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Thème conducteur :

Le thème travaillé au Niveau 6° n'est pas imposé.
Mon choix est de construire les enseignements autour du thème éprouvé des objets techniques de la construction et en particulier de la charpente.

Durée prévisionnelle : 36 semaines / 1h30 par semaine / 54 heures sur l'année scolaire (moins les actions pédagogiques diverses : sorties, réunions de vie collégienne, ...).
Organisation horaire : 2 heures une semaine / 1 heure la semaine suivante.
L'organisation, les documents et les ressources peuvent être modifiés selon les contraintes de calendrier, de disponibilité des matériels et l'évolution des consignes reçues.

Différents matériels techniques de transport, des maquettes, des machines et des outils informatiques sont disponibles en classe (listes suivantes non exhaustives).

Maquettes et matériels didactiques :
- Cinq maquettes structurelles de maison avec cloisons et solives.
- Cinq bancs d'essai de flexion avec sept échantillons de profilés différents.
- Six ensembles de quinze pièces Lego (poutres et douilles d'assemblage).
- Cinq maquettes de charpente traditionnelle (à l'identique).
- Des montages d'usinage et d'assemblage (pour la maquette de charpente).
- Des cartes Arduino Uno (une dizaine selon l'occupation des enseignants).
- Des cartes, des capteurs et des actionneurs divers, souvent de la gamme Grove.

Des machines de production :
- Une cisaille guillotine.
- Une scie circulaire autoguidée.
- Une thermoplieuse.
- Une perçeuse à colonne.
- Une fraiseuse à Commande Numérique.
- Un tour à Commande Numérique.
- Deux imprimantes 3D.
- Dix fers à souder.

Des matériels et logiciels informatiques :
- Quatorze ordinateurs et les logiciels requis.
- Une vingtaine de tablettes numériques.
- Un point d'accès WiFi sécurisé, uniquement dédié aux matériels informatiques du collège.
- Deux points d'accès WiFi fermés et sécurisés sur des espaces de stockage mutualisés (Hootoo Tripmate et Piratebox).



Séquence n°01 - Evolution de l'objet technique Habitation.

Compétences travaillées :
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet (domaine 2 du Socle).
CT 5.2 - Organiser, structurer et stocker des ressources numériques (domaine 2 du Socle).
CT 6.2 - Analyser l'impact environnemental d'un objet et de ses constituants (domaine 3 du Socle).
CT 6.3 - Analyse du cycle de vie (domaine 5 du Socle).
CT 7.1 - Regrouper des objets en familles et lignées (domaine 5 du Socle).
CT 7.2 - Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les solutions techniques (domaine 5 du Socle).
Compétences associées :
Regrouper des objets en familles et lignées.
Relier les évolutions technologiques aux inventions et innovations qui marquent des ruptures dans les évolutions techniques.
Comparer et commenter les évolutions des objets en articulant différents points de vue : fonctionnel, structurel, environnemental, technique, scientifique, social, historique, économique.
Élaborer un document qui synthétise ces comparaisons et ces commentaires.
Connaissances :
L'évolution des objets.
Impacts sociétaux et environnementaux dus aux objets.
Cycle de vie.
Arborescence.
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.

Séance 01 : L'habitat – Petit historique - Frise chronologique - Recherche documentaire.
Recherche documentaire : Périodes de l'histoire, siècles, années, photographies et infographies, représentant l'évolution de l'habitat de l'homme, intégrant de nouvelles fonctions et contraintes. Reconstitution calquée sur les grandes périodes de l'histoire.
Eventuellement, début de la construction de la frise chronologique selon des consignes.

Séance 02 : L'habitat – Petit historique - Construction de la frise chronologique.
Après correction de la recherche documentaire (tout le monde possède les mêmes dates et siècles), la frise est construite sur une bande de papier réalisée par les élèves.
Les périodes sont collèes proprement pour reconstituer l'évolution de l'objet technique Habitation.

Séance 03 : L'habitat – Petit historique - Analyse de la frise (1/2).
Regroupement en familles ou lignées de solutions techniques.
Mise en relation avec les connaissances et les expériences de vie des élèves.

Séance 04 : L'habitat – Petit historique - Analyse de la frise (2/2).
Impacts sociétaux (évolution des modes de vie : performance d’isolation, confort, …).
Impacts environnementaux (déforestation, extraction de minerais, destruction d’écosystèmes, dépense d’énergie pour fabriquer des matériaux modernes, …).

