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B* Projet dans la durée de travail interdisciplinaire et interdegrés sur la robotique au collège REP Pfeffel de Colmar

14 décembre 2017

Des robots au service des hommes
Présenté à la Journée de l’Innovation 2018

Collège [REP]Pfeffel
36 ROUTE D’INGERSHEIM , 68000 COLMAR
Site du projet
Auteur : Philippe Besançon
Mél : Philippe.Besancon@ac-strasbourg.fr

L’introduction de la programmation dans les contenus d’enseignement nous appelle à développer l’intérêt des élèves par le biais d’une problématique réaliste. La conquête spatiale est un secteur qui ouvre de nombreuses perspectives d’orientation pour nos élèves, et la valorisation des différentes filières scientifiques qui s’y rapportent peuvent permettre, en particulier pour les filles, d’exprimer des vœux d’orientation vers des filières scientifiques d’excellence.

Durant une année, les élèves de cette classe à projet scientifique vont tourner leur attention vers Mars, pour y simuler l’envoi d’un rover technique ayant pour mission de se déplacer jusqu’à une étrange roche détectée par le rover Opportunity, à fin d’analyse. Il faudra construire un rover sur une base de carte Arduino, programmer la carte en s’exerçant avec le robot M’Bot, puis l’équiper en éviteur d’obstacle et en suiveur de ligne. Il faudra concevoir le pare-choc avant et l’équiper de capteurs à ultrasons et infrarouges. Il conviendra de réaliser une microfusée à poudre et de procéder à son lancement afin de tester l’envoi d’une charge de référence dans un espace proche. Enfin, il sera nécessaire d’imaginer, de concevoir et de tester un atterrisseur pour le rover sur Mars afin que celui-ci ne se détruise pas à l’atterrissage. L’ensemble de ces activités alimenteront des interactions transdisciplinaires

Plus-value de l’action
Un rover doit être envoyé sur Mars pour étudier un étrange débris rocheux. Au travers d’une histoire à vivre, les élèves vont aborder la programmation et la technologie robotique. De nombreuses activités leur permettront aussi d’exercer les différents métiers liés à la conquête spatiale, depuis la construction d’un rover jusqu’au lancement d’une microfusée à poudre.

Nombre d’élèves et niveau(x) concernés
23 élèves de 5ème, classe à projet scientifique - 24 élèves de CE2/CM1

A l’origine
• Premier constat : La nécessité d’une formation au numérique.
• Deuxième constat : La nécessité d’une liaison école-collège.
• Troisième constat : La nécessité d’une ouverture au monde de l’entreprise.

Objectifs poursuivis
Nos attentes en compétences transversales :
• Acquérir des méthodes de travail
• Coopérer dans le travail en équipe
• Partager les tâches et acquérir de l’autonomie
• Mobiliser ses connaissances
• Respecter le matériel

