Description
Dans le cadre de l’intersemestre Fablab et Design avec L’EESAB, nous avions réaliser un prototype en groupe ( double binôme, l’un de Telecom Bretagne, l’autre de l’EESAB). Nous avons décidé de poursuivre ce projet pour le projet développement. Ce projet a pour thème le numérique à l’école.
Ce projet se divise en deux partie : La réalisation d’un jeu éducatif Co-Opération, et le développement d’ateliers éducatifs pour des enfants du cycle 3 ayant pour but de les initier à l’informatique et à l’électronique.
I-Co-Opération
But du Projet
Ce projet est une activité ludique et éducative pour apprendre les tables de multiplication. C’est un jeu qui se joue à deux, en coopération. Il se présente sous la forme de deux estrades recouvertes d’un tapis,ces dalles sont découpées en 9 cases et forment un pavé numérique d’un mètre carré, et d’une stèle comportant en son sein une carte arduino ainsi que deux afficheurs composées de LEDs adressables. Le but du jeu est de retrouver les facteurs d’un produit donné. En effet, l’écran affiche un nombre correspondant à un produit de deux chiffres, et les élèves doivent se concerter pour retrouver via leur tapis le nombre affiché (par exemple: 56 s’affiche à l’écran et l’un des enfants doit se mettre sur le 8, l’autre sur le 7). Pour cela, ils doivent se tenir debout sur les cases du pavé numériques adéquates.
Ces estrades sont sensibles à la pression appliquée sur les cases numérotées, permettant ainsi la détection d’une réponse de l’enfant. Une fois les deux enfants sur leur case, un délai d’une seconde s’écoule avant que la réponse ne soit validée ou infirmée.
Du point de vue esthétique développé par les étudiantes de l’EESAB, la recherche tourne autour de l’aspect graphique du tapis et de la stèle. Les formes vives et attractives sont importantes pour l’enfant. Aussi il est décidé que le mouvement de l’enfant est primordial dans le jeu. Ainsi il devient acteur de son apprentissage.
Solutions Techniques
Affichage
Dans notre système nous devons afficher le produit que les élèves doivent trouver, le score et indiquer si une réponse est bonne ou mauvaise. Pour cela nous avons utiliser des Néopixels. Ces LEDs adressables sont une bonne solution car on peut les mettre en série et les contrôler une à une ce qui permet d’utiliser très peu de pins de l’Arduino et de facilement afficher des chiffres. Le constructeur mettant à disposition une bibliothèque pour pouvoir facilement les contrôler. L’autre avantage de ces LEDs est qu’elles sont RGB, dans le cadre de notre projet cela nous permet de valider ou non la réponse d’un élève en changeant la couleur du produit. Il passera au orange pour une mauvaise réponse et au bleu pour une bonne réponse.
Les interrupteurs
Le second problème que nous avons rencontré est celui de gérer les 18 interrupteurs que sont les plaques numérotées sans pour autant surcharger l’Arduino, qui n’a pas assez d’entrées. Nous avons penser résoudre ce problème en utilisant dans un premier temps des registres à décalage. Ceux ci permettent de prendre des entrées en parallèles pour en faire une seule sortie en série. Ce dispositif n’utilise que 4 pins quelque soit le nombre d’entrées en parallèles. Grâce à ces registres, nous avons pu relier les 18 plaques à un seul Arduino, néanmoins plusieurs problèmes sont apparu lors de l’implémentation finale. Tout d’abord l’alimentation des trois registres à décalages était assez important et nous ne pouvions plus utiliser notre prototype en l’alimentant via le port USB d’un ordinateur. Ensuite il y avait un très grand nombre de fils entre les estrades et la stèle, 36 en tout, Cela rendait le prototype très confus, il était compliqué de brancher correctement les plaques à la stèle. Finalement cela ne fonctionnait pas surement à cause d’une erreur dans la soudure, confuse elle aussi à cause de tous les fils s’entremêlant.
