LEGO® Education SPIKE™ Prime-Set

Ein Herz für Gemüse

Echtzeit-Wetterdaten nutzen, um zu entscheiden, ob die Tomatenpflanzen diese Woche gegossen werden müssen

30-45 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
Ein Herz für Gemüse
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • eine Skala so kalibrieren, dass genaue Daten auf nützliche und zuverlässige Weise angezeigt werden.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
PDF-Datei „Gießplan für die Tomatenpflanze“

Naturwissenschaften und Technik
Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

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

Ein bewegtes Objekt erfinden:

  • einfachen Antrieb nutzen (z. B. Gummiband, Elektromotor)

Technik
Arbeitsweisen:

  • Messwerte erfassen

Systeme und Prozesse /Information und Kommunikation:

  • Ansteuerungen von Aktoren (u. a. LED, Motor) realisieren

Werkstoffe und Produkte:

  • Optimierungsaufgabe: Lösungsvorschläge zur Verbesserung technischer Systeme entwickeln

Informatik
Robotik / Automatisierte Prozesse:

  • Programm implementieren, testen und optimieren, um mit dem konstruierten Roboter bzw. eingebettetem System eine Aufgabe zu lösen (z.B. Folgen einer Linie) bzw. zur Steuerung einer technischen Komponente

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:

Ein Herz für Gemüse

1. Vorbereitung

  • Lesen Sie sich in der LEGO® Education SPIKE™ App die Materialien für Schülerinnen und Schüler durch.

Einführung (5 Min.)

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

Erkunden (20 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen den Bewässerungshelfer bauen.
  • Fordern Sie sie dazu auf, das Programm auszuführen. Achten Sie auf ihre Reaktionen. Erinnern Sie sie daran, dass Sie eine Stadt eingeben müssen, damit das Programm funktioniert.
  • Lassen Sie die Teams herausfinden, wie man die Nadel im Verhältnis zur vorhergesagten Niederschlagsmenge bewegt.

Erklären (5 Min.)

  • Lassen Sie jeweils zwei Teams zusammenarbeiten, wenn sie Unterstützung beim Kalibrieren des Messgeräts benötigen.

Vertiefen (15 Min.)

  • Die Teams sollen versuchen, die vorhergesagten Temperaturen für nächste Woche anzuzeigen. Einen Wert auf einer Skala anzuzeigen, ist eine andere Aufgabe, als die Summe der für eine Woche vorhergesagten Niederschlagsmenge anzuzeigen.
  • 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

Besprechen Sie, wie man Gemüse anbaut, was man dafür benötigt und welche Unterschiede zu beachten sind. Stellen Sie entsprechende Fragen, wie zum Beispiel:

  • Könnt ihr das Wachstum einer beliebigen Gemüsesorte erklären?
  • Warum kann man in einigen Regionen nicht das ganze Jahr über Gemüse anbauen?
  • Was ist ein proportionales Verhältnis?

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

Video preview

Bautipps

Die Blockier-Funktion nutzen
Bei diesem Modell wird nur ein Motor verwendet, um die Nadel von der einen auf die andere Seite zu bewegen. Es gibt keine Sensoren. Die Schülerinnen und Schüler können mithilfe eines Blocks erkennen, ob der Motor blockiert ist.

Einlegen des Papiers
Es kann jede Art von Papier für den Bewässerungshelfer verwendet werden. Sie können die PDF-Datei verwenden oder die Teams ihre eigenen Vorlagen erstellen lassen.

Programmiertipps

Hauptprogramm

Beispiellösung

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Den Teams dabei helfen, herauszufinden, wie sie die Nadel in Abhängigkeit von der vorhergesagten Niederschlagsmenge bewegen

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

  • Die Teams eigene „Wasserbedarf“-Karten für das Gemüse erstellen lassen, die sie in das Messgerät einlegen können
  • Unterschiedliche „Wasserbedarf“-Karten für die einzelnen Teams oder auch innerhalb der Teams verwenden lassen und beobachten, wie schnell sie ihre Modelle neu kalibrieren können

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 ihr Messgerät mithilfe des Werts kalibrieren, den sie messen wollen.
  • Sie verstehen den Zusammenhang zwischen den vorgenommenen Veränderungen an den Daten und der entsprechenden Situation.
  • Sie können einen Wert auf ihrer Skala anzeigen (Neukalibrierung).

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Ich habe es geschafft, dass sich mein Bewässerungshelfer in Abhängigkeit von der Niederschlagsmenge bewegt.
  • Gelb: Ich habe erfolgreich die Summe der vorhergesagten Niederschlagsmenge für nächste Woche angezeigt.
  • Lila: Ich habe Temperaturen mit großer Genauigkeit auf einer Skala angezeigt.

Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Laden Sie jemanden aus der Landwirtschaft ein, um herauszufinden, ob solche Geräte auch im echten Leben eingesetzt werden. Bitten Sie Ihren Gast, diesen Alltagshelfer mit einem echten Gerät dieser Art zu vergleichen.

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

Erweiterung: Mathematik

Um mathematische Fähigkeiten zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Die Teams mit derselben Skala verschiedene Werte kalibrieren lassen:

▷ Windgeschwindigkeit im Zeitverlauf
▷ Temperatur im Zeitverlauf

  • Festlegen lassen, wie die Kalibrierung vorgenommen werden sollte

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:

  • Landwirtschaft und Gartenbau (Landmaschinen und Technik)
  • Landwirtschaft und Gartenbau (Lebensmittelwissenschaft)
  • Landwirtschaft und Gartenbau (Gartenbauwissenschaft)
  • Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau & Mathematik (Naturwissenschaften und Mathematik)
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • eine Skala so kalibrieren, dass genaue Daten auf nützliche und zuverlässige Weise angezeigt werden.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
PDF-Datei „Gießplan für die Tomatenpflanze“

Naturwissenschaften und Technik
Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

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

Ein bewegtes Objekt erfinden:

  • einfachen Antrieb nutzen (z. B. Gummiband, Elektromotor)

Technik
Arbeitsweisen:

  • Messwerte erfassen

Systeme und Prozesse /Information und Kommunikation:

  • Ansteuerungen von Aktoren (u. a. LED, Motor) realisieren

Werkstoffe und Produkte:

  • Optimierungsaufgabe: Lösungsvorschläge zur Verbesserung technischer Systeme entwickeln

Informatik
Robotik / Automatisierte Prozesse:

  • Programm implementieren, testen und optimieren, um mit dem konstruierten Roboter bzw. eingebettetem System eine Aufgabe zu lösen (z.B. Folgen einer Linie) bzw. zur Steuerung einer technischen Komponente

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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