L’histoire de la programmation

Puisque les élèves découvrent la programmation à travers leur projet savanturier, , il m’a semblé intéressant de leur faire connaître des personnages clé de l’histoire de l’informatique. Cette année, la Dame Mystère de la classe de CM1 est une femme scientifique qui change à chaque trimestre.  Après Mary Anning, paléontologue ayant découvert les premiers squelettes de dinosaures en Angleterre,  et Annie Jump Canon,  astronome qui a classifié les étoiles, les élèves ont fait des recherches sur Ada Lovelace qui est la première personne à avoir écrit un programme informatique .

Ils se sont ensuite regroupés en îlots pour choisir les informations qui leur semblaient les plus essentielles . Puis,  ils ont écrit des phrases-résumé . Ces phrases ont ensuite été enregistrées dans une vidéo grâce à l’application Photospeak3D. J’ai réalisé les deux premières vidéos, ils ont eu plaisir à écrire la troisième . Enfin, les élèves ont trouvé amusant de rendre une image « vivante » et de modifier leurs voix, un peu comme des acteurs . Des enfants d’habitude réservés se sont lancés .

Ils ont ainsi enrichi leur culture générale, réalisé des recherches, écrit en commun un résumé en vue d’un exposé et certains d’entre eux ont pu présenter ce projet  à l’oral .

Ada Lovelace

Qu’est ce qu’un programme informatique ?

Lors de notre dernier entretien avec notre mentor scientifique  Vincent Barra sur Skype (en moyenne un par mois), Vincent nous avait rappelé l’ensemble des savoir faire et des connaissances que nous avions acquis à travers notre projet savanturier et  également l’ensemble des tâches qu’il nous restait à accomplir et à partir desquelles nous devions établir une chronologie  :

échange avec notre mentor

Afin de partir dans la bonne direction pour réaliser notre programme informatique, Les élèves ont d’abord approfondi la notion de « programme ».

Qu’est-ce qu’un programme informatique ?

Réponse spontanée de Kenzo : « Un programme informatique, c’est un ensemble de données numériques qui donnent lieu à une action. »

Afin de pouvoir s’en rendre compte, les élèves ont joué au « robot idiot » . Dans ce jeu, un enfant figure le programmateur et un autre, le robot qui exécute le programme. Pour faire aller son robot d’un point de la classe à un autre, le programmateur doit écrire un programme informatique dans lequel ne peuvent figurer que les instructions : « pas », « à gauche » et  » à droite » .  Le fait , pour certains, de schématiser la classe sous forme de plans,  a été un plus certain au niveau de la précision dans la réalisation de leurs programmes.

        Carnet de chercheuse d’Alexia 

Quand le programme était erroné, le robot ne pouvait pas réaliser correctement la consigne demandée. Il y a eu quelques « bugs » informatiques …

robot idiot bug

Suite à cette expérience, certains ont créé un langage informatique leur paraissant plus approprié , en remplaçant le mot « pas » par celui de « carreaux ». Le sol de la classe étant quadrillé, cela leur a évité l’incertitude de l’amplitude des pas avec son champs d’erreurs possibles . Bien joué !

Robot idiot avec nouveau langage

Conclusion : La réponse de Kenzo était exacte : un programme informatique est bien un ensemble de données numériques qui donnent lieu à une ou des action(s) . Nous devons créer un programme qui tienne bien compte de toutes les instructions que nous souhaitons faire effectuer par notre robot dans le bon ordre. Certaines fonctions que nous souhaitons intégrer ne figurent pas dans le programme de base LégoMindstorm et  doivent venir compléter le programme en langage python, comme celles de suivre des coordonnées pixels à partir d’une photo. Notre mentor nous sera, là aussi,  d’un précieux secours.

Projet d’écriture à partir de notre « savanture » !

Le projet savanturier de la parabole connectée avec le soleil a conduit les élèves à observer le ciel. Ils ont découvert au fil de leurs recherches et , de façon plus approfondie lors de leur visite du planétarium de Bretagne, que les hommes avaient imaginé des constellations afin de se repérer la nuit en observant et en repérant des astres.

Ainsi , la grande et la petite ourse se trouvent assez proches de l’étoile polaire, etc.

A la suite de leurs travaux de recherches, les élèves ont inventé leurs propres constellations, en dessinant des personnages et/ou des animaux sur des représentations du ciel en noir et blanc. Enfin,  ils ont rédigé des histoires à partir de ces dessins racontant pourquoi et comment ils avaient atterri au milieu des étoiles.

Ces histoires et ces dessins ont été réunis en un album qui est en phase de pré-édition. Ils auront le plaisir de repartir chacun avec le leur et de le voir figurer en bonne place dans la bibliothèque de la classe. Le projet savanturier leur a donc permis, entre autre, de travailler chacun de façon transversale sur la rédaction d’un conte en français, et tous ensemble, à la réalisation d’un livre. Un ebook sera également édité.

