J’ai cherché pour mes élèves un logiciel pour simuler des circuits électroniques. Les logiciels gratuits (ou même low-cost) sont rares et souvent décevants (obsolètes, trop complexes, …). Je me suis rendu compte que circuits.io est maintenant intégré à Tinkercad : https://www.tinkercad.com/circuits :
J’ai pris le temps de tester cet outil et je le trouve très intéressant pour mes élèves :
– application web, avec aucune installation donc, qui continue de fonctionner en cas de perte de la connexion Internet,
– permet de créer ou modifier très simplement un circuit,
– permet de simuler très simplement pas mal de fonctions électroniques,
– permet de simuler divers moteurs et d’afficher leur vitesse de rotation,
– permet d’intégrer des multimètres ou des oscilloscopes,
– permet d’interagir avec le circuit et les appareils de mesure pendant la simulation : boutons poussoirs, capteurs, …
– permet d’intégrer une carte Arduino et d’écrire du code en C ou avec des blocs du langage Scratch (un fichier .ino peut être généré) qui est prise en compte dans la simulation de manière assez fiable semble-t-il,
– permet d’utiliser le moniteur série pendant une simulation (pour afficher des variables par exemple),
– permet de partager un projet Tinkecad avec les élèves avec un simple lien, chaque élève pouvant faire ses propres simulations, modifications, …

Cette application à certains défauts cependant :
– impossible d’afficher un schéma électrique sous une forme normalisée,
– la liste de composants reste assez limitée,
– impossible de créer des étiquettes (il faut tirer un tas de fils qui rendent la lecture difficile),
– oscilloscope trop rudimentaire (impossible de voir deux signaux en synchronisme, quasiment aucun réglage, …),
– impossible de paramétrer finement la simulation, de faire une analyse en fréquence, …
– liens de partage valide 14 jours seulement,
– simulation souvent trop lente, …

Je suis en train de créer des activités pour mes élèves avec Tinkercad Circuits, en complément de CoSpaces et de Microsoft MakeCode pour micro:bit.

– Éval. Formative 9 : solutions électroniques et informatiques pour piloter le mouvement du châssis de l’extraordinaire voyage.

En cours de rédaction ! Ceci est une copie qui n’est pas mise automatiquement à jour.

Voici comment est organisé le partage de données avec mes élèves cette année au LP2I. Je précise d’abord que chaque élève doit avoir l’équivalent d’un ordinateur portable, d’une tablette ou d’un smartphone pour travailler sur des documents numériques. Je ne distribue aucun document sous forme papier, sauf les évaluations sommatives (une fois par mois) car le Bac est encore sous forme papier.

Au début de chaque séance mes élèves ouvrent un document Google Docs, que j’ai appelé “Cahier de textes du professeur”, dans lequel ils trouveront les informations que je souhaite partager avec eux : des informations d’ordre générale, des consignes, des liens vers des ressources utiles, le travail à faire à la maison, …
Je donne en début d’année le lien vers ce cahier de textes du professeur.

Voici par exemple celui pour mes élèves de 1ère SI (Sciences de l’Ingénieur) : https://goo.gl/S5yH94

Ils peuvent enregistrer ce lien dans leurs favoris et y accéder simplement à chaque séance tout au long de l’année.
L’avantage de partager un document Google Docs (en .gdoc) c’est que je peux modifier ou compléter ce document pendant une séance avec mes élèves : ils verront les changements en direct sur leur ordinateur.
Ce document est accessible en lecture seulement par mes élèves de même que la plupart des ressources partagées par des liens dans ce cahier de textes. Quand je veux partager une ressource que j’ai créée, je le fais généralement en mettant un lien vers un document de mon dossier Google Drive, partagé en lecture seulement. Je ne partage plus l’ensemble de mon dossier Google Drive (essentiellement pour ne pas donner l’impression d’imposer aux élèves d’avoir un dossier Google Drive).

Là où ça se complique c’est quand je veux voir le travail d’un élève, sous forme numérique, sans que ce document soit visible des autres élèves.

L’année dernière je demandais à chacun de mes élèves de partager un dossier Google Drive avec moi. Cette solution avait des avantages et des inconvénients. Par exemple, si je partageais un document à compléter, chaque élève devait en faire une copie dans son dossier Google Drive. Je pouvais voir en temps réel l’avancement du travail de chaque élève sans que celui-ci n’aie besoin de m’envoyer un lien de partage. Je pouvais regrouper et classer tous les dossiers Google Drive des mes élèves et y accéder directement dans l’explorateur Windows, mais je devais accepter de naviguer dans un grand nombre de dossiers pour suivre le travail de mes élèves. De plus, si je souhaitais modifier un document à compléter par mes élèves, cela n’était plus possible une fois qu’ils avaient fait une copie et commencé à la compléter.

Cette année je ne demande plus à mes élèves de partager un dossier Google Drive avec moi. Le travail à faire est constitué essentiellement d’évaluations formatives partagées sous la forme d’un lien vers un document Google Formulaire (.gform).
Lorsque un élève clique sur le lien d’un tel document, Il voit un questionnaire, avec des explications et des ressources. Il peut répondre directement aux questions sans avoir besoin de créer une copie. Selon les questions, il doit répondre sous différentes formes : cocher des cases, rédiger une réponse, donner un lien vers un document qu’il a créé ou modifié, …
Quand il clique sur “Envoyer”, le professeur peut facilement voir son travail sous différentes formes : réponses de l’élève, tableau avec les réponses de tous les lèves, synthèses de toutes les réponses, … Je n’ai plus besoin de naviguer dans des dossiers. Mon travail et celui de mes élèves sont accessibles depuis le même document Google Formulaire (depuis un simple lien dans mes favoris, ou depuis le fichier .gform correspondant dans mon explorateur Windows).
Les élèves peuvent compléter ou modifier progressivement leurs réponses en cliquant à chaque fois sur “Envoyer”. Mais pour qu’un élève puisse modifier son travail après avoir cliqué sur “Envoyer” il doit enregistrer le lien vers son travail (et le mettre en favori par exemple).
Le professeur aussi peut modifier ou compléter le questionnaire à tout moment. Même si des élèves ont déjà commencé à répondre aux questions, leur document sera mis à jour (sans écraser leurs réponses) simplement en actualisant la page du navigateur : c’est très intéressant pour moi !
Pour donner une correction du questionnaire, je complète le questionnaire comme le ferait un élève, puis je partage mon document sous la forme d’un lien vers un pdf dans le cahier de textes du professeur.

Mes élèves apprécient cette manière de partager des données.
J’utilise encore un peu le partage de dossiers Google Drive, notamment pour les travaux en équipes.
Dans les semaines qui viennent je devrais pouvoir tester une nouvelle solution qui s’appelle Google Suite, qui intègre notamment Google Classroom, qui devient un standard dans de nombreux pays, notamment les Etats Unis. Google Suite donne accès à tous les outils Google avec un contrat spécifique à l’Education : Google s’engage notamment à ne pas utiliser les données personnelles des élèves à des fins commerciales. Pour cette raison, je n’aurai probablement plus le droit d’utiliser Trello avec mes élèves à partir de la rentrée 2018.

N’hésitez pas à laisser des commentaires ou des questions sur l’utilisation de tous ces outils de partage de données avec les élèves.

Voici des copies des dernières Evaluations Formatives (EF) que j’ai partagées avec mes élèves de 1ère SI pour qu’ils les complètent avec Google Formulaire :

– EF9 : Electronique
En cours de rédaction ! Ceci est une copie qui n’est pas mise automatiquement à jour.

– EF8 : Transmission de mouvements et servomoteurs

– Synthèse EF8

– EF7 : Projecteurs scènes de spectacle

– EF6 : Cinématique imprimante 3D Partie 2

– EF5 : Cinématique imprimante 3D Partie 1

– EF4 : Chaîne d’énergie Ariane 5 Partie 2

– EF3 : Chaîne d’énergie Ariane 5 Partie 1

Vous pouvez tester librement ces documents (ce sont des copies).
Je n’ai pas tester si tout fonctionnait normalement sur ces copies.
Je peux bien-entendu fournir les réponses aux professeurs qui le souhaitent.

Suite à des échanges avec mon collègue Eric Assi qui enseigne l’Automatisme dans deux lycées techniques en Côte d’Ivoire, j’ai rédigé ce document sur la difficulté d’innover dans l’enseignement technique, y compris en France.

