Le Manuel de l’ingénieur STORM

Volume

A Explore HEXILIS, Découvre l’ingénierie et réussit la conception de tes robots LEGO® Mindstorms avec les techniques Storms.

Documents du Storm Lab

VERSION 18 DU 28/05/2004 16:41

 RCX-STORM

RCX-STORM

Manuel de l’ingénieur STORMS

Comment construire le robot qui accomplira le DEFI avec ton équipe STORMs (Spécialistes en Technologie Opérationnelle de Robotique Mobile et Scientifique) Avec HEXILIS (Heuristique EXpérimentale, Interactive, Ludique, par Itérations Successives).

« Osez : le progrès est à ce prix, toutes les conquêtes sublimes sont plus ou moins des prix de hardiesse. » Victor HUGO

© 2004 <Document Libre> & Christophe THOMAS « Copies autorisées pour un usage non commercial selon la charte <Document Libre> ».

La reproduction partielle et à des fins non commerciales des textes publiés par « Christophe THOMAS » et « RCX-STORM » est autorisée à la seule condition d’indiquer la source, (nom de l’ouvrage, url, nom de l’auteur), de nous l’indiquer et nous l’envoyer par courrier postal ou électronique

ii

Table des matières Le plan PARA du StormLab.

6

mécanique et la géométrie LEGO. 21 COPIER PLUTOT QU'IMAGINER !

21

8

IMAGINER PLUTOT QUE COPIER !

21

Description des rôles :

8

Capitaine :

8

Le générateur d’idées créatives

Reporter :

8

Architecte :

8

Programmeurs (Pilote + Partenaire) :

9

Mecaniciens (Pilote + Partenaire) :

9

Votre premier défi ::

10

Le plan PARA.

Monter son équipe

6 STORMs

Reflechir pour resoudre

Explorer et valoriser HEXILIS avec vos robots.

Les secrets révélés du StormLab :: HEXILIS

10

11

PREPARer pour PLANIFIER

11

POUR CHAQUE EPREUVE, Trouver et tester ses 1ère hypothèses

25

Agir sur les effets

28

L’outil de « division » : (/)

30

)

L’outil « asymétrique » : (

suivante :

13

Analyser pour Agir

16

35

L’outil d’ « unification » : (+)

35

L’outil de « multiplication » : (x)

38

Evaluation des résultats.

40 Apprendre pour s’améliorer 42 L’aventure continue

PROBLEME ?

16

Le recours aux métalgorithmes. 19 Utiliser la constructopédia pour comprendre la

42

45 45

Apprendre à cartographier ses idées 46 Le Mindmapping en 8 étapes.

5 CONSEILS POUR RESOUDRE CE

32

Agir sur les actions

Les corsaires attaquent

LA solution idéale devrait se dérouler de la façon

28

L’outil « suppression d’objet » : (-)

Avec la pédagogie TeamStorms

11

25

Apprendre à programmer autrement avec les métalgorithmes

Fiches outils PARA :: Bibliographie :

46

49 49

54 67

Introduction

!

Nous avons constitués et formé notre équipe Storms (Spécialistes en Technologies Opérationnelles de Robotique Mobile et Scientifique).

Vous commencez à maîtriser la programmation du code RCX, vous connaissez plusieurs types de châssis robuste. Mais ces compétences de bases ne vous suffiront pas pour affronter les aventures à venir.

Nous allons vous apprendre à mobiliser l’intelligence collective de votre équipe pour produire votre robot.

Chapitre 1 : Notre approche méthodologique : le Plan PARA. Nous allons vous révéler une méthode inédite que certains voudraient garder secrète !

Planifier : Prendre l’habitude de planifier les actions. Il s’agit de déterminer la manière d’atteindre l’objectif.

Analyser pour agir : suivre le plan et l’adapter si nécessaire.

REflEchir : penser à la façon dont on peut améliorer le processus et résoudre le problème.

Apprendre : Tirer les leçons des actions passées.

Chapitre 2 : Les rôles dans l’équipe Chapitre 3 : Les outils, les techniques, et les pratiques à adopter en compétition.

Nous vous présentons les différentes étapes d’une heuristique expérimentale, interactive, ludique, par itération successive. C’est-à-dire une série d’étape à suivre en équipe pour résoudre les difficultés rencontrées dans la construction et la programmation du robot.

Annexes : Comment utiliser un topogramme (ou mindmap) pour trouver des idées.

Comment apprendre à programmer avec les métalgorithmes.

Récapitulatif des fiches utilisées dans cet ouvrage.

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Chapitre

1 Le plan PARA du StormLab. 1 - Incompétence inconsciente : Vous ne savez pas que cela existe.

2 - Incompétence consciente : Vous savez que c’est possible, 3 - Compétence consciente : Vous avez appris à le faire, 4 - Compétence inconsciente : Vous le faite automatiquement.

Face aux difficultés, certaines personnes ont une intuition et des réflexes qui leur font explorer des pistes et prendre des décisions qui s’avèrent souvent bonnes dans des situations critiques. Leur secret, c’est que cette compétence inconsciente, ils l’ont acquises tout au long de leur vie, au cours de leurs jeux étant jeunes, puis au cours de situation et d’expériences qu’ils auront su relire (et relier) pour en tirer des leçons pour l’avenir.

Au StormLab, nous avons identifié ces compétences inconscientes mises en œuvre par ces personnages d’exception (petits génies ou héros). Cette méthode révolutionnaire ne peut pas être mise entre toutes les mains. Seuls les membres de l’agence STORMS après leur passage par le club STORMS peuvent y avoir accès. Les défis proposés par le Club STORMS vous permettent de vous entraîner à acquérir cette technique et ainsi à la transformer en compétence inconsciente.

Heuristique EXpérimentale Interactive, Ludique par Itérations Successives

Cette méthode se nomme H.EX.I.L.I.S. et elle repose sur le plan PARA. Le plan PARA.

Nous allons mettre à plat les principes de la résolution de problème et tracer les grandes lignes d’une nouvelle approche pédagogique de la programmation (TeamStorms).

Pour réaliser notre robot et résoudre les problèmes inhérents à ce projet, nous avons identifié au moins quatre grandes étapes qui sont les suivantes :

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Planifier : Déterminer les actions à mener pour atteindre l’objectif.

Définir les objectifs de l’épreuve, Évaluer le temps nécessaire, Choisir son rôle.

Analyser & agir : Suivre le plan, l’adapter et rester concentré sur l’objectif.

Créer une liste « à faire » Rechercher des modèles de solutions Mettre en œuvre.

REflEchir : si cela ne marche pas ? Remue méninge et outils pour filtrer et enrichir les idées.

Apprendre : Prendre le temps de faire le point régulièrement et de tirer les leçons des actions passées.

Ce qui nous donne le plan PARA. Suivre le plan L'adapter Rester concentré sur l'objectif Créer une liste des choses à faire

Analyser pour Agir

Préparer pour Planifier

Rechercher des modèles de solutions

Déterminer les actions à mener pour atteindre l'objectif Définir les objectifs de l'épreuve Évaluer le temps nécessaire

Mettre en oeuvre

Choisir son rôle

Plan PARA Si cela ne marche pas Remue-méninge Suppression d'un élément Unification Multiplication

Outils de créativité et de réflexion

Réfléchir pour Résoudre

Division d'un élément Casser la symétrie Figure 1 : Topogramme du plan PARA

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Apprendre pour s'Améliorer

Faire le point régulièrement Tirer des leçons des actions passées

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Chapitre

2 Monter son équipe

STORMs

Afin d'augmenter l'efficacité de l'équipe, il est important que chaque membre choisisse sa responsabilité dans l'équipe.

Pour remplir correctement son rôle, chacun a besoin de la coopération des autres membres de l'équipe.

Description des rôles : Capitaine :

Assiste le faciliteur, Fait respecter le planning, Rappelle et aide chacun dans son rôle d'équipe.

Reporter :

Il est la mémoire de l’équipe : Il tient le journal de bord de l'équipe. Il écrit un compte-rendu de chaque évènement de l'équipe qui pourra être publié sur le site web.

