Code à l’école

Lego, Speechi et Artec : comment nous avons conçu nos robots éducatifs

Beaucoup de générations d’enfants ont joué avec des Lego et se sont lancés dans des constructions plus ou moins ambitieuses. Depuis, Lego a sorti son excellente gamme de robots Lego Mindstorm.

Il y a quelques années de cela, nous étions déjà convaincus que la robotique devait être enseignée en fin d’école primaire et au collège. Notre objectif était alors de proposer aux écoles une solution pour enseigner la robotique sous forme de Legos, mais des Legos simplifiés. Nous trouvions, en effet, que les kits de robotique Lego Mindstorms étaient encore trop complexes pour servir d’outils pédagogiques à l’école.

Pendant des années, nous avons gardé ce projet en tête sans jamais trouver de kits de robotique égalant ou dépassant la qualité des robots Lego jusqu’à ce que nous tombions sur la société japonaise Artec et que nous fondions notre site Ecole Robots.

Le design de nos robots éducatifs : leurs principes

La brique de base du robot Lego : des connexions de haut en bas

Brique lego robotique

Personne n’est sans connaître la forme d’une brique Lego qui s’imbrique par le haut ou par le bas. Toutes ses briques sont ainsi, même si leur taille et le nombre de connecteurs sur le dessus varient, et ce sont ces briques que Lego propose pour construire ses robots.

Voyons maintenant en quoi les briques que propose Artec représentent une meilleure solution dans le contexte pédagogique pour enseigner simplement la robotique.

La brique de base du robot Artec : des connexions multidirectionnelles

La brique d’Artec est un cube pourvu d’une ou plusieurs connexions, mais aussi de trous sur toutes ses faces. Elle a donc cette particularité de pouvoir être connectée en haut, en bas, sur les côtés et en diagonale. Ses connexions multidirectionnelles rendent la construction d’un robot éducatif plus simple, plus rapide en nécessitant beaucoup moins de briques.

Apprendre à programmer n’est pas construire un robot éducatif

Enseigner l’informatique au collège en utilisant des robots éducatifs est un moyen efficace et ludique. Cependant, il ne faudrait pas que la construction d’un robot éducatif grignote sur le temps passé à l’apprentissage de la programmation. Même si la construction est une étape intéressante à bien des égards, elle n’est tout simplement pas le sujet de l’enseignement ni un domaine d’apprentissage des programmes scolaires. C’est pourquoi la brique Artec, avec la rapidité et la simplicité de construction qu’elle permet, répond, à notre sens, davantage aux besoins de l’école.

Quantitativement : moins de briques pour construire un robot éducatif plus facilement avec Artec

Après comparaison avec des robots éducatifs Lego et Artec de complexité égale (un traceur de ligne et un bras robotique, voir les images ci-dessous), un gain de temps important dans la construction du robot éducatif a été constaté. Le robot Artec a, en effet, été 2 à 3 fois plus rapide à construire que le robot Lego et a demandé 2 fois moins de briques, ce qui nous ramène à 2 à 3 fois plus de temps à consacrer à la programmation elle-même.

Robot suiveur de ligne Bras robotique
Comparaison robot-suiveur-de-ligne-lego
Kit du robot suiveur de ligne Lego
robot-suiveur-de-ligne-artec
Robot suiveur de ligne d’Artec
robot-bras-robotique-lego
Kit du bras robotique Lego
robot-bras-robotique-artec
Robot à bras mécanique d’Artec
Nombre de briques 93 44 259 154
Temps de montage Environ 20 minutes Environ 8 minutes Environ 90 minutes Environ 30 minutes

Cette expérience nous amène à penser également que plus le robot devient complexe d’un point de vue mécanique, plus cet avantage du gain de temps se fera ressentir en faveur du robot éducatif Artec.

Qualitativement : passer plus simplement de l’idée à la réalisation

Qualitativement parlant, on voit bien l’avantage qu’apportent les multiples connexions des briques Artec sur le plan de la créativité. Partons sur quelques exemples très simples.

Lego Artec
robot-lego-connectique Juste 5 points de connexion robot-artec-connectique 17 points de connexion
robot-lego-limite Peu de points => limitation de la créativité robot-artec-illimite Les blocs Artec se connectent verticalement, horizontalement et en diagonale => plus de liberté pour créer.

