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Expédition mathématique sur Mars
Unité Arrière-plan

Portail des enseignants

Dans l'unité de laboratoire STEM de Mars Math Expedition, les étudiants découvriront les différents éléments du domaine et participeront au concours Mars Math Expedition. Au fur et à mesure du processus d’apprentissage des différents éléments de notation du concours, les étudiants peuvent explorer différents éléments des missions menées sur Mars.

Mars Math Expedition Livre d'histoires PDF

Présentez le concours Mars Math Expedition à vos élèves à l’aide du livre d’histoires PDF Mars Math Expedition ! Le livre rend compte du journal intime du colonel Jo au sein de l'équipage de Mars Math Expedition et contextualise les tâches de compétition pour les étudiants à travers les expériences du colonel Jo dans une histoire amusante et engageante. Suivez le colonel Jo à travers diverses tâches tout au long de la Mars Math Expedition. Lisez l'histoire aux élèves, imprimez-en une copie pour la bibliothèque de votre classe et revenez à l'histoire tout au long de votre cycle de concours. Vous souhaiterez peut-être demander aux élèves de créer leurs propres journaux d'expédition pour suivre leurs progrès dans les tâches de compétition aux côtés du colonel Jo !Image de la couverture du livre d'histoires PDF de Mars Math Expedition

Mission Mars 2020 de la NASA

La mission Mars 2020 de la NASA répond à des objectifs scientifiques hautement prioritaires pour l'exploration de Mars : la vie, le climat, la géologie et les humains. Le rover Perseverance effectuera des opérations de surface pour collecter des données afin d’éclairer la recherche sur la planète rouge. Le robot de la Mars Math Expedition est conçu pour assister le rover dans certaines de ses tâches telles que la collecte d'échantillons, le déplacement de matériaux comme les piles à combustible et l'élimination des débris d'un site d'atterrissage.

Surface martienne.
Crédit : NASA/JPL

Relier les tâches de Mars Math Expedition à la mission Mars 2020

Alors que les élèves travaillent sur diverses tâches, ils pourraient être intéressés de savoir quel est le lien entre les actions de leur robot héros et les missions qui se déroulent sur Mars. Vous trouverez ci-dessous un tableau comparant les éléments de notation du concours à des parties de la mission Mars 2020.

Tâche d'expédition mathématique sur Mars Mission Mars 2020 de la NASA

Prélever des échantillons dans les cratères

échantillon d'élément de jeu violet sur un carré violet à l'intérieur d'un cratère sur un champ vex go

Le rover Perseverance collectera des échantillons géologiques dans le cadre de ses opérations de surface.

Déplacer les échantillons vers le laboratoire

échantillon au-dessus d'un laboratoire construit avec des pièces VEX GO

Le rover Perseverance enterrera des échantillons à l’aide de la mise en cache du dépôt afin qu’une future mission puisse collecter les échantillons et les ramener sur Terre.

Déplacez le panneau solaire

de haut en bas du panneau solaire

Le rover Perseverance et l'hélicoptère Ingenuity sont équipés de panneaux solaires afin de maintenir l'alimentation électrique.

Dégagez la zone d'atterrissage et faites atterrir l'hélicoptère

hélicoptère et aire d'atterrissage

L’hélicoptère martien, Ingenuity, s’est rendu sur Mars attaché au ventre du rover Perseverance. Il effectuera des vols expérimentaux au cours de la mission, mais a besoin d'une zone dégagée pour décoller et atterrir.

Soulevez la fusée 

fusée posée à plat le long d'une tuile rouge

Bien que le rover Perseverance ne quittera pas la surface de Mars, toutes les missions futures auront besoin d’une fusée pour décoller et commencer le voyage de retour de Mars à la Terre.

Déplacer les piles à combustible

deux piles à combustible fabriquées avec des pièces Vex Go s'emboîtent sur leurs berceaux

Les futures missions vers Mars nécessiteront des sources d’énergie autres que les panneaux solaires afin de lancer des fusées vers Terre ou d’alimenter des missions plus avancées. Les piles à combustible peuvent être utilisées pour fournir cette énergie.

