introduisez dans le bloc moteur est celle qui détermine l angle de rotation de la roue et non pas celle du robot, pour cela il faut faire un petit calcul Ressource : 21

22 Ressource n 4 : Comment faire tourner le robot avec un angle précis? Le capteur gyroscopique Le capteur gyroscopique détecte le mouvement de rotation sur un seul axe. Quand vous faites tourner le capteur gyroscopique dans le sens des flèches (sur le boîtier du capteur), le capteur détecte la vitesse de rotation en degrés par seconde (la vitesse maximale que le capteur peut mesurer est de 440 degrés par seconde). Il mémorise aussi l'angle de rotation total en degrés. Tu peux donc utiliser ce capteur pour détecter si une pièce est en mouvement. Tu peux aussi l utiliser pour faire tourner le robot sur lui même jusqu à ce qu il atteigne la valeur voulue ; par exemple 90. La précision est de +/- 3 degrés. Un capteur est un composant Remarque : le capteur ne doit pas bouger lorsque vous le connectez à la brique EV3. Lorsque le capteur gyroscopique est fixé sur un robot, celui-ci doit rester immobile dans sa position de départ au moment où vous connectez le capteur à la brique EV3. Connexion du capteur gyroscopique À l'écran de la brique EV3, accédez à l'appli de la brique EV3 (troisième onglet) et utilisez le bouton central pour sélectionner l'affichage du port. Utilisez un câble plat noir pour connecter le capteur gyroscopique au port 2 de la brique EV3. Veillez à ce que le capteur reste immobile pendant la connexion. À l'écran de la brique EV3, l'appli d'affichage de port doit afficher la mesure "0" dans la deuxième petite fenêtre du bas, celle qui représente les valeurs d'entrée du port 2. Toujours sans bouger le capteur, regardez ce qui s'affiche pendant quelques secondes. Vous devez toujours voir "0" pour le capteur gyroscopique sur le port 2. Si la lecture du capteur gyroscopique n'affiche pas constamment "0" durant la procédure de connexion, déconnectez le capteur et recommencez. Si l'écran affiche constamment "0" pendant plusieurs secondes, testez le capteur en le faisant tourner pour voir la mesure de l'angle qui change. N'oubliez pas : le capteur gyroscopique mesure l'angle sur un seul axe. Pour en savoir plus, consultez la section Utilisation du capteur gyroscopique dans l'aide du logiciel EV3. 22

23 Numéro de séquence [Grille descriptive de séquence N 4] 4 Sciences et technologie Nombre de séances 1 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau 6ème Attendus de fin de cycle Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Connaissances ou compétences» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement) Attendus de fin de cycle Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage de logiciels usuels Situation Problème Comment utiliser notre kit robot afin de réaliser la fonction se déplacer précisément pour prendre une photo sur le sol de la planète Mars? Compétences travaillées rattachement au socle CCR3 : Décrire le fonctionnement d objets techniques, leurs fonctions et leurs composants. PDST 1.5 : formaliser une partie de sa recherche sous une forme écrite ou orale. Contenu de la séance ou des séances Identifier les fonctions techniques à satisfaire si l on veut qu un robot puisse réaliser des actions en toute autonomie. Présenter les problématiques et les solutions techniques sous la forme maquette et d'une présentation orale. Structuration Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Il faut programmer le robot avec un logiciel puis le transmettre à l interface du robot qui pilotera les moteurs des roues pour le faire avancer. Le challenge : Construire des robots Ressources Programmer Déplacer des objets Réussir un parcours avec des missions Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Ressource n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points Ressource n 2 : programmation d une action : arrêter le robot un temps donné Ressource n 3 : Comment mesurer un angle de rotation? Ressource n 4 : Comment faire effectuer une rotation au robot? Ressource n 5 : Comment faire tourner le robot avec un angle précis? Commentaires Montage d un robot d exploration en rapport avec chaque mission Programmation d un Algorithme : 23