Nous avons décider de trouver une nouvelle solution. Nous avons alors conçu un deux convertisseurs numériques analogiques simili R-2R grâce à des ponts de résistances. Ceux-ci se trouvent en sortie de chaque estrade et permettent de faire passer le nombre de fils entre les estrades et la stèle de 36 à 6. Cela rend aussi beaucoup plus facile le suivi de l’information, et réduit drastiquement la consommation de notre prototype. Le seul changement sur la carte Arduino est que l’on utiliser plus les pin numériques de celle-ci comme avec les registres à décalages mais les pins analogiques.
Les plaques de pression
Les plaques de pression envoient un signal jusqu’à la carte Arduino quand un des joueurs marchent dessus. Nous avions une contrainte supplémentaire des designers à propos de ces plaques, il fallait avoir possibilité de ranger l’estrade. Dans un premier temps nous voulions utiliser la déformation des plaques sous le poids du joueur grâce à des matériaux piézoélectriques mais nous avons finalement abandonner cette idée. Nous avons alors découpé de manière individuelle chaque plaque et fait un cadre de mousse, nous utilisons alors l’affaissement de la plaque et plus sa déformation. Pour transmettre le signal nous avons d’abord essayé avec un capteur de force, cela fonctionnait bien mais le prix de ce genre de capteur est trop élevé pour l’usage que l’on voulait en faire et nous nous somme rabattu sur du ruban adhésif aluminium. On pose de ce ruban conducteur en dessous de la plaque et sur un morceau de bois, on soude des fils sur ces bouts de ruban. Ainsi quand un joueur marchera sur une plaque les rubans conducteurs rentreront en contact fermant alors le circuit.
II-Ateliers éducatifs
Pour initier les enfants aux rudiment de l’électronique et de l’électronique nous avons développer des ateliers éducatifs, ces ateliers sont accompagné de fiches techniques pour que n’importe quel enseignant puisse les mettre en place. Enfin ces ateliers ont pour but final de concevoir une petite calculatrice.
Les ateliers
Nous ne disposons que de quatre séances d’une heure chacune avec les élèves de primaire. Cependant, nous avons divisé notre initiation à l’électronique et l’informatique en six ateliers plus une réalisation finale. Ainsi, la première séance est une séquence d’introduction au projet, et est également l’occasion de présenter son déroulement. Puis lors de la deuxième session, la classe est divisée en trois groupes, chaque groupe s’occupant d’un atelier découverte. Ensuite, durant la troisième séance, chacun de ces trois groupes travaille sur la conception d’une partie de la calculatrice.
Enfin, la dernière heure est consacrée à l’intégration des trois parties constituant la calculatrice pour obtenir un appareil fonctionnel. Pour ce faire, les élèves doivent, collectivement, travailler sur l’intégration des différentes parties, tout en expliquant aux personnes des différents groupes l’essentiel de ce qu’ils ont appris.
Encadrement des élèves
Les élèves de primaire sont divisés en trois groupes à chaque séance, chacun traitant un atelier. Pour chaque groupe, il y a au moins un encadrant, que ce soit un enseignant ou un membre du projet, pour accompagner les élèves dans leurs réflexions et les aider à tirer les notions que l’atelier leur permet d’acquérir.
A la fin de chaque séance, les élèves doivent faire une mise au point de leur apprentissage afin que l’ensemble du groupe bénéficie de l‘atelier.
Réalisation finale : la calculatrice
Après avoir pris connaissance des notions de base en électronique et en informatique, durant les deux premières séances, les élèves, divisés en groupe, doivent, durant la troisième séance, mettre en œuvre leurs acquis pour réaliser une partie de la calculatrice avec le matériel à leur disposition. Ils ont ainsi à opter pour une des différentes solutions possibles pour faire le travail demandé dans la partie qui les concerne. Plus concrètement, le premier groupe doit choisir les composants qu’il utilise pour construire le pavé numérique de la calculatrice, le deuxième groupe doit trouver un système de transmission de données commode et le troisième groupe a à implémenter un programme qui permet d’effectuer les opérations de base, c.à.d. l’addition, la soustraction, la multiplication et la division.
Tout au long de ce projet, les élèves sont amenés à justifier la pertinence de leurs choix auprès des encadrants.
Résumé des ateliers
Voici un résumé des différents ateliers, des activitées mises en places, des durées indicatives des ces ateliers et du support et matériel nécessaire pour faire ces ateliers.
