B* Projet RObeeZ (abeilles robots), défi technologique autour d’une ruche, dans une école ECLAIR à Creil

5 février 2014

Projet RObeeZ (abeilles robots)
Expérimentation art.34

Ecole élémentaire [ECLAIR] Louise Michel/Jean Biondi
3 rue Jules Ferry, 60100 Creil
Site du projet
Auteur : Lefort Joëlle
Mél : ce.0601894H@ac-amiens.fr

En étudiant le fonctionnement d’une ruche, les élèves se verront proposer un défi technologique : fabriquer des RObeeZ (abeilles robots) qui vont reproduire les comportements caractéristiques des individus d’une ruche. Le travail se fera en équipe. Dans chacune d’entre elles, les rôles seront définis selon le nombre d’équipiers, cette distribution changeant à chaque séance pour que chaque élève couvre l’ensemble des tâches.

Nombre d’élèves et niveau concernés
Classe de CM1 de 27 élèves, située en zone ECLAIR.

A l’origine
Pourquoi des robots ? Les évaluations nationales CE1 et CM2 montrent des difficultés en résolution de problèmes et en gestion des données. Ils ont pourtant des résultats plutôt positifs dans les autres domaines ; ils ne donnent pas sens aux outils mathématiques qu’ils utilisent, ils s’appliquent très bien des mécanismes mais n’entrevoient pas l’utilité concrète qu’ils peuvent avoir. Chez eux, comme à l’école, les temps de manipulation et de conception sont quasi inexistants ou insuffisants. La modélisation est donc difficile à mettre en place.
Pourquoi des abeilles ? Les élèves rarement en contact avec la nature ne réalisent pas l’impact de nos actes sur l’environnement ; ce qu’il voit autour d’eux est la norme, ils sont attachés à leur cadre urbain ; les monde végétal et animal ne leur sont pas familiers. Peu d’entre eux s’éloignent de ce paysage citadin, leur jugement "environnemental" est faussé, leur comportement se révèle inadapté puisqu’ils n’ont pas les clés nécessaires à l’analyse des interactions homme-nature.

Objectifs poursuivis
Construire des robots, c’est développer des compétences d’observation, d’analyse et de conception, apprendre à résoudre des problèmes et à travailler en équipe, susciter le besoin d’aller chercher l’information, prendre conscience des actions logiques sous-jacentes, utiliser des outils mathématiques et informatiques, créer, jouer, manipuler et donner forme à des idées. Découvrir les abeilles, c’est réaliser des observations scientifiques et sociales, découvrir l’impact environnemental des êtres vivants, surtout celui des hommes, éveiller la conscience civique et humaine, nourrir une réflexion sur les actes humains et décisions futures en faveur d’un écosystème à préserver.

Déroulement spécifique
En étudiant le fonctionnement d’une ruche, les élèves se verront proposer un défi technologique : fabriquer des RObeeZ (abeilles robots) qui vont reproduire les comportements caractéristiques des individus d’une ruche.
- Le travail se fera en équipe. Dans chacune d’entre elles, les rôles seront définis selon le nombre d’équipiers, cette distribution changeant à chaque séance pour que chaque élève couvre l’ensemble des tâches :
• Le chef de projet : animer son équipe, lire les consignes, poser les problèmes, gérer le temps, organiser le travail dans le temps et l’espace, être à l’écoute des besoins de l’équipe, photographier les étapes de montage.
• Le(s) technicien(s) : prendre des notes, aider à la correction des fautes, construire les robots.
• Le(s) programmeur(s) : être responsable(s) de l’ordinateur, construire le programme en écoutant les suggestions de son équipe, démarrer le programme.
• Le(s) responsable(s) du matériel : aller chercher le matériel, le ranger, fournir le technicien, être à l’écoute des besoins (essayer d’anticiper les besoins de son équipe).
- Les différents robots à créer et tâches assignées : 5 robots : la reine, la maçonne, la butineuse, la gardienne et la nourrice.
• La reine doit trouver la maçonne pour déclencher la construction d’un alvéole.
• La maçonne construit un alvéole (ou va le chercher) si elle est stimulée par la reine.
• La butineuse cherche et récolte du pollen puis retourne à la ruche.
• La gardienne laisse entrer la butineuse seulement si elle a du pollen.
• La nourrice prend le pollen déposé par la butineuse pour le mettre dans un alvéole.
- Reconstitution du fonctionnement d’une ruche : Lors de rencontres (les SHOWbeeZ), les équipes mettront à l’épreuve leurs prototypes en essayant de faire interagir leurs RObeeZ. En cas d’échec, ils devront établir un diagnostic des problèmes et communiquer avec les autres équipes pour les résoudre. Un retour en classe pourra être nécessaire ; le défi sera relevé lorsque plusieurs RObeez interagiront.

