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Laboratoire STEM
Allée de l'élan Professeur

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  • Plan d'activité
    Cette exploration présentera d'abord aux élèves le réglage de la vitesse de conduite, puis leur demandera d'explorer comment la vitesse du robot affecte son élan. Cliquez ici (Google / .docx / .pdf) pour le aperçu de cette activité. Comprendre l'élan du robot sera un concept important à appliquer au jeu de bowling Strike Challenge.

  • Ce que les étudiants programmeront
    L'utilisation du projet modèle Speedbot (Drivetrain 2-motor, No Gyro) permet aux étudiants de modifier les paramètres de vitesse du Speedbot en ajoutant simplement set_drive_velocity au drive_for instructions. La partie guidée de l'activité demande aux élèves de déplacer le Speedbot à différentes vitesses et la fin de l'activité leur demande d'appliquer leurs compétences en matière de programmation de la vitesse à des tests de quantité de mouvement et de transfert d'énergie.

Speedbot est prêt à rouler à différentes vitesses !

Cette enquête vous aidera à en savoir plus sur la programmation du Speedbot pour qu'il conduise aux vitesses les mieux adaptées à la tâche. Dans le Strike Challenge à la fin, vous devrez trouver une vitesse pour le Speedbot qui lui permette d'être rapide et d'avoir un grand élan tout en gardant le contrôle afin de frapper la balle sous un bon angle et avec une grande force.

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Voici un aperçu de l'interface utilisateur de VEXcode V5. Les étudiants découvriront ces onglets/boutons au cours des activités de ce laboratoire STEM Momentum Alley. Des liens sont également fournis dans tout le STEM Lab pour fournir plus d'informations sur ces onglets/boutons. Image de l'interface utilisateur de VEXcode V5 Python

Instructions Python VEXcode V5 qui seront utilisées dans la première partie de cette enquête :

  • drivetrain.set_drive_velocity (50, POUR CENT)

  • drivetrain.drive_for (AVANT, 200, MM)

  • Pour en savoir plus sur une instruction, sélectionnez Aide, puis sélectionnez l'icône de point d'interrogation à côté d'une instruction pour afficher plus d'informations.

    Image de l'aide de VEXcode V5 ouverte dans une fenêtre de projet Python

    Assurez-vous d'avoir le matériel requis, votre cahier d'ingénierie et VEXcode V5  téléchargés et prêts.

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Si c'est la première fois que l'étudiant utilise VEXcode V5, il peut référencer les Tutoriels à tout moment au cours de cette exploration. Les didacticiels se trouvent dans la barre d'outils. Image de l'icône des didacticiels mise en évidence dans la barre d'outils VEXcode V5

Chaque groupe d'étudiants doit recevoir le matériel nécessaire et le cahier d'ingénierie du groupe. Ensuite, ouvrez VEXcode V5.

Matériaux nécessaires:
Quantité Les matériaux nécessaires
1

Robot robot rapide

1

Batterie de robot chargée

1

Code VEX V5

1

Câble USB (si vous utilisez un ordinateur)

1

Cahier d'ingénierie

1

Ballon (la taille et la forme d'un ballon de football) 

1

Espace libre de 3 mx 3 m

1

Un mètre ou une règle

1

Rouleau de scotch

1

Tableau de données

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Modélisez chacune des étapes de dépannage pour les élèves.

Étape 1 :  Préparation de l’exploration

Avant de commencer l’activité, avez-vous préparé chacun de ces éléments ?

  • Tous les moteurs sont-ils branchés sur les bons ports  ?

  • Les câbles intelligents sont-ils entièrement insérés dans tous les moteurs ?

  • Le Cerveau est-il allumé?

  • La batterie est-elle chargée?

Étape 2 : démarrer un nouveau projet

Effectuez les étapes suivantes pour démarrer le projet :

  • Ouvrez le menu Fichier et sélectionnez Ouvrir des exemples.

