Safari des objets connectés
| Projet | Durée | Difficulté |
|---|---|---|
| SteamCity | Au moins 2h par jour pendant 3 jours | Variable |
Matériel
- Outils hybrides (numériques + physiques), en privilégiant la composante physique lors des phases de familiarisation et de prototypage
Introduction
Ce protocole vise à co-concevoir des objets intelligents dans le contexte des villes intelligentes, capables de percevoir l'environnement extérieur via des capteurs, de traiter des données observées et d'effectuer des actions via des actionneurs.
Les objets intelligents peuvent également interagir entre eux ou avec les humains. Lors de la conception, il est important d'inciter les participants à réfléchir à la structure de l'objet intelligent et à son interaction avec l'environnement extérieur.
Les ressources fournies dans ce document comprennent des lignes directrices pour la réalisation du protocole avec des élèves de différents âges et niveaux, détaillant les activités proposées avec des phases, une durée et des exemples pratiques pour permettre aux modérateurs ou aux éducateurs intéressés de reproduire les ateliers proposés.
Ce document comprend également des outils d'évaluation permettant de vérifier le niveau d'implication et d'apprentissage obtenu à la suite des activités menées et l'impact sur la sensibilisation, sur la nature des objets intelligents et leur rôle dans les villes intelligentes.
La structure proposée a été validée par des chercheurs de plusieurs universités italiennes avec le soutien de l'association à but non lucratif Perlatecnica ETS et avec une contribution particulière du Département d'Informatique de l'Université de Salerne et de l'Université Libre de Bolzano, obtenant de bons résultats en termes d'implication et d'apprentissage.
Quelques conseils d'organisation
- Phase de familiarisation : peut être mise en œuvre de manière individuelle ou collaborative. Une approche ludique ou une exploration linguistique axée sur l'étymologie des mots est recommandée. Une phase physique, où la structure des différents composants est présentée, doit être incluse.
- Phase de conception : peut être entièrement physique ou purement numérique, en adoptant des langages de programmation textuels ou par blocs, selon l'âge et les compétences des élèves.
- Phase de prototypage : doit être aussi physique que possible afin de permettre aux participants d'acquérir une expérience concrète de la construction de circuits simples. Une approche collaborative est suggérée.
Structure du protocole
Le protocole Safari des objets connectés est divisé en deux phases complémentaires qui s'appuient l'une sur l'autre pour créer une compréhension globale de la conception collaborative d'objets intelligents.
- Phase 1 : Familiarisation et idéation. Les participants se familiarisent avec les concepts fondamentaux et proposent une idée de l'objet qu'ils souhaitent concevoir.
- Phase 2 : Conception et prototypage. Mise en œuvre pratique via des ateliers en groupe, combinant courtes présentations et mise en pratique immédiate.
Glossaire
- Actionneur : Composant d'un objet intelligent qui exécute une action physique en réponse à des données ou à des signaux (par exemple, un moteur, une lumière, un haut-parleur).
- Atelier pratique : Méthode pédagogique qui combine des présentations théoriques avec une mise en pratique immédiate, favorisant l'apprentissage par la réalisation de projets concrets.
- Capteur : Dispositif intégré dans un objet intelligent, capable de mesurer des données environnementales (par exemple, la température, la lumière, la pression).
- Conditions : Ensemble de conditions combinées à l'aide d'opérateurs logiques (ET, OU) pour définir des comportements plus avancés en fonction de plusieurs critères.
- Cycles / Boucles : Concept de programmation utilisé pour répéter une action ou un comportement plusieurs fois (par exemple, onstart, forever ou repeat dans MakeCode).
- MakeCode : Plateforme de programmation visuelle utilisée pour développer les comportements d'objets intelligents, principalement via des blocs.
- Objets intelligents : Objets physiques équipés de capteurs et d'actionneurs leur permettant de collecter, d'interpréter et de répondre aux données environnementales.
- Raconter des histoires : Technique utilisée pour décrire et contextualiser les idées d'objets intelligents à travers de courts récits.
- Véhicules autonomes : Véhicules capables de se déplacer sans intervention humaine, grâce à des capteurs, des algorithmes et des systèmes intelligents intégrés.