 

Créer un système de coordonnées

Afin de programmer les déplacements de notre futur robot LégoMindstorm, nous avons décidé de prendre des photos du soleil tous les trois quart d’heure à partir du même emplacement dans la cour d’école . Nous avons l’intention de nous servir de ces photos pour tracer un système de coordonnées qui reproduit la course apparente du soleil dans le ciel  .

les coordonnées permettent de repérer un point donné .Par exemple, dans le jeu d’échecs que nous pratiquons régulièrement en classe, les pions sont repérables grâce leurs coordonnées représentées par des lettres sur les colonnes, et des chiffres sur les lignes . Pour donner la position d’un pion sur l’échiquier ci-dessous, on peut dire qu’il est en (B,3) . Dans Stellarium, les astres ont des coordonnées équatoriales . Dans Scratch, nous avons vu que les lutins se déplacent en suivant des coordonnées x et y .

Dans une image lue par ordinateur, il y a des pixels, comme nous l’avons appris à la cité des Télécoms pendant notre classe verte à Pleumeur Boudou .Nous espérons pouvoir programmer notre robot à partir des différentes coordonnées « pixel » du soleil dans notre image. les pixels

Par ailleurs, nous avons rencontré un obstacle : en prenant des photos, nous avons réalisé que si nous positionnons notre tablette toute droite et perpendiculaire au sol, le soleil n’apparaît plus dans le champs.

Il faut  incliner la tablette vers le ciel en formant un angle aigu . (Nous en avons profité pour revoir les différents types d’angles en mathématiques).

 

Pour observer le ciel, les astronomes utilisent des tables équatoriales qui ont la fonction d’incliner correctement leurs téléscopes ou leurs appareils photos dans l’axe de rotation de la Terre .

Nous avons emprunté un pied d’appareil photo plus professionnel et articulé qui permet ce type d’inclinaison . Grâce à lui, nous prendrons des photos plus précises .

 

 

initiation à la fabrication d’un robot

Pour pouvoir inventer un socle de parabole solaire programmé qui suit la courbe apparente du soleil, il faut déjà savoir comment on conçoit et on met en action un robot .

Notre mentor, Vincent Barra,  nous a  envoyé le montage d’un robot lama conçu avec des LegoMindstorm  . J’ai traduit ces pages en français  et j’en ai fait des fiches plus adaptées pour le cycle3 en y indiquant  les compétences du programme en lien . J’ai également réalisé une fiche d’auto-évaluation pour les élèves (voir pièces jointes. Ces fiches peuvent présenter quelques petits décalages dans leur mise en forme qui disparaissent quand on les télécharge et qu’on les ouvre avec word) .

Montage du Robot Lama

fiche auto-évaluation des élèves

Ce modèle a l’avantage de présenter différentes capacités du robot à la fois : il se déplace, incline son cou et lance des projectiles. On apprend donc à monter et à programmer plus rapidement  un robot quand on est tenu par le calendrier. Son aspect ludique et original a plu d’emblée aux élèves.

 

Sur mon Ipadair2 acquis à la rentrée en vue du projet, j’ai également pu télécharger plusieurs applications LégoMindstorm EV3 et LegoMindStorm Education qui permet d’apprendre programmer ce dispositif par étapes , toujours en faisant le lien avec les programmes officiels de l’éducation nationale. Nous pouvons donc piloter des robots depuis l’IPAD. Le système de programmation, très simple, ressemble beaucoup à Scratch.

Le modèle Lama se trouvant au musée des légos , ainsi que l’ont affirmé Alex et Louis B, il est rapidement devenu le projet phare de la semaine :

• Défi lancé aux CM1 à la rentrée des vacances : monter et programmer  , en étant répartis en îlots, ce robot avant notre rendez-vous du 15 Mars sur Skype avec Vincent Barra .

Difficultés rencontrées : les pièces du modèle proposé ne correspondent pas toutes au modèle EV3 que nous avons en classe.

 

J’ai trouvé cet obstacle intéressant, parce qu’il pousse les élèves à rechercher et à trouver des solutions à leurs problèmes, et à innover en les inventant. Cela renvoie également à des compétences civiques comme  argumenter, écouter les autres, défendre son point de vue …

 

 

Comment savoir que c’est la terre qui bouge et non le soleil ?

En classe, on a voulu étudier sur Stellarium les différentes coordonnées du soleil en fonction de ses positions apparentes dans le ciel à différents moments de la journée . On souhaitait récupérer ses coordonnées équatoriales pour voir si on pouvait les programmer par la suite dans notre robot.