Il est le scénariste des aventures du robot de l’équipe.

Son esprit critique permet de souligner les problèmes et les retards dans le planning au regard de ce qui avait été fait lors des précédentes réunions.

Son esprit ordonné fait de le lui le gardien du savoir de l'équipe.

Architecte :

Dessine avec le logiciel de dessin de C.A.O. MLCAD les modèles réalisés par l'équipe afin d'en garder une trace.

Assisté du mécanicien, il est responsable de l'inventaire des pièces de LEGO, il propose et planifie les inventaires au cours de l'année. Il propose des nouveaux moyens de rangements.

Actif dans la phase de pré-production, il participe activement à l’établissement de la liste des fonctionnalités matérielles et logicielles du robot.

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Programmeurs (Pilote + Partenaire) :

Le programmeur-pilote est celui qui maîtrise le mieux la programmation.

Il crée et développe la bibliothèque de programmes de l’équipe.

Il effectue la sauvegarde des programmes.

Il est assisté d'un partenaire qui peut observer avec plus de recul et ainsi suggérer d'autres solutions ou soulever des problèmes d'ordre plus général.

Mecaniciens (Pilote + Partenaire) :

Le Mécanicien-pilote est celui qui maîtrise le mieux l'assemblage des briques et engrenages.

Il se tient au courant des différentes techniques d'assemblages.

Il est assisté d'un partenaire qui peut observer avec plus de recul et ainsi suggérer d'autres solutions ou soulever des problèmes d'ordre plus général.

À vous de jouer :

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Chapitre

3 Votre premier défi :: Explorer et valoriser HEXILIS avec vos robots.

HEXILIS est une nouvelle planète que les terriens viennent de découvrir. L’ONU a désigné plusieurs consortiums pour exploiter les ressources de cette première planète. Une parcelle de cette planète a été confiée à notre consortium RCX (Robotic Consortium for Xploration).

Nous allons y envoyer des robots pour l’explorer et préparer l’arrivée des premiers explorateurs.

Les premières missions d’exploration ont révélé que HEXILIS est une planète riche en minerais.

Ces minerais sont disponibles sous forme de nodules. Les nodules sont une agglomération de différents minerais très rares sur Terre. Nous avons identifié une zone dans notre parcelle où ces nodules sont disponibles en surface. Leur exploitation sera très facile.

Nous confions la réalisation des deux premiers prototypes de robots d’exploitation minière à votre agence : l’agence d’ingénierie STORMS. Un robot mobile : Moissoneur de nodules, il explorera la parcelle, collectera les nodules et les ramènera à la base.

Un robot fixe : Collecteur de minerais, il réceptionnera les nodules, les comptera et les conditionnera dans des contenaires.

Voici la première phase de votre mission.

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4 Les secrets révélés du StormLab :: HEXILIS Vous avez reçu votre première mission. Rassurez-vous, nous allons vous apprendre à construire vos robots. Chacun de ces robots est l’acteur principal d’une mission qu’il doit remplir. Vous allez être scénariste, producteur et réalisateur de cette opération. Nous allons vous proposer une méthode pour écrire votre scénario. À partir de ce scénario, vous allez passer en phase de préproduction où vous découperez et analyserez votre scénarion pour trouver tout ce dont il vous sera nécessaire pour construire et programmer votre robot. Cette étape couvre les deux premiers points du plan PARA : Planifier et analyser.

Voici toute une panoplie d’outils, de tableaux, de check listes, de topogrammes pour vous aider à réfléchir, à comprendre votre problème et à trouver ce qui « fait obstacle ». Ici pas de solution toute faite.

Nous venons de recevoir la description des missions. Il faut réunir l’équipe pour explorer et imaginer toutes les possibilités. Comment faire ?

PREPARer pour PLANIFIER POUR CHAQUE EPREUVE, TROUVER ET TESTER SES 1ERE HYPOTHESES

Étape 1 : Imaginons les détails de l’opération pour atteindre l’objectif.

Dessiner, Explorer et Imaginer pour préparer chaque épreuve en équipe complète

Dessiner est un moyen formidable de stimuler notre cerveau droit, celui qui « héberge » la partie créative de notre cerveau. Et là vous vous dites : « mais je ne dessine pas très bien ! ». Ici, nous ne vous demandons pas de dessiner votre robot en 3D. Nous vous demandons d’utiliser un moyen qu’utilisent tous les grands génies. Tous leurs journaux de bord, calepins, blocs-notes sont pleins de schémas, d’illustrations qu’ils ont utilisé pour capturer et clarifier leurs idées1.

Nous vous demandons de préparer deux tableaux (ou grandes feuilles de papier). La première servira pour faire le schéma de l’épreuve pendant que vous cartographierez toutes les idées qui vous viennent à l’esprit sur la deuxième. Pour en savoir plus sur la cartographie des idées consultez l’annexe 1 (Apprendre à cartographier ses idées en page 46) Si vous bloquez : Énumérer et décrire les éléments qui composent la situation. Ensuite, rédiger à votre manière la mission et les épreuves pour être sûr de les avoir bien compris.

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Le reporter pourra faire office de secrétaire de scéance.

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Reportez-vous en page 10 Tableau 1 : Dessiner ses idées

Dessinez votre schéma

Notez vos idées en partant du centre

La cible

...

Point d'arrivée

Point de... départ ...

objectif : ________ ... ...

Obstacles possibles

Chemins ... possibles ...

...

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Lorsque le Topogramme est suffisamment complété et enrichi par de nouvelles branches, nous pouvons les mettre à plat dans les tableaux suivants : LA solution idéale devrait se dérouler de la façon suivante : Tableau 2 : Scénario de la solution idéale

Phase

Scénario détaillé

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Comportements attendu du robot

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Étape 2 : La pré-production.

Ordonner et évaluer les fonctionnalités nécessaires.

Tableau 3 : liste des fonctionnalités possibles de votre robot

Fonctionnalités

Notation de priorité & complexité(*)

Reservation Ports Remarques Entrées/Sorties

(*) 1 Simple, 2 Moyenne, nécessitant réglage, 3 Complexe, assemblage de fonctionnalités simple et/ou moyenne

Classer les fonctionnalités et définir un planning prévisionnel.

Tableau 4 : planning de réalisation des fonctionnalités

Fonctionnalités

Ordre

Date début

Date fin

Remarques

Situer dans le temps et dans l’espace : Préciser une évolution, donner les circonstances de temps.

Préciser le lieu et/ou le milieu de la situation.

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Identifier et classer structures, fonctions et attributs de notre robot : Roues

Lumière Contacts Rotation

Chenilles

Détecter

Se déplacer

Pattes Direction

Compteurs

Vitesse

Eléments du robot 22/06/2004 - v9

"bras" Crochet Pinces

Collecter & livrer

Supporter

Collecteurs Figure Erreur ! : Topogramme des éléments du robot

Prévoir une norme pour les noms de blocs

Composez les binômes et choisissez les rôles.

Chaque binôme choisit la fonctionnalité qu’il veut mettre au point.

Réalisation du premier prototype.

Fin de la phase d’exploration À vous de jouer :

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Le châssis

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Détails de la préproduction ::

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Analyser pour Agir 5 CONSEILS POUR RESOUDRE CE PROBLEME2 ?

« Normalement tout aurits ûu se passer comme prév ! Mais comme dans toute aventure, rien ne se passe jamais comme prévu… » Votre équipe a réalisé un premier prototype à partir de sa propre expérience et de ce qu’elle pensait être juste. Mais si sa solution ne fonctionne pas, ou si elle n’a aucune idée, elle va essayer de répondre dans la mesure du possible aux questions suivantes. Ce canevas de questions peut vous permettre la mise à plat de votre problème.

1. Identifier l’effet non désiré pour comprendre la nature du problème.

1.1. Qu'est-ce qui est connu ? Qu'est-ce qui est inconnu ?

1.1.1.

