Robotique éducative

La robotique éducative (RE) est un terme large qui désigne un ensemble d’activités, de programmes d’instruction, de plateformes physiques, de ressources pédagogiques et de philosophie pédagogique. De nombreuses écoles utilisent le professeur de robot.

RE est un moyen d’apprentissage auquel participent les personnes motivées par la conception et la construction de leurs propres créations. Ces créations sont d’abord présentées mentalement puis physiquement et sont construites avec différents types de matériaux et contrôlées par un système informatique.

Définition
L’objectif principal de la robotique éducative est de fournir un ensemble d’expériences facilitant le développement des connaissances, des compétences et des attitudes de l’étudiant pour la conception, l’analyse, l’application et le fonctionnement de robots. Le terme robot est utilisé ici de manière assez large et peut inclure des robots articulés, des robots mobiles ou des véhicules autonomes de toutes tailles. La rigueur de l’approche peut être adaptée en fonction de l’arrière-plan du public cible et peut convenir à des étudiants de tous les niveaux de l’enseignement, des écoles élémentaires aux programmes d’études supérieures.

Un objectif secondaire ou secondaire consiste à utiliser la robotique en tant qu’application tangible et stimulante pour motiver et faciliter l’enseignement d’autres sujets, souvent fondamentaux, tels que la programmation informatique, l’intelligence artificielle ou la conception technique.

La robotique pédagogique a pour but d’exploiter le désir des étudiants d’interagir avec un robot pour favoriser les processus cognitifs. Martial Vivet propose la définition suivante de la robotique pédagogique:

C’est l’activité de conception, de création et de mise en service, à des fins pédagogiques, d’objets technologiques qui sont des reproductions très fidèles et significatives des processus et des outils robotiques utilisés quotidiennement, notamment en milieu industriel.

Les différences entre la robotique éducative et la robotique éducative sont les suivantes:

La robotique éducative: elle utilise des kits et du matériel commercial, qui, dans la plupart des cas, sont coûteux, font largement appel aux capteurs et aux moteurs, se concentrent sur la cybernétique, considérée comme intégrative, et permettent de passer du concret à l’abstrait.

La robotique pédagogique: utilise des matériaux peu coûteux, y compris des matériaux recyclés, et intègre différents domaines de la connaissance en mettant l’accent sur les mathématiques, les sciences naturelles et la technologie. Vous en apprendrez sur les ordinateurs même sans ordinateur et, comme la robotique éducative, vous passerez du concret à l’abstrait.

En outre, la robotique en tant que ressource pédagogique permet de développer les connaissances naturelles en sciences et technologie en général. En particulier si la méthodologie STEM est utilisée (sciences, technologie, ingénierie et mathématiques).

Méthodologie d’enseignement
Un cours en robotique éducative commence par l’approche de l’enseignant face à un défi que les élèves doivent résoudre en utilisant du matériel didactique tel que des pièces mécaniques, des composants électroniques et des attaches, supportés par des outils informatiques, qui permettent la génération de prototypes programmables pour faire face aux tâches qui résolvent le problème. Dans le défi, le processus de conception, de conception, d’assemblage et de mise en service du prototype enrichit le processus d’apprentissage de l’élève.

Dans ces cours, les étudiants sont confrontés à des défis dans lesquels des concepts physiques, mathématiques et technologiques sont inclus. De cette façon, les étudiants travaillent des concepts qui ont étudié de manière pratique dans diverses matières du programme scolaire officiel. Cela motive les étudiants dans l’apprentissage de ces matières, car ils peuvent expérimenter les applications pratiques de ce qu’ils ont étudié théoriquement.

Et tout au long du processus, le niveau de difficulté des défis doit être élevé. Ce dernier permettra de maintenir l’équilibre entre la difficulté du défi et la capacité de l’enfant à le résoudre. Cela évite que l’enfant ne soit frustré de ne pas être capable de résoudre les problèmes ou de s’ennuyer en étant trop simple pour sa capacité.

Il existe de nouvelles tendances éducatives dans lesquelles les étudiants combinent des matériaux physiques avec des logiciels simplifiant et donnant des résultats permettant aux étudiants de comprendre ce qui leur est arrivé. De cette manière, les étudiants sont capables de comprendre et d’extrapoler les connaissances acquises grâce à cette méthodologie et de les appliquer à d’autres matières.

En intégrant différents domaines de connaissance, il est possible d’obtenir des résultats considérables. La robotique est un exemple d’intégration de différents domaines de la connaissance. A travers cette discipline, les systèmes mécaniques, électriques, électroniques, informatiques et de communication sont intégrés.