24 [Conseils pratiques à l usage du professeur pour la séance 1] Numéro de séquence 4 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Numéro de la séance 2 Exploration spatiale Thématique Matériaux et objet technique Cycle 3 Niveau CM2 / 6ème Attendus de fin de cycle Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Connaissances ou compétences» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage de logiciels usuels Positionnement des élèves dans la compétence Echelle descriptive Situation problème Production Attendue et consignes Bilan de la séance Ressources externes (objets et documents) Ressources externes (Coups de pouce) Matériel disponible Commentaire Critères d'évaluation : Concevoir et produire tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant a un besoin. Je suis capable, en équipe, d identifier les contraintes que doit respecter l objet technique a concevoir. Je suis capable, rechercher des idées de solution technologique sous forme graphique (schémas, croquis ) Je suis capable, choisir un matériaux respectant les contraintes de conception de l objet technique à produire. Je suis capable, de modéliser (maquette, modèles géométrique et numérique), représentation en conception assistée par ordinateur. Je suis capable de produire tout ou partie d un objet technique sous forme d une maquette ou d un prototype de l objet technique traduisant une solution technologique en suivant un processus, planning, protocoles, procèdes de réalisation (outils, machines). Je suis capable, de contrôler, vérifier ses dimensions et son fonctionnement. Je suis capable d établir une liste les dysfonctionnements. Je suis capable, en équipe,..., de lever les dysfonctionnements de la solution technique réalisée. Je suis capable de justifier si la solution technologique conçue et produite en équipe répond au besoin exprimé et respecte les contraintes identifiées. Réalisation d un robot afin de le programmer pour réaliser les missions du challenge robotique Pour réaliser une fonction avec un robot, il faut trouver une solution pour la fonction que l on souhaite faire. Pour nous, faire tourner des roues pour que le robot avance avec un mécanisme (moteur + roue) à l aide d un programme. Ressources logiciel : Capsule vidéo de présentation de l interface logicielle. Ressource n 1 : Réaliser des déplacements précis entre deux points Ressource n 2 : programmation d une action : arrêter le robot un temps donné Ressource n 3 : Comment mesurer un angle de rotation? Ressource n 4 : Comment faire effectuer une rotation au robot? Ressource n 5 : Comment faire tourner le robot avec un angle précis? Fiche ressource : Montage missions Ordinateur connecté à internet, vidéoprojecteur KIT lego Mindstorm EV3 + Kit exploration mars Remarque : 24

25 [Fiche élève séance 1] Numéro de séquence Numéro de la séance Thématique Attendus de fin de cycle 4 Sciences et technologie : L utilisation des robots dans la conquête spatiale : exemple du projet Curiosity. Exploration spatiale 2 Matériaux et objet technique Rechercher et réaliser tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin. Repérer et comprendre la communication et la gestion de l'information. Cycle 3 Niveau 6ème» Processus, planning, protocoles, procédés de réalisation (outils, Connaissances ou compétences machines)» Maquette, prototype» Vérification et contrôles (dimensions, fonctionnement)» Environnement numérique de travail» Le stockage des données, notions d algorithmes, les objets programmables» Usage de logiciels usuels Situation déclenchante : Comment préparer l arrivée de l Homme sur Mars à l aide des robots? Mission 0 : Observation du sol : Prise de vues avec le Rilley robot Mission 1 : Activer les communications Mission 2 : Assemblez votre équipe Mission 3 : Libérer le MSL Robot Mission 4 : Lancer le satellite en orbite Mission 5 : Remettre les échantillons de roches Mission 6 : Sécuriser l alimentation Mission 7 : Initier le lancement vers Mars!!! Videos des missions : Critères d'évaluation : Concevoir et produire tout ou partie d un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant a un besoin. Je suis capable, en équipe, d identifier les contraintes que doit respecter l objet technique a concevoir. Je suis capable, rechercher des idées de solution technologique sous forme graphique (schémas, croquis ) Je suis capable, choisir un matériaux respectant les contraintes de conception de l objet technique à produire. Je suis capable, de modéliser (maquette, modèles géométrique et numérique), représentation en conception assistée par ordinateur. Je suis capable de produire tout ou partie d un objet technique sous forme d une maquette ou d un prototype de l objet technique traduisant une solution technologique en suivant un processus, planning, protocoles, procèdes de réalisation (outils, machines). Je suis capable, de contrôler, vérifier ses dimensions et son fonctionnement. Je suis capable d établir une liste les dysfonctionnements. Je suis capable, en équipe,..., de lever les dysfonctionnements de la solution technique réalisée. Je suis capable de justifier si la solution technologique conçue et produite en équipe répond au besoin exprimé et respecte les contraintes identifiées. Évaluation Rep. 2 Validation ou aide Dates codes NA aide ECAECA+ A Validation attendu de fin de cycle 10 A+ 25