Ce qui est connu :

Les éléments du robot,

Les obstacles et leurs emplacements,

Les objets à déplacer,

Le trajet optimal entre la base et l’objectif ?

Les programmes utilisés pour faire faire le trajet au robot, Ainsi que la bibliothèque de programmes ! …

1.1.2.

Ce qui pose problème, l’écart par rapport à la solution idéale de la planification :

L’obstacle n’est pas détecté,

L’objectif ne peut pas être repéré,

2

Phase heuristique : cette étape est nécessaire pour pouvoir utiliser le générateur d’idées créatives.

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Le robot dévie à droite-gauche,

Avez-vous pensé à tout ?

Face à ces problèmes, comment des ingénieurs et des chercheurs réagiraient-ils à votre place ?

1.2. Quelles sont les conditions ?

1.3. Faites un schéma de votre prototype.

1.4. Distinguez les différents objets du problème3; écrivez-les.

Ce que nous entendons par « objet » : un objet peut être physique tel qu’un mur ou un trou ou bien peut être abstrait tel que « aller tout droit » ou « le temps alloué est de 3 minutes ». En d’autre terme, il s’agit d’une action.

Ne pas confondre l’objet et ses caractéristiques. Les caractéristiques de l’objet physique sont le poid et le volume par exemple.

1.4.1.

-

faire une liste d’objets du problème4 sur lesquels nous pouvons intervenir :

-

3

ou pièces du puzzle.

4

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

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1.4.2.

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faire une liste des éléments de l’environnement5 sur lesquels nous ne pourrons pas intervenir :

Avez-vous encore pensé à ceci ?

Modifier votre prototype pour : 2. Examiner les cas particuliers : 2.1. Choisissez des cas particuliers (obstacles, lumière parasites…) pour exemplifier le problème et pour le "sentir".

2.2. Examinez des cas limites (ultra simple à ultra difficile) pour explorer l'étendue des possibilités.

2.3. Introduisez un paramètre entier égal successivement à 0, 1, 2, 3, (engrenages, détecteurs, seuil de détection…) et recommencer le test.

3. Comment modifier la situation : 3.1. En recombinant les éléments du problème de différentes manières.

3.2. Introduisez des éléments auxiliaires, en imaginant avoir un nouveau type de détecteur, de brique, d’engrenages.

3.3. Reformulez le problème : 3.3.1.

3.3.2.

Avec un changement de point de vue (nous sommes à la place du robot) ; en considérant un argument par contradiction ou par opposition (et si il n’y avait pas ceci…); Inversez la solution habituelle 6 : Inverser une action : moteur, engrenages, détecteurs.

3.3.2.1. Fixe mobile, mobile fixe. Linéaire circulaire, circulaire linéaire.

3.3.2.2.

Retourner l’objet.

3.4. En supposant le problème résolu et en cherchant ses propriétés (en admettant qu’on réussisse, que s’est- il passé ?).

5 Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

6 Principe 13 des 40 principes inventifs de la méthode TRIZ.

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4. Essayez de simplifier le problème.

4.1. en retirant des obstacles 4.2. en imaginant télécommander le robot 4.3. en déplaçant le robot manuellement.

5. Préparer la modification du prototype.

Il vous faut pour cela : 5.1. Réunir tous les composants matériels nécessaires 5.2. Réaliser, dans l'ordre, toutes les opérations nécessaires 5.3. Répéter l'expérience plusieurs fois 5.4. Noter correctement les résultats observés (noter les effets d'une action (liens entre manipulations et résultats))

Nous avons maintenant fait le tour des problèmes mécaniques possibles sur votre robot. Nous allons maintenant passer à la partie logicielle.

Le recours aux métalgorithmes.

Comment « penser » comme votre robot ?

Un « métalgorithme » peut-être considéré comme une métaphore d’algorithme. Il permet d’explorer un processus. Ils jouent un rôle important dans l’approche TeamStorms parce qu’ils fournissent un contexte à la partie « abstraite » de nos situations-problèmes. Pour plus de détails, sur la façon d’Apprendre à programmer

autrement avec les métalgorithmes reportez vous en page 49.

À partir du scénario décrit en page 13, nous allons identifier les séquences, les conditions et les boucles.

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Tableau 3 : Séquences, conditions, boucles

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Detecter obstacle

A vous de jouer :

7

A, B ou C

8

Contacts, Lumière, Compteur, Rotation

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Contact1

A,C

Ex : avancer pendant 4 secondes

Boucles

Répéter

Réactions

Détecteurs

Conditions :

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Moteurs

Séquences : Opérations et Actions

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Chapitre

5 Utiliser la constructopédia pour comprendre la mécanique et la géométrie LEGO. Copier Comprendre Imaginer : voilà les 3 étapes que nous vous proposons pour construire une structure à votre robot.

COPIER PLUTOT QU'IMAGINER !

Bien que ce ne soit pas orthodoxe, cela peut parfois être la seule façon pour des équipiers d'apprendre un processus en le mettant en pratique, souvent à cause d'un manque de temps, d'équipement, ou bien de matériels. Une fois mis en route, on essaye de comprendre à posteriori son fonctionnement. Lorsqu'une équipe débute en robotique, il est souvent pratique de travailler à partir d'un modèle standard (aussi bien pour la partie mécanique que pour la partie programmation). Cela permet de rentrer rapidement dans le vif du sujet.

Mais arrive le moment où pour aller plus loin et transformer des connaissances actives en compétences il faut : IMAGINER PLUTOT QUE COPIER !

A partir d'un nouveau problème, essayer de ne plus faire de copier/coller, mais faire l'effort de mettre à plat le problème et imaginer de toute pièce une solution nouvelle. Cela prend beaucoup plus de temps. Mais de temps en temps, cela peut forcer les équipiers à jouer une part active dans leur apprentissage. C'est le cas des algorithmes. Que ce soit pour trier des données ou sortir d'un labyrinthe par exemple, des algorithmes qui résolvent ces problèmes sont régulièrement publiés.

Dans notre démarche, il est particulièrement souhaitable dans un premier temps d'imaginer et de trouver l'algorithme, quitte ensuite à s'apercevoir que d'autres ont trouvé une solution similaire.

De même pour la partie « collecter & livrer » de notre robot, il est probable que nous ayons du mal à trouver un modèle qui corresponde exactement à nos besoins. Nous sommes dans l’obligation d’imaginer notre solution de toutes pièces. Mais il nous faut pour cela avoir bien compris la mécanique et la géométrie Lego.

Pour apprendre en copiant, quelles sont les ressources ? Se reporter à la bibliographie à la fin de l’ouvrage.

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6 Comprendre la géométrie LEGO. Attention ! Vous ne jouez plus avec des LEGO Creator, vous utilisez des LEGO Technic ! Nous allons vous expliquez comment font les Masterbuilders pour construire des ensembles robustes grace à l’utilisation des poutres et des tenons, mais aussi avec des calculs (très simple).

Bienvenue dans le monde de l’ingénierie LEGO.

Pourquoi il faut comprendre visualiser

Consolider verticalement horizontalement diagonalement

Assembler et connecter Un peu de maths ratio 6:5 pythagore

Exemples châssis de base

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Chapitre

7 Comprendre l’utilité des engrenages Lego Comme pour le chapitre précédent, il est aussi utile de comprendre comment on met en place une mécanique avec les engrenages. Quand, comment, et pourquoi choisir tel ou tel pièce d’engrenage ? Voici l’objectif de ce chapitre.

Pourquoi il faut comprendre visualiser

Comprendre les rapports Voir aussi: connaitre les pièces.

Connaitre les pièces engrenages 8 16 24 40

biseauté/couronne 12 20

poulies chaine différentiel

Transmettre un mouvement ROTATION/CIRCULAIRE LINEAIRE

Transformer Voir aussi: transmettre.

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Fixer les engrenages Exemples transmission ROTATION HORIZONTALE

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Chapitre

8 Le générateur d’idées créatives Reflechir pour resoudre Division : Résoudre un problème en divisant un objet et le réorganisant en plusieurs parties.

