SPIKE™ Prime-Set

Hock-Sprünge

Die potenzielle Energie an der höchsten Stelle eines Sprungs grafisch darstellen.

30-45 Min.
Einsteiger
Klassen 5–8
Squat Jumps - Lesson Header

Vorbereiten für integriertes Lernen

(Vor dem Unterricht)

Falls Sie es für nötig erachten, planen Sie eine Unterrichtsstunde ein, in der Sie zur Einführung die Erste-Schritte-Materialien in der App bearbeiten. Das wird Ihnen und Ihrer Klasse dabei helfen, sich mit SPIKE Prime vertraut zu machen.

  • Sehen Sie sich das Video auf dieser Seite an.
  • Lesen Sie sich das Schülermaterial für diese Aufgabe durch. Klicken Sie dazu auf den entsprechenden Link auf dieser Seite oder in der SPIKE App.
  • Folgende Aspekte sollten Sie gegebenenfalls vorab bedenken:
    • Wählen Sie die richtigen Hilfsmittel und den richtigen Ort aus. Videos anzusehen, im Lehrbuch zu lesen oder sich auf eine praktische Übung vorzubereiten, ist zum Beispiel problemlos von zu Hause aus möglich. Das Experiment durchzuführen und Daten bei der praktischen Arbeit zu erfassen, sind eher Aufgaben für das Klassenzimmer.
    • Verwenden Sie verschiedene Hilfsmittel und Möglichkeiten zur Differenzierung. Auf diese Weise können Sie alle Schülerinnen und Schüler besser einbeziehen und die Lernergebnisse verbessern.
    • Bieten Sie verschiedene Möglichkeiten für die virtuelle Zusammenarbeit an. Hier sind einige Beispiele:
      • Videokonferenzen
      • Blogs, Chats oder Pinnwände
      • Digitale Versionen der Schülerarbeitsblätter
  • Passen Sie den Ablauf der Aufgabe an, wenn nicht die gesamte Aufgabe im Klassenzimmer erledigt werden kann. Unten finden Sie einen beispielhaften Ablauf.
Vor dem Unterricht Im Unterricht Nach dem Unterricht
Einführen Erforschen, Erklären Erweitern, Evaluieren
- Verwenden Sie Online-Tools zum gemeinsamen Diskutieren oder Recherchieren des Themas.
- Zeigen Sie die Videos, in denen erklärt wird, was die Schülerinnen und Schüler tun sollen. Verweisen Sie auf die SPIKE App oder die URL auf dem Schülerarbeitsblatt.
- Schaffen Sie möglichst viele Möglichkeiten für die praktische Arbeit und für Zusammenarbeit. - Verwenden Sie Online-Tools, um Ergebnisse zu präsentieren, die Arbeiten zu beurteilen und die Aufgabe zu erweitern.
  • Hier sind einige weitere Möglichkeiten, mit denen Sie die Aufgabe an die Bedürfnisse Ihrer Klasse anpassen können:
    • Zeigen Sie die Videos, in denen erklärt wird, was die Schülerinnen und Schüler tun sollen. Verweisen Sie auf die SPIKE App oder die URL auf dem Schülerarbeitsblatt.
    • Verwenden Sie eigene Materialien, die Sie zum jeweiligen Thema bereits vorbereitet haben.
    • Passen Sie das Schüler-Erfinderheft so an, dass sich die Schülerinnen und Schüler damit auf das Lernerlebnis vorbereiten und über ihre Ergebnisse nachdenken können. (Siehe „Zusätzliche Ressourcen“.)
    • Verwenden Sie den Aufgaben-Überblick (eine einfach zu verwendende Übersichtsseite), um die Schülerinnen und Schüler mit einer offenen Aufgabe herauszufordern. (Siehe „Zusätzliche Ressourcen“.)

Einführen

(Vor dem Unterricht, 20 Min.)

  • In dieser Aufgabe geht es um potenzielle Energie bzw. die Lageenergie. Die Gleichung für potenzielle Energie lautet: Ep = m g h. „g“ ist ein bekannter Wert und „m“ kann bestimmt oder geschätzt werden. Die unbekannte Variable ist in dieser Aufgabe die Höhe eines Sprungs, die von den Schülerinnen und Schülern gemessen werden muss. Dazu verwenden sie zuerst den Abstandssensor. Sie richten ihn auf den Boden aus und berechnen so den maximalen Abstand zum Boden, während sie springen. Es ist wichtig, dass sie dabei auf einer ebenen Oberfläche stehen. Später probieren sie noch weitere Möglichkeiten zum Messen der Höhe aus und verwenden dazu den Beschleunigungssensor des Hubs.

