Laboratoire et équipements pour les Sciences de l’Ingénieur Académie de Lille Séminaire S SI – 11 mai 2012 – Lycée Colbert de Tourcoing 1

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Laboratoire et équipements

pour les Sciences de l’Ingénieur

Académie de LilleSéminaire S SI – 11 mai 2012 – Lycée Colbert de Tourcoing

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Document « ressources pour le cycle terminal » publié en juin 2011

Document téléchargeable sur éduscol :

http://media.eduscol.education.fr/file/SI/14/7/LyceeGT_Ressources_SI_T_serieS_182147.pdf

Académie de Lille – Séminaire S SI – 11 mai 2012 – Lycée Colbert TourcoingLaboratoire et équipements



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– un laboratoire de sciences de l’ingénieur d'au moins 100 m² pouvant accueillir au maximum une classe entière ;

– une salle banalisée équipée des moyens de vidéo projection et située à proximité du laboratoire.

Espace de formation


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Organisation pédagogique

Les élèves ont des activités différentes, qui conduisent aux mêmes acquisitions de compétences ou à des acquisitions de compétences complémentaires, le tout étant harmonisé lors des séances de synthèse.

Que trouver sur un îlot ?

Au-delà des postes informatiques (2 à 3), de leurs logiciels et des matériels de mesure (détaillés dans le document ressources), les îlots doivent comporter supports, sous-ensembles ou maquettes des supports, maquettes numériques des supports, …

Installation en îlots :

-installation structurelle, -mais aussi et surtout une organisation pédagogique visant au travail en groupe des élèves.


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ThèmeEnergie

ProblématiqueQuels sont les moyens

mis en œuvre pour transformer l’énergie?

Problèmes techniquesComment transmettre un effort et un mouvement ?

Comment transformer l’énergie électrique ?Comment contrôler l’énergie électrique transformée ?

Pilote TP32

Robot tondeur Volant à retour de forceIllustration


Equipe 1

Equipes 2 et 4 Equipes 3 et 5

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Les îlots permettent :

– aux élèves de travailler individuellement ou par équipes, d’avoir accès à un système, de réaliser des mesures et d’utiliser l’outil informatique durant chaque activité ;

– à l’enseignant d’intervenir de façon occasionnelle face à tous les élèves, par exemple lors des phases d’activation et de restitution.

Chaque îlot doit permettre d’accueillir six élèves au maximum.


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Propositions à paraître

prochainement…


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Spécifications techniques du laboratoire

Zone du professeur2 points d’accès avec chacun 3 PC 230 V 10/16A + T et 3 prises RJ 45

Pour chaque îlot6 PC 230 V 10/16A + T4 PC 230 V 10/16A + T et 4 prises RJ 45

EquipementsUn tableauUne surface de projection ou un TBIDes mobiliers pour construire 6 îlotsUn bureau pour le poste informatique du professeur37 fauteuils à hauteur réglable et sur roulettesDes moyens de rangementUn vidéo projecteur fixe19 postes informatiques en réseauUn ordinateur portableUn moyen pour scanner et imprimer en réseau


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Appareils de mesure de base équipant chaque îlot :

Les îlots devront être équipés au minimum des appareils de mesure suivants :• multimètre numérique ;• sonde de courant ;• deux sondes de tension différentielles ;• oscilloscope 100 MHz, deux voies avec fonction de calcul sur les voies (addition,

produit) ;• générateur de fonctions numérique 20 MHz ;• alimentation stabilisée 2x30 V réglables, 5 Volts - 3 A.


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Logiciels informatiques

Les postes informatiques devront être équipés au minimum des outils informatiques suivants : • progiciel de CAO 2D et 3D ;• module de simulation mécanique associé ou non au progiciel de CAO 3D ;• progiciel d'analyse de trame ;• progiciel de description du comportement par graphe d’état, logigramme,

algorigramme avec module permettant de générer et implanter un programme dans un système cible ou une carte de développement ;

• progiciel incluant une approche causale ou acausale permettant de simuler le fonctionnement complet d’un système intégrant plusieurs sources d’énergie, plusieurs convertisseurs d’énergie et leurs commandes associées ;

• suite bureautique avec tableur-grapheur, traitement de texte, logiciel de présentation.

Ces outils informatiques peuvent être acquis séparément ou intégrés dans un ou plusieurs produits.


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Matériels pédagogiques

Extrait du document ressources de juin 2011 :

« Il est recommandé de choisir des supports d’enseignement dans le champ des matériels grand public et de l’environnement des élèves. Le coût unitaire doit être compatible avec des achats multiples et permettre des renouvellements fréquents afin de suivre les évolutions technologiques. »

Ces matériels seront donc peu coûteux et légers permettant ainsi une implantation dans tous les lycées.


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Les supports d’enseignement

Proposition du guide d’équipement à paraître :

Il est indispensable de s’assurer que les indications du cahier des charges fonctionnel doivent pouvoir pour tout ou partie être quantifiées par des mesures expérimentales de grandeurs physiques sur le système réel ou par la simulation à l’aide des modèles. Les modèles sont considérés comme faisant partie du système ; ils peuvent être acquis auprès des fournisseurs d’équipements en même temps que le système matériel, ou pourront être développés dans le cas de systèmes existants déjà dans le laboratoire. Les supports d’enseignement permettent d’aborder aussi bien les thèmes vus en enseignement d'exploration sciences de l'ingénieur tels que la mobilité, le sport, la sante, l’habitat, les équipements publics, l’énergie, la communication, la culture et les loisirs, la bionique, la dématérialisation des biens et des services que les thèmes préconisés dans le document ressources pour la classe.