1. Pourquoi enseigner de manière innovante ?

Innover n’est pas un objectif en soi, c’est une nécessité pour que nos élèves s’adaptent efficacement aux évolutions profondes de notre société. On peut regretter l’obsolescence des programmes officiels, mais je pense que le Bac n’est pas non plus un objectif en soi. Un Bac général ou technologique n’est pas une formation professionnalisante. Nos activités pédagogiques doivent surtout permettre à nos élèves d’acquérir des méthodes de travail et une capacité de travail pour qu’ils continuent à apprendre efficacement tout au long de leur vie et qu’ils puissent ainsi d’adapter à leur vie future.

2. Comment innover avec des programmes obsolescents ?

Changer les programmes n’est pas forcément la priorité. Je ne pense pas non plus qu’il faille demander aux enseignants de faire des activités innovantes en plus du programme. Il faut faire le programme en permettant aux élèves d’apprendre autrement. L’expérience montre qu’il n’est pas très efficace de demander aux élèves de seulement recopier un cours puis de faire des exercices d’application. Certains essaient d’introduire des activités expérimentales pour illustrer le cours mais restent dans une démarche essentiellement déductive : l’élève applique à des cas particuliers des modèles de comportement introduits dans le cas général.

3. Innover d’abord en introduisant une démarche inductive

L’expérience montre qu’il est plus efficace d’introduire des activités pédagogiques avec une démarche inductive. L’élève doit analyser des exemples de systèmes réels avec un besoin et des contraintes réelles clairement identifiés. Il faut partir d’un système conçu par des ingénieurs, pas un dispositif imaginé par le professeur. L’analyse de solutions techniques réelles de manière contextualisée donne du sens à la démarche d’investigation. L’élève comprend l’intérêt d’une solution technique, l’importance d’identifier les paramètres qui ont une influence sur le niveau de performance de la solution technique choisie dans ce cas réel, la nécessité de modéliser pour optimiser le choix des paramètres de conception, … Les cours sur l’algèbre de Boole ou la cinématique ne sont alors plus que des outils d’analyse ou de modélisation qui sont introduits progressivement et partiellement en fonction des besoins de l’élève (et non pas en fonction d’une progression dogmatique dans laquelle un chapitre doit être terminé avant d’en commencer un nouveau). Les logiciels de CAO ne sont que des versions modernes de ces outils.

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1. L’atelier Impression 3D en quelques mots (brochure 2018)

A la découverte de l’impression 3D !

A partir de l’attraction L’Extraordinaire Voyage, conception, simulation et fabrication d’un dispositif expérimental pour mieux comprendre certaines solutions techniques (transmission de mouvement, programme de commande).

Outils utilisés : logiciels gratuits de modélisation 3D et de simulation (CoSpaces et Onshape), imprimante 3D.

Séances adaptées pour les classes du cycle 3 à la Terminale.

Durée : 1 h par groupe de 25 personnes maximum.

Tarif par personne : 4,50 €. Sur réservation uniquement.

En partenariat avec : Lycée Pilote Innovant International

Imprimante 3D Hephestos 2 de BQ, utilisée dans le nouvel atelier du Futuroscope (source : BQ)

2. Thème de l’atelier

Le thème retenu pour cet atelier sera celui de la nouvelle attraction “L’extraordinaire voyage” :

Les mouvements transmis à la plate-forme de cette attraction du Futuroscope contribuent à rendre extraordinaire le film projeté (Source : Parc du Futuroscope)

– Dossier de presse (pdf)

– Vidéo de présentation de l’attraction sur le site du Futuroscope (20s)

– Vidéo visite de l’attraction & backstages (4min58)

– Vidéo making of chapitre 3 (2min52)

– Vidéo 1 du constructeur DynamicAttractions (2min53)

– Vidéo 2 du constructeur DynamicAttractions (3min21)

Autres vidéos :

– Vidéo de parcspassion.org (13min43)

– Vidéo les coulisses du Futuroscope par Power 128 (12min02)

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Lien vers le tutoriel sur CoSpaces, sur lequel je suis en train de travailler :
https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0iRUZVak5YWjFvVHc

J’ai découvert début février 2017 un nouvel outil numérique très prometteur pour faire avec des élèves de 13 à 18 ans de la modélisation et de la simulation du comportement d’un système : CoSpaces.

Je travaille beaucoup depuis pour analyser le potentiel pédagogique de ce nouvel outil, échanger au niveau international avec des enseignants utilisateurs de CoSpaces, et échanger avec la société Delightex qui développe actuellement ce logiciel pédagogique.
CoSpaces est une application multi plate-forme, actuellement en version beta gratuite. La version éducation devrait être disponible à partir du mois de juin 2017 et sera payante. Je suis d’ores et déjà convaincu que cet outil pourrait satisfaire une grande partie de nos besoins pédagogiques en matière de simulation du comportement d’un système pour des élèves de 13 à 18 ans (au moins) en complément de nos outils actuels.

1) Logiciels de modélisation et de simulation utilisés actuellement

– Pour les fonctions mécaniques, c’est surtout SolidWorks qui est utilisé pour l’enseignement en France (pour des élèves de 11 à 18 ans). Ce logiciel permet de modéliser et simuler des mécanismes complexes : modélisation 3D (avec une qualité professionnelle), cinématique, résistance des matériaux, exportation pour l’impression 3D, …

OnShape (https://www.onshape.com) est une alternative intéressante car gratuite pour l’éducation et plus simple pour la cinématique.

Ces logiciels ne sont pas toujours très simples à utiliser au niveau collège.

BlocksCAD (https://www.blockscad3d.com/editor) permet de modéliser en 3D avec Blockly dès 10 ans : CoSpaces s’en inspire un peu (peut-être encore plus dans les prochaines versions).

– Pour modéliser le comportement de fonctions électroniques comme une carte Arduino associées à des capteurs et des interfaces diverses (interfaces de dialogues, interfaces de communication, interfaces de puissance), nous avons des logiciels basés sur Blockly, devenu le standard actuel, tels que mBlock, Blockly Arduino, … Ces logiciels sont gratuits mais ils ne permettent malheureusement pas la simulation du comportement d’un système (au mieux on peut voir l’évolution temporelle de l’exécution du programme et les entrées/sortie activées).

– Des logiciels comme Scratch, basé aussi sur Blockly, permettent de simuler le comportement d’un système simple. Cela a contribué au succès mondial de Scratch, devenu une référence, mais les possibilités restent très limitées en matière de simulation.
Exemples de simulation d’un portail ou d’un éclairage automatique (formation ac-limoges oct. 2016) : http://pedagogie.ac-limoges.fr/techno/spip.php?article241
Les objectifs correspondaient ici à la programmation, mais on pourrait envisager un travail plus orienté sur la modélisation et la simulation du comportement d’un système.

– Des logiciels comme SinusPhy, FlowCode, ou MatLab permettent de modéliser et simuler le comportement d’un système si on les associent à d’autres logiciels comme Méca 3D. La modélisation et la simulation avec ces outils sont assez complexes avec des approchent très spécifiques. Leur utilisation est difficile même pour des lycéens.

D’autres logiciels plus spécifiques existent comme Algodoo ou énergie 3D, mais ils sont souvent limités à des usages particuliers.

2) Modélisation et simulation d’un système avec CoSpaces

CoSpaces ressemble à Scratch dans son principe. Il est utilisable à partir de 10ans. Il devrait permettre de modéliser et simuler le comportement d’un système, que ce soit sa cinématique, sa chaîne d’information, l’interaction avec son environnement, l’interaction avec un utilisateur, … Dans CoSpaces, la modélisation se fait à partir de bibliothèques d’objets 3D, mais on pourra prochainement importer des objets 3D issus d’un modeleur 3D quelconque. La modélisation du comportement des objets 3D (cinématique, interactions, …) se fait avec Blockly intégré à CoSpaces (depuis janvier 2017), comme dans Scratch. La simulation du comportement se fait en 3D temps réel, de manière interactive. Elle est même compatible avec les casques de réalité virtuelle (technologie en plein essor).