Compétitions VEX GO

Les compétitions en classe apportent l'enthousiasme des compétitions de robotique dans votre environnement d'apprentissage, permettant aux enseignants de tirer parti de la créativité et de la motivation du contexte de compétition dans leurs salles de classe. Organiser votre concours en classe contribuera à assurer son succès et à vous assurer que vous et vos élèves êtes sur la même longueur d'onde pendant le cours.

Préparation aux compétitions VEX GO

En parcourant l'unité, vous verrez que le terrain de compétition VEX GO peut être construit par étapes. Cela aide les étudiants à se concentrer sur des tâches individuelles sur le terrain afin qu'ils puissent mettre en pratique leurs compétences. Après avoir construit et pratiqué les quatre étapes, les étudiants auront acquis une expérience avec chaque méthode de notation sur le terrain de la compétition finale. Avant de commencer, vous devez décider si vous souhaitez construire les scènes vous-même ou si vous souhaitez que les élèves vous aident à construire le terrain. Construire le terrain donnera aux étudiants une introduction au travail avec les instructions de construction, une expérience de construction en équipe et une expérience de travail avec les pièces VEX GO.

Si vous choisissez de demander aux élèves de construire le terrain, veuillez prévoir plus de temps (estimé à une heure supplémentaire par étape). Les stratégies de facilitation de chaque laboratoire (sur la page Engager) répertorient les options recommandées sur la façon de diviser les instructions de construction par équipes. Un exemple de cette répartition est présenté ci-dessous.

stratégies de facilitation

Organiser un concours VEX GO

Créer un ordre de correspondance

Les matchs peuvent se dérouler plus facilement si vous et vos élèves savez quand ils sont censés être prêts à concourir. La plupart des matchs durent 1 minute, mais vous devrez prévoir du temps pour l'installation et le nettoyage, afin que les élèves puissent naviguer facilement dans l'espace de la classe. Ainsi, la mise en place d'un programme qui prévoit environ 5 minutes par match doit tenir compte des mouvements, de l'installation et du nettoyage des élèves.

Affichez le planning auprès des équipes, ou imprimez-le et distribuez-le aux élèves afin qu'ils puissent voir clairement quand ils devraient être prêts. Un exemple d’ordre de correspondance est disponible dans le résumé des laboratoires. Un exemple d’ordre de correspondance est présenté ci-dessous.

capture d'écran de l'ordre de correspondance

Vous souhaiterez organiser plusieurs tours de compétition afin que les élèves puissent répéter leur stratégie et construire entre les matchs. Établir un calendrier vous aidera donc à planifier votre temps de cours pour permettre une leçon de compétition réussie. Avoir un calendrier prédéterminé vous permettra également d'annoncer les matchs tout au long du cours, afin que vous puissiez rester concentré sur le score et le timing sur le terrain de compétition.

Présenter un classement

Affichez ou projetez le calendrier des matchs sur le tableau blanc de votre classe et donnez de l'espace aux élèves pour qu'ils puissent écrire le total des points et identifier le gagnant de chaque match. Cet enregistrement visible des matchs peut motiver les élèves à mesure qu'ils continuent à itérer, ainsi que leur donner une idée des autres équipes à repérer lorsqu'ils élaborent des stratégies de jeu.

vex aller au classement

Vous pouvez également utiliser le classement VEX GO dans votre classe. Pour plus d'informations sur le classement VEX GO et comment l'utiliser, consultez cet article. (à venir)

Aménager un espace pour le concours

Il y a trois zones principales que vous devez désigner dans votre espace pour votre concours en classe :

  • Un terrain de compétition – Ayez un terrain de compétition central où se dérouleront tous les matchs. Celui-ci doit être facilement accessible à tous les étudiants et disposer de suffisamment d'espace pour que les étudiants qui ne participent pas au match puissent observer, afin qu'ils puissent repérer les autres équipes. Ce sera la principale responsabilité de l'enseignant pendant le déroulement de vos matchs, car vous serez responsable du score et du chronométrage. Il est donc optimal de prévoir un espace central où vous pourrez toujours superviser vos élèves.
  • Une zone d'entraînement - Disposez d'un terrain supplémentaire, ou d'un espace enregistré, que les étudiants peuvent utiliser pour s'entraîner pour leurs matchs de compétition. Si l’espace le permet, vous souhaiterez peut-être disposer de plusieurs zones de pratique, afin que plusieurs équipes puissent s’entraîner simultanément.
  • Espaces de réunion et de préparation des équipes – Disposez de plusieurs tables ou espaces de réunion que les alliances pourront utiliser comme « port d'attache », ou « fosse », tout au long de la compétition. Cela donnera de l'espace pour documenter dans leur cahier d'ingénierie, se réunir pour développer une stratégie de jeu ou construire et itérer sur leurs robots.

