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Séances de technologie pour le système d'arrosage automatique

Voici la liste des séances (et les PDFs associés) des cours de Technologie pour les classes de 4ème au collège Paul Claudel à Lagnieu (01150).
Comme fil conducteur pour cette fin d'année quelque peu particulière j'ai choisi la conception d'un système d'arrosage automatique. L'objectif étant de le mettre en oeuvre sur les carrés potagers que les élèves ont réalisé dans l'enceinte du collège en 6ème.

Liste des séances
Séance 1 - Présentation et restitution.

Ayant commencé avec cette classe mi Février 2019 (remplacement), la première séance a été consacrée à du travail en groupes, pour évaluer les possibilités d'utilisation de ce format de travail par la suite, et demander aux élèves de me faire une restitution des sujets et des techniques étudiées en technologie en classe de 4ème et les années précédentes.
Heureusement (vous verrez pourquoi juste après), j'ai commencé la séance par une présentation du sujet qui nous occupera sur le reste de l'année, avec un premier travail à réaliser pendant les vacances : "lister les éléments pouvant composer un système d'arrosage automatique", et toutes les classes ont donc eu cette partie !

Pour la restitution j'ai voulu procéder en trois étapes.

Une première étape avec des groupes de 5 élèves, libres, tous les groupes devant lister ce dont ils se souvenaient selon 4 axes :

Pour permettre la rotation des groupes en deuxième phase (5 groupes avec des classes de 25 élèves) j'ai ajouté un cinquième axe : "Les sujets qui vous intéressent".

Pour la deuxième étape, j'ai demandé aux élèves de mettre en commun ce que les différents groupes avaient identifié sur chaque thème, en éclatant les groupes, créant 5 nouveaux groupes avec un élève de chacun des groupes de la première phase dans chaque nouveau groupe.
Sur le papier ça sonnait bien.
En pratique, le résultat dépends énormément des classes (j'ai les 7 classes de 4ème du collège). Certaines classes ont pu faire cette réorganisation sans gros problèmes, et ainsi réaliser le travail demandé et passer à la troisième étape. Mais avec deux classes cette réorganisation a été très difficile, et même complètement impossible avec la dernière classe.

Pour les classes qui ont accepté la réorganisation des groupes, la troisième phase consistait en une restitution orale des résultats au tableau, groupe après groupe, sur chaque sujet.

Séance 2 - Sensibilisation : nature et enseignement.

La deuxième séance a été coupée en trois parties.

Une restitution sur le travail en groupe de la première séance, pour lequel je me suis appuyé sur ce PDF : Retour_sujets_et_techniques.pdf.
Suite aux retours des élèves en première séance, il est ressorti qu'ils n'avaient pas compris l'utilité de démonter un ordinateur pour lister ce qu'il y a dedans.
J'ai donc profité de ce retour pour mettre l'accent sur la démarche d'investigation et les différents types d'études (études expérimentale et et études d'observation, elles mêmes découpées en deux : études descriptives et études analytiques).
J'ai aussi fait un rappel sur les différentes techniques de fabrication : additive (collage, assemblage, impression 3D, ...) et soustractive (perçage, usinage, découpe, ....) puisque très peu ont identifié ces techniques dans la liste des techniques étudiées.

La deuxième partie a été consacrée au visionnage de vidéos sur la nature et l'économie de la connaissance de Idriss Aberkane (La nature est une bibliothèque et L'économie de la connaissance) suivi d'un échange sur différents éléments de ces vidéos, pour aider les élèves à les comprendre.

Et enfin la troisième partie a été consacrée à la mise en commun du travail qui devait être réalisé pour la séance et qui est retranscrit en première partie du PDF diffusé pour la séance 3.

Séance 3 - Le cahier des charges Fonctionel (partie1)

Cette séance est réalisée "en confinement", donc les élèves ont eu accès (avec plus ou moins de facilités) au premier PDF du cours et des exercices préparatoires sur le cahier des charges.
Les élèves ont une vidéo à regarder pour comprendre le fonctionnement de deux diagrammes utiles à la rédaction d'un cahier des charges (diagramme APTE et diagramme des interactions).
J'en profite pour leur indiquer qu'une vidéo peut contenir des erreurs ... même si je ne suis pas sûr que le message soit passé ...

Au terme de la séance les élèves doivent avoir réalisé trois schémas :

Après correction des travaux de cette séance et de la suivante, je me rends compte qu'il faut imposer de lister les contraintes sans quoi très peu d'élèves le font, et que la vidéo a un autre biais (pas vraiment une erreur) : elle laisse penser qu'il ne peut y avoir qu'une seule contrainte imposée par un élément externe donné.