Quand on utilise des coordonnées sur une carte, on met des longitudes du Nord vers le Sud  et des latitudes dans le même sens que l’équateur , de l’est vers l’ouest . Dans le ciel, l’homme a placé des coordonnées, comme une cage invisible tout autour de la terre pour pouvoir repérer tout ce qu’il peut voir au-delà de sa planète.

Pour mesurer la position d’un astre dans le ciel, on utilise différents systèmes de quadrillages. L’équatorial nous a paru le plus proche de ce qu’on utilise sur une carte terrestre.

                                                                 Carnet de chercheuse de Léïna

On a donc regardé les coordonnées du soleil en indiquant différents moments de la journée, et on a vu que ses coordonnées ne changeaient jamais. Ca veut donc dire que par rapport à nous il ne bouge pas . Si quelque chose bouge, c’est nous . Au sommet de cette cage invisible, il y a l’étoile polaire. Comme elle est dans l’axe de la terre, elle aussi ne semble jamais bouger . C’est à partir de cette étoile que l’homme a appris à se repérer la nuit : elle indique toujours de nord.

                                                                      

Léïna, Elissa, Louis A , Kenzo

 

expérience : j’imagine que je suis un robot face au soleil

Au début, Nous  avons cru qu’il fallait faire un robot articulé comme un humain et à la reconnaissance vocale (comme Nao) mais pas du tout ! Et nous l’avons vu grâce à une expérience proposée par notre mentor Vincent Barra :

Nous avons fait l’expérience « courbe du soleil »:  un élève tenait une boule jaune qui représentait le soleil et il lui a fait faire une courbe au bout de ses mains face à nous .

Alors nous avons imaginé  que nous étions sur un banc face au soleil et nous avons observé dans notre corps ce dont nous avions besoin pour suivre sa courbe.

Nous nous sommes rendus compte que seules l’articulation du cou et le mouvement des yeux étaient nécessaires pour réaliser cet exercice . Nous  avons conclu qu’il fallait se baser sur la construction d’ un robot  de type « socle » pour la parabole, sans membres (bras, jambes…)  ou sens (ouïe, vue…) superflus.

                                                           Extrait du carnet de chercheuse de Neyla

 

Neyla et Farès

 

Les différentes sortes de robots

Nous avons vu différentes sortes de robots. En premier, il y avait un robot qui communiquait :  quand on lui disait bonjour,  il répondait « bonjour »,  quand on lui disait de s’asseoir il s’asseyait. Il s’appelle Nao.

Après, on a vu un robot qui roule mais qui est tout petit : Ozobot. En fait il y avait des circuits avec plusieurs couleurs sous ses roues et, par exemple, dès qu’il était sur le jaune il tournait et ainsi de suite : chaque couleur lançait un programme-commande au robot.

Enfin, on a vu un robot bras articulé et au bout du bras il y avait un siège et ça a commencé a faire un manège et, le dernier robot c’était aussi un bras articulé . Il jouait au billard et il nettoyait ce jeu.

Cela nous aidés  à sélectionner ou imaginer, par la suite, le type de  robot qu’il faut réaliser pour permettre à notre parabole de suivre la courbe du soleil.

Alexia et Léonie

Savoir se servir des différents outils nécessaires à la conception de notre socle connecté

Ce projet comporte plusieurs contraintes technologiques :

1. Savoir collecter des données astronomiques sur Stellarium
2. Savoir coder sur Scratch
3. Savoir programmer un système lego Mind Storm
4. Savoir construire une table équatoriale en connaissance de cause.

Les élèves ont commencé à s’initier à Stellarium en classe . J’ai tout d’abord laissé à disposition l’application, sur les 5 PC présents,  lors de temps d’autonomie.

Les enfants ont cliqué avec joie au hasard pour faire apparaître étoiles et planètes et dessins des constellations. Ils ont laissé de côté  les données numériques très complexes et nombreuses .

Pour les y intéresser, je leur ai proposé un jeu sérieux  sous la forme d’un Genially projeté en classe et de missions distribuées à des » clans » dans des enveloppes. (La 4ème diapositive est un peu « bricolée », le tableau de bord bouge . C’est en cliquant sur une petite flèche orange en bas à droite que l’on actionne le son. )

Répartis en famille de quatre à cinq individus d’extraterrestres, ils ont du, en tant que passagers de l’Enterprise (bien connu des fans de Star Trek ) , apprendre à se repérer en observant des constellations bien précises.

La première mission consistait à identifier les formes de polygones dont sont faites certaines constellations (merci les dossiers Hachette,  Les sciences appliquées aux mathématiques en cycle 3).

La deuxième mission concernait les dessins précis et les origines de constellations célèbres (merci les cahiers CNRS juniors). Ils ont découvert que les constellations sont internationales. Celle du cygne raconte une légende chinoise, la grande et la petite ourse ont au moins trois histoires d’origine différentes qui parlent d’elles sous différents aspects.