Voici la première simulation que j’ai faite en découvrant CoSpaces :

Décollage et atterrissage d’une fusée : https://cospac.es/W8GR

Capture vidéo d’un exemple très simple réalisé avec Blockly sur CoSpaces (source : LP2I)

3) Développements actuels de CoSpaces par Delightex

La société Delightex est une startup allemande d’une trentaine de personne. Elle est très intéressée par la collaboration avec les enseignants pour prendre en compte leurs besoins et leurs contraintes. J’échange très régulièrement des informations avec différentes personnes de Delightex, y compris sur les développements en cours :
. Traduction de CoSpaces en français et en chinois avec l’aide des élèves du LP2I (pour une prochaine version).
. Ajout de nouveaux blocs pour Blockly dans CoSpaces (fonctions avec paramètres, possibilité de créer de nouveaux blocs définis par l’utilisateur en JavaScript directement dans Blockly, utilisation de l’audio, …).
. Partages paramétrables et automatisés des modélisations entre l’enseignant et ses élèves.
. Intégration d’un moteur physique (pour gérer la cinématique et les aspects physiques comme dans les jeux vidéos),
. Intégration de blocs compatibles Arduino pour pouvoir expérimenter avec un système réel comme avec Blockly Arduino (Un développeur a été embauché pour ce nouveau projet de Delightex et Sébastien Canet, enseignant-formateur à Nantes, développeur de Blockly Arduino, souhaite collaborer).

Exemples utilisant des fonctionnalités en cours de développement :

. Ellipsographe (Mécanisme constitué de pièces simples, avec 3 axes de rotation et 3 axes en translation) : https://cospac.es/bo3e

. Billard (Cinématique avec collisions, gestion du comportement physique, interactivité et audio) : https://cospac.es/go1w

4) Premier test de CoSpaces au LP2I

J’ai testé hier (07/03/2017) pour la première fois CoSpaces avec mes élèves de 1ère SI au LP2I : ils ont très bien accueilli ce nouvel outil pédagogique. Un élève a fait ce commentaire après cette première utilisation hier :
“CoSpaces est un logiciel “sans limite” qui peut permettre aux établissements tels que les collèges et les lycées de réaliser des projets innovants. De par son côté “enfantin”, facile, mais aussi grâce à son côté “poussé”, il pourrait être une révolution par rapport aux autres logiciels habituellement utilisés en Technologie et en Sciences de l’Ingénieur. De plus, son approche avec Blocky est convaincante, si on est assisté avec un tutoriel et des consignes précises sur des exemples.”

Je leur avais préparé ce tutoriel sur CoSpaces, sur lequel je suis en train de travailler :
https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0iRUZVak5YWjFvVHc

Je leur avais donné également ce document avec des questions sur quelques exemples simples (document qui ne me satisfait pas beaucoup pour le moment, car je manquais de temps pour préparer cette première utilisation) :

https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0iVEdfUlgwYXJUM2s

Je suis prêt à collaborer à l’élaboration de séquences pédagogiques niveau lycée ou collège utilisant CoSpaces.

Edit 10/07/17

Quelques exemples de modélisations interactives réalisées avec CoSpaces  sont donnée dans ce tutoriel (à mettre à jour) :
https://drive.google.com/open?i

– Show Laser avec des têtes mobiles : https://cospac.es/WwaT

– Robot sur une table (à compléter par l’élève) : https://cospac.es/GkQ5

Version complétée : https://cospac.es/cQMJ

– Wintergatan marble machine (version simplifiée) : https://cospac.es/XdQJ

– LEDs RGB : https://cospac.es/KagO

– Shoot in the ball : https://cospac.es/4c4R

– Interruption de mouvements : https://cospac.es/U1Ht

– Cinématique (8 scènes) : https://cospac.es/dLIp

– Story telling : https://cospac.es/bZTM

– Menu pop-up : https://cospac.es/qyoF

– Sélection et mélange de couleurs : https://cospac.es/naKv

– Test des mouvements de la caméra : https://cospac.es/alpG

– Demo nouvelle interface graphique : https://cospac.es/2r3V

– Lancé de dé : https://cospac.es/CG7E

– Création de fleurs : https://cospac.es/LCSB

————————————————————————————

– Manège : https://cospac.es/O3yj

– Dialogue (à compléter) : https://cospac.es/kLaC

– Attraction du Futuroscope “Danse avec les robots” : https://cospac.es/q3GU

Pour l’école ouverte au Collège Jean Macé, se connecter à CoSpaces Edu :

https://edu.cospaces.io/#Login

avec les noms suivants :

 … Eleve12_JM

Travaux réalisés par les élèves le lundi 10 juillet 2017 :

– Joris D. (6e2) Eleve2_JM : https://cospac.es/XX5f
– Oïhana R. (cm2) Eleve4_JM : https://cospac.es/tZRe
– Lenaick P. (6e1) Eleve5_JM : https://cospac.es/iV4t
– Silvan R. (6e1) Eleve6_JM : https://cospac.es/5NIL
– Rémy M. (5e2) Eleve7_JM : https://cospac.es/lJqq

Travaux réalisés par les élèves le mardi 11 juillet 2017 :

• Lou-Ann L. (5e1) Eleve1_JM : https://cospac.es/TNO5
• Manon C. (5e1) Eleve2_JM : https://cospac.es/GYvS
• Thomas T. (6e1) Eleve3_JM : https://cospac.es/J6tl
• Maxime V. (6e1) Eleve4_JM : https://cospac.es/1osn
• Lenaick P. (6e1) Eleve5_JM : https://cospac.es/iV4t
• Enzo D. (5e4) Eleve6_JM : https://cospac.es/uujD
• Christopher P. (3e1) Eleve8_JM : https://cospac.es/xGwM
• Lancelot S. (4e) Eleve10_JM : https://cospac.es/iSc8
• Francky D. (CM2) Eleve11_JM : https://cospac.es/GIeu

Travaux réalisés par les élèves le jeudi 13 juillet 2017 :

• Titouan S. (CM2) Eleve1_JM : https://cospac.es/XX5f
• Tom C. (CM2) Eleve3_JM : https://cospac.es/N17q
• Joris D. (6e2) Eleve2_JM du 11/07 : https://cospac.es/XX5f
• Silvan R. (6e1) Eleve6_JM : https://cospac.es/9Md6

Edit 04/08/2017

En attendant qu’une autre solution existe, j’ai créé un compte Edu CoSpaces dans lequel je partage mes principaux espaces (avec des doublons que je ne peux pas supprimer).
Pour accéder à ce compte, vous n’avez pas besoin d’avoir un compte CoSpaces. Cliquez simplement sur ce lien:
Https://edu.cospaces.io/#Login
Si vous avez un compte CoSpaces, vous devez d’abord vous déconnecter.
Ensuite, entrez ceci:
Nom d’utilisateur: lp2i_guest
Mot de passe: lp2i2017
Si vous modifiez un espace ou un code, cliquez sur “recommencer”.
Les commentaires sont bienvenus.

Edit 22/08/2017

Ecole ouverte au collège Jean Macé de Châtellerault

Exemples d’animations 3D réalisées avec CoSpaces :

– Manège : https://cospac.es/O3yj

– Dialogue (à compléter) : https://cospac.es/kLaC

– Attraction du Futuroscope “Danse avec les robots” : https://cospac.es/q3GU

– Monoroue : https://cospac.es/2K1U

– Hélicoptère : https://cospac.es/PfEJ

– Feu tricolore : https://cospac.es/13YD

– Piano : https://cospac.es/XHS6

– Airbus A350 : https://cospac.es/Wl1A

– Imprimante 3D : https://cospac.es/ratu

– Test d’une nouvelle interface graphique : https://cospac.es/MuwH

– Décollage fusée : https://cospac.es/GDgT

Pour pouvoir créer vos propres animations 3D, se connecter à CoSpaces Edu :

https://edu.cospaces.io/#Login

avec les noms suivants :

Eleve2_JM …

Travaux réalisés par les élèves le jeudi 24 août 2017 :

• Noémie P. (6e3) Eleve1_JM : https://cospac.es/2vN4
• Emma M. (cm2) Eleve2_JM : https://cospac.es/5hf8
• Eyal P. (4e3) Eleve3_JM : https://cospac.es/5dAg

Daniel Pers, enseignant en Sciences de l’Ingénieur au LP2I

Principaux critères de choix pour l’imprimante 3D du FabLab du LP2I

– Simplicité pour le montage, l’utilisation et l’analyse de la machine dans un collège ou un lycée.
La machine sera non capotée pour permettre de visualiser facilement les différents constituants, y compris en fonctionnement (notamment pour les différents mécanismes).
La machine pourra fonctionner sans être reliée à un ordinateur ou à un réseau Wifi.

