Sortieren

• Beachten Sie die Hinweise im Kapitel „Unterrichtsvorbereitung”.
• Benutzen Sie die folgenden Seiten der Lehrerhandreichung, um sich mit dem Projekt, der Projektplanung, den verschiedenen Inhalten der drei Phasen und der integrierten Lernstandserhebung im Projekt vertraut zu machen.
• Definieren Sie Ihre Erwartungen und die Ihrer Schüler.
• Legen Sie die Ziele des Projekts fest:
  Jeder Schüler sollte die Möglichkeit bekommen, zu bauen, zu programmieren und zu dokumentieren.
• Vergewissern Sie sich, dass die Schüler zum Erreichen der Ziele genügend Zeit zur Verfügung haben.

Das einführende Video kann als Grundlage genutzt werden, um mit den Schülern, die folgenden Ideen zu diskutieren.

Video
Das Sortieren von Materialien spielt in der heutigen Zeit eine wichtige Rolle. So werden z.B. defekte Produkte, zu kleine oder zu große Kartoffeln, beschädigte Verpackungen usw. automatisch von Maschinen aussortiert.

1. Eine besondere Herausforderung ist heutzutage die Mülltrennung.
2. Damit unser Müll wiederverwendet werden kann, müssen wir ihn nach Wertstoffen trennen.
3. Die einzelnen Materialien werden sortiert, so dass sie anschließend weiterverarbeitet werden können.
4. Es gibt Maschinen, die die Wertstoffe nach ihren verschiedenen, meist physikalischen Eigenschaften sortieren können (z.B. Material, Größe, Gewicht, Farbe).

Fragen für die Diskussion
1.Wie kann eine Maschine Gegenstände der Größe nach sortieren?
Maschinen können Gegenstände auf unterschiedliche Arten der Größe nach sortieren (z.B. Lasermessung, mechanische Sortierung). In diesem Modell werden die Gegenstände mechanisch sortiert, indem sie über ein Loch mit
einer bestimmten Größe rutschen. Nur Gegenstände, die klein genug sind, passen durch das Loch.

2.Welche Eigenschaften von Gegenständen können sonst noch den Sortiervorgang unterstützen?
Beispiele: Material, Größe, Gewicht, Farbe

3.Warum trennen/sortieren wir unseren Müll?
Wenn wir unseren gesamten Müll in eine einzige Tonne werfen würden, wäre der Müll nur sehr schwer recyclebar. Er müsste dann verbrannt werden, was die Umwelt sehr belasten und außerdem viele Wertstoffe wie z.B. Plastik
verschwenden würde.

Lassen Sie die Schüler die Ergebnisse ihrer Diskussion im Dokumentationstool festhalten.

Eine Sortiermaschine bauen und programmieren
Anhand der Bauanleitung bauen die Schüler eine Sortiermaschine, mit der man Gegenstände nach Größe sortieren kann.

1. Die Sortiermaschine bauen
Das Basismodell „Heben”, das bei der Sortiermaschine zum Einsatz kommt, basiert auf Rollen. Diese werden im Modell verwendet, um die Ladefläche der Sortiermaschine auf einer Seite anzuheben. Anfangs werden beide
Beispielgegenstände durch das Loch der Ladefläche fallen. Später werden die Schüler ihre Modelle so umbauen, dass nur noch der kleine Gegenstand durch das Loch passt und die Gegenstände nach Größe sortiert werden.

2. Die Sortiermaschine programmieren
Das Programm startet den Motor für 1 Sekunde in eine Richtung. Dann hält der Motor für 3 Sekunden an, spielt das Geräusch Nr. 14 („Maschine”) und startet den Motor mit der Motorenleistung 4 für 5 Sekunden in die andere Richtung.

Wichtig
Damit die Maschine richtig funktioniert, müssen die Schüler ggf. die Motorenleistung etwas anpassen.

Vorschlag
Damit die Schüler das Programm richtig verstehen, geben Sie ihnen ausreichend Zeit, ein wenig mit den verschiedenen Programmeinstellungen zu experimentieren.

