SPIKE™ Prime-Set

Distanzen schätzen

Ein Nashorn-Modell so programmieren, dass es losfährt und wieder anhält, bevor es gegen etwas fährt

30-45 Min.
Einsteiger
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.
  • Falls Sie es für nötig erachten, planen Sie eine Unterrichtsstunde ein, in der Sie zur Einführung die Erste-Schritte-Materialien in der App bearbeiten. Dies wird Ihrer Klasse dabei helfen, sich mit LEGO® Education SPIKE Prime vertraut zu machen.

2. Einführung (3 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 (12 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen das Nashorn-Modell bauen.
  • Sie sollen das Nashorn so programmieren, dass es sich 1 Meter vorwärts bewegt und dann so nah wie möglich an einem aufrecht stehenden LEGO Stein anhält, ohne ihn zu berühren.
  • Fordern Sie die Teams einzeln dazu auf, ihr Nashorn 1 Meter vom LEGO Stein entfernt zu platzieren, das Programm auszuführen und das Ergebnis zu beobachten.
  • Ermutigen Sie sie dazu, ihre Berechnungen aufzuzeichnen, um sie auch bei den nächsten beiden Aufgaben nutzen zu können.

4. Erklären (10 Min.)

  • Besprechen Sie verschiedene Methoden, wie man berechnen könnte, dass das Nashorn-Modell vom Ausgangspunkt aus genau 1 Meter vorwärts fährt.
  • Fordern Sie die Schülerinnen und Schüler dazu auf, mit ihren fertigen Berechnungen die Werte in den Programmierblöcken so anzupassen, dass das Nashorn eine Strecke von 120 cm zurücklegt.
  • Erlauben Sie nur einen Versuch für diese Aufgabe.

5. Vertiefen (15 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler den Kraftsensor auf der Nase des Nashorns so programmieren, dass der Motor anhält, wenn der Sensor eine „Steinmauer“ berührt.
  • Fragen Sie, worin der Unterschied zwischen den beiden Methoden besteht (das Modell mithilfe von Berechnungen bzw. mithilfe eines Sensors vor einem Gegenstand anhalten lassen).
  • 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

Regen Sie eine Diskussion darüber an, wie die Schülerinnen und Schüler normalerweise lernen, etwas Neues zu verwenden.

  • Lesen Sie das Benutzerhandbuch?
  • Verwenden Sie eine Kurzanleitung?
  • Probieren Sie es einfach aus, bis sie es selbst herausgefunden haben?

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

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Bautipps

Tandem-Modell
Dieses Modell kann separat in 2 Teilen zusammengebaut werden.

  • Teil A: der Körper des Nashorns
  • Teil B: der Kopf des Nashorns

Damit das Bauen nicht allzu lange dauert, können Sie für diese Aufgabe auch nur Teil A verwenden (ein einfaches Fahrgestell). Einzige Ausnahme ist die letzte Mission, für die auch Teil B erforderlich ist.

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Radumfang
Der Radumfang ist eine wichtige Grundlage für diese Aufgabe. Das verwendete Rad hat einen Durchmesser von 5,6 cm und legt pro Umdrehung eine Distanz von 17,6 cm zurück.

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Programmiertipps

Hauptprogramm

SPIKE Extra resources Going Distance Step03-Program - de-de

Beispiellösung

SPIKE Extra resources Going Distance Step06-Hint01 - de-de

Weitere Programme

SPIKE Extra resources Going Distance Teacher Solution - de-de

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Den Wert für die Distanz so festlegen, dass er ein Mehrfaches einer vollen Radumdrehung ist:

    ▷ Wenn der Raddurchmesser 5,6 cm beträgt und die zurückgelegte Distanz pro Umdrehung 17,6 cm entspricht, dann benötigt man 5 Umdrehungen, um 88 cm zurückzulegen.

  • Die Teams dazu auffordern, mit Umdrehungen zu arbeiten statt mit Sekunden, selbst wenn sie beim Umgang mit dieser Einheit noch unsicher sind. Dadurch bewegt sich das Fahrgestell mit einer größeren Genauigkeit, weil es keinen Zusammenhang zwischen den Radumdrehungen (oder der Gradzahl) und der Motorgeschwindigkeit gibt.

