MINDSTORMS EV3 Set

Farben und Linien

Mit dem Farbsensor Linien erkennen und ihnen folgen

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 darüber zusammen, wie der Farbsensor funktioniert und wie die Betriebsarten „Farbmodus“ und „Stärke des reflektierten Lichts“ verwendet werden könnten.
  • Sie benötigen schwarzes Klebeband, um eine breite schwarze Linie vorzubereiten.
  • Für diese Aufgabe müssen die Teams bereits das Fahrgestell gebaut haben. Dies dauert etwa 30 Minuten.

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 den nach unten gerichteten Farbsensor für das Fahrgestell bauen.
  • Geben Sie ihnen etwas Zeit, um mit den vorbereiteten Programmierstapeln zu untersuchen, wie man mit dem Farbsensor eine Linie erkennen und ihr folgen kann.

4. Erklären (10 Min.)

  • Lassen Sie die Teams mit den Programmierstapeln den Farbsensor kalibrieren. Anschließend sollen sie das Programm ausprobieren und beobachten, was passiert.
  • Sprechen Sie mit Ihrer Klasse darüber, warum es wichtig ist, den Farbsensor zu kalibrieren.

5. Vertiefen (10 Min.)

  • Fordern Sie die Teams dazu heraus, ein noch besseres Programm zu schreiben, das einer Linie folgen kann.
  • 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

Es ist nicht besonders effizient, wenn man jede Bewegung eines Roboters einzeln programmieren muss. Daher nutzen Roboter verschiedene Sensorsysteme, um sich in ihrer Umgebung zurechtzufinden. Eine ebenso schlichte wie effektive Möglichkeit besteht zum Beispiel darin, farbige Linien auf dem Fußboden anzubringen, die der Roboter mit einem Sensor erfassen kann.

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Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion über Roboter anzuregen, die Farben erkennen können:

  • Kennt ihr Roboter, die Farben erkennen?
  • Welche Vorteile und Grenzen gibt es bei der Verwendung von farbigen Linien zur Navigation?
  • Was bedeutet Stärke des reflektierten Lichts und wie funktioniert ein Farbsensor?

Bautipps

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Bauanleitung

Das Fahrgestell sollte nach Abschluss der Aufgabe nicht auseinandergebaut werden.

Vorbereiten der Strecke
Geben Sie Ihren Schülerinnen und Schülern schwarzes Klebeband, mit dem sie eine breite Linie vorbereiten können. Der Roboter soll später diese Linie erfassen und ihr folgen. Lassen Sie sie verschiedene Linien ausprobieren. Aber geben Sie ihnen den Tipp, dass es Robotern schwerfällt, spitzen Winkeln zu folgen.

Verwenden des Farbsensors
Der Farbsensor verfügt über zwei verschiedene Betriebsarten, um diese Aufgabe zu lösen (d. h. Farbmodus und Stärke des reflektierten Lichts).

Der Farbsensormodus „Stärke des reflektierten Lichts“ ermöglicht höchste Präzision. Damit das Fahrgestell einer Linie folgt, muss der Sensor zwei Farben oder zwei verschiedene Stärken des reflektierten Lichts erfassen. Nehmen Sie sich ausreichend Zeit, um gemeinsam mit der Klasse zu erforschen, wie der Sensor Werte liefert.

Programmiertipps

Hauptprogramm

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Beispiellösung

EV3 Classroom-Programs 1-4-solution de-de

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Die Farbsensor-Betriebsart „Stärke des reflektierten Lichts“ genauer erklären
  • Die Linie vereinfachen, der das Fahrgestell folgen soll

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

  • Die Teams ihre Programme so verändern lassen, dass das Fahrgestell Linien mit unterschiedlichen Breiten, Farben und Formen folgt
  • Ein Programm namens proportionaler Linienfolger vorstellen (siehe die Programmiertipps oben) und die Teams entschlüsseln lassen, wie das Programm funktioniert

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 können ihr Fahrgestell so programmieren, dass es mithilfe des Farbsensors auf Linien reagiert.
  • Sie können den Farbsensor kalibrieren und die Bedeutung der Kalibrierung erklären.
  • Sie können ihr Linienfolger-Programm optimieren, sodass das Ergebnis genauer ist.

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

  • Bronze: Ich habe das Fahrgestell so programmiert, dass es an einer Linie anhält.
  • Silber: Ich habe das Fahrgestell so programmiert, dass es einer Linie folgt.
  • Gold: Ich habe das Fahrgestell so programmiert, dass es einer Linie folgt, und den Farbsensor kalibriert, um die unterschiedlichen Lichtverhältnisse zu berücksichtigen.
  • Platin: Ich habe das Fahrgestell so programmiert, dass es einer Linie folgt, und den Farbsensor kalibriert, um die unterschiedlichen Lichtverhältnisse zu berücksichtigen. Außerdem habe ich das Fahrgestell optimiert, sodass es sich schneller und effektiver bewegt.
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Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Lassen Sie die Teams ein einfaches Programm namens proportionaler Linienfolger erstellen (siehe die Programmiertipps oben). Anschließend sollen sie eine Präsentation ausarbeiten, um die Leistung dieses Programms mit derjenigen ihrer vorherigen Programme zum Folgen einer Linie zu vergleichen.

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 (IT-Anwendungen)
  • Fertigungstechnik und Maschinenbau (Maschinentechnik)
  • Fertigungstechnik und Maschinenbau (Planungsbüros)

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihr Fahrgestell so programmieren, dass es an einer schwarzen Linie anhält
  • und dass es einer schwarzen Linie folgt.

INFORMATIK
Algorithmen

  • Grundlagenverständnis Algorithmen
  • Algorithmen als Verknüpfung von Anweisungen und Kontrollstrukturen
  • Algorithmen verändern oder entwerfen

NATURWISSENSCHAFTEN UND TECHNIK
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften und Technik

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

Stoffe und Produkte

  • Produktentwicklung
  • Herstellung eines Produkts
  • Herstellungsprozesse bewerten und beschreiben
  • Produktoptimierung

Informationsaufnahme und ‑verarbeitung

  • Informationsaufnahme durch Sensoren
  • Gewinnung von Daten
  • Robotik
  • Prinzip der Steuerung

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung
  • Kommunikation
  • Bewertung
  • Herstellung

MATHEMATIK
Messen

  • Zahlenstrahl

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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