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Présentation d’un projet de créativité technologique

Thème Challenges, à partir des modules Lego MINSTORMS 1 et 2, afin d’optimiser les performances d’un système de base imposé.

Projets retenus au lycée pour l’ensemble des 7 groupes d’élèves d’enseignements d’exploration en Sciences de l’Ingénieur (4 groupes) et Création et Innovation Technologique (3 groupes).

Pourquoi ce type de projets?

Aspect humainPlait aux élèves

Motivant

Permet le travail d’équipe.

Aspect technique

Programmation

Mise en œuvre

MesurageAspect programme

Répond aux enjeux

du projet de

créativité.

Permet d’exprimer rapidement une solution permettant ainsi l’appréciation de l’idée par rapport au besoin.

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Situation / programmes: en fin d’année pour les deux enseignements

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Pour chaque groupe élève 3 challenges sont proposés,

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Projets de créativité technologique S.I. C.I.T.

Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »

les élèves se répartissent dans les challenges suivant leurs centres

d’intérêts, chaque groupe classe est composé de trois groupes.

…et MINSTORMS 2 (NXT)

Challenge « GT »

Franchissement d’un parcours inconnu, entre 2 lignes noires, en un minimum de temps.

Franchissement d’un parcours inconnu, avec obstacles, en un minimum de temps.

Combat de robots dans un cercle matérialisé par une bande noire.

A partir des modules Lego MINSTORMS 1…

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Pourquoi différents types de challenges?Pour permettre aux élèves d’adhérer aux différents projets,

Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT »

Challenge porté

sur l’optimisation

de la programmation.

Challenge porté

sur l’optimisation

de la construction,

la structure. Challenge porté

sur la stratégie.

Chaque challenge a des enjeux différents, les élèves répondent au problème technique qui leur est posé par une innovation de type incrémentale en optimisant les chaînes d’énergie et d’information du robot.

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S.I. C.I.T.L’environnement matériel,

Un environnement commun est à disposition,- Ordinateurs avec logiciels de programmation LEGO et de modélisation volumique Solidworks

- 25 Boîtes LEGO MINDSORMS, boîtes de rangement spécifique…

- Documents de cadrage

• cahier des charges fonctionnel

• documents ressources et banque de données (pièces Lego sous Solidworks)

Challenge « GT » Challenge « Sumo »Challenge « Trial »

Machines de prototypage rapide, permettant notamment la réalisation de pièces d’adaptation intégrées par la suite au robot.

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emer -Présentation imagée, constitution des équipes et analyse du besoin avec la prise

en compte des différents cahiers des charges,

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S.I. C.I.T.Déroulement du projet,

1.L’étape d’imprégnation,

Cahier des charges

Cahier des charges

Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT » Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT » Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT » Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT » Challenge « SUMO »Challenge « TRIAL »Challenge « GT »

Cahier des charges

- Répartition des taches par élève au sein des différents groupes, prise en compte du document ressource lié au manager (en général un ou une élève ayant le projet d’intégrer les voies ES ou STG).

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S.I. C.I.T.Déroulement du projet,

1.L’étape d’imprégnation, (suite)-Réalisation d’une activité d’initiation

propre à chaque challenge,

Activité d’assemblage de robot de base

permettant des activités de programmation,

réalisation de deux programmes de bases.-Boîte spécifique pour

l’assemblage de support des

capteurs optique et de contact.

-Documents ressources pour réaliser l’assemblage

-Documents ressources pour réaliser la programmation

-Boîte spécifique pour

l’assemblage de robot de base

-Robot de base commun aux challenges GT et TRIAL.

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L’étape d’imprégnation, S.I. C.I.T.

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Importance de l’étape d’imprégnation,• Prise en compte des performances à atteindre pour le robot à travers l’analyse du cahier des charges fonctionnel décrivant, la nature des circuits, la nature des véhicules, les conditions de déroulement des différentes épreuves.• Amener des pré-requis en sensibilisant les élèves aux conditions de fonctionnement du robot;

• l’activité de montage est destinée à définir les conditions fonctionnelles à mettre en place pour obtenir un robot performant.

• l’activité de programmation est destinée à découvrir les performances liées à l’électronique, le temps de réaction,

• mais aussi de lier les performances mécanique et électronique en analysant la réponse du robot de base aux mouvements demandés.

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2.L’étape de créativité,

- Phase de production d’idées en groupe utilisation de l’outil brainstorming,

- Identification des « points durs »; utilisation des documents ressources pour mener les expérimentations nécessaires à la compréhension des principes physiques liés aux robots.

Réalisation de notices de calcul en fonction des solutions à l’étude.

-Document ressource relatif à la puissance mécanique

-Document relatif

à la stabilité du robot

-Document ressource relatif à l’adhérence

-Document ressource relatif à la transmission de puissance

Déroulement du projet,

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L’étape de créativité, S.I. C.I.T.