Eine Diskussion anregen

Beginnen Sie ein Gespräch, indem Sie relevante Fragen stellen. Hier sind einige Vorschläge:

  • Was ist potenzielle Energie bzw. die Lageenergie?
  • Wie hoch könnt ihr springen?
  • Wie viel (potenzieller) Energie entspricht das?

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Gedanken als Hypothese aufschreiben.

Erforschen

(Im Unterricht, 30 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler eine Kugelhantel bauen, die Daten über einen Sprung aufzeichnen kann. Sie können eigene Modelle bauen oder sich an die Bauanleitung für die Kugelhantel in der App halten.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Modelle ausprobieren. Dazu sollen sie das vorgeschlagene Programm verwenden.
  • Es ist wichtig, dass der Sprung kontrolliert durchgeführt wird. Das bedeutet, die Kugelhantel muss gerade in Richtung einer ebenen Oberfläche zeigen (keine Teppiche).

Erklären

(Im Unterricht, 15 Min.)

  • Geben Sie den Schülerinnen und Schülern etwas Zeit, um ihre Programme anzupassen und ihre Leistung zu verbessern.
  • Ermutigen Sie sie dazu, so viele Daten wie möglich aufzuzeichnen, während sie experimentieren.
  • Lassen Sie sie ihre Daten als CSV-Datei exportieren, damit sie die Daten bei Bedarf in einer anderen Software bearbeiten können.

Erweitern

(Nach dem Unterricht, 25 Min.)

  • Falls die Schülerinnen und Schüler auch nach dem Unterricht Zugang zu den SPIKE Prime-Sets haben, lassen Sie sie die Aufgaben aus der SPIKE App abschließen, um das praktische Lernerlebnis zu erweitern. Beispiel:
    • Fordern Sie sie dazu auf, beim Springen eine größere Masse zu verwenden (z. B. indem sie einen Rucksack tragen) und anschließend die potenzielle Energie dieses Sprungs mit einem Sprung ohne Rucksack zu vergleichen.
  • Falls Ihre Schülerinnen und Schüler keinen Zugang zu den Sets haben, sollen sie an ihrem Schüler-Erfinderheft arbeiten oder eine der unten aufgeführten Erweiterungsübungen erledigen. Die meisten Erweiterungsübungen können mithilfe der Daten bearbeitet werden, die sie bei der praktischen Arbeit erfasst haben.
  • Organisieren Sie eine gemeinsame Besprechung, in der Ihre Schülerinnen und Schüler Informationen austauschen können. Hierfür können Sie flexibel die am besten geeignete Vorgehensweise auswählen (persönlich oder online).

Evaluieren

  • Geben Sie allen Schülerinnen und Schülern einzeln Rückmeldung zu ihrer jeweiligen Leistung.
  • Zur Unterstützung können Sie hierfür die Bewertungsraster nutzen.

Leistungsbewertung

Checkliste für Beobachtungen
Erstellen Sie eine geeignete Bewertungsskala, wie zum Beispiel:

  • Erwartungen zum Teil erfüllt
  • Erwartungen vollständig erfüllt
  • Erwartungen übertroffen

Nutzen Sie die folgenden Kriterien, um den Lernfortschritt der Schülerinnen und Schüler zu beurteilen:

  • Sie können ein Gerät so programmieren, dass es Daten als Liniendiagramm aufzeichnet.
  • Sie können die Werte in einem Liniendiagramm interpretieren.
  • Sie können mit eigenen Worten erklären, was potenzielle Energie ist und wie sie mit der Masse und der Höhe zusammenhängt.

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

  • Blau: Ich kann Daten mit dem Programm in der App grafisch darstellen.
  • Gelb: Ich kann ein eigenes Liniendiagramm erstellen und meine Ergebnisse erklären.
  • Lila: Ich habe mir selbst neue Experimente ausgedacht und durchgeführt.

Lernbeobachtung durch Mitschüler

Ermutigen Sie die Schülerinnen und Schüler dazu, einander Rückmeldungen zu geben:

  • Lassen Sie sie einander mit der Steine-Skala (siehe oben) bewerten.
  • Lassen Sie sie einander konstruktives Feedback geben, damit sie ihre Leistung in der nächsten Unterrichtsstunde verbessern können. Dies ist eine großartige Gelegenheit, um im Rahmen des integrierten Lernens Online-Tools für Videokonferenzen oder Blogs einzubinden.
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Differenzierung