Séance 4 - CdCF : suite

Deuxième séance réalisée "en confinement". Les élèves ont eu accès, encore une fois, au PDF de la suite du cours et des exercices sur le cahier des charges.

Ce PDF contient des propositions de corrections des schémas demandés lors de la séance précédente.
Attention, les schémas proposés ne sont qu'une solution, mais pas la seule possible, beaucoup d'autres organisations et découpages étaient possible pour la carte mentale, et le contenu des diagrammes APTE et diagramme des interactions dépends bien entendu des attentes de chacun concernant le système d'arrosage automatique.
C'est d'ailleurs pour cela qu'un cahier des charges est intéressant : il permet d'expliciter cette vision et de la communiquer à la personne en charge de réaliser le projet.

Le travail demandé à l'issue de la séance concerne l'identification des contraintes liées à chacun des éléments externes identifiés, et la rédaction d'une introduction pour le cahier des charges.

Séance 5 - Traitement de l'information et énergie

Le cahier des charges est bien avancé, mais la suite sera donnée en travail pour les prochaines vacances, pour ne pas consommer tout le temps sur ce seul sujet. (Edit : finalement, j'ai abandonné l'idée du travail pendant les vacances)
Un des sujets principaux à aborder cette année est la chaîne de traitement de l'information. Le sujet a déjà été abordé pendant la séance de présentation (séance 1) de façon succincte.

Cette séance est encore réalisée "en confinement". Le PDF de la séance détaille la chaîne de traitement de l'information, ainsi que la différence entre les domaines "analogiques" et "numériques", avec une appartée sur les notations décimales et binaires permettant de faire un lien avec les mathématiques.

La troisième partie du PDF introduit un travail sur l'énergie, avec un travail de recherche à rendre.

Séance 6 - Capteurs et mesure

Encore une séance réalisée "en confinement". J'ai choisi de commencer par une partie très théorique de cours sur la mesure (PDF), que j'ai tenté de rendre abordable pour des élèves de 4ème puisque c'est un sujet qui peut être très complexe.
Résultat, je ne vais pas plus loin sur les capteurs pour cette séance.

J'ai aussi mis à disposition des PDFs de correction des travaux des séances précédentes :

Le cours se termine par un travail personnel à faire (rien à rendre) sur la mesure, et une introduction du prochain cours sur les capteurs, avec là aussi un travail à faire et à conserver sur feuille ou sur cahier pour pouvoir les utiliser en cours.

Séance 7 - La chaîne de l'énergie

Pour ne pas changer, une séance de plus réalisée "en confinement". Cette séance poursuit le travail sur la chaîne de l'énergie (PDF). Il reprend la correction du travail préparatoire et détaille ensuite la chaîne complète de la source d'énergie primaire à l'énergie utile permetttant de réaliser l'action demandée à un objet technique, ce qui va un peu plus loin que la partie au programme en technologie qui se concentre sur la dernière étape, entre l'énergie "finale" et la réalisation de l'action.
Je ne suis pas rentré dans les détails concernant chaque étape de la chaîne complète, pour chaque énergie primaire et chaque solution de transformation et chaque solution de stockage, même si ce n'est pas l'envie qui me manquait. J'avais commencé à le faire ... mais le document devenait beaucoup trop long et trop complexe pour le niveau de 4ème, et s'éloignait aussi considérablement du programme :(
Je le ferais peut-être un jour si j'ai le temps, car c'est très intéressant, et ça changera des "documentations vidéo" (si on peut qualifier ça de documentation ...).

Petite précision concernant le premier travail demandé, suite à la question d'un élève :
La chaîne globale de l'énergie part toujours d'une énergie primaire pour finir avec une énergie utile (contrairement à la chaîne de l'énergie des objets techniques qui ne détaille que la partie entre l'énergie finale et l'énergie utile).
Il faut donc identifier toutes les étapes entre la "Source d'énergie primaire" et "l'action réalisée" que j'ai indiqué, selon ce schéma :
Source d'énergie primaire --> Énergie primaire --> Installation de transformation --> Énergie secondaire --> Solution de transport de l'énergie secondaire --> Système de distribution de l'énergie secondaire --> Énergie finale --> Objet technique (qui inclut un actionneur) --> Énergie utile --> Action réalisée.
Pour chaque objet technique, pensez à bien identifier l'actionneur correspondant et les formes d'énergie à chaque étape !

