[Kurzes Abstract, in welchem zusammengefasst wird, worin die Unterrichtsidee besteht, welches die wichtigsten Lernziele der Unterrichtssequenz sind. ]
In China regelt unlängst eine Armada von autonom fahrenden Logistikrobotern das Postwesen. Auch in der Schweiz befasst sich die Post mit diesem Thema und testete 2017 in Zürich autonome Postroboter für die sogenannte "letzte Meile" in Städten. Diesen gesellschaftlichen und technischen Entwicklungen möchten wir Rechnung tragen, indem wir sie einerseits kritisch hinterfragen und gleichzeitig einen Einblick in die Funktionsweise solcher autonomen Roboter bieten. Dazu haben wir uns mit dem Lego Mindstorms EV3 Roboter und der dazugehörigen Software auseinandergesetzt und geschaut wie sich hier die technischen Möglichkeiten in Bezug auf autonomes Fahren ausloten lassen.
Link zur erstellen Webseite inklusive Passwort
Projekt Webseite Autonomes Fahren "Follow the Line"
Fokussierte SuS-Aktivität
Roboter entwickeln und programmieren
Zielstufe / Zielgruppe
9. Klasse (leistungsstarke / interessierte Real / Sek)
Anzahl Lektionen
6 Lektionen
Unterrichtsformen
Projektarbeit / Gruppenchallenge
Anzahl benötigte Betreuer/Innen bzw. Lehrpersonen
Eine Lehrkraft mit Vorkenntnissen
Benötigte Infrastruktur
Ein Lego Mindstorms EV3 oder Lego Mindstorms EV3 Education Version sowie ein Laptop pro 2 SuS
Tags/Schlagwörter
#Autonomes_Fahren, #Lego, #EV3, #Realitätsbezug, #Programmieren, #Schlaufen, #Informatikunterricht
Unterrichtsidee
Unsere Unterrichtseinheit beinhaltet eine allgemeine Einführung in die Bedingung des Lego Mindstorms EV3 sowie eine Gruppenchallenge. Bei der Einführung sollen die SuS lernen die Software von Lego zu bedienen und einfache blockbasierte Programme zu schrieben. Damit kann der Roboter beispielsweise einmal geradeaus fahren und nach 10 Sekunden eine 90° Drehung ausführen. Bei der anschliessenden Gruppenchallenge bekommen die SuS das Grundgerüst eines Line-Followers (d.h. einen Roboter, welcher mittels Farbsensor einer Linie folgen kann) und müssen dieses Grundgerüst weiterentwickeln und neue eigene Idee und Funktionen einbauen und programmieren.
Lernziele und erhoffter pädagogischer Mehrwert der eingesetzten Medien
[Beim Mehrwehrt geht es einerseits um die Medien, welche Sie als Lehrpersonen für die Unterrichtssequenz erstellt haben und andererseits auch um die Medien, welche die SuS innerhalb der Unterrichtssequenz nutzen. Sie können Sich bei Ihren Ausführungen auf dabei jeweils auf die wichtigsten bzw. fokussierten Medien beschränken.]
Ziel dieser Unterrichtseinheit ist es die SuS mit einem hohen Realitätsbezug an das Thema "autonomes Fahren" heranzuführen und dieses Thema von allen Seiten zu beleuchten. Gleichzeitig soll auch praktisch am Thema gearbeitet werden und dabei die Funktionsweise eines simplen autonomen Gefährtes verstanden werden. Dabei bieten die Medien von Lego einen gut greifbaren Einstieg ins Programmieren von Anwendungen in der unmittelbaren Realität.
Der Mehrwert für die Lehrperson besteht in der Vielseitigkeit des Projektes, da sich jeder SuS auf seine eigene Art und Weise in einem Projekt einbringen kann. Dies ermöglicht es der Lehrperson nach der gemeinsamem Einstigesphase die SuS selbstgesteuert arbeiten zu lassen und punktuell und bei Bedarf Einfluss zu nehmen.
Rahmenbedingungen des Unterrichtsprojektes
[Ausführlicher als im Steckbrief: Welches ist die Zielstufe / wer ist die Zielgruppe? Wie lange dauert die Unterrichtssequenz? Anzahl benötigte Betreuer/Innen bzw. Lehrpersonen? Benötigte Infrastruktur.]
Unsere Unterrichtseinheit ist für die Oberstufe konzipiert und kann entweder im normalen Medien und Informatik Unterricht oder in einem entsprechenden Angebot der Schule angewendet werden. Für die Gruppenchallenge ist es zentral, dass die SuS über eine längere Zeit konzentriert und fokussiert an ihrem Roboter arbeiten können.
