Créer un robot d’exploration autonome

Préparer
- Lisez cette documentation destinée aux enseignants.
- Si nécessaire, prévoyez un cours préalable à l’aide du matériel de mise en route disponible dans le logiciel EV3 Lab ou l’application de programmation EV3. Cela permettra à vos élèves de se familiariser avec l’ensemble LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3.

Éveiller (30 min)
- Utilisez les idées évoquées dans la section Lancer une discussion ci-dessous pour engager une discussion en lien avec ce projet.
- Présentez le projet.
- Répartissez les élèves en binômes.
- Donnez à vos élèves le temps de rechercher des idées.

Explorer (30 min)
- Demandez à vos élèves de créer plusieurs prototypes.
- Encouragez-les à construire et à programmer.
- Demandez à chaque binôme de construire et de tester deux solutions.

Expliquer (60 min)
- Demandez à vos élèves de tester leurs solutions et de choisir la meilleure.
- Vérifiez qu’ils sont en mesure de créer leurs propres bancs de test.
- Accordez un peu de temps à chaque équipe pour finaliser leur projet et collecter des ressources pour documenter leur travail.

Développer (60 min)
- Laissez le temps à vos élèves de créer leur rapport final.
- Animez une session de partage au cours de laquelle chaque équipe présentera ses résultats.

Évaluer
- Commentez les performances de chaque élève.
- N’hésitez pas à utiliser les rubriques d’évaluation fournies.

Les astromobiles développées pour les missions scientifiques ont toutes une fonctionnalité en commun. Elles permettent toutes de recueillir des informations et de les envoyer à une base scientifique. Différents systèmes de communication ont été inventés au fil du temps pour répondre à divers besoins et contraintes.

Encouragez la réflexion interactive.

Demandez à vos élèves de réfléchir à ces questions :

• Qu’est-ce qu’un robot d’exploration et dans quel contexte en utilise-t-on ?
• Quel type de mécanisme motorisé peut-on utiliser pour contrôler les mouvements d’un robot ?
• Comment un robot peut-il collecter des données le long d’un parcours ?
• Comment un robot peut-il communiquer avec une base scientifique ?

Incitez vos élèves à documenter leurs idées initiales et à expliquer pourquoi ils ont choisi cette solution pour leur premier prototype. Demandez-leur de décrire comment ils comptent évaluer leurs idées tout au long du projet. Ainsi, lors de la phase de révision et d’adaptation, ils disposeront d’informations spécifiques pour évaluer leur solution et décider si elle est efficace.

Extension Langue française

Option 1
Pour intégrer des notions d’arts du langage, demandez à vos élèves de :

• Utiliser leur travail écrit, leurs croquis et/ou leurs photos pour récapituler leur processus de conception et créer un rapport final.
• Enregistrer une vidéo qui détaille leur processus de conception, en commençant par leurs idées initiales et en finissant par le projet réalisé.
• Créer une présentation sur leur programme.
• Créer une présentation mettant leur projet en relation avec des applications réelles de systèmes similaires et décrivant de nouvelles inventions qui pourraient être imaginées grâce à ce qu’ils ont fabriqué.

Option 2
Dans le cadre de cette leçon, vos élèves ont créé un explorateur autonome qui communique sa position.
Pour intégrer des notions d’arts du langage, demandez à vos élèves :

• de penser à un robot explorateur autonome se trouvant dans un endroit lointain sur Terre, et d’évaluer la nécessité de transmettre ses données de position ;
• de décrire ce scénario, et de rédiger une rédaction évaluant les risques potentiels associés à la transmission de cet ensemble de données et examinant les méthodes de transmission qui pourraient limiter ces risques ;
• de discuter des facteurs externes susceptibles d’accroître ces risques ;
• d’imaginer des méthodes qui permettraient de contrôler ces influences externes, chiffres et tableaux à l’appui ;
• de tirer une conclusion quant au risque global de la situation, sur la base des éléments probants présentés.

Extension Maths

Dans le cadre de cette leçon, vos élèves ont créé un explorateur qui communique sa position à mesure qu’il se déplace. Les systèmes autonomes peuvent utiliser l’apprentissage automatique pour communiquer leurs coordonnées et leur position en termes de proximité par rapport à des points de repère, leur heure d’arrivée estimée à une destination précise, ou la probabilité d’exécuter une tâche en fonction de leur position actuelle et de leur autonomie de batterie restante.
Pour intégrer des notions de mathématiques et explorer un type d’établissement de relations utilisé par les algorithmes d’apprentissage automatique, demandez à vos élèves :

• de se pencher sur la régression linéaire, en collectant des données et en créant une fonction de régression qui met en relation les données de position du robot et son heure d’arrivée estimée à son lieu de destination ;
• de coder une fonction de régression dans leurs programmes afin que leurs explorateurs autonomes communiquent leur position et leur heure d’arrivée estimée.

Demandez à vos élèves de construire quelques-uns des exemples fournis via les liens ci-dessous. Encouragez-les à observer comment ces systèmes fonctionnent et à réfléchir à la façon dont ils pourraient s’en inspirer pour résoudre le problème exposé.

Gros moteur et roue
Chenilles
Capteur de couleur 1
Capteur de couleur 2
Capteur gyroscopique
Capteur tactile
Capteur à ultrasons

Checklist d’observation de l’enseignant
Créez un barème adapté à vos besoins, par exemple :

1. Objectif partiellement atteint
2. Objectif atteint
3. Objectif dépassé

Utilisez les critères suivants pour évaluer la progression de vos élèves :

• Les élèves identifient les éléments clés d’un problème.
• Les élèves développent de manière autonome une solution opérationnelle et créative.
• Les élèves communiquent clairement leurs idées.

Auto-évaluation
Une fois que vos élèves ont recueilli des données sur les performances, donnez-leur le temps de réfléchir à leurs solutions. N’hésitez pas à leur poser des questions comme :

• Votre solution répond-elle aux critères de la présentation du problème ?
• Pouvez-vous rendre les mouvements de votre robot plus précis ?
• Comment les autres ont-ils résolu ce problème ?

Demandez à vos élèves de réfléchir et de documenter deux façons d’améliorer leurs solutions.

Commentaires des camarades
Encouragez vos élèves à s’évaluer entre eux en évaluant leur propre projet mais aussi ceux des autres. Ce processus d’évaluation permet aux élèves d’apprendre à formuler des commentaires constructifs, à développer leur esprit d’analyse et à utiliser des données objectives pour avancer des arguments.

Les élèves qui ont apprécié ce cours pourraient être intéressés par les secteurs professionnels suivants :

• Affaires et finance (entrepreneuriat)
• Fabrication et ingénierie (pré-ingénierie)