Je met aussi à disposition la correction du travail demandé la semaine précédente sur la mesure et les capteurs (PDF).

Séance 8 - Les capteurs d'humidité du sol et les organigrammes (semaine du 4 Mai 2020)

Après deux semaines de vacances, la reprise se fait toujours à distance. Cette séance est coupée en deux parties : une première qui continue le travail sur les capteurs, et une deuxième partie qui débute le travail sur la programmation.
Le PDF est disponible ici (PDF).

Je met aussi à disposition la correction du travail demandé la semaine précédente sur la chaîne de l'énergie (PDF).

Pour l'exercice 2 de ce travail qui consistait à classer les éléments du système d'arrosage identifiés lors des séances précédantes, le classement rendu par beaucoup d'élèves n'est pas bon.
Il faut penser "énergie" dans le système d'arrosage automatique.
La fonction du système est de distribuer l'eau. Il utilise l'énergie électrique comme source d'alimentation en énergie finale, soit depuis une prise soit depuis des panneaux solaire ou des batteries, puis le contrôleur et les capteurs associés contrôlent la distribution de cette énergie à la pompe qui est chargée de convertir cette énergie électrique en énergie cinétique de l'eau utilisée pour arroser. Les tuyaux servent à guider l'eau jusqu'aux embouts du système d'arrosage, ces deux éléments remplissent donc la fonctions "transmettre" (canaliser pour être plus précis dans notre cas).
La réserve d'eau ne fait pas partie de la chaîne de l'énergie. Le système agit sur l'eau, mais l'eau ne fait pas partie du système, et le réservoir n'est qu'un moyen de stockage de la matière première pour le système.

Séance 9 - Histoire de l'informatique moderne et programmation (semaine du 11 Mai 2020)

Cette séance est entièrement consacrée à l'informatique, mais avec une partie "histoire", et une partie programmation.
Le PDF est disponible ici (PDF). La partie programmation est très succinte, et constitue plus une petite introduction, avec un travail personnel à réaliser qui est plus là pour vérifier que les élèves ont bien accès à Scratch, et éventuellement avoir quelques retours sur les difficultés rencontrées, pour me faire un point de départ pour la suite.

Comme d'habitude, la correction du travail demandé la semaine précédente sur les organigrammes (PDF) est disponible.
J'ai volontairement fait un cas un peu plus compliqué pour la porte coulissante, bien que je n'attendait pas un travail de cette complexité de la part des élèves. Pour ceux qui m'ont tout de même rendu des travaux, la difficulté principale semble avoir été sur le troisième exercice, pour lequel ils n'ont pas mis la tempo au bon endroit. Leur solution est pertinente en pratique, mais ne réponds pas à la problématique posée.

Séance 10 - Programmation (semaine du 18 Mai 2020)

Cette séance est à nouveau découpée en deux parties, pour me permettre de faire plusieurs documents, plus courts, pour aider certains élèves qui décrochent (ou du moins désespèrent) quand ils se trouvent devant un document texte de quatre pages à lire (à commencer par mon propre fils ...).
Une première partie est un résumé du cours précédant, pour insister sur les principes de fonctionnement des systèmes informatiques. Il suffit de lire le document (une seule page :)
La seconde partie est consacrée à la programmation, avec quelques explications sur les instructions et les variables, et un travail personnel de mise en application très simple.

La correction des deux exercices de programmation (séance 9 + séance 10) est disponible en PDF et au format Scratch.

Séance 11 - Programmation suite (semaine du 25 Mai 2020)

Cette séance sera à nouveau découpée en deux parties sur la programmation : les tests et les boucles.

Séance 12 - Programmation et Enseignement (semaine du 01 Juin 2020)

J'ai pris conscience il y a deux ou trois semaines que nous (professeurs) avons globalement oublié un point très important de notre mission : l'enseignement.
Plus précisément, nous avons poursuivi l'enseignement initié en classe, qui fonctionne selon un principe que les élèves pratiquent depuis la maternelle, pour passer à de l'enseignement à distance, principe complètement nouveau pour les élèves (et pour nous), sans chercher (pour la pluspart d'entre nous du moins) à enseigner aux élèves la méthodologie associée à ce mode d'enseignement.