Unification : Résoudre un problème en assignant une nouvelle utilisation à un composant existant.

On ne peut aborder cette étape qu’après avoir construit son premier prototype comme indiqué dans les étapes précédentes.

1. Initier une discussion sur les points de blocage.

Si l’étape précédente semble trop difficile, n’inspire personne, il paraît tout de même souhaitable de lire les questions des points précédents. Elles serviront à canaliser les idées pendant le remue méninge. Pendant cette discussion, vous allez identifier l’effet non désiré qui est à l’origine du problème.

Qu’est-ce qu’une solution créative ? Nous vous proposons la définition suivante :

Une solution créative est une solution où nous avons éliminé ou inversé la connection Suppression d'un entre les facteurs du problème et l’effet non désiré à l’origine de notre problème.

Objet: Objet Résoudre un problème en enlevant un objet du système et 2. Enrichir et améliorer notre solution avec un générateur d’idées : assignant son action à un autre Pour cela nous disposons de plusieurs outils 9 avec deux conditions préalables avant objet existant. utiliser : Multiplication : Résoudre un problème en présentant une copie légèrement modifiée d'un objet existant dans le système actuel.

2.1.

Casser la Symétrie : Résoudre un problème en transformant une situation symétrique en une situation asymétrique.

de les

Notre problème, avec les épreuves de la LEGO LIGUE et les LEGO Mindstorms, est comme un puzzle et toutes les pièces du puzzle sont devant nous : c’est La condition du Monde clos.

C’est le principe le plus important. En fait, la première étape dans l'utilisation de ces « outils » doit être de définir l’univers du problème. Une fois défini, celui qui doit résoudre le problème sait que toutes les composantes de la solution sont justes là devant lui et que la solution exige simplement la réorganisation des objets existants. Ceci est le cœur et la puissance de cette méthode. Cela transforme ainsi chaque problème réel en une énigme amusante.

9 Le résultat de cette réduction et simplification est le résultat des travaux du Dr Roni HOROVITZ. Ce qui nous donne les cinq outils générateurs d’idées. Nous les avons enrichis de l’approche heuristique de G.POYLA. Plus de détails sur la procédure de simplification sur www.start2think.com.

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2.2. Réaliser un changement qualitatif : 2.2.1.

2.2.2.

Pour faire cela : il vous faut identifier les facteurs aggravant, les facteurs neutres et les facteurs améliorants. Ces facteurs, nous avons commencé à les identifier lors de l’étape précédente lorsque nous avons examiné les cas particuliers:

Renseigner le tableau suivant :

Tableau 4 : impacts des "améliorations"

Cas n° Effets positifs

2.2.3.

Effets neutres

Effets négatifs

Paradoxalement une solution créative se trouve souvent dans les facteurs aggravants.

Essayez de chercher des solutions dans lesquelles l'influence du facteur du problème

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principal est ou bien totalement éliminée ou même complètement changée. C'est un bon critère puisqu'il est très facile d'évaluer si une solution spécifique le satisfait ou non.

Roues Se déplacer

Chenilles Pattes Lumière

agir sur

Les éléments pour

Diviser Casser la symétrie

Détecter

Contacts Rotation "bras"

Effets agir sur

Retirer un élément

Collecter

Crochet Pinces Collecteurs

Supporter

Unifier Multiplier

Actions

Générateur de solution créative

Changement qualitatif

05/03/2004 - v91

Le châssis

Aggravant Facteurs Améliorant Neutres

Inversion ou élimination Facteur du problème

Similarité

Conditions de base

Solution inventive

Univers de la solution

Univers clos

Connection

Effet non désiré

Effet non désiré

Identifier

Figure 2 : Topogramme du générateur de solution créative

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Univers du problème

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Objets du problème Objets de l'environnement

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Agir sur les effets Agir sur un élément du problème qui a un impact majeur sur notre problème.

L’outil « suppression d’objet » : (-) La suppression d’un objet va souvent de pair avec la simplification du problème.

Figure 3 : suppression d'objet

L'idée est de retirer un élément pour simplifier le problème. Mais retirer un élément n'est pas toujours évident puisque nous pensons au premier abord que si l'élément existe, c'est qu'il a son utilité.

Comment faire pour vérifier si l'élément est vraiment nécessaire ou bien si on peut s'en passer. Il s'agit de combattre la "fixité fonctionnelle".

1) définir l’univers du problème (condition du monde clos) a. Faire une liste d’objets du problème10 sur lesquels on peut intervenir.

– – – – b. Faire une liste des éléments de l’environnement11 sur lesquels on ne peut pas intervenir.

– – – 2) Préparation de la suppression.

Choisir l’objet qui va être enlevé ou désactivé :

Les pièces, fonctions (ensemble de pièces ou d’instruction), qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

11 Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

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"bras" Crochet Pinces

Collecter & livrer

Supporter

Le châssis

Collecteurs Figure 4 : Les éléments du robot (-)

3) Supprimer l’objet.

Imaginer chacun des objets étant retiré de l’univers du problème. « Que se passerait-il si nous retirions [l’objet choisi]… ? ». ou bien « Nous pouvons résoudre notre problème en retirant l'objet choisi ».

4) Définir votre idée fondamentale en une phrase.

5) Développer votre idée en 4 ou 5 phrases pour vérifier sa faisabilité, puis choisir un autre objet dans la liste.

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L’outil de « division » : (/) Changer la structure d’un objet, le diviser et le réorganiser peut-il nous aider à améliorer notre solution ?

Figure 5 : Division d'un objet

Avec l'opération "Division", il n'est pas nécessaire de formuler l’effet non désiré et l'action voulue comme pour la multiplication ou l'addition.

Nous choisissons un objet, nous identifions ses éléments et essayons de réflechir à toutes les façons "de réorganiser" ces éléménts. « [l'objet] sera divisé en [liste des éléments] et sera réorganisé dans l'espace et le temps. » Par espace : ailleurs sur le robot, et par temps : action anticipée ou retardée.

L'outil de Division agit comme un verre grossissant révélant un monde plein de sous-objets (autrefois caché) avec des connexions et des rapports entre eux. Réorganiser signifie casser certains des liens ou rapports existant entre certains des éléments et la création de nouvelles connexions.

1) Définir l’univers du problème (condition du monde clos). a. Faire une liste d’objets du problème12.

– – – – b. Faire une liste des éléments de l’environnement13.

– – – 2) Préparation de la division. a. Sélectionner l’objet qui va être divisé.

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

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Collecteurs Figure 6 : elements du robot (/)

b. Faire une liste des éléments de cet objet. i. – ii. – iii. – iv. 3) Appliquer la division.

Imaginer une des parties étant séparée du reste et penser ensuite à ce qui arriverait si : i. Cette partie peut être mise à un autre endroit, ii. Cette partie peut être différente des autres, iii. Cette partie peut apparaître ou disparaître plusieurs fois.

– – 4) Définir votre idée fondamentale en une phrase. i.

5) Développer votre idée en 4 ou 5 phrases pour vérifier sa faisabilité et élaborer de nouvelles hypothèses.

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L’outil « asymétrique » : ( ) Modifier l’attribut d’un objet peut-il améliorer notre vision du problème ?

Figure 7 : Rendre assymétrique

Nous choisissons un objet, nous identifions ses éléments et essayons de réflechir à toutes les façons "de modifier les variables caractéristiques" de ces éléménts.

Nous sélectionnons un objet.

Nous faisons la liste des variables de l'objet.

Nous appliquons l'asymétrie.

Symétrie dans l'espace : dans des secteurs différents [de l'objet choisi] il y aura une valeur différente [de la variable choisie] Symétrie dans le temps : il y aura une valeur différente [de la variable choisie] pour [l'objet choisi] à des instant différent.

Symétrie de groupe : pour chaque objet dans le groupe [l'objet choisi] aura une valeur différente pour [la variable choisie] 1) Définir l’univers du problème (condition du monde clos). a. Faire une liste d’objets du problème14.

– – – – b. Faire une liste des éléments de l’environnement15.