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

  • Die Schülerinnen und Schüler das Experiment nur mit dem Hub (und ggf. mit dem Abstandssensor) wiederholen lassen
  • Sicherstellen, dass die Schülerinnen und Schüler das vorgeschlagene Programm in der SPIKE App so anpassen, dass es für ihr eigenes Modell geeignet ist
    • Solange der Hub senkrecht zum Boden gehalten wird, sollten die Daten geeignet sein, um die Beschleunigungswerte aufzuzeichnen

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

  • Die Schülerinnen und Schüler nach anderen Möglichkeiten suchen lassen, wie man die Höhe eines Sprungs bestimmen kann:
    • Mit dem Beschleunigungssensor des Hubs
    • Indem sie ein Video des Sprungs aufnehmen
    • Nur mithilfe der Zeit
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Tipps

Bautipps

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Programmiertipps
Den Download-Modus verwenden
Für diese Aufgabe sollte der Download-Modus aktiviert werden. Im Download-Modus ist die Erfassungsrate des Hubs höher. Das bedeutet, dass die Auflösung des Liniendiagramms in diesem Modus besser ist. Es bedeutet aber auch, dass der Datensatz importiert werden muss, nachdem das Programm beendet wurde.

Mit dem Block „Anhalten“ Datensätze automatisch übertragen
Dieser Block beendet das Programm und lädt automatisch die erfassten Datensätze vom Hub auf Ihr Gerät, wenn eine Bluetooth-Verbindung hergestellt wird. Wenn Sie ein USB-Kabel verwenden, müssen die Datensätze manuell hochgeladen werden.

Hauptprogramm

SPIKE Prime Science Time for Squat Jumps - STEP03 - de-de

Tipp: Wissenschaftliche Daten
Hier sehen Sie ein Beispiel dafür, mit welchen Daten die Schülerinnen und Schüler bei diesem Experiment zu tun haben werden.

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Erweiterungen

Erweiterung: Mathematik

Um die Entwicklung mathematischer Fähigkeiten zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Anstatt den Abstand zwischen der Unterseite der Kugelhantel und dem Fußboden direkt mit dem Abstandssensor zu messen, können Sie die Schülerinnen und Schüler die Höhe des Sprung mithilfe von Beschleunigungswerten bestimmen lassen.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler mit beiden Methoden (Messen des Abstands und Berechnen anhand der Beschleunigungswerte) die potenzielle Energie bestimmen. Anschließend sollen sie erklären, welche Methode schwieriger oder effizienter war und warum.

Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.

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Erweiterung: sprachliche Ausdrucksfähigkeit

Um die Entwicklung der sprachlichen Ausdrucksfähigkeit zu fördern, können Sie Folgendes tun:

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen Aufsatz darüber schreiben, was bei einem Sprung geschieht. Dazu sollen sie Recherchen über Muskelkraft und Biomechanik anstellen und menschliche Sprünge mit denen von verschiedenen Tieren vergleichen.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen Roboter-Prototyp untersuchen, der ebenfalls springen kann. Anschließend sollen sie einen Aufsatz darüber schreiben, wie Wissenschaftler versucht haben, echte Muskelimpulse bei solchen Robotern nachzuahmen.

Hinweis: Die Erweiterungen erfordern zusätzliche Zeit.

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In welchen Berufen sind diese Fähigkeiten gefragt?

Schülerinnen und Schüler, die sich für diese Aufgabe begeistern, könnten sich auch für folgende Berufszweige interessieren:

  • Therapeutische Dienstleistungen
  • Maschinenbau und Technik

Unterstützung für Lehrkräfte

Die Schülerinnen und Schüler werden

  • Möglichkeiten untersuchen, wie man die Höhe von Sprüngen messen kann;
  • mit diesem Wert die potenzielle Energie berechnen.

LEGO® Education SPIKE Prime-Set
Gerät, auf dem die LEGO Education SPIKE App installiert ist

PHYSIK

Energie

  • Größenordnungen von Leistungen im Alltag (körperliche Tätigkeit) ermitteln und vergleichen
  • potentielle Energie berechnen

MATHEMATIK

Daten

  • Daten erheben, auswerten, vergleichen und interpretieren
  • Daten unter Verwendung von Software grafisch darstellen

TECHNIK

Systeme und Prozesse

  • physikalische Größen mit Sensoren erfassen

INFORMATIK

Informationsgesellschaft

  • aktuelle Technologien erläutern, die personenbezogene Daten sammeln

Algorithmen

  • Algorithmen in einer geeigneten Programmierumgebung anpassen
  • ein Softwareprojekt unter Anleitung durchführen

Prozessbezogene Kompetenzen

  • Vernetzen
  • Kommunizieren
  • Bewerten

Materialien für Schülerinnen und Schüler

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