MINDSTORMS EV3 Set

Gesteinsproben sammeln

Einen Roboter konstruieren, bauen und programmieren, der den Weg zu den Gesteinsproben findet, sie einsammelt und zur Basis zurückbringt.

90-120 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 Marsgestein zusammen und darüber, was Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei deren Erforschung herausgefunden haben.
  • Falls Sie es für nötig erachten, planen Sie einige Unterrichtsstunden ein, um die Lerneinheit Roboter-Trainer in der App zu bearbeiten. Dies wird Ihren Schülerinnen und Schülern dabei helfen, sich mit LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 vertraut zu machen.
  • Für diese Aufgabe müssen die Teams die acht Modelle für die Weltraum-Expedition bauen und die Projektmatte vorbereiten.
  • 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 Ziel, die Regeln und die Abzeichen für diese Mission.
  • Teilen Sie die Klasse in Teams auf.

3. Erkunden (25 Min.)

  • Lassen Sie die Teams Ideen zusammentragen, wie man diese Mission erfolgreich abschließen könnte.
  • Ermutigen Sie sie dazu, mehrere Prototypen zu entwickeln und beim Bauen und Programmieren unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten auszuprobieren.
  • Geben Sie ihnen Zeit, um ihre Lösungen eigenständig zu bauen und zu testen.

4. Erklären (10 Min.)

  • Regen Sie eine Diskussion über die wichtigsten Funktionen an, die der Roboter braucht, um den Weg zu den Gesteinsproben zu finden und sie zur Basis zurückzubringen.

Teil B

5. Vertiefen (45 Min.)

  • Geben Sie den Teams Zeit zum Üben: Sie sollen den Roboter antreten lassen und ihn dann auf die Mission schicken, die Gesteinsproben zurückzubringen.
  • Lassen Sie sie weiter an ihren Robotern arbeiten, bis sie bereit für das Urteil des Schiedsrichters sind.
  • Denken Sie daran, ausreichend Zeit zum Aufräumen einzuplanen.

6. Beurteilen

  • Verleihen Sie Abzeichen, je nachdem, wie gut jedes Team die Mission erfüllt hat.
  • Beurteilen Sie die Kreativität der Lösungen und die Zusammenarbeit in den Teams.
  • Zur Unterstützung können Sie hierfür die Bewertungsraster benutzen.

Eine Diskussion anregen

Die Zusammensetzung von Marsgestein zu untersuchen, kann Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dabei helfen, die Gesteine und die Entwicklung der Marsoberfläche zu verstehen. Besonders interessant sind dabei organische Moleküle, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Denn diese Elemente stehen mit biologischen Prozessen im Zusammenhang und könnten auf Leben hindeuten.

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Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion darüber anzuregen, was wir durch das Erforschen des Marsgesteins lernen können:

  • Was ist Marsgestein?
  • Was könnten wir durch seine Erforschung lernen?

Ziel der Mission
Der Roboter soll die Gesteinsproben einsammeln und alle drei zur Basis zurückbringen.

Hier ist ein Lösungsbeispiel, wie die Mission erfolgreich abgeschlossen werden kann:

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Regeln der Mission
Es gibt fünf Regeln, die für alle Missionen der Weltraum-Expedition gelten. Stellen Sie sicher, dass alle Schülerinnen und Schüler diese Regeln kennen, bevor sie beginnen:

  • Der Roboter muss bei jeder Mission von der Basis starten.
  • Der Roboter muss zuerst die Basis verlassen und darf erst dann mit der Mission beginnen.
  • Der Roboter ist erfolgreich zur Station zurückgekehrt, wenn irgendein Bestandteil des Roboters die Linie der Basis an einer beliebigen Stelle überquert hat.
  • Während sich der Roboter außerhalb der Basis befindet, darf er nicht berührt werden.
  • Falls ihr euren Roboter berührt, während er sich außerhalb der Basis befindet und er dabei einen Gegenstand festhält, muss dieser Gegenstand an seine ursprüngliche Position zurückgelegt werden. In diesem Fall müsst ihr die Mission von vorn beginnen.

Abzeichen für die Mission
Es gibt vier verschiedene Abzeichen. Erklären Sie, dass jedes Team ein Abzeichen erhält und dass die Art des Abzeichens davon abhängt, wie gut sie die jeweilige Mission erfüllt haben. Im Abschnitt Leistungsbewertung unten finden Sie eine Beschreibung der Abzeichen für diese Mission.

