Wie Augen sehen

(HINWEIS: Diese Aufgabe besteht aus zwei Teilen: Teil A und Teil B. Beide Teile sind wichtig, um das Lernziel zu erreichen. Wenn die Zeit begrenzt ist, lesen Sie sich beide Teile durch und wählen Sie die Elemente aus, die den Bedürfnissen Ihrer Schülerinnen am besten entsprechen.)*

Bei dieser Aufgabe geht es vor allem darum, zu lernen und der Frage nachzugehen, wie sich Licht auf unser Sehvermögen auswirkt. Die Schüler*innen bauen eine bewegliche Lichtquelle unter Zuhilfenahme von Beispielbildern, Bauanleitungen und Programmierideen. Ermutigen Sie sie dazu, ihre eigenen Ideen für den Entwurf und Bau einer beweglichen Lichtquelle umzusetzen, wenn sie das bevorzugen.

• Vorwissen aufbauen – Wie Augen sehen: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht wie Informationen, Bilder und Definitionen.
  • Wenn Gegenstände Licht reflektieren (einfallendes Licht zurückwerfen), trifft es auf das Auge.
  • Die Netzhaut ist der Teil des Auges, über die wir Licht und Farben wahrnehmen.
  • Das Auge sendet Licht- und Farbsignale an das Gehirn, das diese Informationen verarbeitet, damit wir Objekte erkennen können.
  • Schlüsselvokabular: reflektiertes Licht, Auge, Netzhaut
• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,
  • das Motor- und Licht-Tutorial im Startmenü der SPIKE App zu nutzen;
  • die Hilfestellungen in den Abschnitten Ereignis- und Lichtblöcke im Menü Hilfe > Textblöcke in der SPIKE App zu nutzen;
  • den Motor in das Modell einzubauen, damit sich das Auto an einen anderen Ort fortbewegen kann, und es zu PROGRAMMIEREN (Tipp: weitere Ideen siehe Aufgabe Busfahrt ), um Anregung und Unterstützung im Schritt „Erweitern” zu bieten.
• Materialien: Die Schüler*innen benötigen einen relativ dunklen Raum, damit sie das Matrixlicht sehen können. Ziehen Sie ggf. die Vorhänge zu, dimmen Sie die Deckenbeleuchtung oder stellen Sie große Pappkartons mit einem Guckloch zum Testen des Modells bereit.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Daniel findet etwas, als er eine dunkle Höhle erkundet. Könnt ihr ihm helfen, es besser zu sehen?

• EINSTIEG – Regen Sie eine kurze Diskussion über das Thema an – unter Umständen mit den Bildern aus der Unterrichtseinheit.

  • Wie können wir Gegenstände in einer dunklen Umgebung sehen? (Benutzen Sie eine Taschenlampe oder eine andere Lichtquelle, um zu zeigen, wie ein Gegenstand Licht reflektiert.)
  • Wenn das Licht zu einem Gegenstand blockiert wird, wie verändert das, was wir sehen? (Da der Gegenstand kein Licht durchlässt, kann es auch kein Licht reflektieren. Ohne Licht sind unsere Augen nicht in der Lage, Signale über den Gegenstand an das Gehirn zu senden; daher können wir es auch nicht wahrnehmen.)
  • Was können wir tun, um den Gegenstand zu sehen, wenn das Licht blockiert ist? (Das Licht an einen anderen Platz stellen; das umstellen, was das Licht blockiert oder den Gegenstand bewegen.)

• Jede Gruppe erhält ein SPIKE Essential-Set und ein digitales Endgerät.

• Machen Sie bei der Bearbeitung der Aufgabe deutlich, dass die Bilder und die Bauanleitung nur eine Anregung für ein Automodell mit Licht darstellen. Die Schüler*innen können ihre eigenen Ideen für den Entwurf und Bau einer beweglichen Lichtquelle umsetzen.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • mithilfe des Basismodells ein Modellauto BAUEN, damit Daniel die Gegenstände in der Höhle sehen kann; sie sollen ein Licht an der Vorderseite des Automodells befestigen.
  • ihr Modell PROGRAMMIEREN, damit sie zeigen können, wie ein Lichtstrahl ein Objekt anleuchtet;
  • ihr Modell testen (unter Zuhilfenahme des abgedunkelten Pappkartons, siehe Schritt „Vorbereiten”).

• Sammeln Sie mit der Klasse Ideen, wie sie LEGO^® Elemente nutzen kann, um nachzubilden, welche Rolle das Licht beim Sehen spielt. Beispielsweise könnten die Schüler*innen die Lichtmatrix wie eine Taschenlampe benutzen und eine LEGO Platte als „Wand” einsetzen, die das Licht zu einem Gegenstand blockiert. Durch das Umstellen beider Elemente (Lichtquelle und Platte), wird den Schülerinnen und Schülern veranschaulicht, dass eine Änderung des Lichtwegs einen Einfluss darauf hat, ob wir Objekte wahrnehmen können oder nicht.

• Geben Sie den Schülerinnen und Schülern nach der Hälfte der Arbeitszeit die Gelegenheit, sich über ihre Ideen im Rahmen einer vertrauten Unterrichtsroutine auszutauschen und ihre Modelle danach entsprechend zu überarbeiten.

