LEGO® Education SPIKE™ Prime-Set

Windgeschwindigkeit

Einen Weg finden, Windgeschwindigkeiten mithilfe von quantitativen Cloud-Daten anzuzeigen

30-45 Min.
Fortgeschrittene
Klassen 5–8
Windgeschwindigkeit
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • Echtzeit-Wetterdaten verwenden, um eine Ausgabe zu steuern.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set

Naturwissenschaften und Technik
Denk- und Arbeitsweisen / Arbeitsmethoden:

  • Experimente planen und durchführen, Messwerte erfassen und Ergebnisse protokollieren sowie erläutern, wie man dabei vorgeht

Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • zuverlässige Messungen durchführen und Messfehler erkennen
  • Elemente einer Programmiersprache beschreiben (z. B. Anweisung – Sequenz – Bedingung – Verzweigung – Schleife – Zähler – Zeitglied – Unterprogramm)

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
Programmierung / Algorithmen:

  • algorithmische Grundbausteine erläutern und zielorientiert anwenden: Anweisung – Sequenz – Schleife – Verzweigung – Bedingung

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
Größen und Messen:

  • Winkelweiten bis 180° messen und schätzen

Proportionalität (Funktionaler Zusammenhang):

  • Beziehungen erkunden und Zusammenhänge durch Tabellen und/oder Graphen darstellen

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:

Windgeschwindigkeit

1. Vorbereitung

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

2. Einführung

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

3. Erkunden (20 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler in Zweiergruppen das Windanzeiger-Modell 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.

4. Erklären (5 Min.)

  • Fragen Sie, wie die Daten aus der Cloud auf dem Modell angezeigt werden und was sie laut Beaufortskala bedeuten.

5. Vertiefen (15 Min.)

  • Lassen Sie die Teams ihre Programme mit weiteren „IF-ELSE“-Bedingungen erweitern, um unterschiedliche Windgeschwindigkeiten gemäß der Beaufortskala zu berücksichtigen. Sie können dazu die Skala in 4 Teile aufteilen.
  • Fordern Sie die Teams dazu heraus, mit ihren Programmen die Windrichtung anzuzeigen (z. B. indem sie Pfeile auf der Lichtmatrix benutzen).
  • 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 Wind an.

  • Sprechen Sie über Dinge, die man an windigen Tagen tun kann bzw. nicht tun kann (z. B. eine Drohne fliegen oder einen Drachen steigen lassen, Fußball oder Tennis spielen, eine Gartenparty veranstalten).
  • Stellen Sie verschiedene Systeme zur Einteilung von Windgeschwindigkeiten vor (z. B. die Beaufortskala).
  • Fragen Sie nach verschiedenen Möglichkeiten der Windmessung.

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

Video preview

Bautipps

Motoren richtig ausrichten
Achten Sie darauf, dass die Teams den Motor beim Bauen richtig positionieren. Die Ausrichtung beeinflusst, wie das Modell programmiert wird.

Wiederverwenden des Modells in anderen Lerneinheiten
Wenn die Zeit begrenzt ist, verwenden Sie eine einfache Version des Modells (d. h. überspringen Sie die Elemente zum Personalisieren).

Die Lichtmatrix verwenden
Zum Anzeigen der Windrichtung können Sie entweder einen weiteren Motor oder Pfeile auf der Lichtmatrix am Hub verwenden.

Die Beaufortskala
Die Farben der Steine am Modell beziehen sich auf die Beaufortskala, die 1805 von dem irischen Hydrografen Francis Beaufort erfunden wurde. Die Farben sind wie folgt eingeteilt:

  • Blau: Beaufortskala 1–3 (0,3 bis 5,5 m/s), leiser Zug bis schwache Brise
  • Green: Beaufortskala 4–6 (5,5 bis 13,9 m/s), mäßige Brise bis starker Wind
  • Gelb: Beaufortskala 7–9 (13,9 bis 24,5 m/s), steifer Wind bis Sturm
  • Rot: Beaufortskala 10–12 (24,5 bis 32,7 m/s und mehr), schwerer Sturm bis Orkan

