Ausprobieren

1. Vorbereiten

• Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
• Tragen Sie einige Informationen über Prozesse und Verfahren zusammen, die von Ingenieurinnen und Ingenieuren und Physikerinnen und Physikern angewendet werden.
• Für diese Aufgabe benötigen Sie ein Maßband und Stifte zum Markieren.
• Falls Sie es für nötig erachten, planen Sie eine Unterrichtsstunde ein, in der Sie zur Einführung die Erste-Schritte-Übungen in der App bearbeiten. Dies wird Ihren Schülerinnen und Schülern dabei helfen, sich mit LEGO^® MINDSTORMS^® Education EV3 vertraut zu machen.

2. Einführen (10 Min.)

• Sehen Sie sich das Video an und nutzen Sie die unten stehenden Diskussionsideen, um ein Gespräch über diese Lerneinheit und diese Aufgabe anzuregen.
• Teilen Sie die Klasse in Zweierteams auf.

3. Erkunden (15 Min.)

• Lassen Sie die Teams ihren Kegelrad-Roboter bauen.
• Geben Sie ihnen etwas Zeit, um einen Testlauf durchzuführen und so sicherzustellen, dass das Modell korrekt zusammengebaut ist und wie erwartet funktioniert.

4. Erklären (10 Min.)

• Lassen Sie die Teams die Experimente durchführen und ihre Ergebnisse aufzeichnen.
• Achten Sie darauf, dass sie in der Lage sind, eigene Tabellen für die Tests zu erstellen.
• Fordern Sie die Teams dazu heraus, kleine Änderungen an der Konstruktion und dem Programm des Roboters vorzunehmen, damit er noch genauer eine Strecke von exakt 100 cm zurücklegt.

5. Vertiefen (10 Min.)

• Lassen Sie die Teams analysieren, welche Veränderungen zur niedrigsten Fehlerquote geführt haben.
• Bitten Sie jedes Team, kurz die Ergebnisse seiner Experimente zusammenzufassen.
• Denken Sie daran, ausreichend Zeit zum Aufräumen einzuplanen.

6. Beurteilen

• Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
• Zur Unterstützung können Sie hierfür die Bewertungsraster benutzen.

Keine Maschine ist perfekt. Ingenieurinnen und Ingenieure geben zwar ihr Bestes, damit sie so präzise und genau wie möglich arbeiten. Aber man kann Fehler nie vollkommen ausschließen. Auch wenn Aufbau, Eigenschaften und Funktionen einer Maschine in der Regel auf Berechnungen und Simulationen beruhen, ist immer noch ein Test mit einer realen Maschine im Labor erforderlich. Die Leistung einer Maschine kann durch wiederholtes Ausprobieren und Anpassen optimiert werden. Dabei ist es wichtig, aus Fehlern zu lernen.

Sehen Sie sich das Video an und stoßen Sie eine Diskussion über die Prozesse an, die von Ingenieurinnen und Ingenieuren angewendet werden. Stellen Sie Fragen, wie zum Beispiel:

• Wie gehen Ingenieurinnen und Ingenieure vor, wenn sie eine Maschine entwickeln?
• Welche Experimente können sie durchführen, um die Leistung einer Maschine zu messen?
• Welche Faktoren bestimmen, wie viele Fehler akzeptabel sind und ob die Leistung der Maschine gut genug ist?

Bauanleitung

• Kegelrad-Roboter

Verwenden des Modells
Platzieren Sie das Modell auf einer festen und ebenen Oberfläche. Markieren Sie dann die Ausgangsposition. Führen Sie das Programm aus und markieren Sie die Position, an der das Modell anhält. Die berechneten und die tatsächlichen Motorumdrehungen sowie die berechnete zurückgelegte Strecke (in cm) werden dann auf dem Display angezeigt.