Séance 05 : Habitat et cycle de vie.
Interrogation linguistique : Vie linéaire de l'homme ou cyclique ?
Comparaison entre le cycle de vie d’une voiture et le cycle de vie d’une habitation (conception, extraction des matières premières, fabrication, utilisation, destruction, recyclage, valorisation, impact environnemental, ...).
Notion d'éco-conception.

Séance 06 : Evolution parallèle des besoins et des objets techniques.
Comparaison de la frise de l'évolution de l'habitat avec la frise de l’évolution de l’automobile réalisée en 6°.
Evolution des fonctions, des structures, des caractéristiques, des coûts, de l'impact environnemental, au sein de différents contextes, historique et macro-économique ...
Mise en évidence de l'évolution parallèle des deux objets techniques étudiés.

Séance 07 : Evolution de l'objet technique habitation – Présentation numérique (1/3).
Description de l’objectif et des moyens pour réaliser une présentation numérique sur l’évolution de l’objet technique Habitation.
Le mode présentation est libre (diaporama de préférence) et une synthèse donnée indique le plan à respecter.
Travail en autonomie avec un accès libre aux outils informatiques.
Invitation à agrémenter la présentation avec une musique de fond ou l’intégration de commentaires audio.
Fichier final communiqué au professeur par voie numérique pour évaluation.

Séance 08 : Evolution de l'objet technique habitation – Présentation numérique (2/3).
Poursuite du travail de présentation numérique. Travail en autonomie. Utilisation de la clé USB autorisée voir conseillée.

Description de l’objectif et des moyens pour réaliser une présentation numérique sur l’évolution de l’objet technique Habitation.
Le mode présentation est libre (diaporama de préférence) et une synthèse donnée indique le plan à respecter.
Travail en autonomie avec un accès libre aux outils informatiques.
Invitation à agrémenter la présentation avec une musique de fond ou l’intégration de commentaires audio.
Fichier final communiqué au professeur par voie numérique pour évaluation.

Séance 09 : Evolution de l'objet technique habitation – Présentation numérique (3/3).
Poursuite du travail de présentation numérique. Travail en autonomie. Utilisation de la clé USB autorisée voir conseillée.

Description de l’objectif et des moyens pour réaliser une présentation numérique sur l’évolution de l’objet technique Habitation.
Le mode présentation est libre (diaporama de préférence) et une synthèse donnée indique le plan à respecter.
Travail en autonomie avec un accès libre aux outils informatiques.
Invitation à agrémenter la présentation avec une musique de fond ou l’intégration de commentaires audio.
Fichier final communiqué au professeur par voie numérique pour évaluation.


Séquence n°02 - La famille s’agrandit, il faut aménager les combles - A chacun sa charge.

Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, synthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes.
CT 2.3 - S'approprier un cahier des charges.
CT 4.1 - Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet technique existant ou à créer.
Décrire, en utilisant les outils et langages de description adaptés, le fonctionnement de la structure et le comportement des objets.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.

Séance 01 : Analyse du besoin et cahier des charges simplifié.
Présentation du problème et des contraintes.
Identification du besoin.
Recherche documentaire sur le vocabulaire d’une charpente traditionnelle.
Enonciation du problème avec le bon vocabulaire technique.
Rédaction d’un mini cahier des charges : Besoin, fonction principale (bête à corne), graphe des interactions (pieuvre), fonctions contraintes, détermination des critères et de leur flexibilité.

Séance 02 : Un plancher dans les combles perdus.
Le plancher des combles perdus ne supporte au pire qu'une couche d'isolant thermique, légère.
A l'aide la maquette de maison, observation de l'effet d'une masse (connue) posée un sol prenant appui sur les murs.
Principe de répartition des masses : un profilé qui casse sous un poids, trois mêmes profilés qui ne cassent pas.
Mise en évidence du principe à l'aide de quatre pèse-personnes (retrouvé par les élèves).
Observation de cas concrets d'éffondrement de toitures en terrasses et formulation d'hypothèses.
Recherche de solutions simples pour éviter de tels effondrements.