Moins de briques Artec pour construire un même robot éducatif

Sur l’exemple ci-dessus, nous voyons le traceur de lignes Lego Mindstorm. Les 5 points de connexion des briques Lego et l’architecture de la brique font que la construction évolue plutôt dans une seule direction. Les 17 points de connexion du robot éducatif équivalent d’Artec font, au contraire, que la construction peut évoluer dans toutes les directions sans limite (en haut, en bas, en diagonale).

Plein de robots différents peuvent donc être construits avec la brique Artec en n’utilisant que ses 3 briques de base. Pour parvenir à un résultat similaire avec les briques Lego, il faut généralement des pièces spécifiques, autrement dit des pièces créées pour un dessin précis, ce qui peut limiter la créativité.

Des philosophies “produit” différentes : briques spécifiques vs. briques universelles

Lego a réalisé un travail formidable pour “contourner” les limites de sa brique de base et en faire un avantage. Ainsi, Lego propose toute une série de boîtes Lego Mindstorms créées “sur mesure” pour construire un robot spécifique. Ces boîtes composées de pièces spécifiques serviront alors à la réalisation d’un seul robot, mais un robot spectaculaire puisque tous les éléments à partir desquels il a été construit ont été faits sur mesure. Ainsi en est-il du robot Lego Boost dont on peut admirer la finition et le résultat.

Robot Lego

Notre parti-pris est, quant à lui, l’exact contraire, puisque nous avons décidé de concevoir des kits robotiques universels. Nous entendons par “kits robotiques universels” des kits qui permettent de construire tous types de robots sans devoir nécessairement acheter de kit complémentaire ou de pièces sur mesure pour construire un modèle de robot précis. Aussi notre kit robotique – édition standard peut-il être utilisé sans modification ni ajout du CM1 au lycée (même si nous avons, depuis, développé des kits plus spécifiques pour l’enseignement primaire et secondaire. Les briques cependant restent bien les mêmes). Avec ce kit, peuvent être construits tous les types de robot possibles, du feu de signalisation au bras robotique. Cette approche (peu de pièces, beaucoup de robots) nous semble plus efficace pour apprendre à programmer, mais aussi pour développer la créativité des élèves.

L’approche logicielle : le langage Scratch

Venons-en maintenant à la différence d’approche qu’il y a entre la nôtre et celle de Lego sur l’environnement logiciel.

evolution education nationale programmation des robots

Lego propose avec EV3 un environnement de programmation propriétaire qui diffère des autres langages de programmation. EV3 n’est pas une passerelle qui permettrait de passer facilement à l’apprentissage et la maîtrise de langages connus comme le C ou Java.

Nous proposons, quant à nous, un environnement de programmation ouvert, basé sur l’environnement Open Source Scratch du CM1 au collège. Notre solution permet également de se servir de l’environnement Open Source de la carte Arduino, utilisé par de très nombreux développeurs, et de C. Pour les jeunes débutants, l’environnement Speechi/Artec permet de coder à partir d’icônes, sans langage. Notre solution propose donc de façon “native” un passage continu de la programmation par icônes, à la programmation par blocs et aux langages “réels” (C, Java…).

Enfin, Scratch étant une solution Open Source, notre environnement de programmation bénéficie en permanence des évolutions de Scratch, le langage le plus utilisé pour apprendre l’informatique. En bénéficiant du dynamisme de la communauté Scratch , nous profitons des dernières fonctionnalités logicielles et ce très rapidement, en tout cas, plus rapidement que ne pourrait le faire une équipe de développeurs travaillant sur leur propre environnement.

environnement de programmation pour coder des robots éducatifs

L’approche matérielle : Arduino, un environnement ouvert et standardisé pour la robotique

Notre carte programmable, autrement dit le “cerveau” de nos robots éducatifs, est une carte Arduino. Comme son tracé est public, c’est-à-dire Open Source, il est le circuit électronique le plus diffusé au monde et des milliers de moteurs, de capteurs et périphériques ont été développés pour cette carte. Notre carte Arduino est recouverte d’une coque en plastique transparente pour être protégée et pouvoir être manipulée aisément par les enfants, mais ni ses connecteurs, ni son dessin n’ont changé. Sa connectique est donc standardisée.

