LEGO® Education SPIKE™ Prime-Set

Automatisierung

Einen automatisierten Helfer-Roboter bauen und programmieren, der die richtigen Pakete an ihrer Farbe erkennt und versendet

120+ Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
Automatisierung
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • informationstechnisches Denken anwenden, um eine vollständige Lösung für ein Problem zu erarbeiten.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set

Naturwissenschaften und Technik
Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • Algorithmen in einer Programmiersprache entwickeln, beschreiben und darstellen und damit Steuerungsabläufe realisieren (z. B. Robotik)

Technik
Mensch und Technik / Automatisierung / Produktionstechnik:

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

Informatik
Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z.B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und gliedern diese in sinnvolle Teilschritte, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren
  • Algorithmen zum Lösen von gegebenen Problemstellungen aus verschiedenen Anwendungsgebieten entwerfen
  • Algorithmen analysieren, interpretieren und modifizieren wodurch sie die Fähigkeit erlangen, fremde Programme flexibel und kritisch zu beurteilen und zu bewerten

Robotik / Automatisierte Prozesse:

  • Aufbau und Funktionsweise von Robotern bzw. eingebetteten Systemen beschreiben
  • Anwendungsgebiete von Robotern bzw. robotergestützten Systemen, z. B. Industrieroboter nennen

Folgende aus den Bildungsplänen für Technik und Informatik stammenden Kompetenzen 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 aus den Bildungsplänen für Mathematik stammenden Kompetenzen 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
Schülerarbeitsblätter
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Automatisierung

1. Vorbereitung

  • Lesen Sie sich in der LEGO® Education SPIKE™ App die Materialien für Schülerinnen und Schüler durch.
  • Richten Sie einen Ort ein, an dem Sie die Modelle zwischen den Unterrichtsstunden aufbewahren können.
  • Bereiten Sie ein Erfinderheft mit Fragen vor, mit deren Hilfe die Schülerinnen und Schüler ihre Arbeit dokumentieren und aufzeichnen können. Das Set enthält auch ein beispielhaftes Erfinderheft als Anregung.

2. Einführung (10 Min.)

  • Nutzen Sie die unten stehenden Diskussionsideen, um ein Gespräch über den Inhalt dieser Aufgabe anzuregen.
  • Erklären Sie die Aufgabe und merken Sie an, dass dieses Projekt über 2 bis 3 Unterrichtsstunden fortgeführt wird.

3. Erkunden (35–55 Min.)

  • Erläutern Sie das Problem, das gelöst werden soll.
  • Geben Sie ihnen ausreichend Zeit, um Ideen zu sammeln.
  • Fordern Sie sie dazu auf, einen Pseudocode für die Aktionen zu schreiben, die sie später programmieren wollen.
  • Lassen Sie sie in Zweiergruppen den automatisierten Helfer-Roboter bauen.

4. Erklären (10 Min.)

  • Achten Sie darauf, dass die Teams alle Probleme benennen und dokumentieren, die beim Entwickeln der Lösung aufkommen.

5. Vertiefen (60 Min.)

  • Lassen Sie die Teams ihre Programme fertigstellen. Ermutigen Sie die Teams dazu, zusammenzuarbeiten.
  • Bitten Sie die Teams, einzeln ihre Lösungen vor der Klasse vorzustellen.
  • 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 Roboter an, indem sie entsprechende Fragen stellen. Zum Beispiel:

  • Wie funktionieren Fabrik-Roboter?
  • Was erkennen sie? Farben? Formen? Größen?
  • Welche motorisierten Mechanismen kommen bei einem Fabrik-Roboter zum Einsatz?
  • Woher weiß der Roboter, wo er sich befindet?
  • Welche Konstruktionsmerkmale stellen sicher, dass die Bewegungen des Roboters präzise und wiederholbar ausgeführt werden?

Sie können auch noch einmal auf die Aufgabe Ideen auf LEGO Art entwickeln zurückkommen, um das Gelernte aufzufrischen.

Bautipps

Aufgabe mit offenem Ende
Bei diesem Projekt können die Teams frei eigene Lösungen entwickeln.

Lösungsbeispiel
Hier sind einige Ideen, die als Anregungen für den Konstruktionsprozess dienen können.

Video preview

Modelle kombinieren
Lassen Sie die gesamte Klasse zusammenarbeiten und ihre Kreationen miteinander kombinieren.

Programmiertipps

Hauptprogramm

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Die Teams mit dem Bauen der Beispiellösung beginnen lassen, die sie dann verbessern sollen

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

  • Die Teams so viele Funktionen programmieren lassen, wie ihnen einfallen
  • Einige Teams Lieferwagen bauen lassen, die mit dem Roboter verbunden werden können, um die größte automatisierte Fabrik aller Zeiten zu bauen!

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 wichtigsten Elemente eines Problems bestimmen.
  • Sie können selbstständig eine kreative Lösung finden und entwickeln.
  • Sie können ihre Ideen klar und deutlich kommunizieren.

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Ich habe erfolgreich einen automatisierten Helfer-Roboter gebaut.
  • Gelb: Ich habe erfolgreich einen automatisierten Helfer-Roboter gebaut, der auf kreative Weise das Problem löst.
  • Lila: Ich habe erfolgreich einen automatisierten Helfer-Roboter gebaut, der auf kreative Weise das Problem löst, und ich habe meine Ideen klar und deutlich kommuniziert.

Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

Um die sprachliche Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihren Konstruktionsprozess mithilfe von Text, Bildern, Skizzen usw. aufzeichnen. All das wird dann in einem Erfinderheft zusammengefasst, um ihre Arbeit zu dokumentieren.
  • Lassen Sie sie ihre Projekte auch vor anderen präsentieren (z. B. bei einer Wissenschaftsausstellung in der Schule oder indem sie ein Video im Internet veröffentlichen).
  • Fordern Sie sie dazu auf, eine Webseite zu erstellen, auf der sie ihre Fabrik oder ihr Unternehmen vorstellen.

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 (Unternehmertum)
  • Informationstechnik (IT- Anwendungen)
  • Fertigungs- und Konstruktionstechnik (Planungsbüros)
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • informationstechnisches Denken anwenden, um eine vollständige Lösung für ein Problem zu erarbeiten.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set

Naturwissenschaften und Technik
Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • Algorithmen in einer Programmiersprache entwickeln, beschreiben und darstellen und damit Steuerungsabläufe realisieren (z. B. Robotik)

Technik
Mensch und Technik / Automatisierung / Produktionstechnik:

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

Informatik
Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z.B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und gliedern diese in sinnvolle Teilschritte, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren
  • Algorithmen zum Lösen von gegebenen Problemstellungen aus verschiedenen Anwendungsgebieten entwerfen
  • Algorithmen analysieren, interpretieren und modifizieren wodurch sie die Fähigkeit erlangen, fremde Programme flexibel und kritisch zu beurteilen und zu bewerten

Robotik / Automatisierte Prozesse:

  • Aufbau und Funktionsweise von Robotern bzw. eingebetteten Systemen beschreiben
  • Anwendungsgebiete von Robotern bzw. robotergestützten Systemen, z. B. Industrieroboter nennen

Folgende aus den Bildungsplänen für Technik und Informatik stammenden Kompetenzen 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 aus den Bildungsplänen für Mathematik stammenden Kompetenzen 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
Material für Schüler
Schülerarbeitsblätter
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