LEGO® MINDSTORMS EV3 Set

Winkel und Muster

Mit dem Gyrosensor Drehungen um präzise Winkel ausführen und mit eigenen Blöcken Programme organisieren.

45-90 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihr Fahrgestell so programmieren, dass es bei bestimmten Winkeln anhält,
  • und mithilfe von eigenen Blöcken ihre Programme organisieren.
Diese Aufgabe ist mit folgenden Betriebssystemen kompatibel:
device_logo

INFORMATIK
Algorithmen

  • Grundlagenverständnis Algorithmen
  • Algorithmen als Verknüpfung von Anweisungen und Kontrollstrukturen
  • Logische Verknüpfungen
  • Ausbau von Algorithmen zu Programmen
  • Zusammenführung von Algorithmen und Datenspeicherung
  • Vermeidung von redundantem Code
  • Auslagerung in Unterprogramme

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
  • Robotik
  • Prinzip der Steuerung
  • Gewinnung von Daten

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung
  • Kommunikation und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung
  • Herstellung

MATHEMATIK
Raum und Form

  • Winkelbestimmung
  • Konstruktion und Eindeutigkeit von Dreiecken
  • Geometrische Zeichnungen

Lesson Plan

Unterrichtsplan

1. Vorbereiten

  • Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
  • Tragen Sie einige Informationen über die Funktionsweise des Gyrosensors zusammen.
  • Die Schülerinnen und Schüler sollten die anderen Aufgaben in dieser Lerneinheit bereits abgeschlossen haben, bevor sie sich an diese Herausforderung wagen.
  • 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 Gyrosensor für das Fahrgestell bauen.
  • Geben Sie ihnen etwas Zeit, um mit den vorbereiteten Programmierstapeln zu untersuchen, wie man mit dem Gyrosensor Änderungen der Ausrichtung erfassen und mit eigenen Blöcken Programme organisieren kann.

4. Erklären (5 Min.)

  • Sprechen Sie mit Ihrer Klasse darüber, wie man mit eigenen Blöcken Programme organisieren und Teile davon wiederverwenden kann.

5. Vertiefen (15 Min.)

  • Geben Sie den Teams die Aufgabe, mit dem Gyrosensor und eigenen Blöcken ihr Fahrgestell so zu programmieren, dass es dreimal in einem Viereck und dann in einem Dreieck fährt.
  • 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

Gyrosensoren messen Änderungen in der Rotation, um die Ausrichtung zu bestimmen. Fahrende Roboter können solche Sensoren nutzen, um sich zurechtzufinden, präzise Wendungen auszuführen und ihre Position zu verfolgen.

Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion darüber anzuregen, wie die Teams den Gyrosensor in ihren Robotern verwenden können:

  • In welchen Situationen ist es hilfreich, die Ausrichtung erfassen zu können, damit sich der Roboter orientieren kann?
  • Kennt ihr Geräte, in denen Gyrosensoren verwendet werden?
  • Wie funktioniert ein Gyrosensor?

Bautipps

Bauanleitung

Das Fahrgestell sollte nach Abschluss der Aufgabe nicht auseinandergebaut werden.

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 das Fahrgestell stillsteht, muss der Sensoranschluss noch einmal getrennt und wieder eingesteckt werden.

Programmiertipps

Hauptprogramm

Beispiellösung

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Ausführlicher erklären, wie der Gyrosensor verwendet wird
  • Erklären, wie man eigene Blöcke erstellt und verwendet

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

  • Die Teams ein Programm erstellen lassen, mit dem das Fahrgestell eine Z-förmige Strecke fährt
  • Ein Labyrinth bauen und die Teams ein Programm schreiben lassen, mit dem der Roboter den Weg durch das Labyrinth findet

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 mit den Winkel-Messwerten des Gyrosensors Strecken mit bestimmten Mustern fährt.
  • Sie können aus eigenen Blöcken ein Programm schreiben.
  • Sie verstehen, wie eigene Blöcke zum Organisieren und Vereinfachen ihrer Programme verwendet werden können.

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

  • Bronze: Ich habe das Fahrgestell auf Grundlage der Winkel-Messwerte des Gyrosensors eine 45-Grad-Kurve fahren lassen.
  • Silber: Ich habe einen eigenen Block verwendet, um das Fahrgestell auf Grundlage der Winkel-Messwerte des Gyrosensors in einem Dreieck fahren zu lassen.
  • Gold: Ich habe einen eigenen Block erstellt, um das Fahrgestell auf Grundlage der Winkel-Messwerte des Gyrosensors in einem Viereck fahren zu lassen.
  • Platin: Ich habe einen eigenen Block erstellt und verwendet, um mein Programm zu organisieren, mit dem das Fahrgestell auf Grundlage der Winkel-Messwerte des Gyrosensors wiederholt in einem Viereck fährt.

Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler eine Präsentation darüber vorbereiten und halten, wie sie ihr erweitertes Fahrgestell programmiert und eigene Blöcke verwendet haben, um das Programm und dessen Verwendung zu vereinfachen.

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)
  • Informationstechnik (Spiele-Programmierung)
  • Informationstechnik (IT-Anwendungen)
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihr Fahrgestell so programmieren, dass es bei bestimmten Winkeln anhält,
  • und mithilfe von eigenen Blöcken ihre Programme organisieren.
Diese Aufgabe ist mit folgenden Betriebssystemen kompatibel:
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INFORMATIK
Algorithmen

  • Grundlagenverständnis Algorithmen
  • Algorithmen als Verknüpfung von Anweisungen und Kontrollstrukturen
  • Logische Verknüpfungen
  • Ausbau von Algorithmen zu Programmen
  • Zusammenführung von Algorithmen und Datenspeicherung
  • Vermeidung von redundantem Code
  • Auslagerung in Unterprogramme

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
  • Robotik
  • Prinzip der Steuerung
  • Gewinnung von Daten

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Erkenntnisgewinnung
  • Kommunikation und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung
  • Herstellung

MATHEMATIK
Raum und Form

  • Winkelbestimmung
  • Konstruktion und Eindeutigkeit von Dreiecken
  • Geometrische Zeichnungen