Séance 03 : Une toiture soumise à des contraintes.
Le document de travail est sous forme numérique, à ouvrir au préalable.
A partir d'une modélisation simplifiée d'une ferme traditionnelle, les élèves simulent la déformation sous une contrainte verticale donnée. Une vidéo d'application du module SimulationXpress sert de ressource didactique (dans laquelle une ferme nue, sans poinçon ni contrefiche, est mise sous contrainte).
Une fois la simulation réalisée, les élèves insèrent une copie d'écran dans leur document de travail et rédigent leur observation du phénomène et en déduisent le rôle structurel des contrefiches.
Le document finalisé est envoyé au professeur (ou enregistré dans le lecteur Perso).

Séance 04 : La répartition des masses - Synthèse.
Principe illustré de la répartition d'une charge subie par une structure.
Application à la structure du plancher d'un étage de maison.
Application à la structure d'une ferme traditionnelle.
Bonus temps : Le principe de base de la modélisation sur SolidWorks.
Vidéo-projection et/ou mise en oeuvre sur le logiciel (esquisse d'un triangle, extrusion, puis nouvelle esquisse et enlèvement de matière) .

Séance 05 : La répartition des masses - Evaluation.
Evaluation en deux parties avec permutation.
. Principe théorique du principe de répartition des masses.
A partir d'un schéma de plancher monté sur solives et lambourdes, calcul de la charge supportée par la structure, par chaque solive et chaque point d'appui d'une lambourde.
. A partir d'une modélisation donnée, les élèves simulent le comportement et les déformations grâce à l'outil SimulationXpress de SolidWorks. La valeur du déplacement maximum est relevée.


Séquence n°03 - Comment rigidifier une structure ?

Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, synthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse au besoin.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
CT 4.1 - Décrire, en utilisant les outils et langages de descriptions adaptés, la structure et le comportement des objets.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet technique existant ou à créer.
Décrire, en utilisant les outils et langages de description adaptés, le fonctionnement de la structure et le comportement des objets.
Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Outils de description d'un fonctionnement, d'une structure et d'un comportement.
Instruments de mesure usuels.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de l'expérimentation.

Séance 01 : Des formes indéformables.
Correction de l'évaluation de la séance précédente.
. Sur la maquette de maison, on installe des solives rectangulaires. Elles fléchissent.
Comment limiter ce phénomène avec ces mêmes solives ? Hypothèse des élèves (chant).
. Les élèves disposent de pièces de Lego pour construire un carré dont les angles forment une liaison pivot.
Mise en charge du carré et observation. Comment éviter que le carré devienne losange ? Hypothèse des élèves (triangle).
. Recherche exhaustive de solutions pour rendre le carré en Lego, indéformable.
Représentation de chaque solution et justification finale.

Séances 02 et 03 : Profilés, sections et flexion / Triangulation et stabilité d'une structure. (demi-classe avec permutation).
. Les élèves disposent d'un banc d'essais de flexion et de profilés de matières et sections différentes.
Expérimentation de mise en charge des profilés et relevés métriques des déformations.
Mise en charge selon différents positionnements.
Analyse des relevés et explications argumentées.
. Les élèves soumettent à l'effort plusieurs modélisations de principe d'une structure en forme de maison (SolidWorks).
Chaque modèle possède davantage de triangles judicieusement positionnés.
Mise en évidence des contraintes subies par chaque structure et relevé des déplacements calculés par le logiciel.
A l'issue, observation des relevés et justification de l'intérêt du principe de triangulation.
Selon les classes et l'organisation, il peut être envisagé de prolonger les investigations lors d'une séance supplémentaire.

Séance 04 : La stabilité d'une structure - Synthèse.
Synthèse construite avec les élèves, à partir de vignettes illustrant les investigations.
. Influence du matériau.
. Influence de la section et de son positionnement.
. Enoncé précis du principe de triangulation.
Observation d'autres objets techniques mettant en oeuvre ces principes techniques (étendoir à linge, pylône électrique ou de téléski et ... bien entendu, une charpente complète).

Séance 05 : Charpente et principes de stabilité d'une structure - Evaluation.
Evaluation en deux parties avec permutation.
. Mise en évidence des principes techniques travaillés sur une modélisation de charpente complète.
. Simulation d'une mise en charge d'une ferme différente (ferme à entrait porteur sans contrefiches verticales).
Représentation de la déformation de la ferme et relevé du déplacement maximum.


Séquence n°04 - Planning du projet "Aménager les combles".

Compétence travaillée :
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
Compétence associée :
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Connaissance :
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.