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

  • Die Schülerinnen und Schüler dazu auffordern, die Geschwindigkeit von 75 % auf 25 % zu verringern. Achten Sie auf ihre Reaktionen!
  • Die Aufgabe stellen, kleinere Räder zu verwenden. Achten Sie darauf, wie schnell sie diese Aufgabe lösen.
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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 im Team auf ein gemeinsames Ziel hingearbeitet.
  • Sie haben es geschafft, dass jedes Teammitglied einen wirkungsvolleren Beitrag leisten konnte.
  • Sie haben jedem Teammitglied dabei geholfen, neue Ziele zu erreichen.

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Wir haben als Team zusammengearbeitet und die Aufgaben gemeinsam gelöst.
  • Gelb: Wir haben die Aufgaben als Team gelöst und jedes Teammitglied unterstützt.
  • Lila: Wir haben die Missionen als Team abgeschlossen und jedes Teammitglied so unterstützt, dass neue Ziele erreicht werden konnten.

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:

  • Fordern Sie die Schülerinnen und Schüler dazu auf, Argumente für die ihrer Meinung nach effektivste Methode zu finden, um die Werte für die Programmierblöcke zu berechnen.
  • Bitten Sie sie am Ende der Stunde, einzeln ihre bevorzugte Methode vorzustellen.

Hinweis: Die Erweiterung erfordert zusätzliche Zeit und verlängert die Aufgabe.

Erweiterung: Mathematik

In dieser Lerneinheit behandeln Sie bereits verschiedene mathematische Inhalte, wie zum Beispiel:

  • Distanzen schätzen
  • mit Pi × d den Radumfang berechnen

Sie können aber noch ein weiteres mathematisches Element hinzufügen:

  • Bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, eine Tabelle zu erstellen, in die sie die Werte für die Radumdrehung und die zurückgelegte Distanz eintragen.
  • Fordern Sie sie dazu auf, mithilfe dieser Tabelle vorherzusagen, wie viele Radumdrehungen erforderlich sind, um eine bestimmte Distanz zurückzulegen (z. B.: 2,5 m, 400 cm, 3500 mm).

Hinweis: Die Erweiterung erfordert zusätzliche Zeit und verlängert die Aufgabe.

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • Distanzen einschätzen sowie
  • Testergebnisse und deduktive Schlussfolgerungen nutzen, um ein Programm zu verbessern.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set

Naturwissenschaften und Technik

Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • direkte und indirekte Messverfahren vergleichen
  • zuverlässige Messungen durchführen und Messfehler erkennen
  • das Prinzip der Steuerung darstellen und erklären (z. B. Robotik)

Informationsaufnahme durch Sinne und Sensoren:

  • Einsatz und Verwendungsmöglichkeiten von Sensoren in technischen Geräten beschreiben und begründen

Technik

Arbeitsweisen:

  • Messwerte erfassen

Systeme und Prozesse / Information und Kommunikation:

  • Wirkung und Funktionsweise von Sensoren erklären und deren Rolle in einem technischen System beschreiben und untersuchen

Informatik

Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z. B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und diese in sinnvolle Teilschritte gliedern, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren

Robotik / automatisierte Prozesse:

  • Zusammenspiel von z. B. Sensoren und Aktoren sowie die Informationsverarbeitung eines Roboters und dessen situationsbezogene Interaktion mit der physischen Welt beschreiben
  • Roboter bzw. ein eingebettetes System mit den zur Lösung einer Aufgabe nötigen Bauteilen (z. B. Sensoren, Aktoren) ausstatten
  • 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

Größen und Messen:

  • Umfang eines Kreises mithilfe der Formel berechnen
  • Größen in einfachen (Sach-)Situationen (Länge – Umfang) darstellen bzw. anschaulich erläutern
  • Winkelweiten bis 180° messen und schätzen

Proportionalität (funktionaler Zusammenhang):

  • Proportionalität und Antiproportionalität in verschiedenen Darstellungsformen erkennen und diese für die Berechnung fehlender Größen nutzen
  • Beziehungen erkunden und Zusammenhänge durch Tabellen und/oder Graphen darstellen

Leitidee Daten und Zufall:

  • Daten graphisch darstellen; auch unter Verwendung von Software

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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