    Image du menu Fichier ouvert dans VEXcode V5 avec les exemples ouverts en surbrillance

     

  • Sélectionnez et ouvrez le projet de modèle Speedbot (Drivetrain 2-motor, No Gyro). Le projet modèle contient la configuration du moteur du Speedbot. Si le modèle n'est pas utilisé, votre robot n'exécutera pas le projet correctement.

    Image du modèle Speedbot dans le menu Exemples de projets

     

  • Puisque vous travaillerez sur l'exploration de la vitesse, vous nommerez votre projet DriveVelocity. Une fois terminé, sélectionnez Enregistrer.

    Image du titre du projet renommé

     

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  • Les noms de projet peuvent comporter des espaces entre ou après les mots.

    Renommer la V5

  • Vous pouvez demander aux étudiants d'ajouter leurs initiales ou le nom de leur groupe au nom du projet. Cela permettra de différencier les projets si vous demandez aux étudiants de les soumettre.

  • Étant donné qu'il s'agit de la première activité de programmation que vos élèves peuvent tenter, vous devez modéliser les étapes, puis demander aux élèves d'effectuer les mêmes actions. L'enseignant doit ensuite surveiller les élèves pour s'assurer qu'ils suivent correctement les étapes.

  • Assurez-vous que les étudiants ont sélectionné Exemples ouverts dans le menu Fichier.

  • Assurez-vous que les élèves ont sélectionné le projet modèle Speedbot (Drivetrain 2-motor, No Gyro).

  • Vous pouvez faire remarquer aux étudiants qu'il existe plusieurs sélections parmi lesquelles choisir sur la page Exemples. Au fur et à mesure qu’ils construisent et utilisent d’autres robots, ils auront la possibilité d’utiliser différents modèles.

  • Vérifiez que le nom du projet DriveVelocity est maintenant dans la fenêtre au centre de la barre d'outils. Image of the project name in the Toolbar

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant  -  Enregistrer des projets

  • Faites remarquer que lorsqu'ils ont ouvert VEXcode V5 pour la première fois, la fenêtre était intitulée VEXcode Project. VEXcode Project est le nom de projet par défaut lors de la première ouverture de VEXcode V5. Une fois le projet renommé Drive et enregistré, l'affichage a été mis à jour pour afficher le nouveau nom du projet. Grâce à cette fenêtre de la barre d'outils, il est facile de vérifier que les étudiants utilisent le bon projet.

  • Dites aux élèves qu’ils sont maintenant prêts à commencer leur premier projet. Expliquez aux élèves qu'en suivant simplement quelques étapes simples, ils pourront créer et exécuter un projet qui fera avancer le Speedbot.

  • Rappelez aux élèves de sauvegarder leurs projets pendant qu’ils travaillent. La section Python de la bibliothèque VEX explique les pratiques de sauvegarde dans VEXcode V5.

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant - Arrêtez-vous et discutez

C'est un bon point pour faire une pause et demander aux étudiants de revoir les étapes qui viennent d'être complétées lors du démarrage d'un nouveau projet dans VEXcode V5, individuellement ou en groupe. Demandez aux élèves de réfléchir individuellement avant de partager au sein de leur groupe ou avec toute la classe.

Étape 3 : Avancez sur 150 mm à différentes vitesses

Vous n'êtes pas prêt à commencer à programmer le robot pour qu'il avance à différentes vitesses ! 

  • Avant de commencer la programmation, nous devons comprendre ce qu’est une instruction. Il y a trois parties dans une instruction. Image d'une commande Python avec chaque composant identifié

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Vous remarquerez peut-être une fonction de saisie semi-automatique lorsque vous commencez à saisir l'instruction. Utilisez vos touches « Haut » et « Bas » pour sélectionner le nom souhaité, puis appuyez sur « Tab » ou (Entrée/Retour) sur votre clavier pour effectuer la sélection. Pour plus d'informations sur cette fonctionnalité, consultez l'article Python . Image of the autocomplete feature in a Python project

  • Ajoutez les instructions au projet : Image des commandes Python à ajouter au projet

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Notez que les deuxième et troisième instructions (lignes 33 et 34 dans l'image ci-dessus) sont les mêmes que les quatrième et cinquième instructions (lignes 35 et 36 ci-dessus), mais avec un paramètre de vitesse différent. Après avoir ajouté les troisièmes instructions, les élèves peuvent surligner les lignes à répéter et les copier-coller pour terminer le projet. Ils peuvent alors modifier la vitesse de la quatrième ligne à 75 pour cent. 