Sortir du cadre

En conséquence, il est possible de brancher aux robots Artec / Speechi, en plus des composants proposés dans nos kits, toutes les solutions développées autour d’Arduino (moteurs, écrans, GPS, moniteurs, connexion Bluetooth, etc.). Les possibilités et l’ajout de nouvelles fonctionnalités sont donc sans fin.

Donnons un exemple. A l’occasion d’un salon où nous avons voulu réaliser des robots plus grands que ceux proposés par nos kits pour les exposer, il nous a fallu trouver des moteurs plus puissants. Il a été très facile de nous en procurer sur le “catalogue” Arduino et de les brancher sur nos robots.

Servomoteur robot éducatif

L’architecture des robots Lego

Lego a opté pour une architecture fermée. Les connecteurs ne sont donc pas des connecteurs courants, mais des connecteurs RJ12 conçus spécifiquement pour les produits Lego. Même s’il reste sans doute possible de brancher des périphériques autres, il faudrait les recâbler, une tâche qui s’avère longue et fastidieuse, car la solution Lego (et son environnement EV3) n’a pas été pensée dans cet esprit.

Une offre générique pour concevoir tous types de robots

L’offre de nos kits robotiques de base a été conçue avec d’emblée de nombreux capteurs et effecteurs (moteurs), car notre objectif est de permettre aux élèves de réaliser une grande variété de robots éducatifs.

Vous trouverez dans le tableau ci-dessous une comparaison de l’électronique (capteurs et effecteurs) contenue dans le kit Lego Education Mindstorm, le kit robots élémentaires Artec Robo et le kit robots avancés Artec Robo.

Kit Lego Mindstorms Éducation Artec Speechi Kit Robots Élementaires Artec Speechi Kit Robots Avancés
LEDs 4 4
Buzzer 1 1
Servomoteur 3 3 8
Moteur Courant Continu 2 2
Capteurs IR 2 2
Capteur son 1 1
Capteur Lumière 1 1 1
Accéléromètre 1 1
Capteur tactile 1 1 1
Capteur gyroscopique 1
Capteur ultrasons 1
Prix TTC 437 € 262 € 360 €

Des séquences pédagogiques complètes pour enseigner la robotique à l’école, au collège et au lycée

Nos kits de robotique Education nationale ne sont pas de simples mallettes de pièces fournies avec des guides de montage. Ce sont des solutions pédagogiques complètes et clés en main avec des manuels de cours pour enseigner la programmation à ses élèves, téléchargeables sur notre site pour leur grande majorité gratuitement. Pour en savoir plus sur nos ressources pédagogiques.

ressources pédagogiques pour apprendre à programmer avec des robots éducatifs

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Lego, Speechi et Artec : comment nous avons conçu nos robots éducatifs

Beaucoup de générations d’enfants ont joué avec des Lego et se sont lancés dans des constructions plus ou moins ambitieuses.…

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Construire, programmer, comprendre : ce que permettent les robots pédagogiques d’Ecole Robots (by Speechi)

Retrouvez dans cette vidéo tous les points essentiels à retenir sur ce que permettent les robots programmables de nos kits pédagogiques pour l’Education Nationale. Pour en savoir plus, n’hésitez pas à consulter notre site dédié : www.ecolerobots.com.

Vidéo des robots programmables des kits robotiques pour Education Nationale

Construire…

robot pédagogique à construction rapide et simple

Connecter…

programmer un robot pédagogique spécial Education Nationale

Construire facilement et rapidement des robots pédagogiques grâce à des briques de construction brevetées qui permettent une très grande liberté de création. Connecter le robot à la carte programmable et brancher la carte programmable au PC ou au Mac pour y injecter le programme.

Programmer…

Programmer en scratch des robots pédagogiques à l'école

Comprendre…

le robot programmable, un outil pédagogique exceptionnel pour découvrir la programmation

Programmer le robot pédagogique en langage Scratch, le langage le plus populaire auprès des adolescents, le plus utilisé par les enseignants et le plus pédagogique. Comprendre comment marchent les animaux ou encore les êtres humains et bien d’autres choses ! Mais aussi comprendre ce que perçoit un robot de son environnement via ses capteurs et comment le programmer.

