SPIKE™ Prime-Set

Missionsvorbereitung

Präzise Motorbewegungen, Sensoren und gut organisierte Programme verwenden, um Übungsaufgaben in kürzester Zeit zu lösen

120+ Min.
Könner
Klassen 5–8
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Unterrichtsplan

1. Vorbereitung

  • Lesen Sie sich in der LEGO® Education SPIKE App die Materialien für Schülerinnen und Schüler durch.
  • Dieses Projekt ist für mehrere Unterrichtsstunden gedacht. Planen Sie daher entsprechend viel Zeit ein.
  • Um diese Aufgabe zu bearbeiten, müssen die Schülerinnen und Schüler bereits das erweiterte Fahrgestell, den Planierschild und den Hebearm gebaut haben.

2. Einführung (10 Min.)

  • Nutzen Sie die unten stehenden Diskussionsideen, um ein Gespräch über den Inhalt dieser Aufgabe anzuregen.
  • Erklären Sie diese Aufgabe mithilfe des Videos.

3. Erkunden (30 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen das Spiele-Modul, den Pfad und die Feldmarkierungen bauen.
  • Fordern Sie sie dazu auf, in Partnerarbeit ein Programm für ihr erweitertes Fahrgestell zu schreiben, um die Wettbewerbsaufgabe zu lösen. Erinnern Sie sie daran, alles einzusetzen, was sie bisher gelernt haben.

4. Erklären (10 Min.)

  • Sprechen Sie mit Ihrer Klasse darüber, wie wichtig es ist, beim Programmieren jeden Schritt zu planen. Besprechen Sie auch die Verwendung von Pseudocode und eigenen Blöcken, um die Planung zu erleichtern.

5. Vertiefen (40 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler so lange an ihren Lösungen arbeiten, bis sie bereit für einen Testlauf mit Zeitvorgabe sind.
  • Erinnern Sie sie daran, mit dem Schreiben des Pseudocodes zu beginnen.
  • 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 auch die Bewertungsraster nutzen.

Eine Diskussion anregen

Nutzen Sie diese Fragen, um eine Diskussion darüber anzuregen, wie sie das bisher Gelernte zum Bewältigen dieser Herausforderung einsetzen können:

  • Was bedeutet es, eine Aufgabe in Teilschritte zu zerlegen?
  • Wie werdet ihr diese Zerlegung nutzen, um die Aufgabe zu lösen?
  • Welche Fähigkeiten habt ihr euch in den vorherigen Unterrichtsstunden angeeignet, die euch jetzt dabei helfen können, die Mission erfolgreich abzuschließen?

Zeigen Sie dieses Video, damit die Schülerinnen und Schüler eine Vorstellung davon bekommen, was sie jetzt tun sollen.

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Bautipps

Beispiel-Kontext
Nutzen Sie diese Geschichte als Kontext oder denken Sie sich eine eigene aus:

  • Ein Bauer will in Urlaub fahren. Er braucht Hilfe dabei, seinen Roboter so zu programmieren, dass dieser vorsichtig die Eier einsammelt, ohne sie zu zerbrechen.

Benötigte Ausrüstung
Für diese Aufgabe wird Folgendes benötigt:

  • erweitertes Fahrgestell mit Werkzeugen
  • Spiele-Modul in Kombination mit dem Pfad-Modul
  • 2 Markierungen
  • 4 Kisten
  • 6 Strafsteine
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Mission 1: das Tor aufschließen
Das erweiterte Fahrgestell muss so programmiert werden, dass es den Stellantrieb hineindrückt und das Spiele-Modul-Tor dadurch aufgeschlossen wird.

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Mission 2: das Tor öffnen
Das erweiterte Fahrgestell muss so programmiert werden, dass es den Riegel nach unten drückt und dadurch das Spiele-Modul-Tor geöffnet wird.

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Mission 3: die Markierung passieren
Das erweiterte Fahrgestell muss über das Feld fahren und mindestens eine Markierung passieren, ohne sie zu berühren.