  • Sélectionnez l'icône Emplacement pour choisir l'un des huit emplacements disponibles sur le Robot Brain et sélectionnez l'emplacement 1.

    Image de la sélection de l'emplacement 1 pour le projet Drive Velocity dans la barre d'outils

     

  • Connectez le V5 Robot Brain à l’ordinateur à l’aide d’un câble micro USB et allumez le V5 Robot Brain. L'icône Cerveau dans la barre d'outils devient verte une fois qu'une connexion réussie a été établie.

  • Sélectionnez Download pour télécharger le projet dans le cerveau.

     

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  • Rappelez aux élèves de débrancher le câble USB du Robot Brain. Le fait que le robot soit connecté à un ordinateur pendant l'exécution d'un projet pourrait amener le robot à tirer sur le câble de connexion.
  • Vérifiez que votre projet a téléchargé (Python) en regardant l'écran du Robot Brain. Le nom du projet DriveVelocity doit être répertorié dans l'emplacement 1.

    Image du programme DriveVelocity téléchargé sur l'emplacement 1 du V5 Brain

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  • Arrêtez-vous et discutez
    Demandez aux élèves de prédire ce qui, selon eux, se produira lorsque ce projet sera téléchargé et exécuté sur le robot Speedbot. Dites aux étudiants d’enregistrer leurs prédictions dans leurs cahiers d’ingénierie. Si le temps le permet, demandez à chaque groupe de partager sa prédiction.

    Les élèves doivent prédire que le Speedbot avancera d’abord à sa vitesse par défaut (50 %), puis plus lentement (25 %) que la vitesse par défaut, puis plus vite (75 %) que la vitesse par défaut.

  • Modélisez d'abord
    Modélisez l'exécution du projet devant la classe avant de demander à tous les élèves de l'essayer en même temps. Rassemblez les élèves dans une zone et laissez suffisamment d’espace pour que le Speedbot puisse se déplacer s’il est posé sur le sol.

    Dites aux élèves que c'est maintenant à leur tour de réaliser leur projet. Assurez-vous qu'ils ont un chemin dégagé et qu'aucun Speedbots ne se croisera.

  • Exécutez (Python) le projet sur le robot en vous assurant que le projet est sélectionné, puis appuyez sur le bouton Run du Robot Brain. Félicitations pour la création de votre premier projet !

    Image du Brain Screen pour exécuter le projet DriveVelocity

Étape 4 : Avancez et reculez sur 150 mm à différentes vitesses

Maintenant que vous avez programmé votre robot pour avancer à différentes vitesses, programmez-le maintenant pour avancer et reculer à différentes vitesses.

  • Modifiez le paramètre dans la deuxième instruction drive_for pour afficher REVERSE.

    Image du paramètre ajusté dans le projet

  • Sélectionnez le nom du projet pour le changer de DriveVelocity à ReverseVelocity.

  • Sélectionnez l'icône Emplacement pour choisir un nouvel emplacement. Sélectionnez l'emplacement 2.

    Image de la sélection de l'emplacement 2 dans la barre d'outils

     

  • Téléchargez (Python) le projet.

  • Vérifiez que votre projet a téléchargé (Python) en regardant l'écran du Robot Brain. Le nom du projet ReverseVelocity doit être répertorié dans l'emplacement 2.

    Image du programme ReverseVelocity téléchargé sur l'emplacement 2 du V5 Brain

  • Exécutez (Python) le projet sur le robot en vous assurant que le projet est sélectionné, puis appuyez sur le bouton Run du Robot Brain.

