La programmation des robots est l'une des façons les plus intéressantes pour les étudiants de construire des compétences en pensée informatique et en résolution de problèmes. Scratch, le langage de programmation visuelle basé sur les blocs développé par MIT, fournit une passerelle intuitive pour les débutants d'écrire du code qui contrôle directement le matériel.Ce guide élargi permet aux éducateurs et aux étudiants de suivre chaque étape de la programmation d'un robot éducatif de base utilisant Scratch, de la configuration et du simple mouvement à la prise de décision axée sur les capteurs et les techniques avancées.

Ce que vous devez commencer

Avant d'écrire votre première ligne de code Scratch, rassemblez le matériel et le logiciel nécessaires à une session de programmation de robots prête à l'emploi en classe. Les composants exacts varient selon la plateforme que vous choisissez, mais la plupart des robots éducatifs partagent un ensemble commun de besoins.

  • Un robot compatible. Les options populaires incluent LEGO MINDSTORMS EV3 ou Inventeur de robots, Robots à base d'Arduino (par exemple, Makeblock mBot, SparkFun RedBot), Kits BBC micro:bit alimentés (par exemple, voiture robot micro:bit), ou Sphère et VEXE avec support Scratch. Choisissez un robot avec une extension Scratch dédiée pour une intégration plus facile.
  • Un ordinateur avec accès Internet. Scratch 3.0 peut fonctionner dans n'importe quel navigateur moderne (Chrome, Edge, Firefox, Safari). Les éditeurs hors ligne sont également disponibles, mais peuvent nécessiter des extensions supplémentaires à installer manuellement.
  • Logiciel de criblage. Utilisez l'éditeur en ligne à l'adresse suivante: rayure.mit.edu ou téléchargez l'éditeur hors ligne du même site. Assurez-vous qu'il s'agit de la version Scratch 3.0 (ou ultérieure) pour le support complet de l'extension.
  • Matériel de connexion. Selon le robot, vous aurez besoin d'un câble USB (pour les modèles filaires comme Arduino ou LEGO EV3), d'un adaptateur Bluetooth ou d'un module sans fil. Certains robots utilisent également une connexion Wi-Fi à un réseau local.
  • Firmware et les conducteurs. Consultez le site Web du fabricant de robots pour connaître les derniers firmware et les pilotes USB nécessaires.
  • Connaissance de base de l'interface Scratch. Avant de connecter un robot, les étudiants doivent savoir glisser des blocs, créer des scripts et exécuter des projets. Une courte leçon d'introduction sur Scratch peut être utile.

Pour les salles de classe à budget limité, Robots compatibles Arduino offrir le plus de flexibilité à bas prix. Éducation Arduino site Web fournit des kits de démarrage avec le support d'extension Scratch.

Configuration de votre robot et de l'rayure

Une fois que vous avez tous les composants, la prochaine étape est de connecter le robot à votre ordinateur et d'installer l'extension de Scratch requise. Le processus diffère légèrement selon la plate-forme du robot. Suivez ces directives générales, puis référez-vous à la documentation de votre robot pour les étapes spécifiques à la plate-forme.

Connexion via USB

La plupart des robots éducatifs se connectent par USB. Utilisez un câble USB standard (souvent micro-USB ou USB-C). Branchez une extrémité dans le robot et l'autre dans votre ordinateur. Attendez que le système d'exploitation reconnaisse le périphérique. Sur Windows, vous devrez peut-être installer un pilote; sur macOS et la plupart des distributions Linux, le périphérique est automatiquement détecté.

Connexion via Bluetooth

Les connexions Bluetooth sont courantes avec les robots LEGO MINDSTORMS EV3 et micro:bit. Activez Bluetooth sur votre ordinateur, mettez le robot en mode appariement (souvent en tenant un bouton spécifique), et joignez-le comme vous le feriez avec un périphérique Bluetooth. Dans Scratch, lorsque vous ajoutez l'extension, il va scanner pour les appareils disponibles.

Ajout de l'extension de robot dans Scratch

Ouvrez l'éditeur de scratch. Dans le coin inférieur gauche, cliquez sur le bouton Prorogations bouton (l'icône de la pièce de puzzle). Un menu d'extensions disponibles apparaît. Sélectionnez celui qui correspond à votre robot — par exemple, LEGO MINDSTORMS EV3, LEGO BOOST, micro:bitou Arduino. Si votre robot n'est pas listé, vérifiez le site du fabricant pour un fichier d'extension personnalisé, vous pouvez charger en cliquant sur -Ajouter Extension et en sélectionnant -Upload Extension.

Après l'ajout de l'extension, une nouvelle catégorie de blocs (généralement nommée d'après votre robot) apparaît. vitesse du moteur définie, aller de l'avant, Tournez à gaucheou capteur de lecture. Le statut de connexion du robot est souvent montré par un point vert ou un indicateur dans l'interface Scratch.

