Informationsübertragung

(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, mehrere Möglichkeiten zum Senden von Nachrichten mit verschiedenen Mustern (Codes) zu vergleichen. Mit diesem Modell können die Schülerinnen auf unterhaltsame und praxisorientierte Weise verschiedene Lösungsvorschläge für Codes testen und vergleichen. Ermutigen Sie die Schülerinnen dazu, ihre eigenen Codes und Modelle zur Übermittlung von Informationen zu entwerfen und zu bauen. Betonen Sie, dass es nicht nur ein einziges richtiges Modell gibt.

• Wissenschaftlicher Hintergrund – Informationsübertragung:
  • Machen Sie sich mit den vorgeschlagenen Codierungsoptionen im Schritt „Erforschen” vertraut, bei dem die Schüler*innen die Licht- und/oder Soundeffekt-Blöcke nutzen, um auf verschiedene Weisen Nachrichten mithilfe von Mustern (Codes) zu senden.
  • Bei den beiden bereitgestellten Methoden handelt es sich um Ersatzcodes: jeder Buchstabe wird durch eine Zahl ersetzt, die durch einmaliges oder mehrmaliges Blinken oder durch Laute dargestellt wird – A=1, B=2 usw.
  • Um die Tests sinnvoll zu gestalten, benötigen die Schüler*innen Kriterien und Einschränkungen, die in der Einführungsphase festgelegt werden können.
• Vorwissen aufbauen – Informationsübertragung: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus dem naturwissenschaftlichen Unterricht wie Informationen, Bilder und Definitionen.
  • Codes bestehen aus Mustern, Zahlen-, Buchstaben-, Laut-, Lichterfolgen und/oder Symbolen, die für bestimmte Nachrichten stehen. Beispielsweise wird ein Buchstabe im Morsecode durch ein langes oder kurzes Blink- oder Tonsignal übermittelt.
  • Menschen haben in verschiedenen Zeitepochen und an verschiedenen Orten ganz unterschiedliche Systeme entwickelt, um codierte Nachrichten zu senden.
  • Heutzutage werden Informationen oft elektronisch von einem Medium zum anderen mit Binärcodes übertragen, die Informationseinheiten aus 1 oder 0 verwenden, um Text, Ton und Bilder darzustellen. Die Zahlen werden von elektronischen Geräten wie Mobiltelefonen in eine Form entschlüsselt, die wir kennen.
    Unter - Kriterien versteht man, dass bestimmte Voraussetzungen erfüllt sein müssen, damit ein Projekt erfolgreich ist (z. B. etwas ist einfach und sicher zu bedienen).
    BeiEinschränkungen sind für das Projekt Grenzen gesetzt, z. B. ist die Zeit oder sind Kosten beschränkt.
  • Schlüsselvokabular: Muster, Code, Informationsübertragung, Kriterien, Einschränkungen
• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,
  • das Licht- und Farbsensor-Tutorial im Startmenü der SPIKE App zu nutzen;
  • mindestens eine oder mehrere Aufgaben in der Unterrichtseinheit Naturwissenschaften durchzunehmen, um mehr Bauerfahrung zu sammeln und sich mit der Anwendung von Textblöcken in der SPIKE-App vertraut zu machen;
  • die Aufgabe Mit Licht und Lauten kommunizieren zu nutzen, um Anregung und Unterstützung beim Bauen zu geben.
• Materialien: Suchen Sie ein Beispiel für einen Morsecode in gedruckter oder digitaler Form heraus, den Sie in der Einführungsphase benutzen können.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Maria, Leo, Daniel und Sofie benutzen einen besonderen Code, um Ideen auszutauschen. Erstellt euren eigenen Code, um mit euren Freunden Nachrichten auszutauschen!

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

  • Wie können wir Informationen mit Codes weitergeben? (mit Trommel- oder Lautmustern, Morsecode mit langen und kurzen Signalen, Signallichtern auf Flughäfen oder Schiffen. Benutzen Sie ggf. ein Beispiel mit Morsecode.)
  • Welche Kriterien gibt es für den Entwurf eines Codes? (Ein Muster wird verwendet, um die Informationen zu verschlüsseln, die Nachricht wird präzise übertragen, das System ist einfach und schnell zu bedienen)
  • Welche Einschränkungen gibt es? (Entfernung, Materialien, Sicherheit, d. h. vermeiden Sie, dass sich zu viele Schüler*innen gleichzeitig im Klassenzimmer bewegen; ein Code, der bei der Übertragung zu langsam ist, kann eine dringende Nachricht zu spät übermitteln)
  • Legen Sie gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern die Kriterien und Einschränkungen fest, die sie anwenden sollen: Eine einheitliche Liste mit Definitionen erleichtert den Vergleich zwischen den Teams. Mehrere Auswahlmöglichkeiten tragen zu einer Vielfalt von Lösungen bei.

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

• Bei der Bearbeitung der Aufgabe können die Schülerinnen ggf. die folgenden Programmierbeispiele zur Unterstützung nutzen. Betonen Sie, dass es nicht nur ein einziges richtiges Modell oder eine Weise gibt, etwas zu programmieren. Diese Unterrichtseinheit ist ein offenes Projekt, für das die Schülerinnen ein ganz beliebiges Modell entwerfen und bauen und Nachrichtencodes entwickeln können.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • mindestens zwei verschiedene Codes für das Senden von Wörtern mit den Buchstaben A bis E erstellen und aufschreiben (z. B. A = Wolfslaut; B = Vogelstimme; C = Katzengeräusch; usw.);
  • ein Modell BAUEN und PROGRAMMIEREN, um verschlüsselte Nachrichten mit verschiedenen Systemen zu senden. Erklären Sie, wie das für die Kommunikation mit Freunden hilfreich ist.
  • ihre Codes im Team oder mit anderen Gruppen testen, indem sie die festgelegten Kriterien und Einschränkungen anwenden.