Modalité de mise en œuvre
- Octobre - décembre :
• Etude de la ruche : observation des caractéristiques morphologiques, fonctionnelles et comportementales des différentes abeilles de la ruche.
• Étude des interactions ruche-environnement-homme : rôle des différents protagonistes, impacts de leurs actes.
• Développement des compétences spatiales et de caractérisation : dans un premier temps, réaliser des programmes de construction de modèles LEGO (technic et creator), puis créer des modèles répondant à des consignes simples.
- Janvier : (début des interventions)
• Présentation du défi : à partir de leurs observations et connaissances de l’abeille et de la ruche, caractériser les fonctionnalités des RObeeZ à modéliser. Attribution des tâches et des procédures au sein des équipes.
• Modélisation des abeilles avec les ROBOTRON.
- Février - juin :
• Programmation des comportements des RObeeZ à l’aide du logiciel de programmation.
• Rencontres : les SHOWbeeZ, lors desquels les prototypes devront interagir et où les équipes devront échanger pour apporter les améliorations nécessaires.
• Exposition des prototypes et vidéos de la ruche RObeeZ (projet départemental artistique « mondes parallèles, sciences et fictions)

Moyens mobilisés
- Fonctionnement pour une classe : Matériel :
• Différents modèles LEGO pour familiariser les élèves (d’octobre à décembre)
• Les 5 prototypes nécessitent 5 kits ROBOTRON (à partir de janvier). 5 équipes seront constituées, chacune aura en charge la conception et la réalisation d’un RObeeZ particulier.
• 5 ipads mini pour que chaque équipe enregistre et commente le montage et la programmation des RObeeZ. L’enseignante possède déjà un Ipad personnel qu’elle met à disposition de la classe.
- Modalités pour plusieurs classes : Plusieurs enseignants sont intéressés par ce projet. A ce jour, 4 autres enseignants du réseau ECLAIR sont intéressés ( 2 enseignant de CE1 et 2 enseignants de cycle 3). Le travail collaboratif sous-jacent du projet serait alors valorisé. Chaque classe aurait en charge l’élaboration et la conception d’un seul type de RObeeZ. La répartition des robots se ferait selon leur degré de complexité. Comme de vrais scientifiques, les classes se répartiraient les tâches en ayant un objectif commun : reconstituer une ruche fonctionnelle lors des SHOWbeeZ. Et les besoins en matériel ne seraient pas forcément plus importants puisque notre ESAP pourra faire circuler le matériel (d’où la nécessité de garder une trace des montages par le biais de vidéos ou de photos commentées).
Matérie l :
• Les 5 prototypes nécessitent plusieurs kits ROBOTRON (à partir de janvier). Chaque classe aura en charge la conception et la réalisation d’un RObeeZ particulier et pourra proposer plusieurs prototypes d’un même RObeeZ.
• 5 ipads mini pour que chaque équipe enregistre et commente le montage et la programmation des RObeeZ. (à ce jour, janvier 2014, les classes ne sont pas encore équipées)

Partenariat et contenu du partenariat
Les interventions : à partir de janvier,
- Mme Ilaria GAUDIELLO nous apportera son expertise dans la réalisation de séances de modélisation et de programmation avec les LEGO mindstorm NXT et observera les équipes dans la réalisation de leur RObeeZ dans le cadre de ses recherches. Avec l’accord de son laboratoire elle pourra aussi nous apporter une aide matérielle ponctuelle.
- M. Patrice CLAIR, ESAP scientifique du réseau ECLAIR, nous apportera une aide matérielle et logistique en nous fournissant 8 kits supplémentaires, et une aide pédagogique en prenant en charge certains aspects des séances. Son expertise pédagogique en sciences sera sollicitée lors de la rédaction et la mise en place des séquences.

Evaluation
Des grilles d’autoévaluation formative pour les élèves seront remplies après les séances(travail d’équipe, compétences et savoir faire, utilisation des outils de communication..). D’autres outils seront élaborés au cours de l’année, permettant d’évaluer les compétences mathématiques, scientifiques, rédactionnelles... Réalisation de programmes, élaboration d’un prototype modélisant, rédaction d’un constat des réussites et échecs des programmes et des actions des RObeeZ, rédaction de diagnostics et propositions de résolutions. Utilisation de réseaux de communication (Evernote, Dropbox, Facetime, Twitter, mails,..)

Extrait du site Expérithèque : Projet RObeeZ (abeilles robots)

Consulter aussi
Préparation du Showbeez, show montrant la réalisation du travail de programmation des élèves de cm1 de Louise Michel (Creil).

Vidéo de l’équipe de Creil

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