Séance 01 : Organisation du projet, rôles et planification.
Enumération des étapes du projet et des délais prévisionnels.
Constitution des équipes (4 élèves).
Détermination des rôles de chaque membre de l'équipe.
Présentation du logiciel GanttProject (vidéo-projection et remise d’une fiche regroupant les principales fonctions et commandes du logiciel).
Mise en oeuvre via une organisation fictive.

Séance 02 : Formalisation de l'organisation du projet.
Réalisation du diagramme de Gantt pour chaque équipe.
Enregistrement du fichier terminé, impression(s) écran du diagramme et envoi par mail au professeur.
Selon les classes et l'organisation, il peut être envisagé de prolonger les investigations lors d'une séance supplémentaire.


Séquence n°05 - Conception d’une ferme aménageable.

Compétences travaillées :
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, expliciter ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse à un besoin.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
CT 5.1 - Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
CT 5.3 - Lire, utiliser et produire des représentations numériques d'objets.
Compétences associées :
Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
Décrire, en utilisant les langages de descriptions adaptés, le fonctionnement, la structure et le comportement des objets.
Interpréter des résultats expérimentaux, en tirer une conclusion et la communiquer en argumentant.
Utiliser une modélisation pour comprendre, formaliser, partager, construire, investiguer, prouver.
Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet.
Connaissances :
Innovation et créativité.
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Outils de description d'un fonctionnement d'une structure et d'un comportement.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de la simulation.

Séance 01 : Recherche de solution(s).
Brainstorming et conformité d'une solution selon le cahier des charges (croquis, schéma, …).
Validation de la solution retenue par le professeur.
Définition (cotation) de la solution retenue et validée.

Séance 02 : Définition de la solution technique retenue.
Modélisation de la solution retenue de ferme aménageable, sur SolidWorks, à partir de sa forme extérieure (ferme traditionnelle).
Réalisation d'image "photo-réalistes" à l'aide du complément PhotoView 360 de SolidWorks.

Séance 03 : Modélisation de la solidité de la ferme aménageable.
Modélisation des efforts et déplacements subis par la solution de ferme aménageable des élèves, via SimulationXpress.
Observation des déplacements simulés.
Vérification de la conformité au cahier des charges.
Sinon, modification ?

Séance 04 : Préparation de la revue de projet.
Réalisation d'une présentation informatique (diaporama) montrant les étapes de la conception.
Le plan est donné : ferme existante, contraintes du cahier des charges, croquis de recherche de solutions, modélisation, simulation de résistance.

Séance 05 : Revue de projet.
Chaque équipe présente son travail via l'outil informatique.
Présentation notée.


Séquence n°06 - Fabrication de la charpente avec combles aménageables.

Compétences travaillées :
CT 1.2 - Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.6 - Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 5.2 - Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Compétences associées :
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Respecter une procédure de travail garantissant un résultat en respectant les règles de sécurité et d'utilisation des outils mis à disposition.
Mesurer des grandeurs de manière directe ou indirecte.
Connaissances :
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Arborescence.
Prototypage rapide de structures [...].
Procédures, protocoles.
Ergonomie.
Instruments de mesure simple.

Séance 01 : Préparation de la fabrication.
Proposition des objectifs :
. Fabriquer une des deux fermes aménageables sur la mini-fraiseuse et l'autre sur l’imprimante 3D.
. Contruire l'ensemble de la charpente (avec pannes et chevrons) à partir de profilés en bois.
. Conserver une trace en images de chaque étape de la réalisation.
Enumération des opérations à réaliser :
. Création d’un fichier d’usinage avec EFICN.
. Création d’un fichier d’impression 3D avec Cura.
. Fabrication des 7 pannes et des 12 paires de chevrons.
. Assemblage des éléments de la charpente.
Début de la fabrication.
Dans l'idéal, il serait exhaustif que les élèves réalisent le fichier d'usinage de la ferme aménageable, via EFICN et le fichier d'impression de la ferme aménageable, via Cura.
Malheureusement le temps manque ; un aménagement de la progression peut être envisagé.

Séance 02 : Fabrication - 1/3.
Réalisation complète de la charpente, à partir du dossier de fabrication, en autonomie (appui minimum du professeur).
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Fabrication des 7 pannes (mesurage, tracé, découpe sur scie Varga).
. Fabrication des 24 chevrons (mesurage, tracé / mise en butée, angles à 45° des extrémités), découpe sur scie Varga.
. Calculs des interdistances entre les fermes et entre les paires de chevrons.
. Tracé des interdistances sur les pannes.
...

