Synthèse de ma progression avec mes classes de 4e

Publié le 15 février 2016 par Daniel Pers (Prof.)

1. Objectif de cet article

L’objectif de cet article est de partager une synthèse de ma progression cette année avec mes quatre classes de 4è au collège Jean Macé à Châtellerault. C’est l’occasion aussi pour moi de faire le point sur mon approche didactique et pédagogique dans le but d’essayer d’avancer plus efficacement. N’hésitez pas à laisser des commentaires.

Le temps m’a souvent manqué pour faire ce que je souhaitais, aussi bien au niveau de la préparation que du temps pour mener à bien les activités prévues. J’ai tout de même pu faire évoluer profondément mes pratiques depuis 2 ans et demi. Il me reste encore beaucoup à faire, mais je constate que cela se passe mieux chaque année avec mes élèves, que se soit en terme de motivation ou de compétences acquises. Ce serait intéressant de voir ce qu’ils donneraient une fois en 1ère S SI (ce que je pourrai peut-être faire l’année prochaine, car un de mes anciens élèves de 4è veut aller en 1ère S SI au LP2I).

Je partage ci-dessous la plupart des documents que j’ai créée et utilisée cette année avec mes élèves. Mes documents sont accessibles à partir du lien Google Drive ci-dessous. Il y a plus de 250 fichiers (au 27/02/16) généralement disponibles en .doc (créés avec Libre Office 5) et en .pdf. Si vous l’ajoutez à votre Google Drive (bouton à droite) vous aurez automatiquement les dernières versions et les ajouts en cours d’année. Attention, suite à une modification importante de Blockly Arduino, je dois mettre à jour les programmes que je propose (pour la partie 2 notamment).

Lien vers mon dossier Google Drive avec l’essentiel des documents que j’ai créés et utilisés cette année avec mes quatre classes de 4è

Si vous souhaitez télécharger l’ensemble des fichiers au (ce que je trouve moins pratique), voici le lien vers l’archive compressée du 27/02/16 (72 Mo)

Cet article reprend aussi les ressources documentaires externes les plus importantes pour ce premier semestre. Un lien vers la ressource est généralement disponible en cliquant sur les images intégrées dans cet article.

2. Idées directrices pour ma progression cette année

Comme les années passées, j’ai construit mes activités à partir du programme de la Technologie et du socle commun au collège. Mais cette année j’ai essayé d’anticiper un peu la réforme du collège en essayant de construire des choses cohérentes à la fois avec les nouveaux programmes et les programmes actuels.

J’ai basé le début de ma progression sur l’analyse de l’évolution des conditions de vie de l’homme, depuis son apparition, grâce aux progrès dans la maîtrise de la matière, de l’énergie et de l’information. Le thème du “confort”, au sens large, était donc présent et le thème de la “domotique” était élargi aux systèmes automatiques en général. Un de mes objectifs était de replacer cette évolution de nos conditions de vie en perspective avec la COP21 qui se préparait cet automne 2015.

La conférence de Paris sur le climat a eut lieu en décembre 2015 (Source : cop21.gouv.fr)

Les activités proposées étaient surtout basées sur une démarche d’investigation documentaire (textes, images, vidéos, …), avec des évaluations formatives et sommatives (voir le chapitre correspondant), portant sur différents objets techniques représentatifs de l’évolution des technologies utilisées pour améliorer nos conditions de vie.

L’idée était de permettre aux élèves de découvrir les connaissances de base permettant d’analyser l’architecture fonctionnelle et les solutions techniques d’un système pluritechnique, pour ensuite mener un projet de robotique. Je souhaitais que ce projet de robotique soit mené en parallèle avec les autres activités d’investigation, comme une sorte de fil rouge, mais en pratique cela m’a semblé très difficile à faire avec des séances d’1h30 et les trop nombreuses contraintes telles que les évaluations orales et écrites d’une centaine d’élèves (sans lesquelles aucune régulation de l’activité pédagogique n’est possible).

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Blockly Arduino : l’esprit d’Ardublock, sans ses inconvénients !

Publié le 17 janvier 2016 par Daniel Pers (Prof.)