– Fiabilité (y compris si ce sont des novices qui utilisent la machine).

– Qualité de la documentation fournie qui doit être adaptée à un usage pédagogique.
Une machine libre de droit permet de disposer en plus de toute la documentation technique pour un usage pédagogique, ainsi que du soutien d’une communauté.

– Plutôt low cost mais avec des performances proches des modèles plus haut de gamme (ce qui n’est pas le cas des modèles ultra low cost).
Le prix catalogue (hors promotions) doit donc être inférieur à 1000 € (avec plusieurs distributeurs en France), mais des modèles à 300 € ne conviennent pas à priori.
Les consommables, notamment les bobines de plastique (PLA), doivent être standards pour permettre un approvisionnement simple et économique.

Imprimante 3D retenue pour le FabLab du LP2I

Le FabLab du LP2I a choisi l’Hephestos 2 de BQ vendue en France par de nombreux fournisseurs dont Technologie Services qui est le leader du matériel pour la technologie au collège. Il la propose à 850,08 € TTC (+ 10 € de frais de livraison) : http://www.technologieservices.fr/fr/a-a1000022753-edc1000003/article/HEPHE2-Imprimante-3D-DiY-BQ-Hephestos2.html.

Quelques ressources sur l’imprimante 3D BQ Hephestos 2

– Site du fabricant :

https://www.bq.com/en/hephestos-2

– Tests d’utilisateurs :

. En français (30 nov 2015, soit un an déjà)

http://premium-forum.fr/viewtopic.php?f=43&t=796

. Vidéo en anglais sous-titrée (en anglais) de Thomas Sanladerer du service éducation de BQ en Allemagne (10 min 55) :

https://youtu.be/j5RdIkFj9w0

. Vidéo en anglais sous-titrée de Richard Horne (10 min 43) :

https://youtu.be/V4iOHszCgW0

– Guide de montage de l’Hephestos 2 (dans notre dossier Google Drive) :

https://drive.google.com/open?id=0B-rRjoDMbM0ibElyY2JrOHVZSkE

– Ressources variées en espagnole sur le site du fabricant présentant l’utilisation pédagogique des produites et logiciels de BQ :

http://diwo.bq.com/product/hephestos-2/

Dont ces vidéos très pédagogiques ajoutées le 16 sept 2016 :

. Vidéo 0 (10 min 31) pour le montage :

https://youtu.be/eTRS5jkjfus

. Vidéo 1 (3 min 08) pour la première utilisation, sous-titrée en anglais :

https://youtu.be/R17XL9AaTdM

. Vidéo 2 (4 min 40) sur la mise en oeuvre de l’imprimante par un débutant au quotidien (très intéressant) sous-titrée en français (la transcription en français est même disponible sous forme de texte : BQ tient compte de nos besoins pédagogiques !) :

https://youtu.be/jo0A4WLzoc4

Quelques extraits très intéressants d’un test de l’Hephestos 2 :

Un des liens précédents correspond à un test de l’Hephestos 2 qui est comparée avec une Prusa 3 et d’autres modèles plus haut de gamme.

– “Un montage très simple et rapide, un fonctionnement parfait sans aucun réglage, ce kit robuste est destiné à une clientèle de professionnels et d’associations qui souhaitent mettre cette imprimante en self-service sans avoir à effectuer une formation préalable aux utilisateurs.“

– “Un montage plus simple, une prise en main immédiate, plus aucun réglage, une extrusion plus fiable pour plus de filaments différents.

Mais aussi des assistants au panneau, moins de bruit, une mise en veille, une mécanique plus fiable et plus stable.“

– ” … toutes les imprimantes à fusion de fil utilisent le même principe de fonctionnement. Si la différence d’impression … n’est qu’à la marge, il en est de même pour l’Hephestos 2, impossible de savoir quelle imprimante … a produit telle ou telle pièce. Même la vitesse d’impression reste inchangée, quoi qu’en dise les caractéristiques qui ne sont que des chiffres”.

– “Si vous devez choisir une imprimante, attachez-vous aux caractéristiques adaptées à votre usage et payez le juste prix. “

Ce test date d’il y a un an. BQ a encore apporté des améliorations au firmware depuis.

Le Lycée Pilote Innovant International a inauguré des nouvelles salles dédiées au projet Futur Classroom Lab (FCL) dans le cadre d’un projet européen d’European Schoolnet. Elles sont progressivement équipées de moyens innovants qui permettent dors et déjà de multiples expérimentations pédagogiques pour faire évoluer les pratiques vers les compétences du 21ième siècle. Par exemple, des chaises à roulettes (fournies par notre partenaire DPC) permettent d’imaginer de nouveaux scénarios pédagogiques où les élèves sont plus mobiles, des murs sont transformés en tableaux blancs géants, un système de visioconférence (offert par notre partenaire Polycom) permet de communiquer partout dans le monde. Cette classe du futur correspond à 200 m² équipés et structurés pour enseigner et apprendre autrement.

Un des espaces de cette FCL est dédié au travail créatif. Il est donc logique d’y implanter un FabLab permettant de concevoir et fabriquer des objets. Sa création est menée par une douzaine d’élèves dans le cadre d’Activités Complémentaires de Formation, encadrée par un enseignant en Sciences de l’Ingénieur. Mais le FabLab du LP2I s’adresse à tous les élèves et tout le personnel du LP2I. Tout le matériel nécessaire est mis à disposition, aussi bien les outils que les composants. Les solutions numériques modernes sont privilégiées : modélisation 3D, impression 3D, programmation de cartes électroniques de type Arduino, …

Le FabLab du LP2I ouvre ses portes une fois par semaine. Des débutants et des personnes plus expérimentées peuvent se rencontrer et faire vivre l’esprit des Makers, du Do It Yourself. C’est un nouvel espace propice à la découverte et à la création collaborative. Il peut aider les élèves à construire leur projet d’orientation dès la seconde.

Une des particularités de ce FabLab est de chercher des solutions techniques et pédagogiques facilement transférables dans la plupart des établissements scolaires, en France ou à l’étranger, en tenant compte de leurs contraintes financières, de leurs besoins pédagogiques, … L’imprimante 3D choisie est un modèle performant mais adapté aux débutants, livrée en kit pour 930 €. Les composants pour les projets sont standards et bon marché. Les logiciels utilisés sont gratuits, ouverts, et libres si possible : Onshape pour la modélisation 3D, Blockly Arduino pour la programmation, …

Un premier projet vient de commencer : concevoir et fabriquer des drones autonomes, à vocation pédagogique, et low cost. Un collège est déjà intéressé par ce projet, ainsi que deux FabLabs de Côte d’Ivoire.

Le Parc du Futuroscope est intéressé aussi pour renouveler son offre pédagogique en partenariat avec le FabLab du LP2I.

Le LP2I a inauguré le 5 juillet 2016 les nouvelles salles entièrement dédiées à son projet Futur Classroom Lab qui permettront de multiples expérimentations pour faire évoluer nos pratiques pédagogiques vers les compétences du 21 ième siècle.
Ces salles sont déjà en partie équipées de moyens innovants. Un des objectifs pour cette année scolaire 2016-2017 est de mettre en place un FabLab dans ces nouveaux locaux. Ce FabLab permettra aux élèves de concevoir et fabriquer des objets avec des moyens de prototypage rapide, notamment une imprimante 3D. La création de ce FabLab sera menée avec l’aide d’élèves motivés par ce projet. Nous espérons que dès la rentrée de septembre 2016, un groupe d’au moins une dizaine d’élèves prendra en main ce projet dans le cadre des ACF (Activités Complémentaires de Formation). Les objectifs envisagés aujourd’hui pour ce projet ACF FabLab sont décrits ci-dessous.

– Définir la démarche de création du FabLab du LP2I
L’objectif est de proposer une démarche utilisable dans la plupart des établissements scolaires, en tenant compte des partenariats spécifiques qui peuvent être développés dans les établissements.

