SPIKE™ Prime-Set

Kaputt

Herausfinden, warum etwas nicht funktioniert, und es reparieren

45-90 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.

2. Einführung (5 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 (35 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen die CNC-Maschine bauen. Machen Sie deutlich, dass das Modell nicht funktionsfähig ist.
  • Fordern Sie sie dazu auf, das Programm auszuführen und zu versuchen, die Probleme zu finden und zu beheben.
  • Erinnern Sie sie daran, die Probleme und ihre Lösungen zu notieren.

4. Erklären (10 Min.)

  • Lassen Sie alle ihre Ergebnisse untereinander austauschen. Regen Sie sie dazu an, über die gefundenen Probleme und ihre jeweiligen Lösungen zu sprechen.

5. Vertiefen (25 Min.)

  • Fordern Sie die Teams dazu auf, ihre CNC-Maschine durch Verändern des Modells und/oder des Programms zu verbessern.
  • Anschließend sollen sie ihre Verbesserungen der Klasse vorstellen.
  • 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 über Wiederholungen und Reparaturen an, indem Sie entsprechende Fragen stellen. Zum Beispiel:

  • Was ist normalerweise eure erste Reaktion, wenn etwas kaputtgeht?
  • Wenn ihr etwas reparieren wollt, was tut ihr zuerst?
  • Was habt ihr in letzter Zeit repariert? Wie habt ihr festgestellt, wo das Problem liegt?
  • Was ist eine CNC-Maschine? Wisst ihr, wozu sie verwendet wird?

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
Geben Sie jedem Teammitglied eine Teilaufgabe, damit sich alle aktiv beteiligen.

  • Teammitglied A: Oberteil der CNC-Maschine
  • Teammitglied B: Unterteil und Nadel der CNC-Maschine
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Vorlagen verwenden
Sie können weißes A4-Papier für diese Aufgabe verwenden, aber zum Set gehört auch eine PDF-Datei mit Vorlagen für die CNC-Maschine. Wenn Sie diese Vorlagen verwenden, können die Schülerinnen und Schüler einfacher feststellen, ob die CNC-Maschine funktioniert oder nicht.

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Einlegen des Papiers
So legen Sie das Papier ein:

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Probleme finden
Es gibt 4 Probleme, die am Modell der CNC-Maschine behoben werden müssen, damit das Programm wie beabsichtigt funktioniert:

  1. Es fehlt ein Rad im Papiereinzug, wodurch die Y-Achse nicht richtig funktioniert.
  2. Das Oberteil und das Unterteil der CNC-Maschine sind nicht richtig miteinander verbunden.
  3. Die Zahnräder des Papiereinzugs sind vertauscht, wodurch das Papier zu schnell in die CNC-Maschine eingezogen wird.
  4. Der Bleistifthalter ist nicht gesichert, sodass die X-Achse nicht richtig funktioniert.
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Einfache Lösungen
Hier sehen Sie die einfachste Möglichkeit zur Behebung der Probleme. Denken Sie aber daran, dass das Ziel dieser Aufgabe darin besteht, die Schülerinnen und Schüler eigene Lösungswege finden zu lassen.

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Optionale Aufrüstung
Ihre Schülerinnen und Schüler können ihre CNC-Maschinen mit einem Farbsensor aufrüsten.

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Programmiertipps

Hauptprogramm

SPIKE Invention-Squad Broken Step03-Program de-de

Beispiellösung

SPIKE Invention-Squad Broken Teacher Solution de-de

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Eine Reihe von Steinen vorschlagen, mit denen die Probleme behoben werden können
  • Die Teams gemeinsam an einer Lösung arbeiten lassen, sodass es einfacher ist, die Verbesserungen einzuschätzen

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

  • Komplexe Formen mit Kurven drucken lassen
  • Eine Z-Achse zum Modell hinzufügen lassen, sodass daraus ein 3-D-Drucker wird

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 können die Funktionsweise eines Objekts beschreiben.
  • Sie können beschreiben, welche Vorteile das Objekt für bestimmte Bedürfnisse oder Anforderungen bietet.
  • Sie können gute Argumente formulieren.

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Ich kann beschreiben, wie etwas funktioniert.
  • Gelb: Ich kann im Detail beschreiben, wie Dinge funktionieren, und dabei hervorheben, was diese Dinge besonders gut können.
  • Lila: Ich kann jemanden davon überzeugen, dass ich das coolste Ding überhaupt erfunden habe.

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 Teams ein Rollenspiel spielen, bei dem ein Kunde den Kundendienst anruft.

    ▷ Ein Teammitglied beschreibt das Problem.
    ▷ Das andere Teammitglied beschreibt, wie man es beheben kann.

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

Erweiterung: Mathematik

Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler das Übersetzungsverhältnis des Papiereinzugs berechnen.
  • Fordern Sie sie dazu auf, mithilfe der richtigen Fachbegriffe zu beschreiben, wie das Modell die Geschwindigkeit des Papiereinzugs regelt.
  • Lassen Sie sie erklären (und ausprobieren!), was geschieht, wenn man die Zahnräder austauscht.

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)
  • Bildungswesen (Unterrichten)
  • Medien- und Kommunikationswissenschaft (Rundfunk und Fernsehen)

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • die Leistung eine Konstruktionslösung beurteilen und
  • Schritte wiederholen, um Probleme zu finden, und diese dann beheben.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
Bleistifte

Naturwissenschaften und Technik

Denk- und Arbeitsweisen / Arbeitsmethoden:

  • Fehlerquellen feststellen und Maßnahmen zur Fehlervermeidung ableiten
  • Systeme analysieren und durch Systemgrenzen und Teilsysteme beschreiben (z. B. Maschinen)

Technik

Arbeitsweisen:

  • Fehler erkennen und selbstständig Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung durchführen

Werkstoffe und Produkte:

  • konstruktive Einzelteile, deren Funktion und Zusammenwirken benennen und dann Geräte und Maschinen hinsichtlich ihrer Funktionen und Einsatzbereiche unterscheiden
  • Bauelemente (z. B. Zahnräder) fach- und bedarfsgerecht auswählen und nutzen

Mensch und Technik / Automatisierung / Produktionstechnik:

  • Modell einer industriellen bzw. computergestützten Fertigung planen, konstruieren und erstellen

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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