Die Sortiermaschine testen
Mithilfe des Modells sollten die Schüler in der Lage sein, verschiedene Prototypen der Sortiermaschine zu konstruieren, zu programmieren, ihre Funktion zu überprüfen und gegebenenfalls die Sortiermaschine zu verbessern.

1. Kann eure Sortiermaschine die Steine sortieren?
Unter bestimmten Voraussetzungen kann die Maschine große von kleinen Steinen unterscheiden. Dies funktioniert allerdings nur, wenn alle Voraussetzungen erfüllt sind (z.B. richtige Reihenfolge, richtige Ausrichtung)

2. Was passiert, wenn ihr

• die Reihenfolge der Steine verändert?
• die Lage der Steine verändert?
• die Form der Steine verändert?
  In einer bestimmten Lage sowie Reihenfolge kann die Maschine die Steine nicht mehr richtig sortieren. Auch die Form der Steine kann einen Einfluss auf das Ergebnis des Sortiervorgangs haben.

3. Wie kann die Maschine die Steine der Größe nach auf zwei verschiedene Stellen verteilen?
Zu dieser Entwicklungsphase gibt es keine vorgegebenen Bauanleitungen und Programmierungen. Die fertigen Modelle der Schüler können daher sehr unterschiedlich ausfallen.

Wichtig
Achten Sie darauf, dass die Schüler immer zuerst ihre Vermutungen notieren, dann die Versuche durchführen und zum Schluss ihre Ergebnisse dokumentieren.

Weiterführende Entwicklungsphase (optional, 45-60 minuten)
Wenn Sie möchten, können Sie die Schüler noch den Expertenauftrag bearbeiten lassen. Beachten Sie, dass der Expertenauftrag auf die bereits durchgeführten Teile des Projekts Sortieren aufbaut und als Ergänzung für ältere oder erfahrenere Schüler konzipiert wurde.

Expertenauftrag
1. Welche Maschinen können uns noch beim Sortieren von Gegenständen helfen? Überlegt gemeinsam. Baut ein neues Modell.

Lassen Sie die Schüler neue Modelle bauen. Lassen Sie die Schüler auch ihre neuen Modelle testen und zur Veranschaulichung nutzen. Weisen Sie die Schüler darauf hin, dass sie der Konstruktionsbibliothek weitere Anregungen entnehmen können.

Die Dokumentation überarbeiten
Die Projekte können auf unterschiedliche Weise dokumentiert werden:

• Stellen Sie sicher, dass die Schüler die Ergebnisse der verschiedenen Entwicklungsphasen im Dokumentationstool festhalten.
• Lassen Sie die Schüler einander ihre Modelle vorstellen.
• Lassen Sie die Schüler mit eigenen Worten beschreiben, wie eine Sortiermaschine Gegenstände entsprechend ihren Eigenschaften sortieren kann.
• Lassen Sie die Schüler ihre Präsentationen mithilfe des Dokumentationstools fertigstellen. Dabei können sie noch wichtige Informationen, Bilder, Videos oder Bildschirmfotos ergänzen.

Vorschlag
Die Schüler können ein Dokumentationsvideo aufnehmen und dieses für die Präsentation nutzen.

Präsentation
Lassen Sie die Schüler am Ende des Projekts ihre Ergebnisse präsentieren.

Vorschlag
Um die Präsentationen der Schüler noch zu verbessern, können Sie darauf achten, dass sie

• Begriffe wie Größe, Form, Material, Eigenschaften, Sortieren richtig verwenden
• ihre Modelle zur Veranschaulichung nutzen
• die Funktionsweise ihrer Modelle kritisch hinterfragen.

Projekttyp: Entwicklung
In den drei Projektphasen werden Ihre Schüler verschiedene Arten von Fertigkeiten, Fähigkeiten und Kompetenzen anwenden und weiterentwickeln. Im Folgenden finden Sie einige Anregungen für die Erhebung des Lernstandes und
Lernfortschritts Ihrer Schüler, ausgerichtet auf die Thematik des Projektes und gegliedert nach den drei Phasen.

