Tag- und Nachtzeiten

(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 auf die Bedürfnisse Ihrer Schüler*innen zugeschnitten sind.)

In dieser Unterrichtseinheit geht es vor allem darum, die Tages- und Nachtlänge eines bestimmten Monats grafisch darzustellen. Das Programmieren einer Lampe, die sich bei Dunkelheit einschaltet und bei Tageslicht ausschaltet, bietet eine gute Gelegenheit, etwas auf unterhaltsame und handlungsorientierte Weise zu lernen. Ermutigen Sie die Schüler*innen dazu, die Beispielbilder als Anregung zu benutzen. Alternativ können sie auch eine beliebige Lampe entwerfen und bauen, die programmierbar ist.

• Jede Gruppe erhält einen anderen Monat zum Programmieren der Lampe.

• Naturwissenschaftlicher Hintergrund – Tag- und Nachtzeiten:

  • Die wichtige Variable für diese Aufgabe ist Dunkelheit und nicht die Tageszeit.
  • Linien- oder Kreisdiagramme sind am besten für die Darstellung der Daten geeignet, da Schüler*innen 1) die Tageslichtstunden jeden Monats über das Jahr verteilt in einem Liniendiagramm oder 2) den Prozentsatz der Tages- und Nachtlänge für jeden Monat in einem Kreisdiagramm darstellen können.
  • Anstelle einer detaillierten Darstellung der sich täglich ändernden Tag- und Nachtzeiten können die Schüler*innen den Durchschnittswert der Tag-/Nachtlänge des jeweiligen Monats (z. B. Daten für den 15. des Monats) darstellen.
  • Überlegen Sie sich bei der Auswahl der Diagramme, welche Typen für Ihre Schüler*innen am besten geeignet sind.

• Vorwissen aufbauen – Tag- und Nachtzeiten: Nutzen Sie Lehrmaterialien aus den Naturwissenschaften wie Informationen, Bilder und Definitionen.

  • Der Sonnenaufgang und -untergang findet zu berechenbaren Uhrzeiten statt.
  • Die Tag- und Nachtlänge variiert jeden Monat und zu jeder Jahreszeit.
  • Die verschiedenartigen Daten werden am besten auf unterschiedliche Weise präsentiert, einschließlich Linien- und Kreisdiagramme.
  • Schlüsselvokabular: Sonnenaufgang, Sonnenuntergang

• Bau- und Programmiererfahrung: Sehen Sie sich die Vorschläge im Unterrichtsplan an. Für diese Aufgabe empfiehlt sich auch,

  • das Licht-Tutorial im Startmenü der SPIKE App zu nutzen;
  • die Hilfestellungen in den Abschnitten Licht- und Steuerungsblöcke im Menü Hilfe > Textblöcke in der SPIKE App zu benutzen;
  • mit der Unterrichtseinheit Literarischer Zufallsgenerator zusätzlich Erfahrung beim Umgang mit der Lichtmatrix zu sammeln.

• Materialien: Suchen Sie altersgerechte Daten zu den örtlichen Tageslichtzeiten heraus: Zeitpunkte des Sonnenaufgangs/Sonnenuntergangs und durchschnittliche Tageslichtdauer für jeden Monat. Geben Sie „durchschnittliche Tageslänge pro Monat” plus Name eines Ortes in ihrer Nähe ins Suchfeld ein. Benutzen Sie zuverlässige Quellen wie z. B. Webseiten öffentlicher Einrichtungen. Stellen Sie zur Anfertigung der Diagramme kariertes Papier und Stifte/Marker zur Verfügung. Erstellen Sie bei Bedarf Vorlagen mit Linien- oder Kreisdiagrammen, und überprüfen Sie ihre Verwendbarkeit.

TEIL A (45 Minuten)

• Stellen Sie die Hauptfigur(en) der Geschichte vor und erteilen Sie den ersten Arbeitsauftrag: Sofie möchte den Weg in der Nähe ihres Zeltes beleuchten, damit er sicherer ist. Helft ihr, eine Lampe so einzustellen, dass sie sich nachts einschaltet, wenn es dunkel wird.

• EINSTIEG – Regen Sie eine kurze Diskussion über das Thema an:

  • Wann war gestern der Sonnenaufgang und der Sonnenuntergang? Wie viele Stunden Tageslicht haben wir in diesem Monat? (Die Antworten werden unterschiedlich ausfallen. Die Schüler*innen sollten in der Lage sein, die aktuelle Anzahl an Tageslichtstunden und den ungefähren Zeitpunkt des Sonnenaufgangs und Sonnenuntergangs zu nennen.)
  • In welcher Jahreszeit ist der kürzeste und der längste Tag? (Auf der Nordhalbkugel haben wir im Winter den kürzesten Tag und im Sommer den längsten.)