    Image du Brain Screen pour exécuter le projet Reverse Velocity

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant  -  Réalisation de l'étape 4

  • Pour changer la commande drive_for de forward à reverse, changez simplement le premier paramètre en REVERSE. Les moteurs de la transmission se déplaceront alors dans la direction opposée.

  • Le nombre de mm peut être modifié, mais pour cet exemple nous le laisserons à 150 mm comme défini à l'étape précédente.

  • Rappelez aux élèves de débrancher le câble USB du Robot Brain avant d’exécuter le projet.

  • Rappelez aux élèves de sauvegarder leurs projets pendant qu’ils travaillent. La bibliothèque VEX comporte une section pour Python qui explique les pratiques de sauvegarde dans VEXcode V5.

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Demandez aux équipes de partager la zone de test et le ballon si nécessaire, mais plusieurs zones de test, chacune avec son propre ballon, pourraient également être aménagées. Décidez si vous souhaitez aménager la ou les zones de test ou si vous souhaitez que les étudiants le fassent.

Étape 5 : Configuration de votre zone de test

Image de la zone de test configurée avec des lignes séparées et étiquetées tous les 50 cm de 0 à 3 m
Exemple d'aménagement de la zone de test

  • Utilisez du ruban adhésif et un mètre pour créer une ligne de 3 m sur le sol, comme la ligne horizontale montrée dans l'image ci-dessus.

    • Une fois la ligne créée, utilisez à nouveau du ruban adhésif et votre mètre pour créer des lignes de 1 m sur la ligne de 3 m, comme les lignes verticales dans l'image ci-dessus. Collez une ligne de 1 m tous les 50 cm sur la ligne verticale en commençant à 0 cm.

    • Les lignes horizontales les plus courtes doivent être centrées sur la ligne verticale la plus longue.

  • Pendant la création de la zone, un ou deux membres de votre équipe doivent créer un nouveau projet nommé Momentum. Réglez la vitesse à 50 % et faites avancer le Speedbot jusqu'à la première ligne à 50 cm. Gardez à l’esprit que 1 cm = 10 mm, le robot avancera donc de 50 cm ou 500 millimètres.

Icône de la boîte à outils de l'enseignant Boîte à outils de l'enseignant - Pourquoi cette activité ?

  • La collecte et l’analyse de données, même la simple reconnaissance de formes, sont des compétences scientifiques fondamentales. Cette activité ajoute de la structure à cette analyse de données en évitant les faux pas courants.

  • Notez que les instructions ne demandent pas aux élèves de faire varier la distance de conduite du robot tout en faisant varier la vitesse du robot. Il s’agit d’une application intentionnelle de ce que les scientifiques en apprentissage appellent la stratégie de contrôle des variables. Il est important d’enseigner aux enquêteurs débutants à manipuler une variable à la fois (c’est-à-dire la vitesse dans ce cas) pour déterminer son influence sur une deuxième variable (c’est-à-dire la distance parcourue par la balle après la collision), car ce n’est pas nécessairement une approche que les élèves adopteront. spontanément grâce à une approche de type « deviner et vérifier ». Les approches typiques de deviner et de vérifier manipulent souvent plus d'une variable à la fois (c'est-à-dire en modifiant à la fois la vitesse et la distance parcourue par le robot) et en observant l'impact de la confluence sur la distance parcourue par la balle après la rotation. Cette activité tente d’éloigner les élèves de cela car les relations entre les variables sont alors ambiguës. Est-ce la vitesse plus élevée du robot, la distance parcourue par le robot, ou les deux, qui amènent la balle à voyager plus loin ? Nous ne pouvons pas répondre à cette question lorsque nous manipulons les deux variables en même temps.

  • Cependant, les équipes peuvent spontanément essayer de conduire le robot sur différentes distances. Si vous observez cela, demandez-leur uniquement de modifier la distance mais de conserver la même vitesse que lors d'un essai avec la distance d'origine de 500 mm. De cette façon, ils peuvent comparer la même vitesse avec différentes distances de conduite pour voir si la distance de conduite du robot prend également en compte la distance parcourue par la balle.