– Définir les moyens nécessaires
Les moyens choisis devront prendre en compte les contraintes fortes que connaissent les collèges et les lycées, notamment sur le plan financier. Il faudra choisir des solutions optimums que nous pourrons conseiller à tous les établissements (collèges et lycées) qui souhaitent se lancer avec un budget très limité. Nous écarterons les solutions ultra low-cost qui peuvent donner des résultats décevants ou être trop complexes à l’usage. Par exemple pour l’achat d’une nouvelle imprimante 3D, nous choisirons le meilleur matériel à moins de 1000 € permettant une utilisation simple et satisfaisante.
Je propose par exemple l’imprimante 3D Hephestos 2 de BQ, vendue en kit pour 850 €, qui peut être assemblée en moins de 5 h par une personne sans compétences particulières.

Imprimante 3D Hephestos 2, livrée en kit pour 850 € (source : les imprimantes3d.fr)

Dans le souci d’innover, du matériel plus innovant devra être envisagé comme ce scanner 3D low-cost (250 €).

– Créer des tutoriels pour faire vivre un FabLab :
. comment assembler l’imprimante 3D achetée en kit,
. comment mettre en oeuvre cette imprimante 3D dans le cadre d’activités pédagogiques,
. comment concevoir des objets constitués de pièces imprimées, conçues avec des logiciels gratuits comme BlocksCAD, ou OnShape,
. comment concevoir des objets motorisés, interactifs, communicants, pilotés par une carte électronique programmable de type Arduino, avec des logiciels libres et gratuits, notamment Blockly Arduino et App Inventor 2.

A chaque fois on prendra en compte les besoins des utilisateurs souhaitant se limiter à une utilisation basique du FabLab (voire une simple activité de découverte en 1 h ou 2 h pour un groupe d’ado.), et ceux souhaitant en faire une utilisation plus avancée avec une progression sur l’année.

– Développer l’aspect international et culturel de ce FabLab :
. développer des échanges et des coopérations avec des établissements étrangers (2 lycées de Côte d’Ivoire sont déjà intéressés par de tels échanges), grâce à Internet mais aussi en développant l’usage de la visioconférence,
. se questionner sur les aspects interculturels, économiques, développement durable, …

Programmation de cartes Arduino dans un FabLab en Côte d’Ivoire (dans les lycées techniques d’Abidjan et de Bouaké) créé par Eric Assi, enseignant (source : facebook.com/FamaLAB.ci/)

Les personnes intéressées par ce projet de création d’un FabLab au LP2I ne doivent pas hésiter à laisser un commentaire.

Daniel Pers, enseignant en Sciences de l’Ingénieur au LP2I

J’ai participé à une réunion sur le développement d’une formation pour les enseignants sur le thème de la robotique et de la programmation, sur la plateforme M@gistère de l’Académie de Poitiers.

Cela a été l’occasion pour moi de commencer à faire le point sur mes choix actuels et mes propositions pour l’avenir en ce qui concerne l’enseignement de la robotique et de la programmation. Je précise tout de suite que je suis convaincu que de nombreux choix peuvent être communs pour le niveau collège et le niveau lycée.

Cet article est en cours de rédaction !

1) Présentation de ma situation actuelle

– J’enseigne les Sciences de l’Ingénieur au Lycée Pilote Innovant International de Jaunay-Clan (près de Poitiers).
Je gère depuis 2012 le blog de la SI au LP2I.
– J’ai effectué depuis 3 ans un complément de service en Technologie au collège Jean Macé de Châtellerault. Je n’enseignerai pas au collège l’année prochaine.
Je gère depuis 2013 le blog de la techno au collège Jean Macé.

2) Matériel utilisé pour les activités en robotique et programmation
– Carte électronique programmable

Je travaille avec Arduino depuis 3 ans, aussi bien au lycée qu’au collège.

Je conseille d’utiliser des cartes Arduino qui sont compatibles avec le design de référence actuel, à savoir l’Arduino Leonardo. Il s’agit des cartes Arduino Micro (mon choix), Arduino Roméo (dont le circuit L298 est obsolète), Arduino Yun (dont l’alimentation ne possède pas de régulateur 5V mais qui est très intéressante quand même).

L’arduino Micro utilise le même schéma électrique et les mêmes composants que l’Arduino Léonardo (mais pas la même connectique).

Je conseille d’utiliser cette Arduino Micro avec la carte d’entrée/sortie DFR0012 de DFRobot :
http://www.gotronic.fr/art-shield-e-s-dfr0012-pour-nano-19256.htm
http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Arduino_Nano_IO_Shield_(SKU:_DFR0012)
http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&keyword=DFR0012&category_id=0&description=1&model=1&product_id=68

L’ensemble DFR0012 + Arduino Micro remplace avantageusement une Arduino Leonardo avec une autre carte d’entrée/sortie, essentiellement pour des questions de connectique et de modularité, mais aussi de prix.
Il existe aussi une solution low cost pour remplacer la DFR0012 :
http://www.banggood.com/5Pcs-Multi-Function-Funduino-Nano-Shield-Nano-Sensor-Expansion-Board-p-970410.html (attention lot de 5)
La connectique est un peu plus courte : 4 broches de moins (inutiles), mais compatible Arduino Micro.
– Imprimante 3D

J’utilise une Tobeca 2 depuis 2 ans et j’envisage l’achat d’une imprimante 3D de marque BQ (une Hephestos 2 à 850 €, en kit).

Mise à jour du 11/09/2016 : J’ai rédigé ici un article sur notre projet de création d’un FabLab au LP2I.

– Autre matériel utilisé

Article présentant une partie du matériel que j’utilise au lycée et au collège.

3) Logiciels utilisés pour les activités en robotique et programmation

– Programmation Arduino
Après deux années d’utilisation d’Ardublock, je suis passé sur Blockly Arduino développé par Sébastien Canet, enseignant en Technologie, et formateur, dans l’académie de Nantes.

Article présentant l’intérêt pour moi du logiciel Blockly Arduino.

– Modélisation 3D

Je cherche depuis 2 ans une alternative à SolidWorks. J’ai choisi cette année ces deux logiciels :
. BlocksCAD
Il s’agit d’un logiciel conçu pour faire de la modélisation en 3D avec des enfants, avec le principe du logiciel Scratch.
C’est une application web libre et gratuite, traduite en français, basée sur blockly et OpenSCAD.
J’ai déjà écrit un premier article sur BlocksCAD.

. Onshape
C’est un nouveau logiciel professionnel de CAO 3D, sorti en décembre dernier qui a pour objectif de concurrencer directement SolidWorks avec une approche originale et innovante. Il est compatible en import et en export avec de nombreux logiciels dont SolidWorks. C’est une application Web dont l’usage est gratuit pour un usage pédagogique, sans aucune limitation. Des applications multi-plateforme existent pour tablettes et smartphones (y compris pour éditer des modèles 3D). Onshape me semble complémentaire de BlocksCAD pour un FabLab équipé d’une imprimante 3D, que ce soit au lycée ou au collège.
Je suis en train de découvrir Onshape. Je souhaite écrire prochainement un premier article sur Onshape pour faire connaitre ce logiciel qui marquera probablement un tournant dans la CAO 3D, notamment dans l’enseignement et dans les FabLabs où les moyens manquent pour acheter des licences ou des ordinateurs performants.
Lien vers l’application web Onshape.
Lien vers l’application Onshape pour Androïd.

Mise à jour du 11/09/2016 : j’ai rédigé ici un nouvel article sur Onshape.

4) Propositions pour le choix des moyens à utiliser pour enseigner la robotique et  la programmation au collège et au lycée
– Privilégier le matériel et les logiciels open source.
– Privilégier le matériel et les logiciels compatibles Arduino qui est devenu un standard de fait.
– Privilégier la carte Arduino Leonardo et ses dérivés (l’Arduino Micro notamment) qui correspond au design de référence actuellement. L’Arduino Uno est obsolescente (et n’utilise pas un câble USB micro standard).
– Privilégier les logiciels de programmation graphiques, avec une syntaxe proche de Scratch, devenu un standard de fait. La programmation en langage C est hors programme, aussi bien au collège qu’au lycée pour la filière S.
– Privilégier les logiciels de programmation permettant aux enseignants (directement ou avec l’aide d’autres enseignants) de créer leurs propres blocs sans utiliser des outils logiciels complexes, et sans avoir à passer par une entreprise marchande. ce n’est malheureusement pas le cas d’Ardublock.

– Privilégier une utilisation de l’imprimante 3D comme moyen de prototypage rapide permettant de valider des solutions techniques de manière authentique, avec de la fabrication de pièces ayant un véritable rôle dans la chaîne d’information ou la chaîne d’énergie du système (par exemple des pièces permettant de transmettre un mouvement).

