MINDSTORMS EV3 Set

Hinauffahren

Einen Roboter konstruieren, bauen und programmieren, der eine möglichst steile Rampe hinauffahren kann.

90-120 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
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Unterrichtsplan

1. Vorbereiten

  • Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
  • Sie benötigen ein langes Brett oder eine Hartschaumplatte für die Rampe sowie Bücher, Bausteine oder andere Gegenstände, um die Steigung der Rampe anzupassen.
  • Benutzen Sie einen Winkelmesser, um die Steigung in Grad zu messen, oder ein Maßband, um den Höhen- und den Horizontalunterschied zu messen und anhand des Quotienten die Steigung zu ermitteln.
  • Um einen fairen Wettbewerb zu garantieren, sollten Sie sicherstellen, dass in jedem EV3 Stein ein voll aufgeladener EV3 Akku oder neue Batterien eingelegt sind.
  • Falls Sie keine Doppelstunde haben, planen Sie mehrere Einzelstunden für diese Aufgabe ein.

Teil A

2. Einführen (10 Min.)

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

3. Erkunden (35 Min.)

  • Lassen Sie die Teams Ideen zusammentragen, wie man einen Roboter konstruieren könnte, der eine steile Rampe hinauffahren kann.
  • Ermutigen Sie sie dazu, mehrere Prototypen zu entwickeln und beim Bauen und Programmieren unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten auszuprobieren.

Teil B

4. Erklären (10 Min.)

  • Die Teams sollen mindestens dreimal versuchen, die Rampe hinaufzufahren. Lassen Sie sie ihre Ergebnisse aufzeichnen.
  • Achten Sie darauf, dass sie in der Lage sind, eigene Tabellen für die Tests zu erstellen.

5. Vertiefen (35 Min.)

  • Lassen Sie sie weiter an ihrem Roboter arbeiten, bis sie die Aufgabe erfolgreich abschließen können.
  • Denken Sie daran, ausreichend Zeit zum Aufräumen einzuplanen.

6. Beurteilen

  • Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
  • Beurteilen Sie die Kreativität ihrer Lösung und die Zusammenarbeit in den Teams.
  • Zur Unterstützung können Sie hierfür auch die Bewertungsraster benutzen.

Eine Diskussion anregen

Die Formula Offroad ist ein Autorennen mit einer sehr schwierigen Rennstrecke, die auch steile Hügel umfasst. Einen steilen Hügel hinaufzufahren, mag einfach klingen. Aber um ein Fahrzeug zu bauen, das es tatsächlich bis ganz nach oben schafft, muss man sehr viel über das Drehmoment, das Getriebe und Reibung wissen. Dieser Rennsport wurde in Island erfunden, um Spenden für Rettungsmannschaften zu sammeln und auf ihre Arbeit aufmerksam zu machen. Denn in Island müssen sich diese Teams ihren Weg durch schwieriges Terrain bahnen, um Leben zu retten.

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Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion über das Fahren auf steilen Strecken anzuregen:

  • Wie würdet ihr eine steile Strecke definieren?
  • Fallen euch Situationen ein, in denen es nützlich ist, wenn man eine steile Strecke hinauffahren kann?

Projektziel
Einen Roboter konstruieren, bauen und programmieren, der eine möglichst steile Rampe hinauffahren kann.

Hier ist ein Lösungsbeispiel, das alle Kriterien des Projektziels erfüllt:

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Bautipps

Offene Aufgabe
Bei diesem Projekt können die Teams eigene Lösungen frei entwickeln. Helfen Sie den Teams mit diesen Fragen, Ideen zusammenzutragen, um die Projektziele zu erfüllen:

  • Wie kann man die Motorleistung mithilfe von Zahnrädern erhöhen?
  • Was müsst ihr beim Konstruieren eures Roboters beachten, damit er eine Steigung überwinden kann?

Vorbereiten der verstellbaren Rampe
Verwenden Sie zum Bauen der verstellbaren Rampe ein Brett oder eine Hartschaumplatte mit einer Länge von etwa einem Meter. Passen Sie die Steigung mithilfe von Büchern, Bausteinen oder anderen Gegenständen an.