Description
- Le projet concerne une classe de cinquième. Elle est constituée d’élèves intéressés qui se sont portés candidats à la fin de l’école primaire. Ils ont tout d’abord suivi la classe sciences en 6ème avec un projet ayant une dominante SVT puis le projet se poursuit en 5ème avec le projet robotique à dominante Mathématiques – Sciences Physiques – Technologie. Le recrutement pour cette classe se fait sur la motivation des élèves pour l’expérimentation.
- Ce projet associe une classe de CE2-CM1 d’une école élémentaire du REP. A plusieurs reprises, nos élèves vont se rencontrer, travailler ensemble, faire des visites conjointes. Ils forment des binômes. L’élève de 5ème jouera le rôle de tuteur.
- L’un de nos lycées de secteur est également partenaire.
- Nous sommes également en partenariat avec l’Association Robotique-Junior-Entrepreneur. L’Association Robotique-Junior-Entrepreneur nous permet de nous former, de travailler en réseaux et de puiser dans une richesse collective comme les « Escouades Robotiques » créées avec l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Sud-Alsace. Cette association, de par ses connaissances et ses membres, nous aide à la mise en place concrète de notre projet robotique : Nous présenter la place des robots dans l’industrie et dans notre vie quotidienne. Nous présenter les différents métiers liés à la robotique. Faire comprendre aux élèves ce qu’est un entrepreneur. Visiter des usines utilisant des robots dans leur processus de fabrication.
- Au sein de l’établissement, chaque discipline abordera un aspect différent de la robotique. EPI en SVT et Histoire-Géographie, sur la place de l‘homme et du robot aujourd’hui dans notre société, conception de robots spécialisés pour l’exploitation de ressources forestières, halieutiques et agricoles. Les élèves réaliseront en outre des comptes rendus au format webradio. En SVT, on s’interrogera aussi sur l’homme bionique. En Arts plastiques, les élèves réaliseront, par assemblage, des têtes de robot imaginaires, questionnant ainsi l’aspect utopique, poétique et parfois fictif des technologies d’avant-garde. En Français, au travers de textes et d’extraits vidéo, les élèves réfléchiront à la place de l’homme dans la nature et dans le monde. Ils parleront d’environnement, de technologie, de progrès et de développement durable. Ils se questionneront sur la place des robots dans notre société. L’EPI Mathématique et Sciences-Physiques permettra de s’initier à l’Algorithme et à la recherche de stratégies, tandis qu’en Sciences-Physiques, l’étude et l’utilisation de la carte Arduino, des différents capteurs et actionneurs permettront de rendre autonome le rover. En Technologie, nous effectuerons le montage du rover, la conception et la réalisation du pare-choc avant, nous nous initierons au montage d’une microfusée à poudre et nous réaliserons son lancement. Nous nous attarderons, dans le cadre du 3D’éfi, sur la conception et la réalisation d’un atterrisseur pour protéger le rover lors de son contact avec le sol martien. L’utilisation de tablettes numériques et d’une imprimante 3D permettront aux élèves de réaliser un compte-rendu au format numérique et de réaliser quelques éléments de l’atterrisseur en impression 3D, un outil nouveau dans notre collège.
Nous souhaitons présenter les réalisations au concours de Technologie C’Génial 2018

Modalité de mise en œuvre
Tout au long de l’année : Co-intervention sur une heure classe, des 3 professeurs (Math, Sc-Phy, Techno)
Calendrier des actions : Septembre : Mise en place de la problématique. Brainstorming sur les apports et les écueils de l’utilisation des robots dans les activités humaines Septembre à Décembre : EPI Maths-Physique dont l’objectif est d’amener les élèves à programmer avec Scratch une carte Arduino à laquelle sont reliés des capteurs, des DEL, des moteurs ….
Octobre : Intervention de l’association Robotique-Junior-Entrepreneur. Les 3 composants essentiels du robot. L’intérêt des robots dans l’industrie.
Octobre : Participation à la Fête de la Science. Présentation des robots réalisés l’année précédente ainsi que différentes animations encadrées par les élèves sur le thème « Mon robot Arduino est programmable ».
Novembre : Plusieurs échanges avec la classe de primaire. Les élèves de 5ème apprennent aux CE2-CM1 à programmer sous Scratch (sans Arduino) et à construire des circuits électriques simples. Novembre : Visite avec la classe de CM1 d’une des entreprises les plus robotisées de France (Entreprise SALM à Sélestat) Décembre à Mai : Conception et fabrication d’un robot nettoyeur qui évite les d’obstacles. Robot pour 2 élèves, ce qui fait 13 robots en tout. Décembre : Intervention au collège d’une professeure en SI-ETT au Lycée B, dans le cadre de la liaison Collège-Lycée. Elle présentera le « Challenge BP » dans lequel les lycéens de STI2D conçoivent et réalisent des rover Arduino suiveurs de ligne et participent à une course sur un circuit spécifique. Elle nous invitera d’autre part à venir au lycée assister au « Challenge BP ».

Trois ressources ou points d’appui
• Programmation de cartes Arduino (13 kits pour rover)
• Programmation de robots M’bots (13 robots)
• Professeur qualifié ‘Microfusée’ du CNES/Planète Sciences

Difficultés rencontrées
La prise en main initiale de la programmation de la carte Arduino avec les shields moteurs a été compliquée. De nombreux logiciels ont été testés avant de trouver le meilleur pilote.