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Exemple de descriptif et des possibilités pédagogiques d’un support d’enseignement

Exemple

Thème : Énergie

Système : Projecteur de scène motorisé

Besoin Animer une scène par des effets lumineux

Indications quantifiées dans le cahier des charges

Vitesse angulaire, position angulaire, intensité lumineuse, nombre de couleurs

Grandeurs mesurablesLa vitesse angulaire, l’intensité lumineuse, la position, la consommation d’énergie, possibilité de visualisation physique et logique des trames

Grandeurs simulées La vitesse angulaire, la position, la consommation d’énergie, génération logique des trames


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Confort EnvironnementAssistance au

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Liens Support - connaissances du programme de S SI

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Connaissances / Capacités en commentaire

Besoin, fi nal i tés , contra intes , cahier des charges X X X X X X X X X X X X X

Analyse fonctionnel le externe Express ion du besoin X X X X X X X X X X X X X

Fonctions d'usage, de service, d'estime X X X X X X X X X X X X X

Système, Frontière de l 'étude, Envi ronnement X X X X X X X X X X X X X

Archi tectures fonctionnel le et organique d'un système X X X X X X X X X X X X X

Impact envi ronnementa l X X X X X

Matière d'œuvre, va leur a joutée, fl ux X X X X X X X X X X X X X

Chaîne d'information X X X X X X X X X X X

Chaîne d'énergie X X X X X X X X X X X X XSystèmes logiques évènementiels , Langage de

description : graphe d'états , logigramme, GRAFCET, a lgorigramme

X X X X X X

Systèmes asservis X X X X X XComposants réa l i sant les fonctions de la cha îne

d'énergie X X X X X X X X X X X X X

Composants réa l i sant les fonctions de la cha îne d'information X X X X X X X X X X X

Révers ibi l i té d'une source, d'un actionneur, d'une cha îne de transmiss ion X X X X X X X

Système de numération, codage X X X X X X

Modèle OSI X X X X

Réseaux de communication, support de communication, notion de protocole, paramètres de confi guration,

notion de trame, l ia i sons série et para l lèleX X X X

Archi tecture d'un réseau (topologie, mode de communication, méthode d'accès au support,

techniques de commutation)X X X X

Matériaux X X X X X X X

Comportement du sol ide déformable X X X

Caractériser des écarts Analyser des écarts X X X X X X X X X X X X X

Frontière de l 'étude X X X X X X X X X X X X XCaractéristiques des grandeurs phys iques

(mécaniques , électriques , thermiques , acoustiques , lumineuses , …)

X X X X X X X X X X X X X

Matériaux X X X X X X X

Support

Thème sociétal Mobilité Santé Protection Energie

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Besoin, finalités, contraintes, cahier des chargesAnalyse fonctionnelle externe Expression fonctionnelle du besoinFonctions d’usage, de service, d’estimeSystème Frontière d’étude Environnement

Architectures fonctionnelle et organique d’un systèmeImpact environnementalMatière d’œuvre, valeur ajoutée, fluxChaîne d’informationChaîne d’énergie

Systèmes logiques évènementiels Langage de description : graphe d’états, logigramme, GRAFCET, algorigrammeSystèmes asservisComposants réalisant les fonctions de la chaîne d’énergie

Composants réalisant les fonctions de la chaîne d’information

Réversibilité d’une source, d’un actionneur, d’une chaîne de transmissionSystème de numération, codageModèle OSIRéseaux de communication Support de communication, notion de protocole, paramètres de configuration Notion de trame, liaisons série et parallèle

Architecture d’un réseau (topologie, mode de communication, type de transmission, méthode d’accès au support, techniques de commutation)MatériauxComportement du solide déformable

Analyse des écarts

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Liste des matériels de mesures adaptés à chaque support


Projecteur motorisé pour l’éclairage de

scène

Compteur d’énergie électrique, oscilloscope, deux sondes de tension différentielles, sonde de courant, luxmètre, accéléromètre 6 axes

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Regard sur les systèmes actuels:


Système Thème sociétal Remarque

Pousse seringue Santé

Cordeuse de raquettes Confort / Sport

Dérailleur Mektronic Confort / Sport Peu de grandeurs mesurables

Store Somfy Confort / Domotique IL existe des solutions technologiques plus récentes.

Ouvre portail Faac Confort / Domotique IL existe des solutions technologiques plus récentes.

Tondeuse Média Confort / Jardinage

Sécateur Infaco Confort / Jardinage

Epaule Giroticc Confort / Robotique Système de production. A supprimer

Bras Schrader Confort / Robotique Système de production. A supprimer

Réseau Caméra Protection / Communication IL existe des solutions technologiques plus récentes et moins coûteuses. A remplacer

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Exemple de supportTapis de course pour joggeur

Faible coût (400 euros)

« Didactisable »

Porteur de sens

Domaine peu investi

Solutions techniques simples

2 chaînes d’énergie indépendantes


Tapis TC 290

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-Un dossier technique

-Une modélisation Solidworks

-Deux modélisations Matlab:

- Une issue du modèle Solidworks (simMechanics)

- Une issue de la modélisation de la chaîne de la bande de roulement

Ressources


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Stratégies pédagogiques possibles

Question sociétaleComment faciliter et optimiser les phases de préparation sportive?

ProblématiqueComment adapter le système à

l’effort souhaité?

Problèmes techniques possiblesComment adapter la vitesse?

Comment adapter la dépense énergétique?Comment évaluer la dépense énergétique?

Comment adapter l’inclinaison du tapis?


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Système souhaité

Système simuléSystème réel

Activité 1 : évaluer la dépense

énergétique

Stratégie pédagogique retenue pour une séquence.


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Activité 2 : Adapter le systèmeà l’effort souhaité

Système souhaité

Système simuléSystème réel


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Merci de votre attention

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