Bibliographie
- Roumelioti, E., Pellegrino, M. A., Gennari, R., & D'Angelo, M. (2022). What Children Learn in Smart-Thing Design at a Distance: An Exploratory Investigation. Methodologies and Intelligent Systems for Technology Enhanced Learning, 11th International Conference, Springer, 22–31.
- Roumelioti, E., Pellegrino, M. A., Rizvi, M., D'Angelo, M., & Gennari, R. (2022). Smart-thing design by children at a distance: How to engage them and make them learn. International Journal of Child-Computer Interaction, 33, 100482.
- Pellegrino, M. A., Roumelioti, E., D'Angelo, M., & Gennari, R. (2021). Engaging Children in Remotely Ideating and Programming Smart Things. CHItaly 2021, ACM, Article 20, 1–5.
- Pellegrino, M. A. & D'Angelo, M. (2021). Engaging Children in Smart Thing Ideation via Storytelling. I-CITIES.
Phase 1 : Familiarisation et idéation
Contexte de la séquence
Les élèves se familiarisent avec les concepts de base des objets connectés et proposent une première idée d'objet intelligent.
Objectifs d'apprentissage
Acquérir la terminologie nécessaire pour passer à la phase d'idéation. Termes à maîtriser : objet intelligent, capteur, actionneur. Stimuler l'imagination en inventant de nouveaux objets intelligents basés sur les capteurs et actionneurs disponibles.
Conceptualisation
Avant de commencer les activités, il est nécessaire de recueillir des informations sur la perception et le niveau de connaissances des élèves concernant les villes et les objets intelligents, ainsi que sur leurs attentes. Utilisez des activités stimulantes pour transformer la pré-évaluation en expériences participatives :
- Évaluation par émojis : les élèves sélectionnent des expressions exprimant leur niveau de confort avec les sujets abordés (programmation par blocs, ville intelligente, objets connectés).
- Positionnement des connaissances : désigner différentes zones de la classe comme zones de connaissances, du niveau débutant à expert.
- Tableau interactif des attentes : les élèves y collent des post-its indiquant leurs compétences actuelles et leurs objectifs.
Investigation par les élèves
Familiarisation : Création de connaissances fondamentales
Les élèves doivent acquérir la terminologie nécessaire pour poursuivre l'idéation. Les enseignants peuvent introduire les objets connectés en répondant à des questions telles que :
- Questions d'introduction : Qu'est-ce qu'un objet intelligent ? Qu'est-ce qui le rend intelligent ? Son intelligence réside dans sa capacité à réagir de manière autonome à ce qu'il perçoit autour de lui.
- Exemples d'objets intelligents : Une machine à laver peut être intelligente si elle adapte la durée du cycle à la charge. Les stores peuvent devenir intelligents s'ils ajustent leur comportement en fonction de l'intensité lumineuse.
- Composants d'un objet intelligent : L'objet + un ou plusieurs capteurs pour percevoir les stimuli externes + un ou plusieurs actionneurs pour réagir.
- Capteurs utilisables : thermomètre, accéléromètre, capteur d'humidité, boussole, capteurs infrarouges, capteurs de contact, capteurs de lumière.
- Actionneurs utilisables : haut-parleurs, écrans, moteurs.
Processus d'idéation
Les élèves travaillent individuellement ou en groupe en répondant à la mission : « Concevoir des objets intelligents qui aident ou entravent les véhicules autonomes ». Les enseignants peuvent demander aux élèves de proposer des objets intelligents en détaillant leur structure, en décrivant leur comportement en termes de conditions « QUAND/SI... ALORS... » et en détaillant l'interaction avec d'autres objets au moyen de courts récits.
Exemple de tableau d'idéation :
| Élément | Description | Exemple |
|---|---|---|
| Objet | Description du comportement sous forme d'histoire | Feu de circulation : interagit avec les véhicules autonomes, cède le passage aux autres véhicules |
| Capteur / Actionneur | Description avec QUAND <CONDITION> ALORS <RÉACTION> | Distance / LED : QUAND un véhicule s'approche ALORS afficher le feu jaune pendant 10 secondes, puis le feu vert pendant 60 secondes |
- Privilégier les objets autonomes. Orientez les élèves vers des systèmes véritablement autonomes plutôt que des objets répondant uniquement à l'interaction humaine directe.