Bautipps

Offene Aufgabe
Bei diesem Projekt können die Teams eigene Lösungen frei entwickeln. Helfen Sie den Teams mit diesen Fragen, Lösungsideen für diese Mission zusammenzutragen:

  • Wie könnte der Roboter den Weg zu den drei Gesteinsproben finden?
  • Welche Art von motorisiertem Mechanismus könnte man verwenden, um die Gesteinsproben vorsichtig und sicher einzusammeln?
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Lösungsbeispiel für die Mission
Das Lösungsbeispiel für die Mission besteht aus den folgenden Erweiterungen:

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Ausführen der Mission
Legen Sie die Gesteinsproben an die dafür vorgesehenen Stellen. Platzieren Sie das Modell aus dem Lösungsbeispiel an Ausgangsposition „2“ auf der Projektmatte und führen Sie die Mission aus. Achten Sie darauf, dass das Sammelmodul wie im Video gezeigt platziert ist.

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Problemsuche und -behebung
Schlagen Sie den Teams vor, ein Modul zu bauen, das groß genug ist, um alle drei Gesteinsproben auf einmal einzusammeln.

Programmiertipps

Beispielprogramm

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Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern herausfinden, wie der Roboter einem sorgfältig geplanten Weg folgt, um die Gesteinsproben einzusammeln
  • Die Teams die Aufgabe Greifen und Loslassen in der Lerneinheit Roboter-Trainer vor dieser Mission bearbeiten lassen
  • Die Schülerinnen und Schüler einander helfen und gemeinsam lernen lassen

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

  • Die Position der beiden Gesteinsproben zufällig wechseln und die Teams ein Programm schreiben lassen, mit dem der Roboter nur die rot markierten Steine zurückbringt
  • Die Zeit zum Abschließen dieser Mission begrenzen
  • Die Konstruktionsmöglichkeiten einschränken (z. B. Anzahl an verfügbaren LEGO® Elementen begrenzen oder jedem LEGO Elementtyp einen Preis zuordnen und die maximalen „Kosten“ für den Roboter vorgeben)

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 Ziele der Mission erfüllt.
  • Sie haben kreative Lösungen gefunden und mehrere Lösungswege in Betracht gezogen.
  • Sie haben als Team zusammengearbeitet, um die Mission abzuschließen.

Abzeichen
Verleihen Sie die Abzeichen, je nachdem, wie gut jedes Team die Mission erfüllt hat.

  • Bronze: Nur eine Gesteinsprobe wurde zur Basis gebracht.
  • Silber: Zwei oder mehr Gesteinsproben wurden bei beliebig vielen Versuchen zur Basis zurückgebracht.
  • Gold: Das Team hat es geschafft, alle Gesteinsproben auf einmal einzusammeln und zur Basis zu bringen.
  • Platin: Das Team hat es geschafft, alle Gesteinsproben auf einmal einzusammeln und zur Basis zu bringen. Das Team hat die Ziele der Mission sogar noch übertroffen, indem es zusätzliche Funktionen oder Merkmale zu seinem Modell hinzugefügt hat.
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Selbsteinschätzung:
Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Leistung anhand der Abzeichen selbst beurteilen.

  • Bronze: Wir haben unter schwierigen Umständen unser Bestes gegeben.
  • Silber: Ein paar Sachen sind schiefgegangen, aber wir haben die Mission trotzdem bis zum Schluss ausgeführt.
  • Gold: Wir haben die Mission hervorragend abgeschlossen.
  • Platin: Wir haben nicht nur die Mission abgeschlossen, sondern auch eigene originelle und effektive Funktionen oder Merkmale zu unserem Modell 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.

NATURWISSENSCHAFTEN
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften

  • Projektplanung und -durchführung
  • Im Team arbeiten und kommunizieren
  • Ergebnisse dokumentieren
  • Kreatives Problemlösen

Informationsaufnahme und ‑verarbeitung

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

INFORMATIK
Algorithmen

  • Grundlagenverständnis Algorithmen
  • Algorithmen als Verknüpfung von Anweisungen und Kontrollstrukturen

Daten und Codierung

  • Fehlererkennung und -behebung

CHEMIE
Stoffe und ihre Eigenschaften

  • Charakteristische Eigenschaften von Kohlen- und Wasserstoff
  • Zusammenhang zu biologischen Prozessen

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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