MINDSTORMS EV3 Set

Hinunterrutschen

Eine Kippplattform bauen und experimentell den Reibungskoeffizienten verschiedener Gegenstände bestimmen.

45-90 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
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Unterrichtsplan

1. Vorbereiten

  • Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
  • Tragen Sie einige Informationen über Reibungsarten im Allgemeinen und die statische Reibung im Besonderen zusammen.
  • Bereiten Sie verschiedene Testobjekte mit unterschiedlicher statischer Reibung für jedes Team vor (z. B. einen LEGO® Technic Balken, einen Radiergummi und ein kleines Stück Papier).

2. Einführen (5 Min.)

  • Nutzen Sie die unten stehenden Diskussionsideen, um ein Gespräch über diese Aufgabe anzuregen.
  • Teilen Sie die Klasse in Zweierteams auf.

3. Erkunden (20 Min.)

  • Lassen Sie die Teams ihre Kippplattform 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 das Experiment für jeden Gegenstand mindestens dreimal durchführen und ihre Ergebnisse aufzeichnen.
  • Achten Sie darauf, dass sie in der Lage sind, eigene Tabellen für die Tests zu erstellen.

5. Vertiefen (10 Min.)

  • Lassen Sie die Teams die getesteten Gegenstände nach ihren strukturellen Merkmalen ordnen.
  • 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.

Eine Diskussion anregen

Reibung ist ein alltägliches Phänomen. Wenn man die Hände heftig aneinander reibt, spürt man die dabei entstehende Wärme. Reibungseffekte können für nützliche Zwecke eingesetzt werden – zum Beispiel, indem man Schuhsohlen so gestaltet, dass man auf glatten Oberflächen nicht ausrutscht. Bei Schlittschuhen versucht man dagegen, die Reibung so gering wie möglich zu halten, damit sie besser gleiten. Die Reibflächen von Zündholzschachteln sind so gestaltet, dass ein Zündholz beim Reiben so viel Wärme entwickelt, dass Feuer entsteht.

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Regen Sie eine Diskussion über Reibung an, indem Sie Fragen stellen, wie zum Beispiel:

  • Was bedeutet Reibung?
  • Fallen euch technische Geräte ein, die Reibung für einen nützlichen Zweck einsetzen?
  • In welchen Situationen ist Reibung wünschenswert? Wann ist sie nicht erwünscht?
  • Wie kann man Reibung verringern?

Bautipps

Bauanleitung

Verwenden des Gyrosensors
Beim Anschließen des Sensors an den EV3 Stein und beim Hochfahren des EV3 Steins darf der Gyrosensor nicht bewegt werden. Falls sich die vom Gyrosensor gemessenen Winkelwerte ändern, obwohl sich die Rampe nicht bewegt hat, muss der Sensoranschluss noch einmal getrennt und wieder eingesteckt werden.

Verwenden des Modells
Platzieren Sie das Modell auf einer festen und ebenen Oberfläche. Falls die Oberfläche nicht vollkommen eben ist, werden die Winkel und der darauf basierende Reibungskoeffizient verfälscht. Führen Sie das Programm aus und warten Sie, bis der Berührungssensor auf dem Display angezeigt wird. Dadurch wird die Rampe auf die ursprüngliche Position zurückgesetzt, sodass das Programm die Winkel und den Reibungskoeffizienten korrekt bestimmen kann. Platzieren Sie den zu untersuchenden Gegenstand mittig am Ende der Rampe. Drücken Sie auf den Berührungssensor am Anschluss 1, um den Testlauf zu starten. Daraufhin beginnt die Rampe, sich langsam anzuheben. Drücken Sie erneut auf den Berührungssensor, sobald der Gegenstand anfängt, hinunterzurutschen. Dadurch wird der Testlauf beendet. Der Winkel und der dazugehörige Reibungskoeffizient werden auf dem Display angezeigt.

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

  • Der Winkel der Rampe und der Reibungskoeffizient werden auf dem Display angezeigt.
  • Es sollen folgende Daten in einer Tabelle aufgezeichnet werden: Nummer des Experiments, Winkel und Reibungskoeffizient. Es sollte ausreichend Platz für weitere Beobachtungen gelassen werden.
  • Das Experiment muss für jedes Testobjekt mindestens dreimal durchgeführt werden. Mithilfe der Durchschnittswerte sollen die Teams möglichst zuverlässige Ergebnisse sicherstellen.

Programmiertipps

Programm

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Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern die Testobjekte nach ihren strukturellen Merkmalen ordnen

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

  • Kraftdiagramme, normale Kräfte und die Verwendung von trigonometrischen Funktionen erkunden, um Phänomene auf geneigten Flächen zu untersuchen
  • Die Teams Möglichkeiten finden lassen, wie sie die Genauigkeit ihrer Experimente verbessern könnten

Leistungsbewertung

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 die strukturellen Merkmale der Testobjekte genutzt, um ihre Beobachtungen einzuordnen.
  • Sie haben bestimmt, ob und wie die strukturellen Merkmale (z. B. Form, Zusammensetzung, Oberflächeneigenschaften) die Funktionsweise ihres experimentellen Modells beeinflusst hat.
  • Sie haben die in den Experimenten verwendete Ausrüstung und Vorgehensweise beurteilt und jeweils Stärken und Schwächen genannt.

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

  • Bronze: Ich habe die Experimente durchgeführt, aber die strukturellen Merkmale der Testobjekte nicht genutzt, um meine Beobachtungen einzuordnen
  • Silber: Ich habe mit etwas Hilfe die strukturellen Merkmale der Testobjekte genutzt, um meine Beobachtungen einzuordnen.
  • Gold: Ich habe drei oder vier strukturelle Merkmale der Testobjekte genutzt, um meine Beobachtungen einzuordnen.
  • Platin: Ich habe drei oder vier strukturelle Merkmale der Testobjekte genutzt, um meine Beobachtungen einzuordnen. Außerdem habe ich eine Hypothese über die getesteten Gegenstände formuliert, um meine Beobachtungen zu erklären.
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Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen kurzen Ergebnisbericht zu ihren Experimenten anfertigen und erklären, wie man sie in echten Anwendungen nutzen könnte.
  • 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.

In welchen Berufen sind diese Fähigkeiten gefragt?

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

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

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler lernen,

  • dass Reibung zwischen verschiedenen Gegenständen entsteht,
  • und ordnen Gegenstände nach ihren strukturellen Merkmalen.

LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Set
EV3 Classroom App
Mehrere Testobjekte mit unterschiedlicher statischer Reibung

NATURWISSENSCHAFTEN UND TECHNIK
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften und Technik

  • Vorgehensweisen planen, beschreiben und erläutern
  • Messwerte erfassen
  • Ergebnisse protokollieren
  • Systeme und Prozesse
  • Fachsprache benutzen

Informationsaufnahme und ‑verarbeitung

  • Gewinnung und Analyse von Daten

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung und Forschen
  • Kommunikation und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung

MATHEMATIK
Raum und Form

  • Satz des Pythagoras

Daten und Zufall

  • Datenerhebung planen und durchführen
  • Daten auswerten, vergleichen und bewerten

PHYSIK
Mechanik

  • Wirkung von Kräften
  • Reibungskräfte

Materialien für Schülerinnen und Schüler

Schülerarbeitsblatt

Das Schülerarbeitsblatt kann als HTML-Seite oder druckbare PDF-Datei heruntergeladen, angezeigt oder weitergeleitet werden.

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