Étape 6 : Tester le transfert d'énergie lors de collisions

Image de la configuration du bowling avec le robot sur la ligne 0 cm et la balle sur la ligne 50 cm
Aire de test du challenge bowling avec robot et balle

Aire de test du défi bowling avec robot et balle

Centrez la balle sur la ligne horizontale à 50cm et placez votre robot de manière à ce que l'avant de celui-ci soit centré sur la ligne horizontale à 0cm. Assurez-vous que l'avant du robot est orienté dans la direction de la balle. Exécutez votre premier projet Momentum dont la vitesse est réglée à 50 % et soyez très attentif lorsque le robot entre en collision avec la balle.

Enregistrez la vitesse définie, la distance parcourue et la distance parcourue par la balle dans ce tableau de données (Google / .pdf). La première ligne du tableau a été créée pour vous en fonction du projet Momentum sur lequel vous avez travaillé à l'étape précédente. Continuez à ajouter des données à ce tableau pendant que vous essayez de définir différentes vitesses. Vous pouvez ensuite ajouter les données d’autres équipes tout en discutant de vos découvertes en classe.

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  • Préparez la zone pour que le ballon rebondisse dans différentes directions et sur différentes distances. Fermez les portes et/ou les fenêtres au besoin.

  • Le tableau d'exploration de la vitesse peut être enregistré ci-dessous, ou les étudiants peuvent recréer le tableau dans leurs cahiers d'ingénierie.

  • Une rubrique pour évaluer les cahiers d'ingénierie d'équipe peut être trouvée ici (Google / .docx / .pdf), et une rubrique pour évaluer les cahiers individuels peut être trouvée ici (Google / .docx / .). Chaque fois que vous envisagez d'évaluer le travail des étudiants avec une ou plusieurs grilles d'évaluation, assurez-vous de partager la grille d'évaluation avec eux avant qu'ils ne commencent à travailler sur le projet.

Réfléchissez et répondez aux questions ci-dessous dans votre cahier d'ingénierie pendant que vous collectez vos données :

  • Comment pouvez-vous savoir que l’élan du robot a transféré de l’énergie à la balle lors de la collision ? Expliquez avec des détails.

  • Répétez le test au moins deux fois de plus. Essayez une vitesse inférieure à 50 %. Remettez la balle dans sa position et notez dans le tableau la distance parcourue par la balle. Essayez également une vitesse supérieure à 50 %. Remettez la balle dans sa position et notez dans le tableau la distance parcourue par la balle.

  • Lorsque tous les groupes ont terminé leurs trois tests, discutez des vitesses choisies par les autres groupes et de la distance parcourue par la balle lors de leurs tests. Pendant que les équipes partagent leurs données, ajoutez leurs résultats à votre tableau.

  • Recherchez des modèles dans les données. La distance parcourue par la balle augmente-t-elle ou diminue-t-elle à mesure que la vitesse définie augmente ?

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  1. Le mouvement de la balle prouve que le robot a transféré de l'énergie lors de la collision. Les élèves pourraient également décrire la vitesse de la balle après l’impact ou sa direction de déplacement comme preuve.

  2. La distance parcourue par la balle dépend de la masse/poids de la balle utilisée et de la vitesse définie pour le robot.

  3. Les élèves doivent reconnaître que des vitesses plus élevées amènent la balle à voyager plus loin que des vitesses plus faibles. Reliez explicitement cela à l’élan du robot. Soulignez que le poids du robot n'a pas changé, seulement sa vitesse, mais que les deux contribuent à l'élan du robot. Demandez-leur s’ils pensent que la balle irait aussi loin si le robot était plus lourd. Ce serait probablement le cas. Nous en apprendrons davantage sur les effets de la masse de la balle lors de la collision dans la lecture suivante.

  4. Les groupes d'élèves peuvent avoir sélectionné des vitesses très variables, mais l'objectif d'apprentissage global est que les élèves reconnaissent que des vitesses plus élevées conduisent à un élan plus important qui transfère plus d'énergie à la balle lors des collisions.