Beispielideen

• Bitten Sie die Schüler*innen, über ihre Arbeit zu sprechen. 

• Jedes Team soll sein Modell vorstellen und erklären,

  • wie das reflektierte Licht eines Gegenstands in unsere Augen gelangt, damit wir ihn wahrnehmen können;
  • warum wir ein Objekt nicht wahrnehmen können, wenn der Lichtweg zum Objekt blockiert wird.

• Fordern Sie die Schüler*innen dazu auf, den anderen zu erklären, wie sie ihr Modell überarbeitet und verbessert haben.

Falls Sie mit Teil B „Erklären“ fortfahren möchten, können die Schüler*innen ihre Modelle weiterverwenden oder sie umbauen, wofür Sie zusätzlich Zeit einplanen müssen.

TEIL B (45 Minuten)

• Wiederholen Sie die Schritte aus Teil A („Erklären”) – Lassen Sie weitere Gruppen das Gelernte vorführen und erklären.

• (5 Min.) Vermitteln Sie den Schülerinnen und Schülern zur Vertiefung das nötige Hintergrundwissen: Besprechen Sie mit der Klasse, warum der Lichtweg verändert wird, wenn man das Auto an einen anderen Platz stellt. (Der Lichtweg wurde durch die LEGO Platte bzw. „Wand” blockiert. Wenn man das Auto links oder rechts von der Platte stellt, wird das Licht nicht mehr blockiert.)

• (15 Min.) Um den nächsten Arbeitsauftrag in der App abzuschließen, müssen die Teams ihre Modelle wiederholt testen und anpassen:

  • PROGRAMMIERT den Motor eures Modells so, dass das Auto an einen anderen Ort fahren kann. (Tipp: weitere Ideen für das Modell siehe Aufgabe Busfahrt.)
  • Zeigt, wie die Position des Autos den Weg des Lichts verändert und wie das einen Einfluss darauf hat, was Daniel sehen kann. Erklärt, ob es Daniel helfen würde, den Gegenstand besser zu sehen, wenn das Auto an einen anderen Platz gestellt wird. Wenn ja, erklärt, wie ihm das hilft.

• (10 Min.) Fragen Sie die Schüler*innen, welche Kenntnisse, Ideen und Fähigkeiten ...

  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen;
  • sie beim Bauen gelernt haben.

• Bitten Sie die Schüler*innen, die Sets und Arbeitsbereiche aufzuräumen.

• Ermutigen Sie die Teams durch Fragen dazu, nachzudenken und ihre Entscheidungen zu begründen, die sie beim Bauen und Programmieren getroffen haben.

Checkliste für Beobachtungen

• Sehen Sie sich die Lernziele an (Feld Unterstützung für Lehrkräfte).

• Ermitteln Sie den Fortschritt der Schüler*innen anhand der Checkliste:

  • Ihr Modell verfügt über ein Licht, das sich an neuen Orten aufstellen lässt.
  • Anhand ihres Modells beschreiben sie, dass unsere Augen das reflektierte Licht des Objekts benötigen, um es wahrzunehmen.
  • Sie erklären anhand ihres Modells, dass wir ein Objekt nicht wahrnehmen können, wenn der Lichtweg zum Objekt blockiert ist.

Selbsteinschätzung

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

• Blauer Stein: Ich denke, ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Gelber Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen.
• Grüner Stein: Ich kann Anweisungen befolgen, um ein Programm zu erstellen. Außerdem kann ich anderen dabei helfen.

Feedback der Mitschüler*innen

Lassen Sie die Schüler*innen in ihren Teams über ihre Zusammenarbeit sprechen.
Ermutigen Sie sie dazu, ihre Rückmeldungen wie folgt zu formulieren:

• Ich fand es gut, wie/dass du …
• Ich würde gern mehr darüber wissen, wie du …

Um die Aufgabe zu vereinfachen, können Sie Folgendes tun:

• Anpassung des ersten Arbeitsauftrags: Lassen Sie die Schüler*innen (mithilfe der Lichtmatrix) eine Lichtquelle ohne Auto bauen und programmieren. Fordern Sie sie dazu auf, ihr Licht an Gegenständen mit und ohne blockierender Wand zu testen.

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

• Erweiterung der Aufgabe im Schritt „Erweitern“: Lassen Sie die Schüler*innen ihre Modelle aus der Erweiterungsphase ändern und so programmieren, dass die Pixelhelligkeit ihrer Lichtmatrix von 0 %, 25 %, 50 % und 75 % auf 100 % erhöht wird. Lassen Sie sie beobachten, wie sich ihre Fähigkeit, einen Gegenstand wahrzunehmen, mit den verschiedenen Helligkeitsstufen verändert.

• Stellen Sie Lernmaterialien über Tiere zur Verfügung, die (im Gegensatz zu Menschen) in der Dunkelheit sehr gut sehen können. Bitten Sie die Schüler*innen, sich ein Tier auszuwählen und in Form eines kurzen Zeitungsartikels zu beschreiben, wie das Tier im Dunkeln sehen kann und wie weit.

Wenn Sie die Erweiterungen nutzen, dauert die Aufgabe länger als 45 Minuten.