1. Une nouvelle interface graphique développée par Google

Le MIT et Google ont développé Scratch et AppInventor qui ont révolutionné l’enseignement des bases de la programmation. Ces logiciels étaient basés initialement sur une interface graphique très novatrice appelée Openblocs où on assemble des blocs pour générer du code. Openblocs est une application Java qui peut poser problème. Elle est utilisé aussi par Ardublock.

Google a ensuite développé Blockly, sorti en 2013, qui est un outil logiciel avec là encore une interface graphique pour programmer à partir de blocs et générer automatiquement du code. Blockly a été conçu pour être facilement intégrable à des logiciels pédagogiques de programmation graphique. Blockly est aussi conçu pour pouvoir être très configurable et s’adapter aux besoins pédagogiques : on peut facilement créer ses propres blocs, et définir le code qui doit être généré. Blockly est en javascript, il peut donc facilement être intégré à une application web multiplate-forme comme AppInventor 2 (en 2013).

Blockly est libre et est à l’origine aujourd’hui de nombreux logiciels de programmation graphique. Blockly est intéressant pour l’enseignement de l’algorithmie en Mathématiques conformément aux nouveaux programmes du collège comme le montre Patrick Raffinat dans son article : http://revue.sesamath.net/spip.php?article811

Pour programmer des cartes électroniques Arduino, j’utilise Ardublock depuis 2013 car c’est le logiciel qui correspondait le mieux à mes besoins en Technologie au collège mais aussi au lycée en Sciences de l’Ingénieur. Malheureusement Ardublock intègre Openblocs et non Blockly.

2. Intégration de Blocly avec Arduino par des enseignants

Parmi les nombreuses applications pédagogiques de Blockly, il y a Blockly Arduino développé depuis 2014 par Sébastien Canet, professeur formateur de Technologie de l’académie de Nantes. Blockly Arduino permet donc de programmer graphiquement avec des blocs et de générer du code pour Arduino, en langage C. La compilation du langage C en code exécutable par une carte Arduino est réalisée par le logiciel Arduino ou par un plugin du navigateur (CodeBender). La version actuelle de Blockly Arduino est opérationnelle et est très intéressante sur le plan pédagogique. Elle apporte de nombreux avantages par rapport à Ardublock, dont le développeur s’est inspiré.

Blockly Arduino est une application web qui ne nécessite donc aucune installation (pas besoin de droits administrateur non plus) et qui fonctionne sur toutes les plate-formes (PC, Mac, Androïd, …).

Exemple de programme simple avec Blockly Arduino utilisant un capteur de collision (logique), un capteur de vide (optique et analogique) , et un servomoteur à rotation continue. L’affichage se fait sur l’écran du PC via le câble USB.

Capteur collision ou vide + Servo rotation continue 150216.zip (version du 15/02/16)

Exemple de programme écrit avec Blockly Arduino. Il utilise un capteur de collision (logique), un capteur de vide (optique et analogique) , et un servomoteur à rotation continue (Source : Collège Jean Macé)

5) Capteur colision ou vide + Servo rot continue 120515 (complet)

Le même programme fait avec Ardublock (Source : Collège Jean Macé)

Blockly Arduino est accessible à partir du lien suivant qu’il faut ouvrir avec Mozila Firefox (32 ou 64 bits) ou Google Chrome (32 bits uniquement) par exemple :

http://www.blockly.technologiescollege.fr/blockly@rduino/?lang=fr
Lien vers un tutoriel

Il est possible également de télécharger le site web de Blockly Arduino (moins de 10Mo) et de le lancer à partir du fichier index.html

Lien vers le logiciel pour un fonctionnement en local :

https://github.com/technologiescollege/Blockly-at-rduino

L’interface graphique de Blockly Arduino :

Menus, boîte à outils et espace de travail de Blockly Arduino (Source : Collège Jean Macé)

Menus (à gauche), boîte à outils (avec blocs “fonctions” ouverts, avec les fonctions utilisées) et l’espace de travail de Blockly Arduino avec un exemple de programme utilisant un capteur analogique et deux moteurs à courant continu. (Source : Collège Jean Macé)

Code Arduino généré par Blockly Arduino (Source : collège Jean Macé)

Ne pas confondre Blockly Arduino avec Blockly Duino qui est une ancienne version.
Elle a inspiré le développement d’Ardublockly, qui est encore en version béta, mais qui devrait être intéressant également.
Voir une demo en ligne de l’interface d’Ardublockly ici : http://carlosperate.github.io/ardublockly/index.html
Pour une installation fonctionnelle (partiellement car en cours de développement) :
https://github.com/carlosperate/ardublockly
Mon premier essai d’Ardublockly m’a permis de voir notamment une fonction très intéressante, la possibilité de copier une partie d’un programme (sous forme de blocs) et de la coller dans le programme en cours. Cette fonction n’est pas visible dans la démo en ligne qui n’intègre pas les menus.