- Aider les élèves à équilibrer la complexité. Évitez les objets trop simples comme les systèmes extrêmement complexes.
- Assurer la cohérence entre les composants et le comportement. Vérifiez que les capteurs et actionneurs choisis correspondent logiquement aux comportements décrits.
- Envisager l'évaluation par les pairs en attribuant des idées aléatoires aux élèves et en demandant à chacun de présenter la conception d'un autre.
Restitution et réflexion
Prévoyez environ 15 minutes à la fin de la phase d'idéation pour la réflexion et le partage. Recueillez les idées proposées et encouragez les élèves à présenter brièvement leurs projets à la classe. Cette séance favorise la réflexion grâce à un brainstorming collaboratif.
Phase 2 : Conception et prototypage
Contexte de la séquence
La deuxième étape est entièrement consacrée à l'implémentation, combinant de courtes présentations de concepts de programmation avec la mise en pratique immédiate. Les élèves construisent le projet progressivement en utilisant une approche incrémentale.
Objectifs d'apprentissage
Acquérir ou consolider ses connaissances sur les concepts de programmation tels que les boucles, les conditions et les comparaisons. Appliquer les concepts présentés à l'implémentation de l'objet proposé.
Conceptualisation
Les élèves donneront vie à leurs conceptions grâce à la programmation par blocs. L'approche pédagogique combine de brèves introductions aux concepts de programmation et des applications pratiques immédiates.
Table ronde d'ouverture
Organisez une brève table ronde sur la programmation par blocs. Posez des questions telles que : « Avez-vous déjà utilisé la programmation par blocs ? », « Qu'est-ce qui vous semble facile ou difficile dans la programmation ? ».
Investigation par les élèves
1. Introduction aux boucles (environ 10 min)
L'enseignant présente le concept de boucle à l'aide de diapositives et d'exemples dans MakeCode. En utilisant une approche de complexité incrémentale : absence de boucle (bloc « au démarrage »), puis boucle « toujours », puis boucle « répéter ».
Exemple disponible : https://makecode.microbit.org/_C2yeP6E4xJrR
Programme des élèves : demandez aux élèves d'implémenter le comportement initial de leur objet ainsi qu'un comportement de base à répéter cycliquement. Encouragez-les à distinguer les comportements qui ne doivent se produire qu'au démarrage de ceux qui doivent se produire cycliquement.
2. Introduction de conditions simples
L'enseignant introduit des conditions et des comparaisons simples à travers des exemples de complexité croissante dans MakeCode.
Exemples disponibles :
Progression : interaction avec un bouton, modification du comportement, ajout de « else », remplacement de capteurs et de sorties.
Programme des élèves : demandez aux élèves d'affiner le comportement de leur objet en ajoutant au moins une condition et une comparaison.
3. Introduction aux conditions complexes
L'enseignant présente les conditions complexes (opérateurs ET, OU) à l'aide d'exemples dans MakeCode.
Exemple disponible : https://makecode.microbit.org/_LK0UUU2pUXoo
Progression : condition avec OU, remplacement par ET, modification des entrées, ajout de « else ».
Programme des élèves : demandez aux élèves d'affiner le comportement de leur objet en ajoutant au moins une condition complexe. Comme il s'agit de la dernière étape, demandez aux élèves de partager et de présenter collectivement leurs projets.
Restitution et réflexion
Cette phase de mise en œuvre a permis de guider les élèves dans l'application des concepts de programmation pour donner vie à leurs objets intelligents. En introduisant progressivement des boucles, des conditions simples et une logique complexe, les élèves ont créé des programmes fonctionnels simulant le comportement de leurs objets.
La dernière séance de partage a permis aux élèves de découvrir diverses approches face à des défis similaires. L'alliance entre la créativité de la phase d'idéation et la réflexion logique nécessaire à la mise en œuvre permet aux élèves de comprendre comment la programmation peut être utilisée pour résoudre des problèmes concrets et améliorer notre environnement grâce aux technologies intelligentes.
Cette fiche fait partie du projet SteamCity, financé par le programme Erasmus+. Contenu sous licence CC BY-SA 4.0.