Programmiertipps

Hauptprogramm

Beispiellösung

Weitere Programme

Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Eine kurze Aufgabe ohne technische Hilfsmittel durchführen, damit sich die Schülerinnen und Schüler mit den Windgeschwindigkeiten und zugeordneten Farben vertraut machen können (Anregungen finden Sie in der PDF-Datei)

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

  • Den Windanzeiger so verändern lassen, dass er sich um 180 Grad drehen kann (Beobachten Sie, wie schnell die Teams ihre Modelle neu kalibrieren.)
  • Die Teams dazu auffordern, eigene Windanzeiger zu konstruieren

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 Bedingungen nutzen, um ihre Skala zu kalibrieren.
  • Sie können ihre Skala mit allen Arten von Daten (Einheiten) kalibrieren.
  • Sie können ihre Programme so verändern, dass 2 Arten von Cloud-Daten gleichzeitig erfasst und verwendet werden (Windgeschwindigkeit und Windrichtung).

Selbsteinschätzung

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

  • Blau: Ich habe mein Modell mithilfe von Cloud-Wetterdaten so programmiert, dass 2 verschiedene Windgeschwindigkeiten von 3 unterschiedlichen Orten angezeigt werden.
  • Gelb: Ich habe mein Modell so programmiert, dass es 4 Windgeschwindigkeitskategorien der Beaufortskala von 3 unterschiedlichen Orten anzeigt.
  • Lila: Ich habe einen weiteren Motor hinzugefügt und so programmiert, dass ein Zeiger die Windrichtung für jeden Ort anzeigt.

Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

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

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler Warnungen auf Grundlage ihrer vorhergesagten Windgeschwindigkeiten aufzeichnen und herausgeben.
  • Ermutigen Sie sie dazu, im Rahmen ihrer Vorhersage zu erklären, wie Wind entsteht.

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

Erweiterung: Mathematik

  • Während die Teams den Motorwinkel zum Anzeigen der Windgeschwindigkeit programmieren, erklären Sie,

▷ dass sie Aussagen über die relative Position von 2 Zahlen vergleichen und
▷ dass sie Größenverhältnisse rationaler Zahlen in einem alltäglichen Kontext beschreiben (z. B.: Sie schreiben „eine Windgeschwindigkeit, die um 13,8 m/s größer ist als 24,4 m/s“, um auszudrücken, dass die Windgeschwindigkeit höher ist). Sie müssen Einheiten geeigneter Größe zum Messen verwenden und den Motor so programmieren, dass der Winkel proportional bewegt wird.
*Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler mit verschiedenen Einheiten arbeiten (z. B. mph, km/h, Knoten).

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:

  • Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau & Mathematik (Maschinenbau und Technik)
  • Naturwissenschaften, Technik, Maschinenbau & Mathematik (Naturwissenschaften und Mathematik)
Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • Echtzeit-Wetterdaten verwenden, um eine Ausgabe zu steuern.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set

Naturwissenschaften und Technik
Denk- und Arbeitsweisen / Arbeitsmethoden:

  • Experimente planen und durchführen, Messwerte erfassen und Ergebnisse protokollieren sowie erläutern, wie man dabei vorgeht

Informationsaufnahme und -verarbeitung / Informatik:

  • zuverlässige Messungen durchführen und Messfehler erkennen
  • Elemente einer Programmiersprache beschreiben (z. B. Anweisung – Sequenz – Bedingung – Verzweigung – Schleife – Zähler – Zeitglied – Unterprogramm)

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
Programmierung / Algorithmen:

  • algorithmische Grundbausteine erläutern und zielorientiert anwenden: Anweisung – Sequenz – Schleife – Verzweigung – Bedingung

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
Größen und Messen:

  • Winkelweiten bis 180° messen und schätzen

Proportionalität (Funktionaler Zusammenhang):

  • Beziehungen erkunden und Zusammenhänge durch Tabellen und/oder Graphen darstellen

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
Teilen mit:

Die maximale Anzahl an Produkte beträgt 99 Stück wurde erreicht.

Bei Anfragen von 99 Produkten oder mehr wenden Sie sich bitte an unseren Kundendienst.

To inquire about purchasing more than 99 of one item, please call 800-362-4738.