Séance 03 : Fabrication - 2/3.
... suite de la séance 02.
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Fabrication des 24 chevrons (mesurage, tracé / mise en butée, angles à 45° des extrémités), découpe sur scie Varga.
. Collage des paires de chevrons.
...

Séance 04 : Fabrication - 3/3.
Eventuellement, fabrication d’une ferme aménageable sur la fraiseuse et réalisation d’une ferme aménageable sur l’imprimante 3D ... en temps masqué.
. Collage des paires de chevrons sur les pannes.
. Organisation des prises de vues.
. Réflexion sur le mode de présentation de la revue de projet.


Séquence n°07 - Revue de projet et présentation vidéo.

Compétences travaillées :
CT 1.1 - Imaginer, sunthétiser, formaliser et respecter une procédure, un protocole.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
CT 5.2 - Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
CT 6.1 - Développer les bonnes pratiques de l'usage des objets communicants.
Compétences associées :
Imaginer, synthétiser et formaliser une procédure, un protocole.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Organiser, structurer et stocker des ressources numériques.
Connaissances :
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Arborescence.

Séance 01 : Droits d’auteur et droit à l’image.
La définition et le cadre de propriété d'une oeuvre.
Les droits et la rémunération de l'auteur.
Copyright et Copyleft.
Le cadre à l'image et le cadre légal.

Séance 02 : Réalisation d’une vidéo à l’aide Windows Live Movie Maker (1/2).
Organisation des ressources numériques (images et vidéos) réalisées par les élèves au cours de la fabrication.
Dans le logiciel, mise en place des séquences dans l’ordre chronologique du déroulement du projet.
Création et insertion d'une séquence Titre et d'un générique de fin.
En fin de séance : invitation à insérer une bande sonore à leur montage avec une musique libre de droits (Jamendo).
Le montage peut être continué / réalisé à la maison et rapporté sur clé USB.

Séance 03 : Réalisation d’une vidéo à l’aide Windows Live Movie Maker (2/2).
Fin de la réalisation de la vidéo.
Compilation du fichier final (paramètres vidéo et audio recommandés).

Séances supplémentaires éventuelles (assurément nécessaires).
L'évaluation est réalisée par le professeur, mais on peut envisager des séances de visionnage des vidéos des équipes, avec une partie de la note réservée à l'appréciation des autres équipes.


Séquence n°08 - Arduino, une carte à tout faire.

Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.2 - Identifier le(s) matériau(x), les flux d'énergie et d'information dans le cadre d'une production technique sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
Compétences associées :
Imaginer des solutions pour produire des objets et des éléments de programmes informatisés en réponse au besoin.
Réaliser, de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schéma, graphes diagrammes, tableaux.
Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, identifier les entrées et sorties.
Identifier le(s) matériau(x), les flux d'énergie et d'information sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
Ecrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
Connaissances :
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Prototypage rapide de structures et de circuits de commande à partir de cartes standard.
Croquis à main levée.
Carte heuristique.
Représentation fonctionnelle des systèmes.
Structure des systèmes.
Chaîne d'information.

Séance 01 : Amérioler le confort des combles aménagés - Recherche d'idées.
Les élèves se projettent et identifient des besoins divers :
. Il fait trop chaud en été.
. Il faut chauffer en hiver.
. On souhaite que le store de la fenêtre de toit se ferment automatiquement lorsque la nuit tombe.
. On souhaite que la lumière s’allume automatiquement lorsqu’une personne entre dans les combles.
. On souhaite qu’une alarme se déclenche si un intrus entre dans les combles en l’absence des habitants.
. On souhaite éteindre automatiquement la borne Wifi de 23h à 7h.
. ...
Echange avec les élèves et énumération des solutions techniques qui viennent à l’esprit sur le moment.
Enumération au tableau des solutions, en parallèle pour chaque besoin.
Identification d'une structure commune à chaque solution envisagée : un « détecteur » (capteur) qui déclenche une action d'"un objet qui fait » (un actionneur).
Mise à disposition de chaque équipe d'une carte Uno et d'une carte Shield (déjà assemblées – fragile), d’un bouton poussoir et d’une DEL.
Réalisation du montage et test (programme déjà téléversé dans la carte Uno) ; super : ça marche !
Etude de la chaîne de commande pour allumer la DEL avec le bouton poussoir (GRAFCET, organigramme).
Différenciation des ports de branchements de la carte Shield.
Mini-synthèse : schéma des cartes Uno et Shield assemblée, du bouton poussoir (capteur), de la DEL (actionneur) et l’alimentation.