Les principaux domaines de travail de la robotique pédagogique sont les suivants:

Soutien dans l’enseignement primaire et secondaire;
Adultes en formation professionnelle;
Robotique appliquée aux personnes handicapées;
La robotique comme outil de laboratoire;
La robotique pédagogique pour faciliter le développement des processus cognitifs et de la représentation;
Analyse et réflexions sur la robotique éducative et ses applications.

Origine
La robotique éducative se concentre principalement sur la création d’un robot dans le seul but de développer de manière beaucoup plus pratique et didactique les capacités motrices et cognitives de ceux qui les utilisent. De cette manière, il est destiné à stimuler l’intérêt pour les sciences exactes et à motiver une activité saine. Amenez également l’enfant à réaliser une organisation de groupe, des discussions qui permettent de développer des compétences sociales, respectez le tour de chacun pour exposer et apprendre à travailler en équipe.

La robotique éducative a ses origines dans les années 60, lorsqu’un groupe de chercheurs du Media Laboratory du Massachusetts Institute of Technology proposa la construction de dispositifs technologiques permettant aux enfants d’interagir et de les programmer pour effectuer certaines actions. C’est ici que le groupe de recherche a conclu un accord avec la société LEGO pour développer ce qui était connu sous le nom de LEGO / Logo, consistant en l’intégration d’éléments de construction lego avec des éléments de programmation pouvant être exécutés à partir d’un ordinateur. Plus tard, vers les années 80, la société LEGO avait déjà déployé ces équipements ou jouets dans le monde entier à des fins éducatives.

Les phases
L’idée qu’un robot est construit dans la vie réelle à l’aide de câbles et d’équipements, mais ce n’est pas le cas, car dans la robotique éducative, il est initialement prévu de créer un robot avec un ordinateur. Ceci est fait grâce à l’aide de programmes spéciaux tels que xLogo (en utilisant une version gratuite), où une petite étude est faite pour voir si ce robot est exploitable ou non. Ici, en la disposant sur l’ordinateur, la fonction que remplira ce robot est définie, elle est spécifique pour effectuer de petites tâches (comme apporter des objets ou nettoyer des choses, par exemple) et vous pouvez voir à l’écran à quoi ressemble ce robot. . Par la suite, en éliminant et en organisant, nous utilisons des matériaux pour le réaliser dans la réalité.

À ce stade, divers matériaux sont utilisés, allant de composants de système de construction tels que Lego, Múltiplo ou Robo-Ed à des déchets qui ne sont pas utilisés à la maison (tels que des boîtes en carton et des circuits désaffectés). Bien que plusieurs matériaux de classe tels que les métaux ou autres dérivés sont également utilisés.

Les phases divisées en robotique éducative:

Analyse du problème, dans laquelle l’environnement est étudié et exploré pour proposer le problème à résoudre.
Conception, dans laquelle les solutions possibles au problème sont conçues à l’aide du kit de robotique.
Construction, dans laquelle le modèle est construit avec les pièces et les matériaux nécessaires pour lui donner un mouvement. Pour cela, le kit robotique est utilisé.
Programmation, dans laquelle les mouvements et les comportements du prototype sont programmés via le logiciel.
Test, dans lequel le modèle est construit à l’aide du kit robotique avec les pièces nécessaires pour lui donner du mouvement.
Documentation dans laquelle sont rassemblées les preuves qui prouvent la fonctionnalité de la conception.
Présentation, dans laquelle le prototype créé est exposé comme solution alternative au problème évident dans l’environnement.

Et avant de commencer à développer les phases, il faut tenir compte du fait qu’une situation difficile doit être posée aux étudiants; que la classe soit organisée en équipes en fonction du développement des compétences et des capacités; et qu’une feuille soit fournie dans laquelle chaque groupe peut faire un inventaire des matériaux.

Objectifs
Certains objectifs de la formation en robotique sont les suivants:

Rendez les étudiants plus ordonnés.
Promouvoir des expériences où les erreurs font partie de l’apprentissage et de la découverte de soi.
Sois plus responsable avec tes affaires.
Développez une plus grande mobilité entre vos mains.
Développez vos connaissances
Développer des compétences de groupe, permettant la socialisation des personnes.
Développez vos capacités créatives.
Être capable d’observer chaque détail.
Connaître le fonctionnement du langage de programmation.
Développez l’apprentissage de manière amusante.
Adaptez les étudiants aux processus de production actuels, dans lesquels l’automatisation joue un rôle très important.