La troisième mission les menaient directement au coeur de Stellarium : ils devaient repérer et donner les coordonnées équatoriales de leurs constellations. Ils ont été fasciné par ces découvertes . J’avais projeté en grand Stellarium et ils se sentaient de fait « plongés dans l’espace ». Ils ont été nombreux à toucher le tableau blanc transformé en Univers quadrillé. Ils ont compris la notion de latitude et de longitude que l’on retrouve sur les planisphères.

 

                        

En ce qui concerne Scratch, j’ai plusieurs ouvrages, mais j’ai eu la chance de trouver sur notre E.N.T Beneyluschool la présentation de fiches vraiment bien adaptées pour apprendre à l’utiliser . Elles sont ludiques, simples  et formatrices:

https://scratch.mit.edu/studios/3911862/

Totalement novice au sujet de la table équatoriale, j’ai cherché des informations sur internet, mais sans  manipulation…et c’est là que Michel Marchand, mentor chez les Savanturiers de l’univers, m’a proposé son aide salvatrice. Nous avons la chance de cotoyer des mentors motivés dans les différents domaines de recherches  et toujours partants pour transmettre . Quelle chance !

Il m’a expliqué pendant à peu près une heure trente le fonctionnement d’une table équatoriale avec une maquette qu’il a fabriquée pour l’occasion , et avec le pied articulé de sa lunette astronomique . Il m’a prêté ce prototype pour me permettre d’illustrer mon propos en sciences et technologie auprès de mes élèves, ce que je vais faire demain. Je lui dois beaucoup et je le remercie vivement !

      

 

Rencontre avec le mentor

La classe a eu la chance d’être associée à un mentor scientifique, Vincent Barra,  par les Savanturiers.

Mardi 14 Novembre, les élèves ont pu le rencontrer pendant une heure environ sur Skype. Ils en ont été ravis . Ils ont tous participé et posé des questions qu’ils avaient préparées en amont sans que j’intervienne autrement que comme guide de départ. Je souhaitais que cette rencontre reste le plus spontanée possible et qu’elle est réellement lieu entre eux et lui , et non entre uniquement avec l’enseignante. j’espère avoir su répondre à cette fonction.

Ils lui ont demandé des informations sur :

• son métier : chercheur en analyses de données mathématiques, c’est flou pour des enfants . Vincent Barra , qui est habitué à intervenir auprès de jeunes apprenants, avait des réponses très concrètes et éclairantes à leur donner.
• Sa formation : ils ont été très impressionnés par le cursus de formation de leur mentor, par le nombre d’années passées à étudier.
• la conception de robots : là encore, Vincent Barra a donné des explications en lien avec le réel qui ont paru très claires aux enfants.
• Les robots au cinéma : c’était très important pour eux de savoir si Robocop ou R2D2 étaient des robots « pour de vrai »… ah..la confrontation avec le réel peut parfois être source de déceptions …mais concevoir un robot qui transporte des malades seuls jusqu’à l’hôpital le plus proche, n’est ce pas à la fois passionnant et héroïque ? Là encore, les exemples de leur mentor ont « fait mouche ».
• Notre projet : d’où partir pour concevoir leur socle robotisé ? Vincent Barra a expliqué qu’un robot était réalisé en général pour résoudre un problème, et donc qu’il leur fallait partir du problème constaté lors de leurs observations : la parabole est hors service dès que le soleil ne l’éclaire plus directement. Il leur a proposé de partir de leurs corps, de s’imaginer assis dans un parc face au soleil . Quelle(s) partie(s) de leurs corps devraient-ils bouger pour ne pas avoir à quitter le soleil des yeux ? (évidement, il a bien redit qu’il ne fallait jamais regarder le soleil en face, que c’était juste une supposition). Je compte bien leur faire vivre cette expérience en situation de « laboratoire ».
• Le matériel que nous utiliserons: Vincent Barra a expliqué que nous partirions de données mathématiques que nous programmerions sur Scratch, et que Scratch est compatible avec des système de robotique comme Lego Mindstorm, par exemple . (J’espère que nous pourrons avoir le matériel approprié ).

En tant qu’enseignante, cette rencontre m’a rassurée, car je n’ai aucune formation en robotique, et je démarre à peine Scratch en même temps que les élèves. Je crois que nous n’avons pas l’habitude dans nos formations d’enseignants de nous positionner en tant que chercheurs au sein de la classe. Pourtant, d’après ce que je constate avec les Savanturiers, cela permet aux élèves davantage de communication entre pairs, de réflexions spontanées dans le cadre de recherches pré-établies, et donc , cela contribue au développement de la pensée,  de l’esprit critique et de l’autonomie de l’apprenant . Il me faut donc me jeter à l’eau !