– – 2) Préparation de l’asymétrie.

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

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a. Sélectionner l’objet qui va être rendu asymétrique.

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Collecteurs Figure 8 : éléments du robot (%)

b. Faire une liste des variables de cet objet.

– – – – – 3) Appliquer l’asymétrie.

Choisir une variable. Imaginer que l’objet choisi a une valeur différente pour la variable choisie. i. A des emplacements différents. ii. Plusieurs fois.

– – – 4) Définir votre idée fondamentale en une phrase.

5) Développer votre idée en 4 ou 5 phrases.

– – – – Choisissez une des phrases. Créez une image (aussi réaliste que possible) de la nouvelle situation (en cassant la symétrie) et réfléchissez ensuite à ce qui peut être fait autrement avec cette nouvelle situation. Une solution émerge-t-elle ?

Elaborer la solution Développer votre idée de réorganisation pour vérifier sa faisabilité.

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Agir sur les actions Faire interagir des éléments de notre problème afin que l'action de l'ensemble soit modifiée.

L’outil d’ « unification » : (+) Si nous manquions de pièces par exemple, il faut chercher comment attribuer une fonction supplémentaire à un élément déjà existant.

Figure 9 : Unification

1) Définir l’univers du problème (condition du monde clos). a. Faire une liste d’objets du problème16.

– – – b. Faire une liste des éléments de l’environnement17.

– – 2) Préparation de l’unification. a. Définir l’effet non désiré ou la fonction à réattribuer. b. Imaginer l’action.

L'action voulue est d'habitude tirée de l'effet indésiré en ajoutant les mots "pour empêcher de … " alors que la progression de la description d'un effet peu désiré vers une description d'action semble insignifiante, cette importance est principalement psychologique : transformer une description d'un fait en une description d'une action.

Construisez une phrase pour décrire le phénomène indésirable comme suit : "L'objet [alpha] a l'effet [XYZ] indésirable sur l'objet [Beta]".

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

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c. Sélectionner l’objet qui va réaliser l’action voulue.

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Collecteurs Figure 10 : élément du robot (+)

3) Appliquer l’unification entre et l'objet et une nouvelle fonction a. Imaginer l’objet choisit exécutant l’action voulue. Garder à l’esprit que : i. L’objet choisi peut être modifié, ii. D’autres objets peuvent être modifiés.

4) Définir votre idée fondamentale en une phrase.

1. Sélection d'un objet 2. La structuration d'une phrase qui ressemble à cela : [l'objet choisi] fera [l'action] 3. recommencer avec un autre objet si celui-ci ne convient pas (retour 1.).

Si aucun n’objet ne convient, c'est peut être parce que l'objet que nous avons choisi n'est pas capable d'accomplir la fonction demandée comme il est actuellement. Donc, il est nécessaire pour cela de changer l'objet, ou d'utiliser seulement une partie de celui-ci.

Ensuite, nous créons une image concrète, nous décrivons l'idée et nous nous posons les questions suivantes : Comment, en réalité, le phénomène indésirable est-il empêché ?

Quelles sont les directives générales applicable à l'idée ?

Sur quelles suppositions la solution est-elle basée ?

Sous quelles conditions la solution fonctionne-t-elle ?

Y-a-t-il des doutes sur les différents facteurs pouvant négativement affecter l'idée ?

Ceci pour nous permettre d'apprendre de la situation : nous aider à formaliser la résolution de notre problème et créer une base de connaissance.

Nous faisons aussi cela pour intégrer ce mécanisme d'unification et pouvoir l'utiliser de façon plus intuitive la prochaine fois.

– –

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– – En faisant cela votre solution devrait apparaître.

Répéter les étapes 2 à 5 jusqu’à ce que vous arriviez à une idée satisfaisante.

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L’outil de « multiplication » : (x) Introduire un élément légèrement modifié dans le système peut-il améliorer notre solution ?

Figure 11 : multiplication d'un objet

1) Définir l’univers du problème (condition du monde clos). a. Faire une liste d’objets du problème18.

– – – b. Faire une liste des éléments de l’environnement19.

– – 2) Préparation de la multiplication. a. Définir l’effet non désiré.

b. Imaginer l’action qui va supprimer l’effet non désiré.

Cette fois nous ne voulons pas empêcher quelque chose d’arriver mais forcer l’apparition d’un effet.

L'action voulue est d'habitude tirée de l'effet indésiré en ajoutant les mots "pour forcer l’apparition/l’action de … " Alors que la progression de la description d'effet peu désirée vers une description d'action semble insignifiante, cette importance est principalement psychologique : transformer une description d'un fait en une description d'une action.

c. Sélectionner l’objet qui va réaliser l’action voulue.

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

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Supporter

Collecteurs Figure 12 : éléments du robot (x)

3) Appliquer la multiplication.

Imaginer un nouvel objet, légèrement modifié, ou une copie supplémentaire de l’objet à ajouter à l’univers du problème qui forcera ou exécutera l’action voulue. En gardant à l’esprit que : i. Le nouvel objet ne peut pas être le même que l’existant, ii. Il peut y avoir une interaction entre le nouvel objet et l’existant. i. – ii. 4) Définir votre idée fondamentale en une phrase.

5) Développer votre idée en 4 ou 5 phrases.

– – – Des difficultes ? Pensez : "comment le nouvel objet est-il different de l'ancien?". "quel sont les interactions entre eux?"

Quels sont les éléments du nouvel objet, et pouvons nous utiliser un élément à la place de l'ensemble ?

Définir l'idée en 4/5 phrases.

Définir les conditions nécessaires pour que la solution fonctionne.

Répéter les étapes 2 à 5 jusqu’à ce que vous arriviez à une idée satisfaisante.

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Evaluation des résultats.

Recherche de critères pour juger les solutions :

Notes Efficacité

Originalité

Faisabilité

Résout peu ou Résout une pas le part du problème problème posé Proposition Proposition classique, inspirée de évidente solution courante Parait très Peu facile à difficile à concrétiser mettre en œuvre

Tableau 5 : grille d'analyse de vos idéeS

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Résout largement le problème posé Proposition en partie innovante

Répond parfaitement au problème posé.

Proposition totalement inédite

Faisable en grande partie

Totalement réalisable.

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1.1. Matrice : Confronter et choisir les idées avec la matrice de contradiction20.

1.1.1.

Préparation de la matrice :

1.1.1.1. Repérer les solutions qui posent encore quelques soucis (de préférence entre 3 & 6). Les numéroter.

1.1.1.2. Tracer sur une grande feuille le tableau suivant :

1.1.2.

Remarques :

Les cases 41 & 14

1

2

3

4

1

11

12

13

14

2

21

22

23

24

3

31

32

33

34

4

41

42

43

44

Répartir en 3 équipes :

1.1.2.1. une équipe Joueurs 1.1.2.1.1.

expriment la même interrelation entre

1.1.2.1.2.

deux idées. Il s’agira

choisit une case prépare une phrase exprimant l’interrelation entre l’idée « colonne » et l’idée « ligne ».

donc de retrouver une

1.1.2.2. une équipe Challengers

nouvelle phrase exprimant

1.1.2.2.1.

l’interrelation des deux

1.1.2.2.2.

idées de façon différente.

Si une case de la

choisit une case prépare une phrase exprimant l’interrelation entre l’idée « colonne » et l’idée « ligne ».

1.1.2.3. une équipe Juges

diagonale a été choisie

1.1.2.3.1.

(11 ou 44), la phrase doit exprimer le

1.1.2.3.2.

caractère majeur de

demande à l’équipe Joueurs de dirent sa phrase. demande à l’équipe Challengers de lancer un défi et dirent sa phrase si elles pensent être la meilleure.

cette idée.

1.1.2.3.3.

Il peut être utile de garder une trace écrite

choisit la meilleure proposition

1.1.3.

l’équipe gagnante pose son pion sur la case qu’elle a choisit

1.1.4.

Les fonctions Joueurs/Challengers/juges tournent pour le tour suivant.

de ce qui est exprimé pendant la partie.