Les objectifs de l’éducation de la petite enfance sont les suivants:

Développez des compétences et des capacités importantes pour votre avenir.
Résoudre les défis soulevés à travers le jeu.
Promouvoir la créativité et l’innovation.
Établissez des relations entre les objets dans l’espace.
Construire progressivement des relations spatio-temporelles.

Et les objectifs de la robotique éducative avec des étudiants handicapés sont:

Soyez éducatifs et / ou thérapeutiques.
Aider à obtenir une activité rémunérée.
Soyez auxiliaire dans la réalisation d’activités de la vie quotidienne.

Matériaux utilisés en robotique éducative
Dans les environnements de robotique éducative et de loisir, on utilise souvent des dispositifs appelés interfaces de contrôle, ou plus couramment des contrôleurs 18, dont la mission est de rassembler en un seul élément tous les systèmes de conversion et de conditionnement nécessaires à un ordinateur personnel PC pour constituer le cerveau d’un contrôle automatique. système ou un robot. Les interfaces de contrôle pourraient ainsi être définies comme des cartes d’E / S multifonctions (entrée / sortie), qui sont connectées à l’ordinateur via l’un des ports de communication de celui-ci et servent d’interface entre celui-ci et les capteurs et actionneurs d’un système de contrôle. .

Les interfaces fournissent en général une ou plusieurs des fonctions suivantes:

Entrées analogiques, qui convertissent les niveaux analogiques de tension ou de courant en informations numériques pouvant être traitées par l’ordinateur. Différents capteurs analogiques peuvent être connectés à ce type d’entrées, tel qu’une résistance à la lumière (LDR).

Les sorties analogiques convertissent les informations numériques en courant ou en tension analogiques de sorte que l’ordinateur puisse contrôler des événements “réels”. Sa mission principale est de faire fonctionner différents équipements de contrôle: vannes, moteurs, servomécanismes, etc.

Entrées et sorties numériques, utilisées dans les applications où le système de contrôle a seulement besoin de discriminer l’état d’une quantité numérique (par exemple, un capteur de contact) et de décider d’agir ou non sur un élément dans un processus donné, par exemple l’activation / désactivation d’une électrovanne.

Comptage et synchronisation, certaines cartes incluent ce type de circuits qui sont utiles pour le comptage d’événements, la mesure de fréquence et d’amplitude d’impulsions, la génération de signaux et d’impulsions d’onde carrée, ainsi que pour la capture de signaux au moment précis.

Certaines des interfaces de contrôle les plus avancées possèdent également une électronique précise pour le conditionnement et la conversion des signaux, avec leur propre microprocesseur et leur propre mémoire. Ainsi, ils sont même capables de stocker de petits programmes de contrôle transmis depuis un ordinateur qu’ils peuvent ensuite exécuter même s’ils ne sont plus connectés.

Certains comportent également des bibliothèques de programmation I / S permettant une utilisation avec différents langages à usage général, notamment: LOGO, JAVA, BASIC et C. Un autre langage de programmation couramment utilisé en robotique pédagogique est Scratch, un projet de logiciel libre destiné au développement de logiciels simples. applications et sert de lien pour acquérir d’autres types de compétences et aptitudes dont les élèves ont besoin dans leur développement par le biais de leurs itinéraires respectifs. Scratch est un langage de programmation visuel qui permet de créer des animations de manière simple et qui peut servir de tremplin au monde de la programmation le plus avancé.

Il existe également des kits de robotique éducatifs comme Acer CloudProfessor, Neulog Sense, Kit Panda Painter de Flexbot, Next, Makeblock, LEGO WeDo, Kit bq Zum, littleBits, LEGO Mindstorms EV3, Beebot, OzobotBit ou Aisoy1.

Les principaux matériaux travaillés en fonction de l’âge des utilisateurs.
Selon l’âge de l’utilisateur auquel la robotique éducative est destinée, il existe différents types de matériaux. En fonction de l’âge:

Scène scolaire: en phase éducative, la robotique éducative est généralement utilisée au moyen de kits de fabrication de robots comprenant toutes les pièces nécessaires pour la fabriquer. Ils ont des composants modulaires et d’autres composants électroniques et de mouvement du kit tels que des moteurs, des capteurs, etc. La programmation est effectuée à partir de programmes fermés avec des blocs. Certaines des marques les plus pertinentes à ce stade sont LEGO, Fisher Technik ou BQ.

Stade adulte: à ce stade, la robotique éducative est basée sur le travail de prototypage avec des plaques matérielles gratuites (Arduino et Raspberry) et d’autres composants génériques, électroniques et de mouvement. Les produits ne sont généralement pas des marques spécifiques, à l’exception des plaques de matériel gratuit susmentionnées, telles que Arduino et Raspberry.