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Importance de l’étape de créativité,

• Recherche de solutions relatives à la structure, la programmation ainsi

que la stratégie à suivre en fonction du challenge;

• Amener les élèves à réfléchir à des problématiques différentes en

fonction des challenges.

• Utilisation de l’outil brain - storming afin de lister l’ensemble des idées.

• Permet de focaliser les activités élèves sur des problématiques

d’ingénieur : efficacité / volume horaire.

• Permet à l’élève d’aller à l’essentiel en s’affranchissant de la réalisation (chronophage).

• Permet de qualifier rapidement des solutions par essais.

Avantages des produits MINDSTORMS et NXT durant cette phase,

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Déroulement du projet,

3.L’étape de cristallisation et matérialisation

-Phase de convergence des idées ou se rencontrent les solutions relatives à la programmation et la transmission, choix de solutions à partir des résultats des expérimentations menées.

-Phase d’optimisation des solutions, dégradation de la transmission par exemple pour tenir compte du temps de réaction de l’électronique (longueur et structure du programme) ou inversement révision du programme pour prendre en compte les solutions relatives à la transmission.

-Réalisation des prototypes et des pièces d’adaptation sur machine de prototypage; mesures de performances, mise à jour des notices de calcul. (Prise en compte du poids du robot en mouvement, aspect dynamique)

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roto

typé

es Robot SUMO avec pièces prototypées intégrées

Robot SUMO avec pièces prototypées intégrées

Robot SUMO avec pièces prototypées intégrées

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L’étape de cristallisation et matérialisation,

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Importance de cette étape,

• Permet de situer, en les vivant, les différentes étapes de qualification et

d’intégration dans le cycle de vie en V.

• Permet une meilleure compréhension de la démarche de conception;

• L’étape d’intégration permet de faire émerger des contradictions

techniques (par exemple pour le challenge GT: vitesse et sécurité);

cette étape oblige les élèves à réfléchir et à résoudre la contradiction.

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S.I. C.I.T.Déroulement du projet,

4.Valorisation des études menées,•Challenges public au sein du lycée, les sept groupes sont réunis sur un

temps où les autres enseignements d’explorations sont libres,

•Présentation des études menées à un jury composé d’enseignants et élèves, présentation informatisées.

•Exposition des robots et dossiers d’études dans l’entrée des locaux du secteurs des sciences.12

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Projets de créativité technologique

Challenge « SUMO »

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Challenge « GT »

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Projets de créativité technologique S.I. C.I.T.

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ExpérimentationsStructuration des activités

Il permet la découverte d’une démarche de projet

Mise en situation, conditions d’organisation

Spécification, cahier des charges fonctionnel

Recherche de solutions

Réalisation pour permettre une validation progressive (avec droit à l’erreur, gestion des aléas)

Travail en équipe et communication technique

Avec comme point d’orgue l’analyse, l’exploration progressive des solutions techniques et principes associés à leur fonctionnement.

S.I. C.I.T.Les points forts du projet

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S.I. C.I.T.Les points forts du projet

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Comment le professeur et les élèves vivent ce projet?

Le professeur à le rôle de chef de projet, il assure l’arbitrage au sein du groupe et un soutien technique. Il pilote les revues de projet, joue le rôle d’animateurDans les phases de brain-storming conjointetement au chef d’équipe.

Chaque groupe d’élèves se compose

-d’un « manager », le chef d’équipe, qui assure la coordination et la régulation locale au groupe; cet élève (en générale une fille) a le plus souvent un projet d’orientation en ES. Il doit communiquer et organiser. -de « spécialistes », élève motivé par la programmation ou l’aspect transmission. Ces élèves communiquent les résultats de leurs travaux au manager.

Tous participent aux choix de solutions pour le challenge dans lequel ils sont inscrits, tous participent à la phase de présentation de leur dossier de conception.

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Il permet de développer progressivement chez l’élève la capacité à comprendre la logique d’une conception, à critiquer certains choix, à composer des solutions, à imaginer de nouveaux agencements. Tout ceci à partir d’une démarche inductive : observation, manipulation, mise en œuvre du produit.

Il fait appel à des savoirs faire ou des savoirs pour leur donner un sens, les renforcer, les consolider. Ce projet privilégie la créativité, l’initiative, le travail de groupe avec ses contraintes de répartition des tâches, de communication et de synchronisation.

Il impose donc à l’élève le travail d’équipe, de s’intégrer à la démarche de projet, de produire sous contrainte de type « cahier des charges », à partager et échanger dans le cadre de travaux effectués en équipe et de revues de projet (pilotées par l’enseignant), à développer enfin une argumentation technique.

Les points forts du projet

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L’évolution possible,

Des solutions de pièces métalliques pour les assemblages, de nouvelles solutions de connections et programmation notamment avec Labview…

Exemple de solution

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Extrait du document ressource manager

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Extrait du document ressource adhérence et motricité

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Extrait du document ressource stabilité

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Extrait du document ressource transmission

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Extrait du document ressource puissance mécanique

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Environnement de programmation, exemples de programmes