1.1.5.

Lorsqu’un binôme a aligné 4 cases ou lorsque toutes les cases ont été remplies ou après un temps imposé.

Après avoir collecté suffisamment de solutions satisfaisantes, il faut les réaliser et on retourne en page 19.

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Nous reprenons ici l’outil « matrice de contradiction » de la méthode TRIZ.

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Chapitre

9 Apprendre pour s’améliorer Avec la pédagogie TeamStorms

A partir de la solution trouvée, nous allons voir comment tirer partie de l’expérience acquise. Capitaliser les connaissances est devenu maintenant un enjeu stratégique. Autant ne pas perdre de temps et en faire une bonne habitude. Nous ne sommes pas Sysiphe21, nousn’allons pas recommencer à chaque fois ce que nous avons déjà fait ?

1.1. Construire la solution choisie.

1.2. La faire exécuter au moins deux fois pour vérifier sa validité.

1.3. Filmer et prendre des photos du résultat.

1.4. Sauvegarder les programmes dans un répertoire à part (rôle du programmeur).

1.5. Tenir un journal de bord d’équipe : (Le rôle du reporter) tout au long de la réalisation du challenge le reporter aura noté les événements marquants, en particulier les problèmes bloquants et la façons dont ils ont été résolu22. A la fin du challenge, ce document sera bien utile pour faire le point. Il pourra servir de base de connaissances pour les problèmes rencontrés lors des challenges à venir.

1.6. Relecture et ANALYSE des résultats.

Chacun, à partir de son rôle dans l’équipe, fait le point sur ce qu’il a apprit. Il le 21

Héros malheureux de la mythologie grec condamné à recommencer éternellement la même tâche.

Toutes les personnes efficaces que j’ai rencontrées tiennent un journal de bord. La nature de leur travail (ils changent souvent de projet) et la périodicité aléatoire des problèmes qu’ils rencontrent fait qu’ils pourraient oublier ce qu’ils ont fait il y a 1, 6, 12 mois voir plus. Ils disposent ainsi d’une base de connaissances qu’ils peuvent réutiliser lorsqu’un problème réapparaît d’en avoir une trace écrite pour pouvoir le résoudre rapidement.

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note dans son carnet de bord individuel. Après avoir fait cette relecture les rôles peuvent être redistribué.

Réfléchir sur son apprentissage avec l’approche TEAMSTORMS : Cette approche synthétise tous les concepts utilisés pour construire notre pédagogie. Des objectifs de connaissances et de compétences, des principes claires, des jeux et des innovations tels qu’HEXILIS et les métalgorithmes font de TeamStorms une approche nouvelle de l’apprentissage de sujet complexe tel que l’ingénièrie, la programmation et la résolution de problème.

Une fois de plus nous allons utiliser un topogramme pour résumer cette approche :

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actives

de connaissances rejoint

passives

Les objectifs de compétences

savoir-faire

Responsabilité

objectifs Amusant ouvre la porte à la créativité

Les métalgorithmes Valeurs

Accessible fin ouverte

projet les uns des autres

Le processus d'apprentissage est aussi impotant que le résultat L'exploration Ensemble S'amuser

Au début de la réunion

Principes

du concret

Quand ?

Il y a un problème !

Apprendre à apprendre

Dans un forum En séance

Où ?

La discussion

Comprendre son rôle dans l'équipe

TeamStorms

Buts

Pas de questions stupides répondre par des questions

Comment ?

Apprendre à avoir recours à des outils méthodologiques La persévérance

Confiance respect

Quand ?

Planifier Analyser & Agir Réfléchir & Réaliser

Qui ?

Apprendre

Le faciliteur un des apprenant

en équipe

Le jeu

Des succès dès que possible par analogie

Figure 13 : topogramme de l'approche TeamStorm

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introduction

En fin de séance

Les cours

HEXILIS

en début de séance

et souvent !

conclusion

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Chapitre

10 L’aventure continue Les corsaires attaquent

Le représentant du consortium RCX vient vous revoir. Ils ont un problème.

Les collecteurs dont vous nous avez livré les plans sont en panne. Rassurez vous cela n’est pas votre faute. Ils ont été endommagés par des « corsaires ». Ce sont des saboteurs agissant pour le compte de consortiums concurrents. C’est une maneuvre déloyale.

Il vous faut mettre au point un robot vigile. Il défendra le collecteur et le moissonneur, recherchera les corsaires et les mettra hors d’états de nuire.

Peut être vous faudra-t-il améliorer le collecteur et le moissoneur ?

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Annexe

1 Apprendre à cartographier ses idées Le Mindmapping en 8 étapes.

En français : la pensée irradiante, topogramme ou schéma heuristique.

Mindmapping est une des outils les plus simple, le plus puissant, qu’une personne peut avoir dans sa boîte à outils de créativité. C’est une manière non linéaire d’organiser l’information et une technique qui vous permet de « capturer » l’écoulement normal de vos idées. Voici un atelier de cinq minutes sur la façon dont vous pouvez utiliser cet outil flexible. Essayez-le la prochaine fois que vous devez écrire une note, préparez un ordre du jour de réunion ou essayez d’obtenir une vue globale d’un projet complexe...

Notre système d’éducation linéaire et notre cerveau gauche- nous a incite à commencer dans le coin supérieur à gauche d’une page. Cependant, notre esprit se concentre sur le centre de l’objet...donc le mindmapping aussi commence par un mot ou une image qui symbolise le sujet de votre réflexion placé au milieu de la page.

Étape 1 : Partez du Centre.

Laissez vous aller à noter toutes les idées pour organiser votre exposé, pour résoudre le problème franchissement d’obstacle ou pour écrire un rapport que votre patron aimera. Le Mindmapping est simplement un « vidage » de cerveau. Un processus qui vous aide et vous stimule pour trouver de nouvelles idées et des raccordements entre elles. Commencez par une attitude ouverte et ludique... vous pourrez toujours redevenir sérieux plus tard.

Étape 2 : Une nouvelle approche !

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Au fur et à mesure que les idées émergent, écrivez une ou deux descriptions de mots et d’idées sur les lignes partant du foyer central. Permettez à vos idées de se déployer à l’extérieur, dans des branches principales et secondaire. Déposez toutes vos idées sans jugement ou évaluation.

Étape 3 : Associez librement :

Étape 4 : Pensez plus rapidement.

Votre cerveau travaille mieux en 5-7 Minutes, et vous pouvez capturer ainsi cette explosion d’idées aussi rapidement que possible. Les mots clés, les symboles et les images fournissent une sténographie mentale pour vous aider à enregistrer des idées aussi rapidement que

possible.

Cassez la mentalité « A4 » qui indique que vous devez écrire sur du papier à lettre blanc, à l’encre noire. Employez du papier de brouillon ou de grandes feuilles ou couvrez un mur entier de papier d’emballage... plus le papier est grand, plus vous aurez d’idées. Employez les couleurs vives, de gros marqueurs colorés, les crayons, ou les stylos feutre fin. Vous n’avez pas vécu tant que vous n’aurez pas mindmappé un rapport de gestion avec des crayons de couleurs rose et un surligneur orange.

Étape 5 : Brisez les Frontières.

Mettez à plat tout ce qui vient à l’esprit même si cela est complètement indépendant et n’a pas de rapport. Si vous faites un remue méninge sur le franchissement et que vous pensez au film que allez voir ce soir : noter « Film ». Autrement votre esprit se coincera comme un engrenage avec ce grain de sable « Film » et vous ne produirez jamais de grandes idées.

Étape 6 : Ne pas Juger :

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Il faut que le faciliteur qui anime la séance de topogramme soit toujours en mouvement, déplace ses mains sur le tableau, pour produire une dynamique et bien plus d’énergie. Si les idées ralentissent, tracez les lignes vides, et observez votre cerveau automatiquement va trouver de nouvelles idées et les mettre dessus. Où les changements de couleurs peuvent avoir de l’effet pour reénergiser votre esprit.