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

• Bei der Bearbeitung der Aufgabe könnten die Schülerinnen ggf. die unten stehenden Bau- und Programmierbeispiele zur Unterstützung nutzen. Erklären Sie, dass die Bilder nur als Anregung dienen. Die Schülerinnen sollen ihr eigenes Modell einer programmierbaren Lampe bauen.
• Lassen Sie die Schüler*innen
  • mithilfe des Basismodells eine Straßenlampe BAUEN, um den Weg in der Nähe von Sofies Zelt nachts bei Dunkelheit zu beleuchten; anschließend entscheiden sie, wie lange die Lampe eingeschaltet werden soll; (Sie können ihr Lampenmodell später in der Unterrichtseinheit erweitern.)
  • die bereitgestellten Daten nutzen, um 1) die durchschnittliche örtliche Tages- und/oder Nachtlänge für jeden Monat in einem Liniendiagramm oder mit mehreren Kreisdiagrammen darzustellen, und 2) die Anzahl der Nachtstunden für den zugewiesenen Monat zu ermitteln; (weitere Informationen zu den Daten siehe Schritt „Vorbereiten”);
  • die grafischen Daten aus dem zugewiesenen Monat benutzen, um ihr Lampenmodell so zu programmieren, dass es nachts den Weg bei Dunkelheit beleuchtet.
• Sammeln Sie mit der Klasse Ideen, wie man Licht programmieren kann. **Zum Beispiel: Eine Sekunde Lampenlicht entspricht einer Stunde in der Nacht. So müssen sie nicht auf den Anbruch der Nacht warten, um zu sehen, ob ihr Lampenmodell funktioniert. **
• 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
Die Schüler*innen können ihre Modelle in Teil B weiterverwenden. Wenn Sie möchten, können Sie den Schritt „Erklären” nach dem Bau des Modells durchführen, und dann das Modell programmieren lassen und in Teil B mit den Erklärungen fortfahren.

TEIL B (45 Minuten)

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

• Jedes Team soll sein fertiges Modell und seine Diagramme vorstellen und erklären,

  • wie sie ihr Lampenmodell für den Campingplatz gebaut haben;
  • wie ihre Diagramme die bereitgestellten Daten darstellen und welche Muster sie erkennen können;
  • wie viele Stunden ihr zugewiesener Monat am Tag hell und in der Nacht dunkel ist.

• (15 Min.) Um den nächsten Arbeitsauftrag in der App abzuschließen, müssen die Teams ihre Modelle wiederholt testen und anpassen: Erweitert den Campingplatz von Sofie mit einem Weg und Bäumen. Testet dann das Modell und programmiert es so, dass die Lampe den Weg nachts bei Dunkelheit beleuchtet. Ändert das Modell, damit die Lampe besser funktioniert, und testet es erneut.

• Wenn ausreichend Zeit zur Verfügung steht, können die Schüler*innen ihr Modell für den Campingplatz noch mit anderen Details erweitern (z. B. einem Zelt oder Pflanzen) oder lassen Sie einen Farbsensor hinzufügen, damit Sofie das Licht steuern kann.

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

  • ihnen geholfen haben, die Aufgabe zu erfüllen;
  • sie beim Bauen, Programmieren und Erstellen von Diagrammen erworben 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 erklären anhand der bereitgestellten Daten die Muster, wie sich die Tages- und Nachtlänge jeden Monat ändert.
  • Ihre Diagramme stellen die Daten präzise und übersichtlich dar.
  • Ihre Lampenmodelle für den Campingplatz sind für die angemessene Nachtdauer im jeweils zugewiesenen Monat eingeschaltet.

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:

• Geben Sie den Schülerinnen und Schülern Hilfestellungen mit gedruckten oder anderen geeigneten Diagrammvorlagen und Tools.

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

• Lassen Sie die Schüler*innen die Blöcke „Nachricht versenden und warten” und „Wenn Nachricht eingeht” verwenden, um einen Code zu schreiben, mit dem das Lampenmodell über mehrere Monate lang gesteuert werden kann.
• Beispiel-Code:

• Lassen Sie die Schüler*innen Tag- und Nachtdaten für eine andere Stadt in Diagrammen darstellen. Wählen Sie entweder eine Stadt, die näher am Äquator oder am Nord- oder Südpol liegt, und lassen Sie die neuen Standorte mit den Daten ihrer eigenen Stadt vergleichen.

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