SPIKE™ Prime-Set

Schrittzähler

Die kinetische Energie einer Bewegung bei konstanter Geschwindigkeit erforschen.

45-90 Min.
Könner
Klassen 5–8
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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.
  • 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 wird die kinetische Energie beim Gehen mit konstanter Geschwindigkeit untersucht. Zuerst messen die Schülerinnen und Schüler die Anzahl an Schritten. Dann berechnen sie mit diesem Wert die zurückgelegte Strecke, die durchschnittliche Geschwindigkeit und die durchschnittliche kinetische Energie für diese Bewegung. Der Hub verfügt über einen eingebauten Beschleunigungssensor, der Bewegungen um drei Achsen erkennt (d. h. oben/unten, links/rechts und vorn/hinten). Wenn man den Hub an der Hüfte befestigt, bewegt er sich beim Gehen mit und zeichnet die Beschleunigungswerte auf. Das daraus entstehende Diagramm zeigt den Minimal- und Maximalwert der erfassten Beschleunigung. Die Genauigkeit dieser Minimal- und Maximalwerte hängt von der vertikalen Position des Hubs beim Gehen ab. Die Genauigkeit der gezählten Schritte hängt wiederum von der Qualität dieser Minimal- und Maximalwerte ab sowie von den im Programm verwendeten Kalibrierwerten.

  • Verwenden Sie verschiedene Materialien, um eine spannende Einführung in das Thema „kinetische Energie“ zu geben.

Eine Diskussion anregen

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

  • Wie könnt ihr messen, wie schnell ihr geht?
  • Wie könnt ihr die Energie eines sich bewegenden Objekts messen oder berechnen?
  • Welche Energieform ist das?

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

Erforschen

(Im Unterricht, 30 Min.)

  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler einen Schrittzähler bauen. Sie können eigene Modelle bauen oder sich an die Bauanleitung für den Schrittzähler in der App halten.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler ihre Modelle ausprobieren. Dazu sollen sie das vorgeschlagene Programm verwenden.
  • Anschließend sollen sie sich das Diagramm ansehen, das die Beschleunigung im Zeitverlauf darstellt, und erklären, was ein „Schritt“ ist.

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:
    • Lassen Sie sie die kinetische Energie beim Gehen oder als Bestandteil ihres Programms veranschaulichen. Dazu können sie die Dockingstation verwenden und programmieren.
  • 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 den Zusammenhang zwischen kinetischer Energie und Geschwindigkeit erklären.

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 wiederholen lassen - Solange der Hub senkrecht zum Boden gehalten wird, sollten die Daten geeignet sein, um die Schritte zu zählen

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

  • Die Schülerinnen und Schüler eigene Schrittzähler bauen lassen
  • Die Schülerinnen und Schüler das Experiment mit einem Smartphone oder Tablet als Schrittzähler wiederholen lassen, sodass sie die Ergebnisse von zwei Experimenten miteinander vergleichen können
  • Dazu ist eine App nötig, welche die vom Gerät aufgezeichneten Sensorwerte anzeigen kann
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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.

SPIKE PRIME Science Stop Block - en

Hauptprogramm

SPIKE Prime Science Watch your Steps - 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:

  • Fragen Sie, bei welchen Elementen ihres Experiments die Schülerinnen und Schüler auf Näherungswerte angewiesen waren. Weisen Sie darauf hin, dass Schrittlängen nicht immer genau sind und dass Schrittzähler daher gewissen Grenzen unterliegen (d. h. sie sind innerhalb einer gewissen Fehlertoleranz präzise).
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler beschreiben, wie ein Diagramm, das eine Person beim Gehen beschreibt, im optimalen Fall aussähe.

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 Ihre Schülerinnen und Schüler recherchieren, wie Smartwatches, Fitnesstracker oder Smartphones Schritte zählen. Dann sollen sie schriftlich erläutern, wie diese Technik funktioniert, und dabei auch auf die Fehlertoleranzen eingehen.
  • Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler erforschen, wie das Erkennen von Mustern diesen Smartgeräten dabei hilft, Schritte zu zählen. Dabei sollen sie insbesondere darauf eingehen, wie künstliche Intelligenz davon Gebrauch macht.

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
• lernen, die Anzahl an Schritten aus einem Diagramm abzulesen, das die Beschleunigung im Zeitverlauf darstellt;
• die Schrittzahl in die Durchschnittsgeschwindigkeit und die durchschnittliche kinetische Energie beim Gehen umrechnen.

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

PHYSIK

Kinematik

  • Bewegungsdiagramme erstellen und interpretieren
  • Geschwindigkeiten aus experimentellen Messdaten berechnen

Energie

  • Größenordnungen von Leistungen im Alltag (körperliche Tätigkeit) ermitteln und vergleichen
  • kinetische Energie bei konstanter Geschwindigkeit berechnen

MATHEMATIK

Daten

  • Daten erheben, auswerten und interpretieren
  • Daten aus Diagrammen entnehmen
  • Daten unter Verwendung von Software grafisch darstellen

Funktionaler Zusammenhang

  • Zusammenhänge darstellen
  • alltagsbezogene Sachverhalte aus Darstellungen ablesen
  • mit linearen Funktionen umgehen

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

Schülerarbeitsblatt

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