LEGO® Education SPIKE™ Prime Set

Paketverfolgung

Programmierstapel neu anordnen, um ein X-Y-Ortungsgerät zum Verfolgen eines Wegs auf einem Stück Papier zu verwenden

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

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihre Fähigkeiten weiterentwickeln, Muster zu erkennen und effektive Programme zu erstellen.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
Ausdruck der PDF-Datei „Stadtpläne“

Bauanleitungen

Naturwissenschaften und Technik
Ein bewegtes Objekt erfinden:

  • ihre technischen Lösungen im Hinblick auf die Erfüllung der vorgegebenen Problemstellung vergleichen und optimieren

Technik
Systeme und Prozesse /Information und Kommunikation:

  • mit vorgegebenen Bauteilen ein einfaches technisches System (z.B. Fahrzeug, Roboterarm) erstellen, das durch Sensoren gesteuert wird

Werkstoffe und Produkte:

  • Optimierungsaufgabe: Lösungsvorschläge zur Verbesserung technischer Systeme entwickeln

Informatik
Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z.B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und gliedern diese in sinnvolle Teilschritte, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren
  • Programmabläufe codieren und diese implementieren in einer ...
    ... grafischen Programmierumgebung oder
    ... textbasierten Programmierumgebung
  • Algorithmen analysieren, interpretieren und modifizieren wodurch sie die Fähigkeit erlangen, fremde Programme flexibel und kritisch zu beurteilen und zu bewerten

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
Teilen mit:

Paketverfolgung

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 (20 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen ein Ortungssystem bauen.
  • Erklären und zeigen Sie, wie man das Papier einlegt.
  • Fordern Sie sie dazu auf, die Programmierstapel auszuführen, um sicherzustellen, dass alles funktioniert.

4. Erklären (5 Min.)

  • Lassen Sie die Teams die Programmierstapel zu einem einzigen Programm kombinieren, mit dem das Gerät den Weg auf dem Papier verfolgt. Betonen Sie, dass sie die bereits vorhandenen Programmierblöcke wiederverwenden können.

5. Vertiefen (15 Min.)

  • Geben Sie den Schülerinnen und Schülern Zeit, um ein zweites Programm zu erstellen. Dazu sollen sie ihre Programme wiederverwenden, aber die Parameter verändern.
  • 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 Tests an, indem Sie entsprechende Fragen stellen. Zum Beispiel:

  • Was ist ein Muster?
  • Könnt ihr ein Muster aus eurem Alltag beschreiben?
  • In welchem Zusammenhang wäre es in Ordnung, das Programm von jemand anderem zu verwenden?

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

Video preview

Bautipps

Tandem-Modell
Geben Sie jedem Teammitglied eine Bauaufgabe, damit sich alle aktiv beteiligen.

  • Teammitglied A: Oberteil des Ortungsgeräts
  • Teammitglied B: Unterteil und Nadel des Ortungsgeräts

Ausgedruckte Stadtpläne
Sie können weißes Papier für diese Aufgabe verwenden, aber das Set enthält auch vorgefertigte Stadtpläne. Der Weg durch die Stadt setzt sich aus verschiedenen Formen, rechten Winkeln, Halbkreisen und Diagonalen zusammen.

Die Schülerinnen und Schüler müssen erkennen, dass es verschiedene Muster gibt, und die Programmierstapel wiederverwenden oder anpassen, damit das Ortungssystem mithilfe des Bleistifts dem Pfad folgt.

Einlegen des Papiers
So legen Sie das Papier ein:

Selbst zeichnen, anstatt nur zu verfolgen
Die Schülerinnen und Schüler können ihr Ortungssystem in ein Gerät zum Zeichnen von Stadtplänen verwandeln, indem sie das Ortungsgerät durch einen Stift-Halter ersetzen. Geben Sie ihnen ausreichend Zeit, Zeichnungen anzufertigen und zu experimentieren!

Programmiertipps

Hauptprogramm

Beispiellösung

Weitere Programme

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Zu Beginn nur vertikale und horizontale Linien verwenden (diagonale Linien für später aufheben)

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

  • Neue Programmierstapel erstellen, sodass die Teams komplexere Zeichnungen anfertigen können
  • Zwei Unterrichtsstunden einplanen, um diese Konzepte noch gründlicher zu behandeln
  • Die Erweiterung „Mathematik“ verwenden

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 einfache Muster erkennen, wie horizontale, vertikale und diagonale Linien.
  • Sie können Programme wiederverwenden und an neue Anforderungen anpassen.
  • Sie können ihren ursprünglichen Programmen die richtigen Attribute zuweisen.

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Ich habe einige Programmierstapel verwendet, um den Weg auf dem ersten Stadtplan zurückzulegen.
  • Gelb: Ich habe einige Programmierstapel verwendet und angepasst, um den Weg auf dem ersten und zweiten Stadtplan zurückzulegen.
  • Lila: Ich habe einige Programmierstapel verwendet und angepasst, um den Weg auf dem ersten und zweiten Stadtplan zurückzulegen. Außerdem habe ich Kommentare in mein Programm eingefügt.

Erweiterung: Mathematik

Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler eine Tabelle erstellen, um herauszufinden, wie sich Motorumdrehung und Länge der gezogenen Linie zueinander verhalten. Lassen Sie sie diese Beziehung als Gleichung formulieren (in der Art von: px + q = r).

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:

  • Bauwesen und Architektur (Architektur)
  • Informationstechnik (IT- Anwendungen)
  • Fertigungs- und Konstruktionstechnik (Planungsbüros)
  • Transportwesen (Automobiltechnik)
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • ihre Fähigkeiten weiterentwickeln, Muster zu erkennen und effektive Programme zu erstellen.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
Ausdruck der PDF-Datei „Stadtpläne“

Bauanleitungen

Naturwissenschaften und Technik
Ein bewegtes Objekt erfinden:

  • ihre technischen Lösungen im Hinblick auf die Erfüllung der vorgegebenen Problemstellung vergleichen und optimieren

Technik
Systeme und Prozesse /Information und Kommunikation:

  • mit vorgegebenen Bauteilen ein einfaches technisches System (z.B. Fahrzeug, Roboterarm) erstellen, das durch Sensoren gesteuert wird

Werkstoffe und Produkte:

  • Optimierungsaufgabe: Lösungsvorschläge zur Verbesserung technischer Systeme entwickeln

Informatik
Programmierung / Algorithmen:

  • Abläufe (z.B. bedingte Bewegung eines Roboters) analysieren und gliedern diese in sinnvolle Teilschritte, um dazu eindeutige Handlungsvorschriften zu formulieren
  • Programmabläufe codieren und diese implementieren in einer ...
    ... grafischen Programmierumgebung oder
    ... textbasierten Programmierumgebung
  • Algorithmen analysieren, interpretieren und modifizieren wodurch sie die Fähigkeit erlangen, fremde Programme flexibel und kritisch zu beurteilen und zu bewerten

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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