Erforschungsphase
Die Schüler können

• sich mögliche Antworten auf die Fragen zum Thema Sortieren, insbesondere zum Sortieren von Materialien nach verschiedenen Eigenschaften überlegen
• aktiv zur Zusammenarbeit mit Mitschülern im Team beitragen und engagiert an der Beantwortung der Fragen mitarbeiten
• Vermutungen äußern und mit eigenen Worten beschreiben, durch welche Eigenschaften der Sortiervorgang beeinflusst werden kann (Zu diesem Zeitpunkt können ihre Vorstellungen und Erklärungen teilweise noch unzureichend sein, etwa in puncto Genauigkeit oder Verwendung der richtigen Fachausdrücke.)
• das zu lösende Problem erkennen und Ideen zu möglichen Lösungen äußern.

Entwicklungsphase
Die Schüler können

• eine Sortiermaschine bauen und so programmieren, dass diese unter bestimmten Voraussetzungen große und kleine Steine beim Sortieren unterscheiden kann
• eine Maschine eigenständig im Team entwickeln und so programmieren, dass sie Materialien der Größe nach auf zwei verschiedene Stellen sortiert
• in Teams zusammenarbeiten und aktiv zur Erklärung beitragen, wie die gewählte Lösung die Form der Objekte zum Sortieren benutzt.

Ergebnisphase
Die Schüler können

• ihre Präsentationsfähigkeiten in Zusammenarbeit mit ihrem Team entwickeln
• erklären, wie die entwickelten Lösungen funktionieren und wie sie das ursprüngliche Problem lösen
• während der Präsentation und im fertigen Dokument den Prozess zur Entwicklung einer Maschine zum Sortieren von Materialien erläutern sowie verschiedene Prototypen der Maschine und das im Projekt Gelernte nachvollziehbar beschreiben.

Erwägen Sie ggf. andere Arten der Präsentation für das nächste Projekt. So können Sie gezielt daran arbeiten, das Selbstvertrauen von Schülern, denen die Präsentation besonders schwergefallen ist, zu stärken.

Um den Lernerfolg Ihrer Schüler sicherzustellen, geben Sie ihnen ggf. mehr Hilfestellungen beim Konstruieren, Programmieren und Dokumentieren:

• Geben Sie den Schülern mehr Zeit, um sich mit dem ersten Modell und seinen Funktionen vertraut zu machen
• Geben Sie ihnen ausreichend Zeit, ggf. mehrere Modelle auszuprobieren
• Zeigen Sie den Schülern, wie man Modelle konstruiert und testet. Geben Sie genau vor, wie die Schüler ihre Projekte und Ergebnisse präsentieren sollen.

Weiterführende Entwicklung von Lösungen
Als zusätzliche Herausforderung können die Schüler ganz neue Lösungen entwickeln und programmieren. Sie können auch ihre Modelle umgestalten oder umprogrammieren, so dass sie beispielsweise Materialien mit verschiedenen
Eigenschaften sortieren können.

Das Zentrale in diesem Prozess ist, dass die Schüler ihr ganzes Wissen anwenden oder ggf. Neues dazulernen, um eine Lösung für das technische Problem zu entwickeln. So können sie sich ergänzende und weiterführende Erkenntnisse aneignen.

Schülervorstellungen
Schüler haben häufig Probleme damit, die Eigenschaften von Stoffen (z.B. Form, Volumen und Masse) richtig in Verbindung zu setzen. So gehen sie etwa häufig davon aus, dass ein größeres Objekt auch schwerer sein muss.

Die Schülervorstellungen bieten eine hervorragende Lernmöglichkeit. Sie können diese im Unterricht aktiv aufgreifen und hinterfragen. Dies kann Ihren Schülern beim Verstehen der Konzepte und Verwenden der korrekten Fachbegriffe helfen.