Mission 4: dem Pfad folgen und die Kisten einsammeln
Das erweiterte Fahrgestell muss zum Spiele-Modul geführt werden und die Kisten einsammeln.

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Mission 5: die Kisten sicher zurückbringen
Das Fahrgestell muss die Kisten hinter die beiden Markierungen bringen.

Strafsteine (optional)

  • wenn beim Transportieren der Kisten eine Markierung berührt wird
  • wenn das Fahrgestell angehoben, vom Spielfeld genommen oder neu positioniert werden muss

Es können maximal 6 Strafsteine vergeben werden.
Für jeden Strafstein werden 5 Punkte vom Endergebnis abgezogen.

Punktevergabe

  • Aufschließen des Tors (10 Punkte)
  • Öffnen des Tors (10 Punkte)
  • Passieren der Markierung (10 Punkte)
  • Folgen des Pfads und Aufsammeln der Kisten – es müssen mindestens 2 Kisten aufgesammelt werden (10 Punkte pro Kiste); 10 Bonuspunkte, wenn alle 4 Kisten aufgesammelt wurden
  • Sicherer Transport von mindestens 1 Kiste über eine Distanz von 50 cm (gemessen ab der Henne) (20 Punkte)

Programmiertipps

Beispiellösung

SPIKE Competition Ready Mission Ready Teacher-Solution - de-de

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Einen Teil der Mission gemeinsam als Gruppe lösen

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

  • Die Strafsteine verwenden
  • Die Teams dazu herausfordern, alle Missionen so schnell wie möglich und ohne Strafpunkte abzuschließen
  • Den Aufbau des Feldes verändern und neue Regeln festlegen
  • Linien auf dem Tisch ziehen, um die Komplexität der Aufgabe zu erhöhen

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 gut als Team zusammengearbeitet und eine Mission abgeschlossen.
  • Sie haben als Team zusammengearbeitet und alle Missionen abgeschlossen.
  • Sie können ihren Roboter, ihr Programm und ihre Strategie vorstellen und dabei erklären, wie sie jede Mission erfolgreich abgeschlossen haben.

Selbsteinschätzung

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler selbst den Stein auswählen, der am besten ihrer Leistung entspricht.

  • Blau: Ich habe eine Mission erfolgreich abgeschlossen.
  • Gelb: Ich habe alle Missionen erfolgreich abgeschlossen.
  • Lila: Ich habe gemeinsam mit meinem Team unseren Roboter, unser Programm und unsere Strategie vorgestellt. Jedes Teammitglied hat dazu einen Beitrag geleistet.

Lernbeobachtung durch Mitschüler
Ermutigen Sie die Schülerinnen und Schüler dazu, ihren Klassenkameraden Rückmeldungen zu geben:

  • Lassen Sie sie einander mit der Steine-Skala (siehe oben) bewerten.
  • Lassen Sie sie einander konstruktives Feedback geben, um die Gruppenleistung in der nächsten Unterrichtsstunde zu verbessern.
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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, welche gute Strategie sie entwickelt haben, um die Aufgabe in kürzester Zeit abzuschließen.

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:

  • Wirtschaft und Finanzen (Unternehmen)
  • Fertigungs- und Konstruktionstechnik (Planungsbüros)

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihre Fähigkeiten unter Beweis stellen, indem sie eine Wettbewerbsaufgabe innerhalb der vorgegebenen Zeit lösen.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
LEGO® Education SPIKE Prime-Erweiterungsset

Naturwissenschaften und Technik

Produktentwicklung:

  • Funktion und Eigenschaften eines Produkts bewerten und Optimierungsansätze entwickeln

Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • Elemente einer Programmiersprache beschreiben (z. B. Anweisung – Sequenz – Bedingung – Verzweigung – Schleife – Zähler – Zeitglied – Unterprogramm)

Technik

Systeme und Prozesse / Information und Kommunikation:

  • Ansteuerungen von Aktoren (u. a. LED, Motor) realisieren
  • (komplexe) Steuerungen mit Sensoren und Aktoren realisieren

Werkstoffe und Produkte:

  • Optimierungsaufgabe: Lösungsvorschläge zur Verbesserung technischer Systeme entwickeln

Informatik

Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z. B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und diese in sinnvolle Teilschritte gliedern, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren
  • algorithmische Grundbausteine erläutern und zielorientiert anwenden: Anweisung – Sequenz – Schleife – Verzweigung – Bedingung
  • einfache Programme und Programmabschnitte schrittweise testen und optimieren sowie deren Wirkung beschreiben
  • Algorithmen analysieren, interpretieren und modifizieren, um die Fähigkeit zu erlangen, fremde Programme flexibel und kritisch zu beurteilen und zu bewerten
  • Variablen als änderbaren Wertespeicher (z. B. als Speicher für Punktestand, Rundenzähler in Spielen etc.) erläutern sowie Variablen und Wertzuweisungen einsetzen, um Programmabläufe zu programmieren
  • den Datentyp Feld (Array) bei einfachen Problemstellungen fachgerecht zur Speicherung und Verwaltung gleichartiger Daten anwenden

Robotik / automatisierte Prozesse:

  • Sensoren auslesen und Aktoren ansteuern
  • Programme implementieren, testen und optimieren, um mit dem konstruierten Roboter bzw. eingebetteten System eine Aufgabe zu lösen (z. B. Folgen einer Linie) bzw. zur Steuerung einer technischen Komponente

Folgende Kompetenzen aus den Bildungsplänen für Technik und Informatik sind implizit vorhanden:

  • Veränderungen in Systemen als Prozesse beschreiben (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe-Prinzip)
  • Informationsverarbeitung nach dem EVA-Prinzip (Zusammenwirken von Sensoren, Prozessoren, Aktoren) beschreiben
  • Typen von Sensoren, Aktoren und Verarbeitungskomponenten von technischen Geräten benennen und sie der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe zuordnen

Mathematik

Folgende Kompetenzen aus den Bildungsplänen für Mathematik sind implizit vorhanden:

  • mit Größenangaben rechnen und dabei Einheiten korrekt anwenden
  • Terme aufstellen, deren Wert bestimmen und zur Problemlösung nutzen
  • Zahlen vergleichen und anordnen
  • (rationale) Zahlen in Bruch- und in Dezimaldarstellung addieren, subtrahieren, multiplizieren und dividieren
  • einfache Formeln nach jeder Variablen auflösen
  • Gleichungen mit einer Variablen lösen

Prozessbezogene Kompetenzen
Zusätzlich zu den genannten inhaltlichen Kompetenzen gelten diese prozessbezogenen Kompetenzen, die den Kern des gesamten LEGO® Education SPIKE Prime-Sets ausmachen:

Prozesse strukturieren und vernetzen:

  • Handlungsschritte chronologisch ordnen (auch aufgrund von kausalen Zusammenhängen)
  • Teillösungen zur Lösung des Gesamtproblems nutzen
  • Zusammenhänge und Analogien zwischen bekannten informatischen Inhalten bzw. Methoden erkennen und diese auch in neuen Kontexten und Anwendungsbereichen nutzen

Überlegungen, Lösungswege und Ergebnisse darstellen:

  • Sachverhalte und eigene Ideen zielgruppenorientiert und unter Beachtung der informatischen Terminologie erläutern und strukturiert darstellen
  • Beobachtungen und Messdaten schriftlich festhalten, daraus Schlussfolgerungen ableiten und Ergebnisse verallgemeinern

Kooperativ arbeiten:

  • arbeitsteilig als Team Aufgaben planen, strukturieren, ausführen, reflektieren und präsentieren
  • mit einem Partner oder in einer Gruppe gleichberechtigt, zielgerichtet und zuverlässig arbeiten und dabei unterschiedliche Sichtweisen achten

Materialien für Schülerinnen und Schüler

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