Bandeau

Expérimentations en collège utilisant des robots - « Algorithmique et Programmation » en cycle 4

mis à jour le 12/09/17

Introduction

Les activités associées à des objets concrets et manipulables permettent aux élèves de s’approprier plus facilement des connaissances et, dans ce cas, lorsque c’est possible, les savoir-faire précèdent et préparent l’acquisition de notions plus abstraites.

Ainsi, tester un programme écrit avec le logiciel Scratch en utilisant un robot sur une table ou sur le sol de la classe donne plus de sens concret aux apprentissages qu’en observant un lutin se déplaçant sur un écran d’ordinateur.

L’élève confronte les hypothèses qui lui ont permis d’élaborer le programme à la réalité de l’expérience.

Le robot fera-t-il ou non ce que l’élève a prévu ?

Chaque erreur du robot est alors repérée, identifiée, analysée puis corrigée.

Cette approche utilisant des robots dans des enseignements en lien avec la partie « Algorithmique et Programmation » des programmes du cycle 4 est réalisable en cours de mathématiques.

Cet article détaille quelques expérimentations en collège utilisant les robots Thymio II et mBot.

robots

Présentation du robot Thymio II

Le robot Thymio II, en plastique blanc et disposant de nombreux capteurs, est livré déjà monté.

Ses dimensions sont de 11 cm x 11,2 cm x 5,3 cm. Le robot est rechargeable à l’aide d’un câble USB.

De base, le robot Thymio II possède six « comportements » déjà programmés :

  • comportement amical : le robot suit les mouvements d’un objet devant lui ou d’une main, sans pour autant chuter d’une table ;
  • comportement explorateur : le robot se déplace tout en évitant les obstacles qu’il rencontre et sans chuter d’une table ;
  • comportement craintif : le robot fuit lorsqu’un objet ou une main s’approche de lui ;
  • comportement inspecteur : le robot suit une piste tracée sur une feuille par exemple ;
  • comportement obéissant : le robot suit les directions données par la pression des boutons qu’il possède ou ceux d’une télécommande ;
  • comportement attentif : le robot est commandé par le biais de clappements de mains.

Ces comportements utilisent divers capteurs : cinq capteurs de proximité à l’avant, deux capteurs de proximité à l’arrière, deux capteurs de sol, un microphone et un capteur de température.

Vous trouverez davantage d’informations sur ce robot en cliquant ici.

Quoi qu’il en soit, ce qui est intéressant à terme est que les élèves programment leurs propres comportements, par le biais de logiciels mettant en œuvre une programmation visuelle, comme Scratch par exemple. Il existe en effet une connexion logicielle entre le logiciel Scratch 2 et le robot Thymio II. Vous trouverez les informations relatives à la mise en place de cette connexion en cliquant ici.

Une fois la connexion établie entre le robot et Scratch, de nouveaux blocs apparaissent dans l’interface habituelle du logiciel. Ce sont eux qui permettent le contrôle du robot, soit par le biais d’un câble USB soit par le biais d’un dongle USB (permettant la programmation du robot sans fil).

programmation Thymio

Présentation du robot mBot

Le robot mBot, en métal bleu anodisé, est un robot éducatif distribué par l’entreprise Makeblock.

mBot utilise l’environnement de programmation Scratch et peut être utilisé (aussi bien en mathématiques qu’en technologie) dans le cadre de l’enseignement « Algorithmique et Programmation » des programmes du collège.

 Son architecture repose sur une carte ARDUINO UNO (pour en savoir plus, consultez cet article de Nicolas Poulain).

 Note : « les cartes électroniques Arduino »
Open source, peu chères, facilement programmables, les cartes « Arduino Uno » et leurs diverses déclinaisons se sont rapidement imposées comme standard dans le monde des makers, des FabLabs et du « do it yourself ». Une communauté très active sur internet fait du « monde Arduino » une porte d’entrée aisée pour un néophyte qui s’intéresse à la conception d’objets programmables ou connectés. De plus, beaucoup de robots « éducatifs » utilisent ce standard.

Important : l’utilisation du robot mBot en classe ne nécessite aucune connaissance d’Arduino à proprement parler, il suffit de savoir programmer avec le logiciel Scratch.

 Pour interagir avec son environnement, mBot possède les capteurs suivants :

  • un module WiFi qui permet de recevoir les ordres émis par l’ordinateur ;
  • un capteur de luminosité ;
  • un capteur d’ultrasons situé à l’avant pour lui permettre d’éviter les obstacles ;
  • un module de suivi de ligne au sol à infrarouge ;
  • un bouton paramétrable ;
  • deux moteurs indépendants associés à chacune des roues permettent d’avancer, de reculer, de tourner à droite ou à gauche ;
  • un buzzer et deux leds RGB peuvent émettre des sons et de la lumière de différentes couleurs.

Tous ces capteurs et actionneurs sont programmables et paramétrables sous environnement Scratch. Le robot mBot utilise le logiciel mBlock ; c’est une version de Scratch 2.0 contenant, en plus de toutes les instructions Scratch, un module d’instructions spécifiques pour piloter des cartes « Arduino » et donc des robots comme le robot mBot.

 Vous pouvez télécharger mBlock sur le site de Makeblock.

programmation Mblock

chat panda Mblock

                                          Dans mBlock, le chat est remplacé par un panda.

interface Mblock

Activités avec les robots : dans quel cadre ?

Lien avec les programmes de mathématiques :

programmes robots

Nous proposons ici un découpage du type de tâche « Écrire, mettre au point et exécuter un programme simple » en trois niveaux. Les activités proposées peuvent toutes être proposées dès la 5e en fonction du niveau des élèves. 

Exemples d’activités dans le cadre des EPI :

Thème : Sciences, technologie et société « Programmer un robot » :

  • Mathématiques et Technologie :
    • Voiture autonome : détecter et contourner un obstacle, allumage automatique des feux, se garer ou se déplacer en un lieu de façon autonome,
    • Robot de surveillance : déplacement aléatoire (par exemple le long d’un quadrillage, comme dans un entrepôt) et réagir en cas d’obstacle imprévu ;
  • Mathématiques, Technologie, EPS : 
    • Aide pour gérer sa vitesse (à voir en fonction de la vitesse maximale des robots dont vous disposez) ;
  • Mathématiques, Technologie, EPS et Musique : 
    • Danser et faire de la musique avec un ou des robots.

 Expérimentations en classe