Durchführen des Experiments
Während die Teams ihre Experimente durchführen, erinnern Sie sie an Folgendes:

• Die berechneten und die tatsächlichen Motorumdrehungen sowie die berechnete zurückgelegte Strecke (in cm) werden auf dem Display angezeigt.
• Die tatsächlich zurückgelegte Strecke muss mit dem Maßband gemessen werden
• In einer Tabelle sollen folgende Daten aufgezeichnet werden: die Nummer des Experiments, die berechnete zurückgelegte Strecke und die gemessene zurückgelegte Strecke. Es sollte ausreichend Platz für zusätzliche Tabellenzeilen und weitere Berechnungen gelassen werden.
• Das Experiment muss mindestens dreimal durchgeführt werden. Mithilfe der Durchschnittswerte sollen die Teams möglichst zuverlässige Ergebnisse sicherstellen.

Programm

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Gemeinsam mit den Teams analysieren, wie sich der Geschwindigkeitsparameter auf die Fehlerquote auswirkt

Um die Aufgabe anspruchsvoller zu gestalten, können Sie Folgendes tun:

• Die Bedeutung von Durchschnittswerten erklären (z. B. arithmetisches Mittel im Vergleich zum Mittelwert, Einfluss von Ausreißern), mit denen man Messfehler über eine Reihe von Experimenten hinweg ausgleichen kann
• Die Teams dazu ermutigen, die Konstruktion ihrer Roboter zu verbessern, um die Genauigkeit und Präzision zu optimieren

Checkliste für Beobachtungen
Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala, wie zum Beispiel:

1. Erwartungen zum Teil erfüllt
2. Erwartungen vollständig erfüllt
3. Erwartungen übertroffen

Nutzen Sie die folgenden Kriterien, um den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler zu beurteilen:

• Sie haben Aspekte der Konstruktion oder der Programmierung des Roboters bestimmt, die für Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten verantwortlich waren.
• Sie haben externe Faktoren bestimmt, die sich auf die Genauigkeit und Präzision des Roboters ausgewirkt haben.
• Sie haben den Fehler (d. h. die Abweichung vom erwarteten oder gewünschten Ergebnis) erfolgreich verringert, indem sie die Konstruktion oder die Programmierung des Roboters verändert haben.

Selbsteinschätzung:
Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Leistung anhand der folgenden Skala selbst beurteilen.

• Bronze: Ich habe Experimente durchgeführt, aber nicht bestimmt, welche Aspekte der Konstruktion oder der Programmierung des Roboters für Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten verantwortlich waren.
• Silber: Ich habe mit etwas Hilfe bestimmt, welche Aspekte der Konstruktion oder der Programmierung des Roboters für Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten verantwortlich waren.
• Gold: Ich habe bestimmt, welche Aspekte der Konstruktion oder der Programmierung des Roboters für Ungenauigkeiten oder Unregelmäßigkeiten verantwortlich waren. Außerdem habe ich Änderungen vorgenommen, um seine Genauigkeit und Präzision zu verbessern.
• Platin: Ich habe bestimmt, welche Aspekte der Konstruktion oder der Programmierung des Roboters für Ungenauigkeiten und Unregelmäßigkeiten verantwortlich waren. Außerdem habe ich Änderungen vorgenommen, um seine Genauigkeit und Präzision zu verbessern. Ich habe außerdem externe Faktoren bestimmt, die die Genauigkeit und Präzision des Roboters beeinflussen.

Um die sprachliche Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie Folgendes tun:

• Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen kurzen Ergebnisbericht zu ihren Experimenten anfertigen und durch einige Alltagsbeispiele ergänzen, bei denen Genauigkeit und Präzision besonders wichtig sind.
• Lassen Sie sie eine Präsentation ausarbeiten, in der sie die Ergebnisse ihrer Experimente vorstellen und erklären, was sie gelernt haben.

Hinweis: Die Erweiterung erfordert zusätzliche Zeit und verlängert die Aufgabe.

Schülerinnen und Schüler, die sich für diese Aufgabe begeistern, könnten sich auch für folgende Berufszweige interessieren:

• Fertigungstechnik und Maschinenbau (Planungsbüros)
• Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau und Mathematik (Naturwissenschaften und Mathematik)