Séance 02 : Programmer la carte Arduino.
Scratch est déjà utilisé en Mathématiques. mBlock fonctionne de la même manière avec la même interface.
Parcours rapide des blocs de commande par défaut.
Recherche d’élaboration du programme mBlock du montage "bouton poussoir et DEL".
Téléversement et vérification du bon fonctionnement.
Découverte des capteurs disponibles de leurs principes respectifs de fonctionnement.
Nature du signal : analogique ou numérique.
Nature de l’information : logique ou analogique.
Représentation graphique de l’information et du signal de chaque capteur.

Séance 03 : Piloter avec Arduino.
Découverte des actionneurs disponibles et extrapolation (par exemple : d’un moteur, on peut réaliser un ventilateur, une roue dentée menante, la direction d’un véhicule, …).
Représentation graphique de l’action de l’actionneur selon l’information reçue.
Elaboration, au brouillon, d’une carte heuristique de synthèse des capteurs et actionneurs de part et d’autre de l’organe de traitement de l’information (carte Arduino).
Classement selon la nature de l’information du signal.

Séance 04 : Synthèse de l'environnement Arduino.
Représentation d’un document de synthèse informatisé, capteurs, actionneurs, nature du signal, de l’information.
Mise au propre informatisée de la carte heuristique via le logiciel dédié (XMind).


Séquence n°09 - « Domotisation » des combles – Recherche de solutions systémiques.

Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 1.4 - Participer à l'organisation et au déroulement de projets.
CT 2.1 - Identifier un besoin et énoncer un problème technique, identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes.
CT 2.3 - S'approprier un cahier des charges.
CT 2.4 - Associer des solutions techniques à des fonctions.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse au besoin.
CT 2.6 - Réaliser, de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numériques, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
CT 3.3 - Présenter à l'oral et à l'aide de supports numériques multimédia des solutions techniques au moment desrevues de projet.
CT 4.4 - Piloter un système connecté localement où à distance.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Imaginer des solutions pour produire des objets et des éléments de programmes informatiques en réponse au besoin.
Présenter à l'oral et à l'aide de supports multimédia des solutions techniques au moment des revues de projet.
Réaliser de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Associer des solutions techniques à des fonctions.
Analyser le fonctionnement et la structure d'un objet, identifier les entrées et les sorties.
Identifier le(s) matériau(x), les flux d'énergie et d'information sur un objet et décrire les transformations qui s'opèrent.
Ecrire, mettre au point (tester, corriger) et exécuter un programme commandant un système réel et vérifier le comportement attendu.
Ecrire un programme dans lequel des actions sont déclenchées par des évènements extérieurs.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Innovation et créativité.
Représentation de solutions (croquis, schémas, algorithmes).
Outils numériques de présentation.
Charte graphique.
Prototypage rapide de structures et de circuits de commande à partir de cartes standard.
Analyse fonctionelle systémique.
Représentation fonctionnelle des systèmes.
Chaîne d'énergie.
Chaîne d'information.
Notion d'algorithme et de programme.
Notion de variable informatique.
Déclenchement d'une action par un événement, séquences d'instructions, boucles, instructions conditionnelles.
Capteur, actionneur, interface.

Séance 01 : Mise en place du projet.
Réception d'un cahier des charges (différent) par chaque équipe.
Présentation de la maquette de la couverture du toit et de ses ouvertures destinées à accueillir les différents systèmes.
Enumération des contraintes de base :
. Mise en oeuvre des systèmes dans la couverture.
. Positionnement de la carte Arduino (juste posée dans la maison ?) et son alimentation (secteur ou accumulateur ?)
Indication de la démarche globale : Réalisation du montage et sa programmation, puis, intégration du système dans la couverture.