– Privilégier des supports low cost utilisables dans les établissements disposant de peu de moyens.

– Privilégier les supports motivants pour les élèves.

5) Proposition de parcours de formation en robotique et programmation au collège et au lycée

5.1) Approche fonctionnelle

Chaîne d’information et chaîne d’énergie.

Solutions techniques associées à chaque fonction.

Exemple de support possible : robot aspirateur

Schéma fonctionnel partiel d’un robot aspirateur : il représente des flux d’informations (en vert ici) et des flux d’énergie (en rouge ici). Source : LP2I

Document présentant quelques rappels sur la chaîne d’information et la chaîne d’énergie d’un robot aspirateur :

Chaine d’énergie et chaine d’information 120616

5.2) Solutions techniques pour acquérir des informations et générer des commandes pour la chaîne d’énergie

– Cas d’un capteur de type Tout Ou Rien

Exemple = capteur de collision.

– Cas d’un capteur analogique

Exemple = capteur de vide qui permet d’acquérir la distance entre le robot et le sol.

– Démarche expérimentale

Moyens matériels nécessaires = carte Arduino + câble USB + capteur de type tout ou rien (un simple contact suffit, sinon on peut simuler avec le clavier du PC).

Moyens logiciels = application web Blockly Arduino.

Interface de dialogue = écran du PC

– Ressources documentaires

A compléter

5.3) Solutions techniques pour alimenter la chaîne d’énergie et piloter des actionneurs

– Cas d’un servomoteur

C’est une solution simple qui intègre un moteur à courant continu, un réducteur (qui permet de réduire la vitesse de rotation et d’augmenter le couple), une interface de puissance, un capteur de position qui permet de commander un servomoteur directement en position. La rotation est généralement limitée à environ 180°.

Il existe aussi des servomoteurs commandés en vitesse appelés servomoteurs à rotation continue.

Un servomoteur peut être directement commandé par une carte Arduino. Sa tension nominale d’alimentation est généralement de 5V ce qui en simplifie la mise en oeuvre avec une carte Arduino.

. Approche expérimentale

Matériel nécessaire : une carte Arduino + un câble USB + un petit servomoteur low-cost type SG90 par exemple.

– Cas d’un moteur à courant continu avec une interface de puissance permettant de contrôler le sens de rotation et la vitesse de rotation.

. Approche expérimentale

Matériel nécessaire : une carte Arduino + un câble USB + une interface de puissance moteur standard + un petit motoréducteur basse tension (fonctionnant sous 5V pour éviter une deuxième alimentation en plus de l’USB).

5.4) Concevoir des pièces mécaniques pour transmettre un mouvement issu d’un actionneur

– Utilisation de BlocksCAD et de OnShape

Mise à jour du 11/09/2016 : j’ai rédigé ici un nouvel article sur Onshape.

5.5) Fabriquer rapidement le prototype d’un mécanisme pour valider une solution

– Utilisation d’une imprimante 3D

Article en cours de rédaction !

Je poursuis mon travail de création de nouveaux blocs pour Blockly Arduino pour utiliser un module audio mp3, un afficheur graphique OLED I2C, des modules Leds RGB avec liaison série, … Ces blocs seront bientôt disponibles en ligne ici :

http://www.technologiescollege.fr/blockly@rduino/?lang=fr&card=dfrobot_romeo

Je présente ici mes tests d’un afficheur graphique OLED 128×64 commandé par une liaison série de type I2C.

Je trouve cet afficheur très intéressant car il a un très bon rapport qualité prix chez Banggood (pub) : 5€46 l’afficheur (à partir de 3 achetés), frais de port compris, livré sous 10 jours ouvrés :
http://www.banggood.com/0_96-Inch-4Pin-IIC-I2C-Blue-OLED-Display-Module-For-Arduino-p-969147.html

Cet écran OLED ne fait que 0.914 pouces de diagonale (soit 23 mm) mais sa résolution de 128×64 et son contraste le rende très lisible, de près. Il est simple à mettre en oeuvre car 4 fils suffisent : 5v, Gnd et une liaison série I2C. Il s’intègre facilement comme interface de dialogue avec une carte Arduino. En ajoutant 4 boutons on peut gérer des menus : choix A ou choix B, et suivant ou précédent. (Source : banggood.com)

Ce petit afficheur permet de nombreuses applications que ne permettent pas les afficheurs LCD alphanumériques habituellement utilisés. (source : eevblog.com/forum par linux-works)

Avec cet afficheur on peut facilement afficher 4 lignes de textes avec une police 10. (Source : pinshape.com par fred2088)

Cet afficheur n’a rien à voir avec un simple afficheur LCD alphanumérique. On peut faire beaucoup plus de chose avec et le rendu est bien meilleur.  Il s’intègre facilement comme interface de dialogue avec une carte Arduino, pour afficher des valeurs de capteurs en temps réel par exemple. En ajoutant 4 boutons on peut même gérer des menus : choix A ou choix B avec deux boutons dessous, et suivant ou précédent avec deux boutons sur le côté droit.

Cet afficheur a beaucoup d’avantages : sa petite taille permet de l’intégrer plus facilement sur une petite carte ou un petit boîtier, il ne consomme presque rien (moins de 500 µA contre 50 à 90 mA pour un LCD classique car ici il n’y a pas de rétroéclairage : chaque pixel produit sa lumière avec un bon contraste, donc super pour l’autonomie), on peut afficher 2 à 3 fois plus de textes et des graphiques, il fonctionne très bien avec une liaison série de type I2C (pas d’Entrées/Sorties utilisées), l’interface est très rapide (400 kHz), …

Cet afficheur est à base de SSD1306 standard. J’ai donc utilisé la librairie u8glib pour Arduino disponible ici :

https://github.com/olikraus/u8glib

Voici un premier programme de test réalisé avec cet afficheur et quelques uns des nouveaux blocs que j’ai créé pour Blockly Arduino :

Programme de test de l’afficheur OLED avec Blockly Arduino (Source : Collège Jean Macé)

A suivre (en cours de rédaction) !

Mise à jour du 27 février 2016

Je constate aujourd’hui que de plus en plus d’enseignants s’intéressent à Ardublock, mais il faut avoir conscience que ce logiciel est en fin de vie. Il n’est plus maintenu depuis longtemps et presque plus personne ne développe de nouvelles fonctionnalités d’Ardublock.

Depuis maintenant deux ans environ, de nouveaux logiciels de programmation ont été développés, la plupart à partir de Blockly conçu spécialement par Google pour faciliter justement le développement de ce type de logiciels pédagogiques. On trouve aujourd’hui des logiciels capables de remplacer avantageusement Ardublock. J’ai choisi d’utiliser Blockly Arduino qui a entre autre l’avantage de pouvoir facilement s’adapter à mes besoins pédagogiques. J’ai rédigé un article qui vous expliquera plus précisément les avantages de Blockly Arduino par rapport à Ardublock, ainsi que les points à améliorer prochainement.

La suite de cet article date d’acril 2015 : considérer qu’aujourd’hui Ardublock peut avantageusement être remplacé par Blockly Arduino !

Mise à jour du 22 février 2016

Cet article date de novembre 2013, une éternité dans le monde de l’informatique. Je constate aujourd’hui que de plus en plus d’enseignants s’intéressent Arduino et à Ardublock, mais il faut avoir conscience que le logiciel Ardublock est en fin de vie. Il n’est plus maintenu depuis longtemps et pratiquement plus personne ne développe de nouvelles fonctionnalités d’Ardublock.

Depuis maintenant deux ans environ, de nouveaux logiciels de programmation ont été développés, la plupart à partir de Blockly conçu spécialement par Google pour faciliter justement le développement de ce type de logiciels pédagogiques. On trouve aujourd’hui des logiciels capables de remplacer avantageusement Ardublock. J’ai choisi d’utiliser Blockly Arduino qui a entre autre l’avantage de pouvoir facilement s’adapter à mes besoins pédagogiques. J’ai rédigé un article qui vous expliquera plus précisément les avantages de Blockly Arduino par rapport à Ardublock, ainsi que les points à améliorer prochainement.

La suite de cet article date de novembre 2013 : considérer qu’aujourd’hui Ardublock peut avantageusement être remplacé par Blockly Arduino !