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Investigation en 4e sur un robot aspirateur et mise en oeuvre d’une carte Arduino avec Ardublock

Publié le 14 juin 2015 par Daniel Pers (Prof.)

Mise à jour du 22 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 de juin 2015 : considérer qu’aujourd’hui Ardublock peut avantageusement être remplacé par Blockly Arduino !

Objectifs

Identifier les principales solutions techniques utilisées dans la chaîne d’information d’un système automatique. Analyser notamment comment la carte électronique programmable d’un robot reçoit des informations à partir de capteurs, et comment elle génère des commandes pour permettre au robot d’assurer sa fonction de manière autonome.

Le robot choisi pour cette activité est en cohérence avec le thème “confort et domotique” de l’enseignement de la technologie en 4e. Il s’agit d’un robot aspirateur. On en trouve de toutes sortes à des prix plus ou moins élevés. L’achat d’au moins deux robots aspirateur (un fonctionnel, un à démonter) peut néanmoins poser problème vu les budgets de la Technologie au collège. J’ai utilisé des robots prêtés par mon lycée. Ce sont des robots Auto Cleaner présentés ci-dessous.

Le robot aspirateur Auto Cleaner est prévu pour nettoyer le sol d’une habitation de manière autonome.
Il s’adapte à son environnement à l’aide de capteurs. Il peut ainsi modifier sa trajectoire et couvrir complètement la surface à nettoyer.

Modelisation 3D du robot aspirateur Auto Cleaner (source )

Modelisation 3D du robot aspirateur Auto Cleaner. Vue de dessous (source )

Chaîne d’information

– J’ai introduit progressivement la notion de chaîne d’information en analysant des objets techniques tels que machines à laver le linge, ordinateurs, télévisions, ascenseurs, portes automatiques, robot aspirateur, … L’élève découvre que ces objets sont capables notamment de gérer automatiquement des informations.

– Le traitement de l’information est réalisé généralement par une carte électronique programmable comportant un processeur.
. Les informations en entrées sont issues de l’utilisateur ou de capteurs qui permettent d’acquérir des d’informations sur son environnement.
. Les informations en sorties sont communiqués à l’utilisateur, ou correspondent à des commandes pour la chaîne d’énergie (vitesse et direction des moteurs, …).

– Un premier schéma fonctionnel de la chaîne d’information est introduit à partir des analyses antérieures, notamment l’analyse d’une porte d’ascenseur (avec l’introduction de carte électronique programmable et de la notion de capteur optique infrarouge). Le schéma fonctionnel permet de mieux préciser les objectifs de l’investigation expérimentale sur le robot aspirateur et sur la carte Arduino.

Technologies électroniques et informatiques utilisées

– Pour réaliser cette chaîne d’information, les solutions techniques utilisent des technologies électroniques et informatiques : des cartes électroniques avec des circuits intégrées (des processeurs notamment), des programmes,… J’ai introduit progressivement ces technologies en permettant aux élèves de démonter divers objets (donnés par les parents), …

– Approche historique : j’ai aussi utilisé des extraits vidéo sur les débuts de l’électronique et de l’informatique modernes lors de la conquête spatiale américaine dans les années 60 (sujet motivant pour de nombreux élèves, mais souvent méconnu) :

Première partie de la vidéo

Deuxième partie de la vidéo

Troisième partie de la vidéo

– Technologies électroniques

J’ai présenté aux élèves des cartes électroniques et des circuits intégrés (notamment des tranches de silicium et un circuit intégré dont le boîtier permet de voir la puce qu’il contient).
Document pdf de synthèse sur les technologies électroniques :

Synthèse Technologies électroniques 201114

Document pdf sur l’évolution de la télévision (et des technologies électroniques) :

Evolution de la télévision du 311014

Analyse d’un robot aspirateur

– Mise en œuvre d’un robot aspirateur avec analyse de deux modes de fonctionnement (modes S et L). Travail oral en classe entière sur l’analyse fonctionnelle, sans préciser les solutions techniques..
– Investigation par équipes sur les solutions techniques, guidée par un document avec des consignes et des questions :

Analyse du robot aspirateur 100215

Analyse du robot aspirateur 180515 correction

Expérimentation avec une carte électronique programmable : partie 1

– Identification de la fonction « Traiter les informations » dans le robot aspirateur : elle est réalisée par une carte électronique programmable. Ce traitement des informations est réalisé par un processeur (circuit intégré) qui exécute un programme.