Séance 02 : Recherche et choix de solution.
Selon le besoin exprimé, choix d'un capteur et d'un l’actionneur à mettre en œuvre.
Réalisation d’un schéma (Grafcet / organigramme) de fonctionnement du système.
Réalisation de schémas représentant la chaîne d’énergie, la chaîne d’information, le type de signal traité.
Réalisation d’un schéma de montage sur le logiciel Fritzing.

Séance 03 : Réalisation du système fonctionnel.
Branchement des matériels et programmation sur mBlock.
Tests et ajustements.
Validation du professeur.
Elaboration d’un document de présentation du montage, de son fonctionnement.

Séance 04 : Revue de projet.
Par équipe, présentation de chaque conception (vidéo-projection du document de présentation du montage et démonstration du système en fonctionnement).


Séquence n°10 - Intégration du système domotique à la toiture.

Compétences travaillées :
CT 1.3 - Rechercher des solutions techniques à un problème posé, explicité ses choix et les communiquer en argumentant.
CT 2.5 - Imaginer des solutions en réponse à un besoin.
CT 2.6 - Réaliser de manière collaborative, le prototype de tout ou partie d'un objet pour valider une solution.
CT 3.1 - Exprimer sa pensée à l'aide d'outils de description adaptés : croquis, schémas, graphes, diagrammes, tableaux (représentations non normées).
CT 3.2 - Traduire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de croquis, de dessins ou de schémas.
Compétences associées :
Identifier un besoin (biens matériels ou services) et énoncer un problème technique ; identifier les conditions, contraintes (normes et règlements) et ressources correspondantes, qualifier et quantifier simplement les performances d'un objet.
Participer à l'organisation de projets, la définition des rôles, la planification (se projeter et anticiper) et aux revues de projet.
Réaliser de manière collaborative, le prototype d'un objet pour valider une solution.
Lire, utiliser et produire, à l'aide d'outils de représentation numérique, des choix de solutions sous forme de dessins ou de schéma.
Simuler numériquement la structure et/ou le comportement d'un objet. Interpréter le comportement de l'objet technique et le communiquer en argumentant.
Connaissances :
Besoin, contraintes, normalisation.
Principaux éléments d'un cahier des charges.
Organisation d'un groupe de projet, rôle des participants, planning, revue de projets.
Prototypage rapide de structures et de circuits de commande à partir de cartes standard.
Outils numériques de description des objets techniques.
Notion d'écarts entre les attentes fixées par le cahier des charges et les résultats de la simulation.

Séance 01 : Conception du système d'intégration à la toiture - (1/4).
Rappel des objectifs et des contraintes du cahier des charges.
Définition des étapes du projet (recherche de solution, modélisation, fabrication puis montage sur la toiture).
Travail en équipes autonomes : Croquis, schéma, dessins, choix de solution (en relation avec les moyens de production disponibles), ...
Validation du professeur.

Séance 02 : Conception du système d'intégration à la toiture - (2/4).
Travail en équipes autonomes : ... modélisation, …
Validation du professeur.

Séance 03 : Fabrication du système d'intégration à la toiture - (3/4).
Travail en équipes autonomes : ... modélisation, fabrication (imprimante 3D à priori), …
Validation du professeur.

Séance 04 : Fabrication du système d'intégration à la toiture - (4/4).
Travail en équipes autonomes : ... fabrication (imprimante 3D à priori), tests de fonctionnement.
Elaboration d’un plan de présentation orale (peut-être avec un document de synthèse de la conception ; modélisation, assemblage, photos, vidéo, …).

Séance 05 : Revue de projet.
Présentation par équipe de chaque conception et vérification du bon fonctionnement.


S’il reste du temps …

Deux projets possibles selon le temps et la « qualité » de la classe :

1 - Intégration de tous les systèmes à la toiture et fonctionnement en parallèle.
Regrouper tous les systèmes autour d’une seule carte de commande et en un seul programme mBlock.
- Branchements sur les ports.
- Modification (regroupement) des programmes.
- Tests, modifications, résolution des problèmes, réglages.
- Assemblage, montage et vérification du bon fonctionnement via différents scénarii.

2 - Réalisation d’un film présentant la charpente aménageable entièrement domotisée.
- Chaque système de domotique individellement.
- L'assemblage de tous les systèmes sur la toiture.
- Les modification liées à la programmation des système.
- Fonctionnement au cas par cas (système par système).
- Fonctionnement simultané de tous les systèmes avec différents scénarii.


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Dernière mise à jour : 21 Octobre 2017, 18h28

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