1. Arduino : c’est quoi ?

Arduino est le

En novembre 2013 j’avais publié un article sur la “succes story” Arduino et je m’étais interrogé sur ce qu’on pouvait en faire comparé à d’autres solutions concurrentes. A l’époque je cherchais des outils pour programmer graphiquement en Technologie au collège et je venais de découvrir Ardubock qui me semblait très prometteur. J’ai rapidement testé Arduino + Ardublock avec mes élèves au collège mais aussi au lycée, en Sciences de l’Ingénieur (1ère et Term SI). J’ai commencé par utiliser une carte Arduino Leonardo avec une plaque d’essai et des fils “volants”. J’ai essayé de consacrer un peu de temps assez régulièrement pour mieux exploiter les possibilités de ce couple Arduino + Ardublock avec le matériel disponible sur le marché. J’ai essayé aussi de développer des solutions plus adaptées à mes besoins pédagogiques.

Aujourd’hui le temps me manque toujours et je n’ai pas encore abouti, mais j’avance. Une réunion avec des collègues de Technologie collège m’a incité à prendre le temps d’écrire cet article pour essayer de faire le point, mais aussi pour partager mon expérience avec d’autres collègues, ici dans la Vienne, ou plus largement sur Internet.

Arduino et Ardublock au lycée

Arduino est à la fois un type de cartes électroniques programmables et un logiciel qui permet de travailler avec ces cartes. En plus d’être libre et gratuit, ce logiciel a le gros avantage d’être devenu un standard mondial sur lequel une communauté très large développe rapidement de nouvelles applications, de nouveaux matériels et logiciels, notamment des “shields” qui sont des cartes d’extension que l’on connecte directement sur une carte Arduino, … le tout sous licences open hardware et open software (matériel et logiciels libres). Le matériel compatible Arduino est fabriqué aujourd’hui en grande série et distribué à des prix de plus en plus bas par de nombreux fournisseurs.

Le logiciel Arduino a cependant le gros inconvénient de nécessiter une programmation en langage C. Son usage est donc hors programme, aussi bien au collège qu’au lycée. Le logiciel Ardublock est un logiciel libre et gratuit qui permet d’ajouter une interface de programmation graphique au logiciel Arduino. C’est un plugin Java qui convertit un programme graphique en langage C puis qui utilise Arduino pour la compilation (traduction en langage machine), la programmation USB, les interfaces de communication, … La syntaxe des programmes utilise des blocs qui s’emboîte intutivement comme des pièces d’un puzzle (syntaxe appelée “openblocs” utilisée également par Google dans le logiciel AppInventor qui permet le développement d’applications Androïd, même au collège). C’est très simple et ça limite fortement les sources d’erreurs. Ardublock est suffisamment simple et performant pour être utilisé aussi bien au collège qu’au lycée. Il est en développement constant depuis quelques années par une communauté très active à l’échelle mondiale mais reste encore assez peu utilisé, notamment dans l’éducation nationale. Je pense personnellement que Arduino + Ardublock pourrait devenir à moindre frais une solution intéressante dans de nombreux établissements.

Interface graphique d’Ardublock

L’interface graphique d’Ardublock ne possède que 6 boutons (et non pas 6 menus !) situés sur un bandeau en haut de l’interface : difficile de faire plus simple !

Le bouton “Téléverser vers l’Arduino” lance la compilation et upload le programme dans la mémoire de programme de la carte Arduino.

Le bouton “Moniteur série” permet d’échanger des données entre la carte Arduino et une fenêtre de l’écran, par exemple pour voir l’évolution d’un capteur ou d’une commande, pendant l’exécution du programme. Les données transitent par le câble USB (de manière bidirectionnelle). Cela remplace avantageusement l’écran LCD qu’on trouve habituellement sur les cartes de développement.

L’interface graphique d’Ardublock ne possède que 6 boutons (et non pas 6 menus) : difficile de faire plus simple (Source : LP2I)

Une liste de librairies situées à gauche avec des boutons colorés permettent d’accéder à des blocs que l’on sélectionne et dépose sur l’espace de travail (cliquer / déposer) situé à droite, pour écrire le programme. Les librairies de la partie inférieure (en-dessous de blocs de code) correspondent à des blocs conçus pour des modules spécifiques, ceux d’un fabricant donnés par exemple. J’ai rarement vu un intérêt à ces dernières librairies.

On peut sélectionner le bloc correspondant à la structure de contrôle souhaitée : Boucle faire …, Si … alors …, Tant que … La qualité de la traduction varie en fonction des versions. Des sous-programmes peuvent être réalisés (blocs non visibles sur cette image). (Source : LP2I)

Ici les opérateurs mathématiques. On ajoutera les blocs correspondant aux opérandes. (Source : LP2I)

Interface graphique d’Ardublock, avec un programme pour faire clignoter une LED sur la broche 13. Des commentaires ont été ajoutés, ici en jaune pâle (ils peuvent être masqués éventuellement). Cliquer sur l’image pour zoomer. (Source : LP2I)

Les blocs s’emboitent comme des pièces de puzzle de manière à empêcher la plupart des erreurs de syntaxe. Le programme ressemble alors plus à un algorithme qu’à un algorigramme. Cette écriture a l’avantage d’être simple : plus de traits dans tous les sens. L’écriture reste assez compacte. Déplacer ou copier des blocs se fait très simplement. Pour supprimer des blocs, on les glisse en dehors de l’espace de travail, tout simplement. De nombreux blocs sont éditables. On peut facilement changer un opérateur sans changer de bloc par exemple.

Autre exemple de programme écrit avec Ardublock : commande de la sortie 10 (lampe par exemple) à partir d’un capteur de lumière (entrée 5 mémorisée dans la variable Lum) avec deux seuils (< 500 ou > 600) et/ou de l’entrée 12 (bouton poussoir par exemple). Cliquer sur l’image pour zoomer. (Source : LP2I)

Le matériel de base pour utiliser Arduino au collège

La carte Arduino de base disponible actuellement s’appelle l’Arduino Leonardo (optimisée par rapport aux précédentes cartes Arduino Uno). Elle est amplement suffisante pour gérer la plupart des projets que nous menons au collège : 20 E/S dont 6 analogiques et 7 PWM, 32 Ko de mémoire Flash, … Elle coûte environ 20 € TTC. Un câble micro USB standard (celui de votre smartphone par exemple) suffit pour l’alimenter, la programmer, communiquer avec le PC, … Une alimentation 7 à 12 V est également possible par une entrée coaxiale (utile pour alimenter des cartes d’extension de plus forte puissance).

Carte Arduino Leonardo (Source : arduino.cc)

Cette carte Arduino Leonardo est disponible chez plusieurs fournisseurs (publicité involontaire) :

Présentation de la carte Arduino Leonardo sur le site officiel d’Arduino.
Chez Gotronic (21,50 € TTC le 18/01/15)
Chez Lextronic (19,74 € TTC le 18/01/15)
Chez Semageek (20,95 € TTC le 18/01/15)

Il existe des variantes de cette carte Arduino Leonardo. J’apprécie celle développée par DF Robot qui utilise des connecteurs de couleurs et qui a ajouté un connecteur qui permet d’ajouter notamment un module Bluetooth, tout en étant moins cher que la version de base (18 € TTC chez Gotronic le 18/1/15) :

Carte Arduino Leonardo DFRobot DFR0221 (Source : dfrobot.com)

Carte Arduino Leonardo DFRobot DFR0221.
Elle est disponible chez plusieurs fournisseurs (publicité involontaire) :
Chez Gotronic.fr (18 € TTC le 18/01/15)
Chez Zartronic (19 € TTC le 18/01/15)
Chez RobotShop (18,49 € TTC le 18/01/15)

Comment s’adapter à l’aspect minimaliste de la carte Arduino Leonardo

Cette carte Arduino Leonardo a deux inconvénients essentiellement pour moi.