Créer et découvrir !

un kit pédagogique scolaire pour créer plusieurs modèles de robots programmables
Découvrir ce qu’est la robotique, la programmation et ses algorithmes en construisant et en programmant des dizaines de robots. Découvrir, mais aussi et surtout créer soi-même des algorithmes et des robots pour encore mieux comprendre et se donner le pouvoir d’agir !

Un quart de la planète est connecté au Web,
seuls ceux qui savent programmer peuvent agir.

Tim Berners-Lee

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Construire, programmer, comprendre : ce que permettent les robots pédagogiques d’Ecole Robots (by Speechi)

Retrouvez dans cette vidéo tous les points essentiels à retenir sur ce que permettent les robots programmables de nos kits…

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Séquences pédagogiques sur la programmation pour l’école primaire : 9 robots éducatifs et 6 manuels de cours

Il n’est pas toujours facile pour les professeurs des écoles de mettre en place des séquences pédagogiques sur la programmation, d’autant moins facile quand cette matière est totalement nouvelle pour eux. Avec cette solution pédagogique clé en main, les professeurs pourront aborder sereinement l’enseignement de la programmation en école primaire et tirer profit du kit robotique, de la maternelle au CM2.

Après une présentation du matériel pédagogique, nous nous attarderons sur les points du programme que permettent de traiter le kit robotique et les manuels élève.

vidéo d'un cours de robotique et de programmation en école primaire


Le matériel pédagogique : La solution tout-en-un pour enseigner la programmation

Le kit robotique

Notre kit de robots pédagogiques pour l’école primaire se présente sous la forme d’une mallette toute mignonne, fermée par des clips et facile à ranger dans l’armoire de votre classe. Sans plus attendre, jetons un œil sur le contenu de cette mallette. Vous y trouverez :

mallette pédagogique ou kit robotique pour initier à la programmation en école primaire
  • des cubes de construction pour monter rapidement et facilement des robots éducatifs, accompagnés de leur pince.
  • une carte programmable protégée d’une coque en plastique et fournie avec une étiquette autocollante pour rendre plus lisible l’emplacement des différents ports.
  • deux moteurs à courant continu qui pourront servir, par exemple, à faire rouler vos robots éducatifs ou à leur faire réaliser un mouvement continu.
  • deux LED de couleur et un buzzer pour émettre du son ou même programmer une musique.
  • des axes et des engrenages pour faire réaliser à vos robots éducatifs des mouvements plus ou moins complexes.
  • des roues et des pneus à placer autour des grands engrenages pour les transformer en grandes roues.

contenu de la mallette pédagogique d'initiation au codage ou kit robotique pour école primaire

L’environnement de programmation

Une fois son robot éducatif monté, l’élève le programmera depuis un environnement de programmation qui lui propose deux “langages” possibles en fonction de son âge et de son niveau : l’environnement de programmation Icônes ou Scratch. Icônes nous semble être l’environnement le plus adapté pour s’initier au codage à l’école primaire. Les commandes “s’écrivent” au moyen d’icônes que l’élève doit glisser le long d’une ligne.

Les manuels de cours

Venons-en enfin à notre cursus d’apprentissage composé de 6 manuels élèves, proposés gratuitement en libre téléchargement sur notre site dédié Ecole Robots. Ce cursus propose 3 manuels pour s’initier à la programmation dans lesquels l’élève apprendra à programmer une petite voiture, une petite musique et des jeux de lumières. Ces manuels élèves de programmation sont complétés par 3 manuels de robotique dans lesquels ils expérimenteront et exploreront quelques principes mécaniques de base qu’ils rencontrent dans les objets de leur quotidien.
séquence pédagogique sur la programmation en école primaire


Un cursus de programmation en adéquation avec le programme scolaire

En maternelle

Dans le cadre du domaine d’apprentissage “Explorer le monde”, les professeurs pourront faire explorer aux petits certains mécanismes en exploitant les pièces mécaniques de notre kit robotique spécial école primaire (engrenages, crémaillère, axes et roues) et les 3 manuels de robotique. Ils pourront également imaginer des exercices adaptés à l’âge de leurs élèves en s’inspirant des 3 manuels de programmation.