Un exemple d'aménagement d'espace de classe pourrait inclure un terrain de compétition situé au centre, avec des bureaux placés d'un côté de la salle de classe comme espaces de réunion d'équipe, et un espace d'entraînement désigné de l'autre côté de la salle. Vous devrez déterminer ce qui convient le mieux à votre environnement, en fonction de vos contraintes d'espace et des besoins de vos élèves. L'exemple de disposition ci-dessous comprend une zone de compétition, d'entraînement, des espaces de réunion d'équipe et un endroit pour afficher le classement.

exemple de mise en page

Vous souhaiterez peut-être que vos élèves s'assoient tous autour du terrain pendant les matchs et observent les matchs, ou vous pouvez suivre un flux comme celui-ci : 

  • L'enseignant serait basé entre le terrain de compétition et le classement.
  • À la fin d'un match, l'enseignant annonce le vainqueur et inscrit les scores sur le classement, tandis que les deux groupes qui ont concouru nettoient et réinitialisent le terrain de compétition pour le match suivant.
  • L'enseignant annonce les prochains groupes à s'affronter, en leur donnant un « avertissement de 2 minutes » avant le début de leur match.
  • Une fois le terrain dégagé, les étudiants qui ont terminé la compétition ramènent leur robot dans l'espace de réunion pour élaborer une stratégie pour le tour suivant, et les étudiants qui viennent jouer peuvent se rassembler sur le terrain de compétition depuis l'espace d'entraînement et/ou l'espace de réunion.

Faciliter une compétition VEX GO 

Il existe un certain nombre de stratégies d'animation que vous pouvez utiliser pour garantir le succès de vos concours et pour que vous et vos élèves profitiez au maximum de cette expérience d'apprentissage.

Créer des équipes équilibrées

Certaines compétitions se dérouleront en équipes, où les étudiants travailleront ensemble pour la compétition. L'enseignant doit répartir les équipes avant le cours de compétition. Lorsque vous attribuez des partenariats d'équipe, tenez compte des forces et des faiblesses de vos élèves, pour vous assurer que les équipes sont équilibrées dans toute la classe. Le jumelage de groupes plus expérimentés avec des groupes moins expérimentés donne aux étudiants la possibilité d’apprendre les uns des autres et les uns avec les autres de manière authentique.

Lorsque les élèves entrent en classe, ils doivent commencer dans leur groupe d'équipe et participer à l'ensemble de la compétition, depuis la stratégie de jeu et la préparation du robot jusqu'à l'entraînement jusqu'au match lui-même, dans leur équipe. Pour faciliter cela, assurez-vous que les étudiants ont un accès facile aux devoirs de leur équipe en affichant la liste dans un endroit visible dans la classe, ou en l'imprimant et en la distribuant aux étudiants.

Trucs et astuces pour animer un concours

Il existe de nombreuses façons d'organiser et d'organiser vos concours en classe, et vous trouverez ce qui fonctionne le mieux pour vous et vos élèves au fil du temps. Voici quelques considérations qui peuvent vous aider, vous et vos élèves, à réussir un concours en classe.