– La connectique pour les entrées/sorties se limite à des barrettes femelles au pas de 2,54mm. On peut ainsi connecter directement des cartes d’extension (shields) : cette modularité est une des raisons du succès des cartes Arduino. On peut notamment ajouter une carte d’extension pour avoir une connectique plus fournie. Personnellement j’ai retenue cette carte d’interface d’entrée/sortie qui se connecte directement sur la carte Arduino Leonardo :
. Carte d’extension (shield) d’entrée/sortie DFRobot DFR0625 V7

La carte d’extension (shield) d’entrée/sortie DFRobot DFR0625 V7 (Source : dfrobot.com)

Broche de la carte d’extension d’entrées/sorties DFRobot DFR0625 V7 (Source : dfrobot.com)

Présentation de la carte d’extension (shield) d’entrée/sortie DFRobot DFR0625 V7 sur le site officiel
Attention : bien choisir la version 7 dont le câblage est différent des précédentes versions.
Disponible chez plusieurs fournisseurs à partir de 14 € TTC (pub !) :
Chez Gotronic (17,40 € TTC le 18/01/15)
Chez Zartronic (14 € TTC le 18/01/15)
Chez l’Impulsion (14,2 € TTC le 18/01/15)

– La carte Arduino Leonardo a été conçu pour ne contenir que le minimum nécessaire pour programmer un microcontrôleur. C’est là encore une des clés du succès de ces cartes conçues pour des étudiants ou des bricoleurs peu fortunés, mais en tant qu’enseignant, j’aurais bien aimé une carte “tout en un” qui contient quelques fonctions supplémentaires de base pour faire de petites activités pédagogiques avec cette carte : 1 ou 2 boutons poussoirs, 1 ou 2 LEDs (il y en a une reliée à la broche 13 sur les cartes Arduino), au moins un petit capteur analogique (une photorésistance, un capteur de température, …), au moins une petite interface de puissance pour piloter directement un actionneur, … Je suis en train de développer une carte d’extension qui répondrait à ce besoin, mais ce projet n’avance pas au rythme ou je le souhaiterais. En attendant je me contente de la carte d’extension DFR0625 V7 de DFRobot ou j’utilise d’autres cartes comme celles-présentées ci-dessous.

Autres cartes Arduino et autres cartes d’extension pour piloter des moteurs

– La carte Arduino Romeo DFR0225 V2
Cette carte Arduino est basée sur la carte Arduino Leonardo. Elle coûte à peu près 2 fois plus cher que la carte Arduino Leonardo de DFRobot mais elle intègre la connectique pour les entrées/sorties ainsi qu’une interface pour deux moteurs (mais avec le circuit L298 qui est un peu dépassé). Elle se suffit donc à elle même.

Carte Arduino Romeo DFR0225 V2 : basée sur la carte Arduino Leonardo elle intègre des connecteurs d’entrées/sorties, une interface de puissance pour 2 moteurs, … (Source : dfrobot.com)

Brochage de la carte Arduino Romeo DFR0225 V2 (source : dfrobot.com)

Présentation de la carte Romeo sur le site DFRobot.
Carte Arduino Romeo chez Gotronic (36,50 € TTC le 18/01/15)
Carte Arduino Romeo chez Zartronic (35,00 € TTC le 18/01/15)

– Carte d’extension Pololu DRV8835 pour piloter 2 moteurs
Cette carte est très utile pour faire un petit robot pas cher. Cette petite carte d’extension (shield) se connecte directement sur une carte Arduino comme la Leonardo par exemple. On peut directement brancher chaque moteur sur les borniers à vis. Elle est performante (2V à 11V, 1.2A DC, transistors MOS, PWM à 250 kHz, …), très simple d’emploi, bien documentée, et très peu cher (6€ TTC chez exp-tech.de) mais encore peu diffusée. Elle peut aussi être utilisée avec la carte Arduino Leonardo associée à la carte d’extension (shield) d’entrée/sortie DFRobot DFR0625 V7 présentée plus haut.

Carte d’extension Pololu DRV8835 (verte) montée sur une carte Arduino Uno (bleue) (Source : exp-tech.de)

Présentation de la carte d’extension Pololu DRV8835 chez exp-tech.de (6 € TTC le 18/01/15)
Version miniature sans bornier à vis chez exp-tech.de (4,20 € TTC le 18/01/15)

Installation d’Arduino

La dernière version d’Arduino est disponible ici (version 1.6.1 au 18/03/15).

Installation des drivers Arduino

Il suffit de brancher en USB une carte Arduino sur le PC qui installera les drivers (3).

“Installation” d’Ardublock

Ardublock n’est qu’un plugin Java d’Arduino. C’est une application Java qui ne nécessite aucune installation. On peut donc l’utiliser sans Arduino, sans les droits administrateur, pour développer un programme de manière graphique. Mais si on veut compiler le programme et le téléverser (uploader) vers une carte Arduino (pour l’exécuter), il faut intégrer Ardublock au logiciel Arduino installé au préalable sur un PC (ou un MAC, …). La solution que j’utilise est la suivante :
Après avoir installé Arduino, créer dans le dossier Program Files (x86) / Arduino / Tools, l’arborescence “ArduBlockTool / tool” puis coller dans “tool” l’application java d’Ardublock (fichier avec l’extension .jar).

Sur le blog officiel d’Ardublock (que je trouve assez peu intéressant pour ma part), les nouvelles versions ne sont pas diffusées car elles sont considérées comme des versions béta depuis le 12/07/2013 ! Je conseille donc de choisir une version béta récente d’Ardublock sur le site du projet en cours de développement :
http://sourceforge.net/projects/ardublock/files/

Personnellement j’aime bien la version du 04/07/2014 (Notamment parce que certains blocs sont mieux classés dans les bibliothèques, comparé à la version 28 d’aout 2014. Cette version du 4 juillet à aussi l’avantage de permettre une programmation multitâche avec les blocs Scoops). J’ai intégré cette version du 04/07/2014 dans le fichier ci-dessous que vous pouvez directement décompresser et coller dans le dossier “Program Files (x86) / Arduino / Tools”. Rien d’autre à faire !

ArduBlockTool.zip (à décompresser et à coller dans “Program Files (x86) / Arduino / Tools”).

Arborescence Arduino pour l’installation du plugin Ardublock (Source : LP2I)

Mise en œuvre d’une carte Arduino avec le logiciel Arduino (+ Ardublock)

1. Connecter la carte Arduino à l’ordinateur avec un câble USB / mico USB.
2. Ouvrir le programme Arduino (raccourci sur le bureau).
3. Dans le menu “Outils” sélectionner : Type de carte / Arduino Leonardo.
4. Dans le menu “Outils”, sélectionner le Port série correspondant à la carte Arduino. C’est normalement le dernier avec la chiffre le plus élevé (il est possible de le vérifier dans le gestionnaire de périphériques).
5. Dans le menu “Outils” sélectionner Ardublock.

Test et modifications de quelques programmes fournis

1. Copier le répertoire contenant les programmes à tester ou à modifier, dans le répertoire de travail de votre choix.
Quelques exemples de programmes sont disponibles dans le dossier ci-dessous (à décompresser) :
Prog Ardublock 18_01_15.zip
D’autres exemples de programmes seront fournis prochainement.
2. Dans Ardublock, cliquer sur “Ouvrir” puis sélectionner le premier programme à tester, Prog 1, dans votre répertoire de travail.
3. Cliquer sur “Téléverser vers l’Arduino” pour générer le programme (compilation) et l’envoyer dans la mémoire du processeur de la carte électronique programmable.
Remarque l’avancement de la compilation et du téléversement ne sont visibles que dans la fenêtre d’Arduino qui peut être regardée à cette occasion.
L’exécution se lance ensuite automatiquement. Le PC peut éventuellement être déconnecté, à condition de conserver une alimentation (USB ou coaxiale).
4. Observer le fonctionnement obtenu et comparer avec le fonctionnement souhaité.
5. Modifier le programme de manière à obtenir le fonctionnement souhaité.
Dans le programme n°1 fournis, modifier les durées lorsque la Led est allumée ou éteinte : cliquer sur la valeur à modifier, la modifier puis taper sur Entrer. Enregistrer éventuellement (bouton Enregistrer).
6. Tester à nouveau le programme en cliquant sur “Téléverser vers l’Arduino”. Modifier à nouveau le programme si nécessaire.

Interface graphique d’Ardublock, avec le programme n°1 qui permet de faire clignoter une LED sur la broche 13. Des commentaires ont été ajoutés, ici en jaune pâle (ils peuvent être masqués éventuellement (Source : LP2I)

Programme n°2 qui permet de piloter un servomoteur à rotation continue en fonction du niveau d’un capteur infra-rouge (représentatif d’un capteur de vide d’un aspirateur robot). (Source : LP2I)

A suivre !

Un autre exemple de programme (à compléter).