• Sammeln Sie mit der Klasse Ideen, wie sie die Lichtmatrix so programmieren kann, dass Muster entstehen, die Informationen übertragen. Beispielsweise können die Schüler*innen die gemeinsam erstellten Designkriterien und Einschränkungen benutzen und dann die folgenden Ideen testen:

  • BED wird in der Anzahl der Pixel auf der Lichtmatrix repräsentiert – mit Code für alle Buchstaben A bis E.
  • BEAD wird durch Tierlaute repräsentiert – mit Code für alle Buchstaben A bis E.

• 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 ihre Testcode-Entwürfe unterschiedliche Muster benutzen, um Informationen zu übertragen;
  • die angewendeten Kriterien und Einschränkungen für ihre Lösungsvorschläge;
  • die Testergebnisse beim Vergleichen ihrer beiden Code-Entwürfe;
  • ob und auf welche Weise ihre Codes den Informationsaustausch erleichtert haben.

• Regen Sie die Gruppen dazu an, ihre Ideen und Vorschläge auszutauschen, wenn sie mit Aspekten ihres Modells oder mit dem Programmieren Schwierigkeiten 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”), um zusätzlich Ideen zu sammeln und der Klasse Anregungen zu geben, wie sie mit dem Programmieren ihrer Modelle fortfahren könnte.

• Überlegen Sie sich Unterrichtsmethoden, wie die Schülerinnen ihre Entwürfe miteinander austauschen und bewerten können: z. B. mithilfe des Gruppenpuzzles (alte Gruppen werden aufgelöst und neu gebildet) oder der Kugellager-Methode (die Klasse stellt sich in zwei Kreisen auf und die Schülerinnen tauschen sich mit ihrem Gegenüber aus, danach drehen sie sich um und wiederholen das Ganze). Lassen Sie die Schüler*innen Vergleichsdaten für jedes Modell sammeln oder aufzeichnen, wie sie im Vergleich zu ihren eigenen Modellen hinsichtlich der Hauptkriterien Geschwindigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit abschneiden. Ermutigen Sie sie dazu, alle Ideen aufzuschreiben, die sie selbst ausprobieren möchten. Weiterhin sollen sie sich überlegen, welcher Entwurf das Problem der Übermittlung von geheimen Nachrichten an Freunde am besten löst.

• Lassen Sie die Schüler*innen

  • (15 Min.) mit dem BAUEN und PROGRAMMIEREN fortfahren und die im Plenum gesammelten Ideen in die Modelle einarbeiten;
  • (10 Min.) anhand ihrer fertigen Modelle die Entwürfe und Testverfahren innerhalb der Klasse austauschen und vergleichen, wie gut die verschiedenen Code-Entwürfe die Kriterien Geschwindigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit erfüllen. Lassen Sie die Schüler*innen darüber abstimmen, welcher Code-Entwurf die Übermittlung von geheimen Nachrichten an Freunde am besten löst.

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

  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen;
  • sie beim Entwerfen und Programmieren ihrer Modelle 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:

  • Sie erstellen mindestens zwei verschiedene Code-Entwürfe für die Informationsübertragung.
  • Sie legen Kriterien (z. B. Genauigkeit der Nachrichtenübermittlung, Verwendung von Mustern für die Codierung von Informationen, schnelles und bedienerfreundliches System) und Einschränkungen (z. B. Entfernung, Materialien, Sicherheit) für das Testen und die Benutzung des Systems fest.
  • Sie bewerten jeden Code und Lösungsvorschlag hinsichtlich Geschwindigkeit, Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit.

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:

• Sie können die Aufgabe vereinfachen, indem Sie die Schüler*innen nur ein Codemuster entwerfen lassen, z. B. zur Beantwortung einfacher Fragen nur einmal Blinken für „Nein” und zweimal Blinken für „Ja”. Führen Sie danach schrittweise einen Vergleich mithilfe von Entscheidungsfragen ein oder verwenden Sie weniger Kriterien.

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

• Lassen Sie die Schüler*innen ihre Lösungsvorschläge mit zusätzlichen Buchstaben des Alphabets erweitern, damit sie Informationen mit anderen Wörtern übermitteln können. (Die Beispielcodes enthielten nur Wörter mit Buchstaben von A bis E.) Weisen Sie die Klasse darauf hin, dass möglicherweise Probleme in ihrem System auftauchen könnten, da einige Codes nicht kompatibel sind.

• Stellen Sie Lernmaterialien über Codes und Muster bereit, die zur Informationsübertragung genutzt wurden, darunter auch bedeutsame Codes aus der Geschichte (z. B. Morsecode; Flaggen-Codes des amerikanischen Bürgerkriegs; Choctaw-Codes aus dem 1. Weltkrieg; die Enigma-Maschine aus dem 2. Weltkrieg; oder geben Sie den Suchbegriff „geheime Codes der Geschichte” ein). Lassen Sie die Schüler*innen eine Methode genauer untersuchen und danach das Gelernte anhand eines Posters darstellen und erklären, wie der Code funktioniert.

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