  • Pour aider les étudiants à rester concentrés et engagés pendant la leçon de compétition, vous souhaiterez peut-être leur demander d'attribuer des rôles au sein de leurs équipes en fonction des rôles et des routines du diaporama d'images du laboratoire. 
  • Prévoyez suffisamment de temps pour la pratique et le développement de la stratégie de jeu. Surtout pour les étudiants qui débutent dans le cadre de la compétition, travailler en équipe et réfléchir profondément à la stratégie de jeu prendra du temps et de la pratique. Pour garantir que vos élèves tirent le meilleur parti de l'expérience de compétition en classe, prévoyez du temps supplémentaire pour jouer à la première partie de chaque laboratoire, au cours de laquelle les élèves mettront en pratique leurs compétences. Vous souhaiterez peut-être introduire l’idée de stratégie de jeu dans le cadre d’une discussion en classe entière, afin que les élèves puissent avoir le même point d’entrée pour travailler avant de rejoindre leur équipe.
  • Fournir aux élèves des stratégies pour prendre des décisions en équipe. Ceux-ci peuvent être affichés sur un tableau d’affichage ou partagés avec des groupes lorsqu’ils rencontrent des désaccords sur la stratégie. Se mettre d'accord sur un « départage » avant de commencer le travail de groupe peut aider les élèves à continuer d'avancer pendant une compétition.

La deuxième partie de jeu de chaque laboratoire comprend également des invites d'animation expliquant ce qu'il faut demander aux étudiants avant, pendant et après un match de compétition. Utilisez-les pour aider les étudiants à rester engagés tout au long de la compétition.

Le processus de conception technique

Les étudiants utiliseront le Engineering Design Process (EDP) pour créer leur stratégie de jeu ainsi que pour apporter des modifications au robot. L'EDP est une série d'étapes que les ingénieurs suivent pour trouver des solutions aux problèmes. Souvent, la solution consiste à concevoir un produit qui répond à certains critères ou accomplit une certaine tâche.

Next Generation Science Standards décompose l'EDP en les étapes suivantes : DÉFINIR → DÉVELOPPER DES SOLUTIONS → OPTIMISER. Il s'agit d'un processus cyclique. Les étudiants peuvent continuer à parcourir ce cycle encore et encore tout en essayant d'obtenir leur meilleur score.

  • Définir les problèmes consiste à énoncer le plus clairement possible le problème à résoudre en termes de critères de réussite, de contraintes ou de limites. Pour un concours, cela impliquait de définir les éléments suivants :
    • Score 
    • Regles du jeu
    • Conception de robots
    • Stratégie de jeu
  • Concevoir des solutions commence par générer un certain nombre de solutions possibles différentes, puis évaluer les solutions potentielles pour voir lesquelles répondent le mieux aux critères et aux contraintes du problème. Cette option de conception peut comporter des étapes pour recueillir des données pouvant être utilisées dans le cadre du processus de prise de décision.
    • Test
    • Rivaliser
    • Évaluer
    • Observer
  • L'optimisation de la solution de conception implique un processus dans lequel les solutions sont systématiquement testées et affinées et la conception finale est améliorée en échangeant des fonctionnalités moins importantes contre celles qui le sont plus.
    • Vérifiez les règles
    • Stratégie de jeu
    • Conception de robots
informatique

L'EDP est de nature cyclique ou itérative. Il s'agit d'un processus de fabrication, de test, d'analyse et de raffinement d'un produit ou d'un processus. Sur la base des résultats des tests, de nouvelles itérations sont créées et continuent d'être modifiées jusqu'à ce que l'équipe soit satisfaite des résultats. L'EDP dépend fortement d'une bonne communication entre les membres de l'équipe. Consultez la section suivante pour savoir comment encourager les élèves à prendre des décisions collaboratives au cours de cette unité.

Prise de décision collaborative

Au fur et à mesure que les étudiants progressent dans le processus de conception technique, ils devront communiquer avec les membres de leur équipe. Une bonne communication et une prise de décision collaborative sont un excellent moyen de garantir que les étudiants ont des conversations productives sur la stratégie et développent leurs compétences en tant que bons communicateurs. Pendant que les élèves prennent des décisions, encouragez-les à commencer par partager des données ensemble, à utiliser les données pour suggérer des idées de stratégie, à s'écouter les uns les autres et à se mettre d'accord sur la stratégie qu'ils souhaitent essayer au cours de leur prochain cycle dans le cadre du PDE. 

À quoi ressemble une bonne prise de décision collaborative ? 