Cet oubli s'explique par le fait que ce changement était aussi violent pour nous, professeurs, que pour nos élèves.
Nous avons cherché à nous adapter très vite pour poursuivre nos enseignements, alors que nous aurions du profiter de cette situation pour enseigner d'autres techniques de communication.
Mais nous avons commis (pour ma part du moins) l'erreur de considérer que les élèves, baignant dans les nouvelles technologies depuis leur plus jeune âge, maitrisaient ce mode de fonctionnement.
Cependant, il n'y a quasiment aucun rapport entre utiliser un smartphone pour accéder à des réseaux sociaux et communiquer avec ses pairs (les autres élèves) et utiliser un ordinateur pour suivre un enseignement à distance et communiquer avec des adultes.

Cette séance sera donc séparée en deux.
Une partie sera toujours consacrée au sujet en cours (programmation et arrosage automatique), mais tout de même limitée à une reformulation de la partie du cours sur les boucles, suites aux quelques retours que j'ai pu avoir cette semaine.
La seconde partie sera "Hors sujet" (du point de vue du système d'arrosage automatique), et consacrée à l'enseignement des techniques de communication liées à l'enseignement à distance.
Enseigner à distance les techniques d'enseignement à distance peut paraître étrange, et j'avoue ne pas trop savoir comment m'y prendre, mais je pense que cela colle avec l'enseignement de technologie. (L'idéal serait d'avoir un enseignement "communication", mais ce n'est pas au programme du collège ... même si cela pourraît aussi avoir sa place en Français, ou en "vie de classe").
Il y a deux fiches pour cette partie : une fiche d'introduction, et une première fiche de travail.
Ce travail sera présenté sous forme d'un jeu de piste.

Séance 13 - Communication écrite partie 2 (semaine du 08 Juin 2020)

Cette semaine certains reprennent le chemin du collège.
Nous n'aurons pas la possibilité d'utiliser de matériel ou d'ordinateurs, nous profiterons donc de ce temps de "face à face" pour revoir les notions abordées depuis le début du confinnement, et aller un peu plus loin quand cela sera possible.
Cela devrait occuper les séances sur le reste de l'année (4 séances de 1h).

En parallèle, je continuerais l'envoi de fiches de travail pour tout le monde.
Pour ne pas surcharger ceux qui auront repris le chemin du collège, il n'y aura plus qu'une fiche (ou deux fiches très courtes) par semaine.

La fiche de la semaine poursuit le travail sur la communication écrite, avec quelques remarques sur la forme des messages, et un travail de mise en forme d'un document à renvoyer en PDF.
Toujours dans l'idée de travailler sur la communication écrite, il y a encore une interaction à réaliser en utilisant la messagerie de l'ENT.

Séance 13 - Résumé du travail réalisé en face à face (semaine du 08 Juin 2020)

Le retour au collège semble avoir enchanté certains élèves, tandis que d'autres sont restés muets pendant toute la séance, peut-être intimidés par le port du masque.

J'ai commencé cette courte séance avec un retour sur les travaux autour du cahier des charges et les diagrammes associés, mais devant le peu d'enthousiasme je suis très vite passé au domaine de l'énergie, qui a visiblement beaucoup plus intéressé les élèves.
Nous avons tout juste eu le temps de lister les différentes formes d'énergie à partir des souvenirs des élèves, et nous en avons profité pour creuser un petit peu sur le lien avec le phénomène physique lié à chaque forme d'énergie évoquée et corriger les erreurs faites par les élèves dans ce domaine complexe.
Je n'ai pas eu le temps d'aller jusqu'au travail sur la chaîne de l'énergie que je pensais aborder sur cette séance qui se rapprochait plus d'un cours de physique et de chimie, mais compte tenu de l'intérêt visible des élèves, je suis assez content du résultat.

Séance 14 - Communication écrite partie 3 et énergie (semaine du 15 Juin 2020)

Cette semaine est dans la continuité directe de la semaine précédante, avec la suite du travail sur l'énergie pour ceux qui reviennent au collège, et la suite du jeu de piste sur la communication écrite pour tout le monde.

La correction de la partie 2 du travail sur la communication écrite n'est pas "complète" dans le sens ou elle ne donne pas les indications nécessaires pour obtenir les points bonus, pour permettre à tous de participer.
Je fais le décompte des points ainsi :

Cela devrait faire, avec les fiches 4 et 5, un total sur 25, avec un classement en fin de jeu de piste.
Ce n'est pas un jeu de piste exceptionnel, mais certains élèves ont bien accroché, et je suis assez content du résultat.

J'ai aussi ajouté un petit travail de recherche sur les pompes, pour revenir sur le sujet initial, même si compte tenu du nombre de séances restantes, il ne sera pas possible d'aller au bout de ce sujet ... reste à voir si je continue à alimenter cette page à l'avenir ou non.

