LEGO® MINDSTORMS EV3 Set

Stromversorgung sichern

Einen Roboter konstruieren, bauen und programmieren, der den Weg zum Sonnenkollektor findet und den Griff dreht, sodass der Kollektor aufklappt.

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

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihre Fähigkeiten auf einer Mission unter Beweis stellen.
Diese Aufgabe ist mit folgenden Betriebssystemen kompatibel:
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NATURWISSENSCHAFTEN
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften

  • Projektplanung und -durchführung
  • Arbeiten und kommunizieren im Team
  • 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
Energetische Aspekte chemischer Reaktionen

  • Lichtenergie, thermische Energie
  • Sonnenkollektoren als Stromquelle

Lesson Plan

Unterrichtsplan

1. Vorbereiten

  • Lesen Sie das Schülermaterial in der EV3 Classroom App durch.
  • Tragen Sie einige Informationen über Solarenergie und ihre Verwendung in der Weltraumforschung zusammen.
  • 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 zum Sonnenkollektor zu finden und den Griff zu drehen.

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, den Sonnenkollektor aufzuklappen.
  • 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

Solaranlagen bestehen aus mehreren Sonnenkollektoren, die als Stromquelle für die Weltraumforschung genutzt werden können. Die Menge an Sonnenlicht auf einem Planeten nimmt mit der Entfernung zur Sonne ab. Das bedeutet: Auf dem Mars gibt es nur halb so viel Sonnenlicht wie bei uns auf der Erde. Sofern die Solaranlage groß genug ist, kann man aber auch hier ausreichend viel Strom erzeugen.

Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion darüber anzuregen, welche Vor- und Nachteile die Verwendung von Solarenergie im Weltraum hat:

  • Was ist eine Solaranlage?
  • Welche Vor- und Nachteile hat die Verwendung von Sonnenkollektoren als Stromversorgung auf einem Mars-Außenposten?

Ziel der Mission
Der Roboter soll den Weg zum Sonnenkollektor finden und den Griff drehen, bis der Kollektor vollständig aufgeklappt ist und aufrecht steht.

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

Video preview

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 zum Sonnenkollektor finden?
  • Welche Art von motorisiertem Mechanismus könnte man verwenden, um den Griff zu drehen?

Lösungsbeispiel für die Mission
Das Lösungsbeispiel für die Mission besteht aus den folgenden Erweiterungen:

Ausführen der Mission
Setzen Sie den Sonnenkollektor zurück. Platzieren Sie das Modell aus dem Lösungsbeispiel an Ausgangsposition „1“ auf der Projektmatte und führen Sie die Mission aus.

Video preview

Problemsuche und -behebung
Der Farbsensor sollte im Farbmodus verwendet werden, um die grüne Linie auf der Projektmatte zu erkennen. Im Modus „Stärke des reflektierten Lichts“ kann der Roboter mithilfe des Gefälles ausgerichtet werden. Um gleichbleibende Ergebnisse zu erhalten, sollte der Farbsensor zunächst mit den schwarzen und weißen Linien vor der Basis kalibriert 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 in der Basis etwas anzupassen.

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern herausfinden, wie der Roboter den Griff des Sonnenkollektors drehen kann
  • Die Teams die Aufgabe Farben und Linien 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 Zeit zum Abschließen dieser Mission begrenzen
  • Die Teams dazu herausfordern, den Farbsensor in dieser Mission zu benutzen
  • 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: Das Team hat es nicht geschafft, den Sonnenkollektor aufzuklappen.
  • Silber: Das Team hat es geschafft, den Sonnenkollektor aufzuklappen, aber er ist wieder zugeklappt.
  • Gold: Das Team hat es geschafft, den Sonnenkollektor so aufzuklappen, dass er nicht wieder zuklappt.
  • Platin: Das Team hat es geschafft, den Sonnenkollektor so aufzuklappen, dass er nicht wieder zuklappt. Das Team hat die Ziele der Mission sogar noch übertroffen, indem es zusätzliche Funktionen oder Merkmale zu seinem Modell hinzugefügt hat.

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.
Diese Aufgabe ist mit folgenden Betriebssystemen kompatibel:
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NATURWISSENSCHAFTEN
Denk- und Arbeitsweisen der Naturwissenschaften

  • Projektplanung und -durchführung
  • Arbeiten und kommunizieren im Team
  • 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
Energetische Aspekte chemischer Reaktionen

  • Lichtenergie, thermische Energie
  • Sonnenkollektoren als Stromquelle