Test de la connexion

Avant d'écrire un programme complet, testez la communication en faisant glisser un bloc simple (p. ex., -Motor A allumez pendant 1 seconde à 50% de vitesse) dans la zone de script et en cliquant sur celle-ci. Le robot doit répondre. Si ce n'est pas le cas, revérifiez les connexions et redémarrez le robot et le Scratch. Une erreur courante est que plusieurs instances de Scratch sont ouvertes — il suffit de contrôler le robot à la fois.

Création de votre premier programme

Avec la connexion vérifiée, vous pouvez construire un script de mouvement de base. Démarrer un nouveau projet Scratch et s'assurer que les blocs d'extension du robot sont visibles.

Scénario de base du mouvement

Le programme classique -premier lecteur - fait avancer le robot pendant deux secondes, tourner à droite, puis s'arrêter. Ci-dessous est une séquence représentative utilisant des blocs LEGO MINDSTORMS EV3 ; les noms exacts varieront par plate-forme, mais la logique est identique.

  1. Quand le drapeau vert a cliqué (de la catégorie Événements) – démarre le script.
  2. Moteur de réglage A puissance à 50 et Réglez la puissance du moteur B à 50 – avancer sur un pied d'égalité.
  3. Attendez 2 secondes (de la catégorie Contrôle) – maintenir la marche avant.
  4. Moteur de réglage A puissance à 0 et Réglez la puissance du moteur B à 50 – Tournez à droite en arrêtant le moteur gauche.
  5. Attendez 1 seconde – durée du tour.
  6. Moteur de réglage A puissance à 0 et Réglez la puissance du moteur B à 0 – Arrêtez le robot.

Ce script présente aux étudiants exécution séquentielle et le concept de contrôle de deux moteurs indépendants. Encouragez-les à expérimenter avec des vitesses et des temps d'attente différents pour voir comment la trajectoire du robot change. Pour les plates-formes robotiques qui utilisent un seul moteur pour le mouvement (comme un robot à entraînement différentiel), le même principe s'applique en utilisant le bloc approprié.

Ajouter un comportement Dodge-the-Wall

Une fois que les participants ont travaillé de façon fiable, ils doivent faire bouger le robot dans un carré ou une figure-huit. Ils devront répéter les séquences de mouvement et de virage.

Exemple de modèle carré :

  • Répéter 4 fois :
    • Avancer pendant 2 secondes
    • Tournez à droite pendant 1 seconde
  • Arrête

Utilisez la Répéter montrer aux élèves comment l'utilisation d'une boucle rend le programme plus court et plus facile à lire.

Ajout de capteurs et d'interactivité

Un robot qui se déplace dans un motif fixe est amusant mais limité. L'ajout de capteurs — tactiles, ultrasoniques, légers ou en ligne — transforme le robot en un dispositif interactif pouvant réagir à son environnement. Les extensions de cratères comprennent des blocs de capteurs qui retournent des valeurs telles que la distance en centimètres ou si un bouton est pressé.

Exemple : Évitement d'obstacle avec un capteur à ultrasons

La plupart des robots éducatifs sont équipés d'un capteur à ultrasons (ou peuvent en avoir un attaché). Le capteur envoie un ping et mesure le temps de retour de l'écho, donnant ainsi la distance à un obstacle. distance parcourue par le capteur (cm)- Oui.

Pour programmer l'évitement des obstacles :

  1. Pour toujours boucle (de Control) continue de vérifier.
  2. Si <distance < 20> alors – si un objet est plus proche de 20 cm:
  3.   Stop moteurs, sauvegarder pendant 0.5 secondes, tourner à droite pendant 1 seconde.
  4. Autres – avancez.

Ce simple conditionnement introduit les étudiants à logique de branchement. Ils apprennent que les robots -pensent - en évaluant les données du capteur. Demandez-leur de changer le seuil ou de tourner la direction pour régler le comportement.

Exemple : Ligne suivante

Un robot de suivi de ligne utilise une paire de capteurs infrarouges ou de couleurs pour détecter une ligne sombre sur une surface lumineuse. Dans Scratch, les blocs de capteur de couleur lisent l'intensité lumineuse réfléchie.

  • Si le capteur gauche voit sombre et à droite voit la lumière: tourner à gauche.
  • Si à droite voit sombre et à gauche voit la lumière: tourner à droite.
  • Sinon : allez tout droit.

Cela utilise plusieurs Si-Puis-Et- C'est une excellente application réelle des conditions imbriquées.

Au-delà du mouvement fondamental : boucles, variables et diffusions

Pour créer des robots plus sophistiqués, les étudiants doivent maîtriser trois concepts de Scratch supplémentaires : boucles (déjà touché), variableset émissions. Cela permet au robot de suivre les données et de coordonner plusieurs comportements.

Utilisation de variables pour contrôler la vitesse

Au lieu de coder la vitesse du moteur comme un nombre, créez une variable Scratch appelée Régime. Réglez-le à une valeur et utilisez-le à l'intérieur des blocs moteurs. Ensuite, vous pouvez changer la variable pendant que le programme fonctionne, peut-être en utilisant les touches fléchées clavier pour augmenter ou diminuer la vitesse. paramétrisation et la puissance des valeurs dynamiques.

