LEGO® MINDSTORMS EV3 Set

Der Fabrikroboter

Erweiterungen entwickeln und diese am Fahrgestell montieren sowie das Fahrgestell so programmieren, dass es zwei Aufgaben erledigt.

90-120 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihre Fähigkeiten auf einer Mission unter Beweis stellen.

LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Set
EV3 Classroom App
Schwarzes Klebeband
Stifte zum Markieren
Ein großer Gegenstand Winkelmesser (optional)

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
  • 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

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 und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung
  • Herstellung eines Produktes
  • Gemeinsam an einem Ziel arbeiten

Der Fabrikroboter

Unterrichtsplan

1. Vorbereiten

  • Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
  • Tragen Sie einige Informationen darüber zusammen, welche Aufgaben fahrende Roboter in Fabriken und Lagerhäusern erledigen.
  • Um einen Weg durch die Fabrik zu simulieren, benötigen Sie schwarzes Klebeband, Stifte zum Markieren, ein Maßband sowie einen großen Gegenstand.
  • 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.
  • 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.
  • Teilen Sie die Klasse in Zweierteams auf.

3. Erkunden (35 Min.)

  • Lassen Sie die Teams Ideen zusammentragen, wie man das Fahrgestell erweitern könnte, sodass es den Quader greift und in der Mitte des Zielkreises (d. h. in der „Abladezone“) ablegt.
  • Ermutigen Sie sie dazu, mehrere Prototypen zu entwickeln und beim Bauen und Programmieren unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten auszuprobieren.
  • Geben Sie ihnen Zeit, um ihre Lösungen zu bauen und zu testen.

Teil B

4. Erklären (10 Min.)

  • Sprechen Sie mit Ihrer Klasse über die wichtigsten Funktionen des Roboters, die beim Folgen einer Linie und Anhalten vor großen Gegenständen eine Rolle spielen.

5. Vertiefen (35 Min.)

  • Lassen Sie die Teams Ideen zusammentragen, wie man das Fahrgestell erweitern könnte, sodass es einer Linie folgt und so nah wie möglich vor einem großen Gegenstand anhält.
  • 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

Eine der Aufgaben, die selbstfahrende Roboter in der LEGO® Fabrik erledigen, ist das Transportieren von Kartons zwischen verschiedenen Arbeitsplätzen. Diese Roboter sind so autonom, dass sie sogar selbstständig zur Ladestation fahren, wenn ihre Akkus leer sind! Sie arbeiten effizient und vermeiden Zusammenstöße mit Wänden, Menschen oder anderen Robotern.

Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion darüber anzuregen, wie das Fahrgestell ähnliche Aufgaben wie der Roboter in der LEGO Fabrik ausführen könnte:

  • Könnte man das Fahrgestell nutzen, um ähnliche Aufgaben zu erledigen wie jene, die der Roboter in der LEGO Fabrik ausführt?
  • Welche Erweiterungen aus den vorherigen Aufgaben könnten für diese Arbeiten hilfreich sein?

Projektziel
Erweiterungen entwickeln und diese am Fahrgestell montieren sowie das Fahrgestell so programmieren, dass es:

  • den Quader greift und ihn so genau wie möglich in der Mitte des Zielkreises ablegt
  • sowie eine Linie erkennt, ihr folgt und schließlich so nah wie möglich vor einem großen Gegenstand anhält, ohne ihn zu berühren.

Bautipps

Offene Aufgabe
Bei diesem Projekt können die Teams eigene Lösungen frei entwickeln. Helfen Sie den Teams mit diesen Fragen dabei, Lösungsideen für die Aufgabe zu sammeln:

  • Wie könnte der Roboter den Weg zur Mitte der Abladezone finden?
  • Wie könnte der Roboter möglichst kurz vor einem großen Gegenstand aufhören, der Linie zu folgen?

Vorbereiten der Strecke durch die Fabrik
Um den unten dargestellten Weg vorzubereiten, benötigen die Teams Klebeband, Stifte, ein Maßband, den Quader und einen großen Gegenstand am Ende der schwarzen Linie. Die Maßangaben sind nur Vorschläge und müssen nicht streng eingehalten werden. Allerdings basieren das Lösungsbeispiel und das Beispielprogramm auf diesen Maßangaben.

Lösungsbeispiel
Bei diesem Lösungsbeispiel werden die folgenden Erweiterungen miteinander kombiniert:

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

Beispielprogramm

Wichtig
Dieses Programm gilt speziell für das Modell aus dem oben beschriebenen Lösungsbeispiel. Aufgrund von Abweichungen in Bezug auf die Reibung, den Akkuladezustand, die Lichtverhältnisse und den Zustand der LEGO® Komponenten sind wahrscheinlich Anpassungen am Programm nötig. Bevor Sie das Programm verändern, probieren Sie jedoch zunächst, die Ausgangsposition des Roboters etwas anzupassen.

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern herausfinden, wie der Roboter anhält, sobald er den großen Gegenstand erkannt hat
  • Vorschlagen, dass die Teams sich die vorherigen Aufgaben dieser Lerneinheit noch einmal ansehen
  • Die Teams ohne Linie zum Gegenstand fahren lassen
  • Die Schülerinnen und Schüler einander helfen und gemeinsam lernen lassen

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

  • Die Teams genau 84 cm vorwärts fahren lassen, nachdem der Roboter den Quader aufgehoben hat, und sie dann mit dem Gyrosensor den Roboter auf den Zielkreis ausrichten lassen
  • Klebeband verwenden, das eine andere Farbe hat, als das in der Aufgabe Farben und Linien verwendete Klebeband

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 kreative Lösungen gefunden und mehrere Lösungswege in Betracht gezogen.
  • Sie haben als Team zusammengearbeitet, um die Aufgabe zu lösen.

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

  • Bronze: Ich habe unter schwierigen Umständen mein Bestes gegeben.
  • Silber: Ein paar Sachen sind schiefgegangen, aber ich habe trotzdem eine der Aufgaben erledigt.
  • Gold: Ich habe beide Aufgaben hervorragend abgeschlossen.
  • Platin: Ich habe nicht nur beide Aufgaben abgeschlossen, sondern auch eigene originelle und effektive Funktionen oder Merkmale hinzugefügt.

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

  • ihre Fähigkeiten auf einer Mission unter Beweis stellen.

LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Set
EV3 Classroom App
Schwarzes Klebeband
Stifte zum Markieren
Ein großer Gegenstand Winkelmesser (optional)

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
  • 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

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 und Organisation
  • Entwicklung und Bewertung
  • Herstellung eines Produktes
  • Gemeinsam an einem Ziel arbeiten

Die maximale Anzahl an Produkte beträgt 99 Stück wurde erreicht.

Bei Anfragen von 99 Produkten oder mehr wenden Sie sich bitte an unseren Kundendienst.

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