  • Écoute active : Tous les membres de l'équipe doivent avoir la possibilité de s'exprimer. Les membres de l’équipe doivent poser des questions sur les autres idées et se relayer.
    • Si les élèves ne sont pas sûrs de comprendre les idées de leur coéquipier, demandez-leur de répéter ce qu'ils pensent de l'idée. Ensuite, le coéquipier peut clarifier toutes les pièces nécessaires.
  • Décisions basées sur des données : Les élèves doivent utiliser les informations qu'ils ont recueillies lors de leurs tests et de leurs exercices pour prendre une décision. Combien de temps a duré cette stratégie ? Combien de points a-t-il marqué ? Avez-vous marqué plus de points dans l'autre sens ? Encouragez les élèves à enregistrer ces informations sur des feuilles de collecte de données ou des feuilles de travail de plan afin qu'ils aient des chiffres à référencer lors des conversations d'équipe.
  • Être en désaccord de manière productive et respectueuse : Il y aura des moments où les membres de l'équipe ne parviendront pas à un consensus clair. Il est important que même s’ils ne sont pas d’accord, ils le fassent dans le respect les uns des autres. Voici quelques exemples de façons d’être en désaccord de manière productive : 
    • Utilisez un ton de voix calme et gentil
    • Posez des questions calmement
  • Continuer à partager des idées stratégiques : Les équipes parviendront probablement à une stratégie partagée qui est une combinaison des parties les plus fortes de toutes les idées. Encouragez les élèves à continuer à s’écouter à tour de rôle jusqu’à ce qu’ils parviennent à trouver un compromis.

Tous les étudiants et toutes les équipes ne parviendront pas à un accord clair. Si vous devez régler un litige, disposez à l’avance d’une méthode clairement définie pour les étudiants. Par exemple, dites aux élèves d'essayer les deux stratégies en commençant par la personne qui a le rôle de « Constructeur » de la liste de contrôle des rôles et des routines. Les deux étudiants comprendront alors qu’ils pourront chacun essayer leur stratégie et voir leurs performances aux tests. Ils peuvent ensuite utiliser les données de ces tests pour prendre une décision.

Onglet Lecteur dans VEXcode GO

L'onglet Conduite de VEXcode GO est utilisé pour conduire le robot Competition Advance Hero à l'aide des commandes du joystick. Consultez cette page pour plus d'informations sur l'accès à VEXcode GO sur votre appareil. 

À l’intérieur de l’onglet Drive, il existe plusieurs options pour contrôler le Hero Robot. Celles-ci sont également appelées configurations de lecteur ou modes de lecteur. Sélectionnez un mode de conduite en choisissant l'un des boutons affichés ici. 

L'onglet Conduire dans vexcode va avec le mode de conduite et 4 boutons en surbrillance

Mode conduite Commandes par joystick

Entraînement de char

exemple d'icône pour l'entraînement du réservoir

Pilotez le moteur gauche du robot à l'aide du joystick gauche et le moteur droit du robot à l'aide du joystick droit.

manette de commande de réservoir

Arcade gauche

exemple d'icône pour l'arcade de gauche

Conduisez le robot en avant, en arrière, à gauche et à droite à l'aide du joystick gauche.

image d'arcade de gauche

Arcade de droite

exemple d'icône pour l'arcade de droite

Conduisez le robot en avant, en arrière, à gauche et à droite à l'aide du joystick droit.

joystick arcade droit

Arcade divisée

exemple d'icône pour une arcade divisée

Conduisez le robot à gauche et à droite à l'aide du joystick gauche, et avancez et reculez à l'aide du joystick droit.

joysticks d'arcade divisés

Contrôler le bras du robot Competition Advance

Afin de contrôler le mouvement du bras du robot Competition Advance, le port doit être réglé sur « MOTEUR » dans l'onglet Drive. Puisque le moteur du bras est branché sur le port 2, changez le port 2 pour contrôler le bras du Hero Robot.

Robot héros avec moteur de bras branché

Pour contrôler le moteur du bras, sélectionnez les flèches rouge et verte. Notez que cela contrôle la direction dans laquelle tourne le moteur, pas nécessairement la direction dans laquelle le bras se déplace. Les élèves devront appuyer sur la flèche rouge pour faire monter le bras du robot et sur la flèche verte pour faire descendre le bras.

moteur du bras sélectionné et flèches rouges et vertes haut et bas mises en évidence