Exemple de script : -Quand <flèche droite pressée > change la vitesse par 10.- Les élèves voient immédiatement comment les changements variables affectent le mouvement du robot.

Émissions pour les machines d'État

Un robot qui peut changer entre les modes (par exemple, -search, -follow line, -go home) est plus avancé. Diffusion blocs (catégorie des événements) pour envoyer des messages. Créez plusieurs scripts qui commencent par -Quand je reçois [message]-- chacun définissant un comportement différent. programmation axée sur les événements et aide les élèves à briser des problèmes complexes en morceaux gérables.

Par exemple, diffusez -LineSuivez-vous , quand un capteur de son détecte un clap, et diffusez -LineSuivez-vous quand il entend deux claps.

Étalonnage et exploitation des données

Certaines extensions de Scratch permettent de lire les valeurs des capteurs en temps réel. boucle pour toujours avec une joindre Les élèves peuvent calibrer manuellement leur robot en le plaçant dans des conditions différentes et en notant les lectures du capteur. Cette collecte pratique de données renforce les compétences scientifiques en observation.

Conseils pour les éducateurs

Programmation de robots avec Scratch est très gratifiant dans la classe, mais il faut une préparation soigneuse pour garder les séances productives et sécuritaires.

  • Débranchez-vous. Avant de connecter n'importe quel matériel, demandez aux étudiants de concevoir leur algorithme sur papier ou en utilisant le mode Scratch-Smallupplugged. Cela renforce les compétences de planification et réduit la frustration lorsque les choses ne fonctionnent pas.
  • Utilisez les rôles de groupe. Dans une classe typique avec des robots limités, assignez des rôles : programmeur, opérateur de robots, testeur et reporter. Rotation des rôles toutes les 15 minutes pour que chacun puisse vivre une expérience pratique.
  • Le débogage des fosters. Quand un robot fait quelque chose d'inattendu, traitez-le comme une opportunité d'apprentissage. Demandez aux élèves d'identifier le bloc exact qui cause le problème et d'hypothèser une solution.
  • Fournir des défis physiques. Mettre en place un labyrinthe, un parcours d'obstacles ou une piste de suivi de ligne. Des objectifs concrets (p. ex., -navigate du début à la fin sans toucher les murs) conduisent à la motivation.
  • Intégrer les normes du programme. De nombreux kits de robotique pédagogique s'alignent sur NGSS, CSTAet ISTÈ Les normes. Utilisez-les comme guide pour lier la programmation robot à des sujets scientifiques et mathématiques.
  • Sécurité d'abord. Assurez-vous que les élèves gardent les cheveux, les vêtements et les bijoux en vrac loin des pièces mobiles. Utilisez des robots à faible tension (batterie) et supervisez l'utilisation de tout outil.

Dépannage de problèmes communs

Même avec une configuration soignée, les choses peuvent mal tourner. Voici des solutions rapides pour les problèmes fréquents:

  • Scratch ne voit pas le robot. Essayez un port USB différent, redémarrez l'ordinateur ou réinstallez l'extension. Bluetooth : dépaire et réparer.
  • Robot ne bouge qu'un seul moteur. Vérifiez que les deux moteurs sont connectés aux ports corrects et que les blocs de grattage utilisent les deux lettres de moteur (A/B).
  • Le robot dérive tout en allant droit. Les moteurs ont souvent de légères différences mécaniques. Augmenter la puissance au moteur lent ou ajouter un court retard -Straighten.
  • Les capteurs donnent des lectures erratiques. La lumière ambiante ou la couleur de surface peuvent interférer. Couvrir le capteur avec une hotte ou régler le seuil.

Élargir le projet

Une fois les étudiants maîtrisés, ils peuvent passer à des projets plus ambitieux :

  • Robot de télécommande en utilisant les touches fléchées sur le clavier.
  • Robot de ramassage et de pose avec un bras de préhension (si disponible).
  • Robot de livraison autonome qui navigue d'un endroit à un autre en utilisant des repères.
  • Danse robot qui synchronise le mouvement avec le son à l'aide du microphone.

Ces projets intègrent plusieurs capteurs, variables et messages de diffusion, préparant les étudiants à des langages de programmation basés sur le texte plus tard.

Conclusion

En connectant des blocs visuels aux moteurs et capteurs physiques, des concepts abstraits comme les séquences, les conditions, les boucles et les variables deviennent tangibles. Que vous soyez un enseignant débutant en robotique éducative ou un éducateur chevronné à la recherche d'idées nouvelles, l'écosystème Scratch-robot offre un environnement bas plancher et à hauts plafonds qui grandisse avec vos élèves. Scratch Robotics ressources et les LEGO MINDSTORMS projets communautaires. Encouragez vos élèves à partager leurs créations et à continuer à itérer — car chaque bug est juste une occasion de déboguer et d'apprendre.