– Présentation d’une carte électronique programmable Arduino Leonardo

Le matériel conseillé pour ce genre d’activité est présenté dans ce document pdf :

Matériel conseillé compatible Arduino 190515

L’installation d’Arduino et d’Ardublock est présenté dans ce document :

Installation d’Arduino et d’Ardublock

ArduBlockTool.zip

– Conception et test d’un premier programme avec le logiciel Arduino (+ Ardublock) et une carte Arduino
Objectif de ce premier programme : Voir expérimentalement comment une carte électronique programmable permet de commander une LED de manière à obtenir un clignotement comparable à celui de l’aspirateur robot lorsqu’il est en charge.

– Structure du programme (algorithme) permettant de faire clignoter la LED :
Répéter indéfiniment
Allumer la LED
Attendre le temps où la LED reste allumée
Éteindre la LED
Attendre le temps où la LED reste éteinte

– Mise en œuvre par binômes du matériel et du logiciel Arduino + Ardublock pour écrire et tester ce premier programme :
Document avec les consignes détaillées :

Expérimentation avec une carte électronique programmable Partie 1 du 100615

Ensemble des programmes pour Ardublock correspondant à l’investigation sur le robot aspirateur :

Programmes Ardublok Aspirateur robot.zip

– Programme 1 obtenu avec Ardublock

Expérimentation avec une carte électronique programmable : partie 2

– Mise en œuvre par binômes du matériel et du logiciel Arduino et Ardublock pour écrire et tester les programmes 2 et 3 :
Document pdf avec les consignes détaillées :

Expérimentation avec une carte électronique programmable Partie 2 du 100615

– Programme 2

– Programme 3

Expérimentation avec une carte électronique programmable : partie 3

– Mise en œuvre par binômes du matériel et du logiciel Arduino et Ardublock pour écrire et tester les programmes 4 et 5 :
Document pdf avec les consignes détaillées :

Expérimentation avec une carte électronique programmable Partie 3 du 100615

– Programme 4

– Programme 5

Autres expérimentations possibles

Au lieu d’un simple petit servomoteur, il est possible d’utiliser un vrai robot avec des moteurs (motoréducteurs) à courant continu comme le modèle ci-dessous que je trouve très intéressant, pour 24.50€ seulement, par exemple pour un projet en classe de 3e :

http://www.gotronic.fr/art-chassis-eco-dg008-17741.htm

Châssis éco DG008 à 4 roues motrices, 4 à 5 R6, 1.3 km/h (36 cm/s), 190 x 150 x 70 mm, roues 65 mm (Source : gotronic.fr)

La carte Arduino Roméo est alors assez bien adaptée car elle intègre une interface de puissance compatible avec la plupart des motoréducteurs à courant continu utilisés dans ce genre de robots. La carte Arduino Roméo possède deux sorties permettant de commander les moteurs du côté droit indépendamment des moteurs du côté gauche.

Je propose alors l’utilisation de ce programme (n° 6, pages 1 à 3) :

Autres documents pédagogiques

Evaluations Formatives et Sommatives :

4e Eval Formative 10 Aspirateur robot corr 100415

4e Eval Formative 11 Prog LEDS robot 240415 corr

4e Eval Formative 12 Prog robot partie 2 du 150515 corr

4e Eval Sommative 5 du 260515 corr

Si vous souhaitez les fichiers en version .doc ou des compléments d’informations, veuillez laisser un commentaire avec votre adresse mail (que je ne publierai pas) pour que je puisse vous contacter.

Technologie au collège Jean Macé

Le blog de l'enseignement de la Technologie au collège Jean Macé de Châtellerault (86, près de Poitiers)

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