Moyens mobilisés
• Moyens humains : 3 professeurs au cœur du dispositif : Mathématiques, Sciences-Physiques, Technologie, 2 professeurs dans un EPI complémentaire « l’homme bionique » : SVT – Géographie 2 professeurs impliqués dans leurs progressions : Français, Arts plastiques
• Un parrain du monde professionnel et associatif

Partenariat et contenu du partenariat
Association Robotic-Junior-€ntrepreneur : association faisant la promotion de la robotique auprès des enfants et parrain historique de notre classe scientifique robotique. La Main à la Pâte – Les Maisons pour la science : partenaire des collèges pilotes. L’objectif est de mettre en avant une « Démarche d’Investigation » dans l’aquisition des connaissances. L’école élémentaire Louis Pasteur, classe de CE2-CM1, mise en place d’échanges croisés entre élèves et travail de tutorat sur la programmation Scratch Le lycée polyvalent Blaise Pascal, liaison régulière pour la mise en place de notre participation au défi BP de course robotique organisée par les STI2D du lycée

Liens éventuels avec la Recherche
Visite prévue des laboratoires de l’INSA – Institut National des Sciences Appliquées, à Strasbourg Visite à l’Observatoire Astronomique de Strasbourg et du planétarium, immersion dans l’histoire de l’exploration spatiale.

Documents
- Article de presse 1 (image)
- Article de presse 2 (image)

Modalités du suivi et de l’évaluation de l’action
• Evaluation interne de Implication de chaque élève dans le travail de groupe et individuellement
• Evaluations, dans la progression de l’EPI Math-Sc-Phy
• Evaluations, dans la progression de l’EPI SVT-Hist-Géo
• Maîtrise de la démarche de projet pendant la recherche de solutions : conception et réalisation d’un atterrisseur pour le rover sur Mars, et pour le pare choc avant, porteur de capteurs ultrasons et infra-rouges. Maîtrise des outils de la communication

Effets constatés
- Sur les acquis des élèves :
• Une meilleure attention en classe,
• Une implication des filles plus intense, en particulier dans l’ensemble des activités techniques et scientifiques
• Une maîtrise renforcée de la programmation mais aussi des connaissances générales liées au contexte d’une expédition sur la planète Mars
- Sur les pratiques des enseignants :
• Amélioration du travail interdisciplinaire
• Augmentation de l’approche « Main à la Pâte » avec l’assimilation d’une situation problème en Mathématiques et en Sciences-Physiques. Cette pratique était déjà présente en Technologie, mais l’influence « Main à la Pâte » a conforté cette pratique.
• Echanges croisés d’idées et de pratiques. Par exemple, la volonté en Mathématiques d’aborder le codage binaire a abouti en Technologie par une séance de codage/décodage et de transmission binaire dans la cours du collège.
- Sur le leadership et les relations professionnelles :
• Les enseignants impliqués dans cette action ont augmenté les échanges pédagogiques transdisciplinaires. De nouvelles dynamiques se font jour pour mettre en place de nouveaux projets interdisciplinaires.
• Le décloisonnent professionnel s’est amélioré, permettant d’imaginer plus sereinement un passage à l’EIST
- Sur l’école / l’établissement :
La classe science robotique 5ème, comme la classe science 6ème participent à la valorisation de notre établissement REP. Les candidatures des élèves de CM2 sont nombreuses, et les écoles de secteur ont connaissance de la qualité de cette option proposée aux enfants. Une première prise de contact avec le lycée de secteur et la valorisation des filières scientifiques pour les filles, avec la visite des ateliers et la participation à la course robotique du lycée de secteur Blaise Pascal
- Plus généralement, sur l’environnement :
• La dynamique qui accompagne ce projet rayonne à l’externe de plusieurs façons : Ce projet a permis la mise en œuvre de liaisons école-collège et collège-lycée.
• Ce projet a intéressé le Rectorat de Strasbourg à plusieurs titres : Exposition à Eduinov 2017 à Sélestat, TRAAM Math-Techno sur la programmation en 2016-2017 Proposition de classe filmée en 2018 proposé par les IPR
• Mise en place d’un partenariat avec la Fondation La Main à la Pâte et les Maisons pour la science, en 2017 dans le dispositif des collèges pilotes
• Intégration au projet 3D’éfi proposé par la Fondation la Main à la Pâte et la Fondation Dassault Systèmes
• Ce projet nous permet une visibilité locale et régionale : Exposition à la Fête de la Science Colmar en 2016 et (en 2018) « Portes ouvertes sur les sciences » au collège Pfeffel, en juin 2016, 2017 et 2018, avec la visite des écoles élémentaires du secteur. Avec de nombreux articles dans la presse locale

Extrait du site Expérithèque : Des robots au service des hommes

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