Durchführen des Testversuchs
Während die Teams ihre Testversuche durchführen, erinnern Sie sie an Folgendes:

  • Es sollen folgende Daten in einer Tabelle aufgezeichnet werden: Nummer des Testversuchs, Steigungswinkel, Übersetzungsverhältnis und Motorleistung. Es sollte ausreichend Platz für weitere Beobachtungen gelassen werden.
  • Der Roboter soll mindestens drei Testversuche mit unterschiedlichen Steigungswinkeln absolvieren.
  • Nach jeder Anpassung muss ein Test durchgeführt werden, um die Auswirkungen der Änderungen zu bestimmen.
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Lösungsbeispiel
Dieses Lösungsbeispiel erfüllt alle Kriterien des Projektziels:

Programmiertipps

Beispielprogramm

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Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern herausfinden, wie man die mechanischen Merkmale des Motors durch Herunterschalten ausnutzen kann
  • Die Schülerinnen und Schüler einander helfen und gemeinsam lernen lassen

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

  • Die Teams die Rampe um die Wette hinauffahren lassen
  • Eine Rampe aus einem robusten Brett mit einer etwas rutschigen Oberfläche bauen

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 einen Roboter entwickelt, der die Projektziele erfüllt.
  • Sie haben verstanden, wie man mit dem Getriebe das Drehmoment des Roboters erhöht.
  • Sie haben kreative Lösungen gefunden und mehrere Lösungsmöglichkeiten in Betracht gezogen.

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

  • Bronze: Ich habe einen Roboter entwickelt, der auf einer ebenen Fläche fahren kann.
  • Silber: Ich habe einen Roboter entwickelt, der eine Rampe mit einer Steigung von 15 Grad hinauffahren kann.
  • Gold: Ich habe einen Roboter entwickelt, der eine Rampe mit einer Steigung von 30 Grad hinauffahren kann.
  • Platin: Ich habe einen Roboter entwickelt, der eine Rampe mit einer Steigung von 45 Grad hinauffahren kann.
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Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Lassen Sie die Teams eine Präsentation oder ein Video erstellen und darin die Merkmale und die Leistung des Roboters vorstellen.
  • Lassen Sie die Teams eine Präsentation ausarbeiten, in der sie einige der Merkmale ihres Programms erklären.

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:

  • Informationstechnik (Computer-Programmierung)
  • Fertigungstechnik und Maschinenbau (Planungsbüros)
  • Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau und Mathematik (Maschinenbau und Technik)

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • einen eigenen Roboter bauen und programmieren, der eine möglichst steile Rampe hinauffahren kann,
  • und lernen, dass man die Geschwindigkeit und Kraft einer Maschine durch mechanische und elektrische Energie verändern kann

LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Set
EV3 Classroom App
Ein langes Brett (oder eine Hartschaumplatte) für die Rampen
Bausteine, Bücher oder andere Gegenstände zum Anpassen der Steigung
Winkelmesser oder Maßband

INFORMATIK
Algorithmen

  • Logische Verknüpfungen
  • Ausbau von grundlegenden Algorithmen zu Programmen
  • Zusammenführung von Algorithmen und Datenspeicherung
  • Vermeidung von redundantem Code
  • Anforderungen an Programme beschreiben
  • Durchführung eines angeleiteten Softwareprojekts

NATURWISSENSCHAFTEN UND TECHNIK
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften und Technik

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

Informationsaufnahme und ‑verarbeitung

  • Gewinnung von Daten
  • Robotik

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung und Forschen
  • Kommunikation und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung
  • Diskussion und Austausch
  • Gemeinsam an einem Ziel arbeiten

MATHEMATIK
Raum und Form

  • Satz des Pythagoras

Daten und Zufall

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

PHYSIK
Mechanik

  • Wirkung von Kräften
  • Bewegungen beschreiben und klassifizieren

Energie

  • Energieübertragung
  • Energie, Leistung und Wirkungsgrad

Materialien für Schülerinnen und Schüler

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