Étape 7 : Toujours en mouvement.

Parfois vous voyez que des relations et des raccordements peuvent être fait immédiatement et vous pouvez ajouter des branches secondaires à une idée principale. Parfois vous n’en voyez pas, aussi vous reliez juste les nouvelles idées au foyer central. L’organisation peut toujours venir plus tard ; la première condition est de sortir toutes les idées hors de votre tête et sur le papier.

Étape 8 : Permettez l’Organisation.

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Annexe

2 Apprendre à programmer autrement avec les métalgorithmes

En voulant faire faire un parcours à son robot, pour lui faciliter la tâche, nous allons faire appel à son intelligence kinesthésique. On demande à l'apprenant de se mettre à la place du robot. On créé une syntonie corporelle. C'est-à-dire qu'on lui permet de se mettre en accord avec ce qu'il ressent de son propre corps, un être doué d'intention, de buts, de désirs. Ceci pourra offrir un appui pour d'autres apprentissages. La programmation de robot permet de redécouvrir des principes mathématiques (avec la relation temps/distance/vitesse par exemple).

Ludique.

Un métalgorithme ne doit pas être ennuyeux. Vous avez suffisamment l’occasion d’avoir des matières présentées de manière abstraite à l’école. La nouveauté des métalgorithmes est de présenter le sujet sous forme de jeu (jeu où gagner n’est pas le plus important, ce sont les moyens mis en œuvre qui nous intéressent). Le lien du métalgorithme avec la vie quotidienne, comme fournir un service de valeur, ou accomplir une mission de sauvetage.

En un mot, ce doit être un défi motivant plus qu’un problème sec.

Les défis ne doivent pas être résolu par du copier-coller. Le métalgorithme doit permettre à l’apprenant d’exprimer sa créativité et de sortir des sentiers battus. Vous devez comprendre qu’il n’y a pas de bonne réponse ou une solution unique que l’on donnera à la fin de la séance. Vous devez vous sentir libre.

Ouvert à la créativité.

Un métalgorithme n’a pas de réponse juste ni de solution unique. Etant donné que la plupart d’entre vous aurez à faire face à des problèmes de la vie réelle qui n’existe pas encore ou dont la réponse reste à inventer, autant en être conscient dès maintenant. C’est pour cela que nous favorisons la communication dans l’équipe, nous vous proposons de cerner un problème avec le plan PARA et HEXILIS. Vous pouvez avoir de meilleures idées que le faciliteur23 qui encadre votre équipe.

Le faciliteur est là pour vous indiquer des pistes et pour orienter vers toutes les sources d’informations qui peuvent sembler utile. Une présentation simple peut cacher un problème complexe et inversement.

Accessible.

Nous partons du principes que vous construisez votre robot en équipe. Le faciliteur est le manager de l’équipe, celui qui s’occupe des problème périphérique (organisation des scéances, des déplacements… mais aussi celui qui vous apprend à persévérer).

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Quand les personnes utilisent leurs sens, elles assimilent mieux les connaissances transmises. Nous apprenons quand nous assimilons des informations. Certaines personnes apprennent mieux en voyant quelque chose, pendant qu'autres apprennent mieux en entendant. D’autres encore apprennent mieux en faisant une activité. Pour beaucoup de gens c'est une combinaison de tout cela, mais probablement un style d'apprentissage domine les autres. C'est important pour l’animateur de comprendre les caractéristiques de ces styles différents pour faire réussir chaque équipier.

Adapté à des styles d’apprentissage différents :

Visuel : Apprend en regardant les démonstrations. Imagine et visualise en détail.

La description des besoins l’aide à atteindre le but. L'équipier est généralement tranquille par nature.

Auditif : L'information transmise par d'autres est apprise facilement. Les visualisations sont dures à interpréter. Les détails sont moins importants.

L'équipier aime parler et entendre les autres parler.

Kinesthésique : Sens pratique, directe. Se souvient de ce qui a été fait, mais pas de ce qui a été dit ou vu. L'équipier peut parler avec des gestes et des positions près de l'orateur pendant les conversations Tout le monde vous le dira : programmer, c’est écrire des lignes de codes. Mais avant cela, il y a l’algorithmique, et enore avant le pseudo-code. Le pseudo-code est un ensemble d’instructions imaginaire mais en français pour décrire des séquences d’actions et d’opérations ainsi que des réactions à des conditions.

Programmer, c’est coder.

Exercice : prenez une feuille de papier et essayez de définir par vous même un pseudo code qui vous permettrait de faire faire un parcours à votre robot (un carré, un huit, ou bien traverser la pièce en evitant les obstacles).

De quoi avez-vous eu besoin pour demander à votre robot d’avancer ? À quel niveau de détails dans vos instructions ètes vous descendu ? Avez-vous identifiés des catégories d’instructions ? Essayez de distribuer votre code dans le tableau suivant : Tableau 6 : votre pseudo-code

Séquences

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Conditions

Boucles

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Voyons mainenant ce qui existe avec le RCX : Tableau 7 : code RCX S E Q U E N C E S

C O N D I T I O N S

B O U C L E S

Pour ceux qui ont préféré détailler, il existe des instructions qui permettent de contrôler plus finement les moteurs (direction, puissance) ou bien d’effectuer des calculs :

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Tableau 8 : les « petits blocs » V A R I A B L E S

Scénario :

P U I S S A N C E

A C T I O N S

Lorsqu’on parle de « séquences », d’actions, d’anticipation, lorsqu’on se demande « que se passerai-t-il si… », on est rapidement amené à penser « scénario ». Cette approche scénaristique fait appel au sens visuel, auditif et kinesthésique, pour mettre en œuvre une codification (par définition abstraite).

Reportez vous au Tableau 2 : Scénario de la solution idéale en page 13. A partir de la mission que doit accomplir votre robot imaginer les différentes scénes. A partir de ces scènes, repérez les séquences, les conditions, les boucles. Renseignez le Tableau 3 : Séquences, conditions, boucles en page 20.Profitez de ce tableau pour transformer en pseudo-code chacune de vos « scénes ».

Si votre découpage est correct, l’assemblage de votre programme doit maintenant être simple.

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avec A moteurs

action

B C

avec

programmer une

contact lumière

détecteurs

réaction

rotation compteur/chrono

délimiteurs

début fin détecteurs compteurs

définition

objectifs

puissance/vitesse direction

Ludique ouvert à la créativité Accessible visuel auditif

avance

principes

recule

styles d'apprentissage

kinesthésique

gauche

tourne/pivote

Métalgorithmes

17/03/2004 - v7

définir un pseudo-code

mouvements & actions

droite

allumer/actionner éteindre/arrêter compteurs opérations

faire faire scénario détaillé

formaliser

arithmétique jusqu'à réactions & temporisation

tant que si sinon pendant

noir/blanc détections

touché niveaux

les scènes du scénario

opérations

séquences

avec des

actions

conditions boucles

réactions

répétition

Figure 14 : topogramme des métalgorithmes

Pré-production :

Comme pour un film : de quoi avons-nous besoin pour réaliser notre scénario ?

Définir l’univers du probléme.() Diviser tout ce qui peut l’être.(L’outil de « division » : (/) en page 30 Unifier tout ce qui peut l’être. (L’outil d’ « unification » : (+) en page 35.

Réalisation du programme.

Post-production :

Comment peut-on régler les problèmes qui subsistent ?

Supprimer tout ce qui peut l’être. (L’outil « suppression d’objet » : (-) en page 28 Rendre asynchrone, c’est-à-dire modifier les variables des points qui posent problème lorsqu ‘elles existent :. (L’outil « asymétrique » : ( ) en page 32 Multiplier ce qui fonctionne. (L’outil de « multiplication » : (x) en page 38.

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+1 -1

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Annexe

3 Fiches outils PARA :: Afin de rendre votre travail plus facile voici les tableaux que vous pourrez photocopier pour une mise en œuvre plus facile de notre méthode.