Séance 14 - Résumé du travail réalisé en face à face (semaine du 15 Juin 2020)

Cette séance a été consacrée à la suite du travail sur les différentes formes d'énergie, et à la décomposition de la chaine de l'énergie dans un cas particulier, sur le principe de l'exercice donné avec la fiche 8 (séance 7) : de l'Uranium à l'électricité.
Il s'agit de l'un des cas les plus intéressant car le nombre d'étapes et de formes d'énergie qui entrent en jeu est très important, ce qui permet de travailler ce principe de transformation d'énergie et de parler des pertes liées à chaque étape.

J'en ai donc profité pour faire un "petit" document (PDF) récapitulant les différents points abordés pendant ces deux séances sur l'énergie.

Séance 15 - Programmation - suite (semaine du 22 Juin 2020)

Cette séance est à nouveau en classe entière, malheureusement c'est pour certains la dernière séance de l'année, et l'avant dernière pour d'autres.

Nous en profiterons tout de même pour revenir sur la partie programmation, avec les organigrammes et la syntaxe SCRATCH, même si nous n'avons pas la possibilité d'utiliser les ordinateurs :

La deuxième partie de la séance aurait du être consacrée à la mise en commun des travaux de recherches préliminaires sur les pompes (fiche 27), mais visiblement personne n'a fait cette préparation (ou presque), et avec certaines classes nous n'avons même pas pu terminer la première partie sur la programmation.

Et enfin, la dernière partie du travail sur la communication écrite, découpé en deux fiches pour que ce soit plus simple à lire (ou y aurait-il une autre raison ?)
Cette partie ne sera pas abordée en cours, elle reste à faire sur le principe du travail en ligne.

Séance 15 - Résumé du travail sur la programmation (semaine du 22 Juin 2020)

J'ai mis à disposition une fiche (PDF) qui reprend le travail effectué en cours avec les élèves sur cette séance.

Séance 16 - Dernière séance - vidéo sur les types de pompes (semaine du 29 Juin 2020)

Cette séance a été entièrement consacrée à des vidéos sur les différents types de pompes. Nous avons notemment regardé cette vidéo sur Youtube qui utilise des animations assez claires pour montrer le fonctionnement de 6 types de pompes différentes.
Cette vidéo est en anglais, mais je n'ai pas trouvé de vidéo en Français qui ne soit pas bourrée d'erreurs ou avec des animations simples à comprendre (c'est un peu le soucis des vidéos, des heures de visionnage pour ne rien avoir au bout ... si ce n'est la certitude de la mauvaise qualité générale de ce mode de documentation).
J'ai ensuite présenté d'autres types de pompes (vis sans fin, pompes péristatiques, pompes à dépression thermique) et la liste n'est pas encore complète ...

La fin du cours a été consacrée au visionnage du début d'une vidéo "C'est pas sorcier", sur un thème technique choisi par les élèves pour chaque classe.

Séance 17 - Matériaux et structures (1ère séance hors cursus)

Cette séance est la première séance "hors cursus", c'est à dire qu'elle n'a pas été donnée dans le cadre de l'enseignement au collège, mais mise en ligne pour ceux qui désirent poursuivre la séquence de travail sur le système d'arrosage automatique.
À partir de cette séance, le travail est réalisé bénévolement, et la mise en ligne dépendra donc de mes disponibilités et de mon assiduité à poursuivre la rédaction des documents. Je ne vous garanti rien, mais je poursuis ce travail pour mes enfants, et vous propose d'en profiter pour les votres.

Dans le but de préparer les travaux sur la fabrication en général, et sur la modélisation et l'impression 3D, cette séance introduit une séquence sur les matériaux et les structures. Le PDF de la séance inclut deux travaux à réaliser, dont la correction est disponible dans le deuxième PDF.

Séance 18 - Schémas et dessin technique

Cette séance poursuit la préparation des travaux sur la fabrication et la modélisation, et donne quelques clés concernant les différents types de représentations graphiques, avec un travail à faire (schéma d'un clapet anti-retour).
Comme d'habitude, la correction est disponible dans le deuxième PDF, mais les élèves du collège Paul Claudel de Lagnieu peuvent toujours m'envoyer leurs travaux pour commentaire si ils le souhaitent :)

Suite ...

La suite sera mise en ligne au fur et à mesure de la rédaction des sujets des séances.
Il devrait y avoir, entre autres et si l'organisation le permet :

Liste des fiches
Contact et sources

Les sources de tous les documents peuvent être demandées par mail à Nathael Pajani.
sources.cpc@nathael.net