Extrait du programme scolaire :

Cycle 1 – Explorer le monde
Utiliser, fabriquer, manipuler des objets :
“De la petite à la grande section, les enfants apprennent à relier une action ou le choix d’un outil à l’effet qu’ils veulent obtenir.
Utiliser des outils numériques :
“Dès leur plus jeune âge, les enfants sont en contact avec les nouvelles technologies. Le rôle de l’école est de leur donner des repères pour en comprendre l’utilité et commencer à les utiliser de manière adaptée (tablette numérique, ordinateur, appareil photo numérique…).”

explorer la nouvelle technologie ecole primaire

En CP, CE1, CE2

En mathématiques, le programme scolaire recommande d’apprendre aux élèves des classes CP, CE1 et CE2 à coder pour la 1ère fois les déplacements d’un robot ou d’un personnage sur écran. Ls professeurs pourront utiliser les manuels 1 et 2 de programmation et le langage Icônes de notre environnement de programmation.

  • Manuel 1 de programmation : les élèves apprennent à coder leur voiture pour qu’elle avance, recule et s’arrête. Dès que ces mouvements sont maîtrisés, ils feront de leur voiture un train autonome qui dépose et récupère des passagers aux différentes station du parcours imprimé.
  • Manuel 2 de programmation : les élèves programmeront leur voiture à prendre des virages et à faire demi-tour dans le cadre de 3 parcours-défi et d’un jeu final (le bulldozer).

Extrait du programme scolaire :

Cycle 2 – Mathématiques
“Espace et géométrie : (se) repérer et (se) déplacer en utilisant des repères”
Coder et décoder pour prévoir, représenter et réaliser des déplacements dans des espaces familiers, sur un quadrillage, sur un écran.

exercices de programmation voiture

En CM1 et CM2

Dans le cadre du domaine d’apprentissage “Sciences et technologies”, le programme scolaire des CM1-CM2 prévoit d’approfondir l’apprentissage de la programmation.

  • Le professeur pourra utiliser tel quel les 3 manuels de programmation pour que ses élèves programment leur robot avec le langage Icônes.
  • Si le professeur veut emmener ses élèves plus loin dans la compréhension des notions d’algorithme, il pourra adapter nos manuels pour apprendre à leurs élèves à programmer non plus avec des icônes, mais avec Scratch Studuino1.
  • Enfin, les actionneurs du kit (LED, buzzer et moteurs) pourront être utilisés pour simuler divers phénomènes et pour représenter des objets techniques, ceux proposés dans les manuels ou ceux imaginés par le professeur ou ses élèves.

1 : Studuino est une adaptation de Scratch dans lequel ont été ajoutés des blocs pour programmer nos robots.

Extrait du programme scolaire :

Cycle 3 – Sciences et technologies
“Mobiliser des outils numériques”
Utiliser des outils numériques pour communiquer des résultats, traiter des données, simuler des phénomènes, représenter des objets techniques.
Concevoir et produire tout ou partie d’un objet technique en équipe pour traduire une solution technologique répondant à un besoin.
Matériaux et objets techniques : Repérer et comprendre la communication et la gestion de l’information : Environnement numérique de travail, le stockage des données, notions d’algorithmes, les objets programmables
Cycle 3 – Sciences et technologies
“Espace et géométrie : (se) repérer et (se) déplacer en utilisant des repères”
Coder et décoder pour prévoir, représenter et réaliser des déplacements dans des espaces familiers, sur un quadrillage, sur un écran : “Programmer les déplacements d’un robot ou ceux d’un personnage sur un écran“.
programmer-deplacement-voiture
“Programmer les déplacements d’un robot”
programmer le déplacement d'un personnage sur un écran en Scratch
“Programmer les déplacements (…) d’un personnage sur un écran”

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Séquences pédagogiques sur la programmation pour l’école primaire : 9 robots éducatifs et 6 manuels de cours

Il n’est pas toujours facile pour les professeurs des écoles de mettre en place des séquences pédagogiques sur la programmation,…

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