Tableau 1 : Dessiner ses idées........................................................................................................................................................................................ 12 Tableau 2 : Scénario de la solution idéale..................................................................................................................................................................... 13 Tableau 3 : liste des fonctionnalités possibles de votre robot.................................................................................................................................... 14 Tableau 4 : planning de réalisation des fonctionnalités............................................................................................................................................... 14 Tableau 5 : Séquences, conditions, boucles ................................................................................................................................................................ 20 Tableau 6 : impacts des "améliorations"....................................................................................................................................................................... 26 Tableau 7 : grille d'analyse de vos idéeS ...................................................................................................................................................................... 40 Tableau 8 : votre pseudo-code .................................................................................................................................................................................... 50 Tableau 9 : code RCX..................................................................................................................................................................................................... 51 Tableau 10 : les « petits blocs »...................................................................................................................................................................................... 52

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TABLEAU 9 : DESSINER SES IDEES

Dessinez votre schéma

Notez vos idées en partant du centre

La cible

...

Point d'arrivée

Point de... départ ...

objectif : ________ ... ...

Obstacles possibles

Chemins ... possibles ...

...

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Tableau 10 : Scénario de la solution idéale Phase

Scénario détaillé

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Comportements attendu du robot

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TABLEAU 11 : LISTE DES FONCTIONNALITES POSSIBLES DE VOTRE ROBOT

Fonctionnalités

Notation de priorité & complexité(*)

Reservation Ports Remarques Entrées/Sorties

(*) 1 Simple, 2 Moyenne, nécessitant réglage, 3 Complexe, assemblage de fonctionnalités simple et/ou moyenne

Classer les fonctionalités et définir un planning prévisionnel.

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TABLEAU 12 : PLANNING DE REALISATION DES FONCTIONNALITES

Fonctionnalités

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Ordre

Date début

Date fin

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Remarques

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TABLEAU 13

: SEQUENCES, CONDITIONS, BOUCLES

25

A, B ou C

25

Contacts, Lumière, Compteur, Rotation

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Detecter obstacle

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Contact1

24

A,C

Ex : avancer pendant 4 secondes

Boucles

Répéter

Réactions

Détecteurs

Conditions :

24

Moteurs

Séquences : Opérations et Actions

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TABLEAU 14 : IMPACTS DES "AMELIORATIONS"

Cas n° Effets positifs

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Effets neutres

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Effets négatifs

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TABLEAU 15

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: GRILLE D'ANALYSE DE VOS IDEES

Recherche de critères pour juger les solutions :

Notes Efficacité

Originalité

Faisabilité

Résout peu ou Résout une pas le part du problème problème posé Proposition Proposition classique, inspirée de évidente solution courante Parait très Peu facile à difficile à concrétiser mettre en œuvre

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Résout largement le problème posé Proposition en partie innovante

Répond parfaitement au problème posé.

Proposition totalement inédite

Faisable en grande partie

Totalement réalisable.

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LISTE DES QUESTIONS A SE POSER LORS DE LA PHASE DE PRE-PRODUCTION :

1. Identifier l’effet non désiré pour comprendre la nature du problème.

1.1. Qu'est-ce qui est connu ? Qu'est-ce qui est inconnu ?

1.1.1.

ce qui est connu :

les éléments du robot,

les obstacles et leurs emplacements,

les objets à déplacer,

le trajet optimal entre la base et l’objectif ?

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les programmes utilisés pour faire faire le trajet au robot, ainsi que la bibliothèque de programmes ! …

1.1.2.

ce qui pose problème, l’écart par rapport à la solution idéale de la planification :

l’obstacle n’est pas détecté,

l’objectif ne peut pas être repéré,

le robot dévie à droite/gauche,

Avez-vous pensé à tout ?

Face à ces problèmes, comment des ingénieurs et des chercheurs réagiraient-ils à votre place ?

1.2. Quelles sont les conditions ?

1.3. Faites un schéma de votre prototype.

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1.4. Distinguez les différents objets du problème26; écrivez-les.

Ce que nous entendons par « objet » : un objet peut être physique tel qu’un mur ou un trou ou bien peut être abstrait tel que « aller tout droit » ou « le temps alloué est de 3 minutes ». En d’autre terme, il s’agit d’une action.

Ne pas confondre l’objet et ses caractéristiques. Les caractéristiques de l’objet physique sont le poid et le volume par exemple.

1.4.1.

-

faire une liste d’objets du problème27 sur lesquels nous pouvons intervenir :

1.4.2.

faire une liste des éléments de l’environnement28 sur lesquels nous ne pourrons pas intervenir :

-

26

ou pièces du puzzle.

Les éléments qui composent le robot et doivent lui permettre d’atteindre son objectif.

Eléments de l’environnement de notre problème sont sur la piste : itinéraire, obstacles à franchir ou à contourner, objets à collecter.

27 28

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Avez-vous encore pensé à ceci ?

Modifier votre prototype pour : 2. Examiner les cas particuliers : 2.1. Choisissez des cas particuliers (obstacles, lumière parasites…) pour exemplifier le problème et pour le "sentir".

2.2. Examinez des cas limites (ultra simple à ultra difficile) pour explorer l'étendue des possibilités.

2.3. Introduisez un paramètre entier égal successivement à 0, 1, 2, 3, (engrenages, détecteurs, seuil de détection…) et recommencer le test.

3. Comment modifier la situation : 3.1. En recombinant les éléments du problème de différentes manières.

3.2. Introduisez des éléments auxiliaires, en imaginant avoir un nouveau type de détecteur, de brique, d’engrenages.

3.3. Reformulez le problème : 3.3.1.

3.3.2.

Avec un changement de point de vue (nous sommes à la place du robot) ; en considérant un argument par contradiction ou par opposition (et si il n’y avait pas ceci…); Inversez la solution habituelle 29 : Inverser une action : moteur, engrenages, détecteurs.

3.3.2.1. Fixe mobile, mobile fixe. Linéaire circulaire, circulaire linéaire.

3.3.2.2.

Retourner l’objet.

3.4. En supposant le problème résolu et en cherchant ses propriétés (en admettant qu’on réussisse, que s’est- il passé ?).

4. Essayez de simplifier le problème.

4.1. en retirant des obstacles 4.2. en imaginant télécommander le robot 4.3. en déplaçant le robot manuellement.

5. Préparer la modification du prototype.

Il vous faut pour cela : 5.1. Réunir tous les composants matériels nécessaires

29

Principe 13 des 40 principes inventifs de la méthode TRIZ.

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5.2. Réaliser, dans l'ordre, toutes les opérations nécessaires 5.3. Répéter l'expérience plusieurs fois 5.4. Noter correctement les résultats observés (noter les effets d'une action (liens entre manipulations et résultats))

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Bibliographie : Georges POLYA : comment résoudre un problème. Langue : Français Éditeur : Jacques Gabay (1989). Format : Broché - 237 pages. ISBN : 2876470497 Tony BUZAN : MindMap. Langue : Français Éditeur : Editions d'Organisation (3 juillet 2003). Format : Broché - 328 pages. ISBN : 270812921X Bruno HOURST : Former sans ennuyer. Langue : Français Éditeur : Editions d'Organisation (2 mai 2002). Collection : Les livres outils.

Format : Broché - 192 pages. ISBN : 2708127578 Dr Roni HOROWITZ : Introduction to ASIT. www.start2think.com.

Seymour PAPERT : Mindstorms, Jaillissement de l'esprit. Langue : Français Éditeur : Flammarion (22 janvier 2001). Collection : Champs.

Format : Poche - 304 pages. ISBN : 2080812106 Matt JADUDD : Teamstorms as a theory of instruction. Langue : anglais.

(13 décembre 1999) – 19 pages.

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Pour en savoir plus sur la robotique ludique, HEXILIS, les techniques de résolution de problème, l’initiation à l’ingénierie et à la programmation, les compétitions de robotique : contact@rcx-storm.org Connectez-vous sur http://rcx-storm.org/ Premier site de robotique ludique pour tous.

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© 2004 : <Document Libre>, Christophe THOMAS & rcx-storm.org

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