Die Dauer der Unterrichtseinheit ist vom Vorwissen der SuS abhängig. Falls die SuS bereits in den vorhergehenden Schuljahren mit Lego Mindstorms gearbeitet haben, sollte die Einführungsphase in die Software nicht mehr zu viel Zeit beanspruchen. Anderenfalls würden wir für die erste Einführung und die ersten Programme eine Doppelstunde veranschlagen. Für die anschliessende Gruppenchallenge rechnen wir mit zwei weiteren Doppelstunden.
Für diese Unterrichtseinheit wird wie bereits im Steckbrief erwähnt, der Lego Mindstorms Lego EV3 oder die Lego Education Version vom selben Roboter benötigt. Weiter wird mit einer Programmierumgebung von Lego gearbeitet, welche kostenlos von Lego bezogen werden kann.
[Wie wird die Unterrichtssequenz konkret umgesetzt (Unterrichtsvorbereitungsraster - 'Lektions - Präp')? Wie sieht der zeitliche Ablauf aus? Machen Sie sichtbar, wann welches Medium wie eingesetzt wird und welche Unterrichtsformen jeweils verwendet werden. Vergessen Sie nicht darauf hinzuweisen, worauf bei der Umsetzung besonders geachtet werden muss. Oder Deeplink zur Seite, auf dem der Konkrete Ablauf des Medienprojektes geschildert wird; inklusive Passwort]
[Wie wird evaluiert (formativ und summativ) welche Kompetenzen die Schülerinnen und Schüler erworben haben; - Kompetenzraster- Performanz - Bewertung; oder Deeplink zur Seite, auf dem die Evaluation des des Medienprojektes geschildert wird; inklusive Passwort]
Da es sich um eine Gruppenchallenge handelt wird sich die Evaluation auf strukturierte formative Feedbacks während der Arbeitsphase beschränken. In welcher Form die Feedbacks strukturiert werden, ist der unterrichtenden Lehrperson überlassen. Von einer summativen Beurteilung möchten wir bei dieser Einheit absehen, da wir der Ansicht sind, dass eine klassische kriteriengeleitete Beurteilung zu stark eine Richtung vorgeben würde und wir so die Entfaltungsmöglichkeiten der SuS zu fest einschränken würden. Uns liegt mehr daran, dass sich die SuS frei von jeglichen Vorgaben Gedanken und Überlegungen machen können und diese anschliessend nach bestem Wissen und Gewissen ausführen können. Von dieser zugegebenermassen etwas lockeren Haltung versprechen wir uns auch weniger interessierte SuS zu motivieren, da jede Gruppe geleitet von den eigene Ressourcen und Interessen arbeiten kann.
Die SuS können Chancen und Risiken der zunehmenden Durchdringung des Alltags durch Medien und Informatik beschreiben (z.B. Globalisierung, Automatisierung, veränderte Berufswelt, ungleiche Möglichkeiten zum Zugang zu Information und Technologie).
Die SuS können Funktion und Bedeutung der Medien für Kultur, Wirtschaft und Politik beschreiben und darlegen, wie gut einzelne Medien diese Funktion erfüllen (z.B. Manipulation, technische Abhängigkeit, Medien als vierte Gewalt).
Die SuS können kooperative Werkzeuge anpassen und für gemeinsames Arbeiten, Meinungsaustausch, Kommunikation sowie zum Publizieren einsetzen (z.B. Blog, Wiki).
Die SuS können selbstentdeckte Lösungswege für einfache Probleme in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern formulieren.
Die SuS können selbstentwickelte Algorithmen in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Variablen und Unterprogrammen formulieren.
Die SuS können verschiedene Algorithmen zur Lösung desselben Problems vergleichen und beurteilen (z.B. lineare und binäre Suche, Sortierverfahren).
Beim blockbasieren Programmieren kann man keine Syntaxfehler machen. z. B keinen Punkt vergessen etc. Vieles ist vorgegeben und visualisiert, was den Lernenden somit eine Struktur gibt. Blockbasierte Programme arbeiten mit Paletten von Befehlen. Dies erlaub ein Experimentieren und Entdecken der Möglichkeiten. Das ist ein Vorteil gegenüber den textbasierten Programmen, bei denen Schülerinnen und Schüler nur die Befehle nutzen können, die ihnen bekannt ist. Damit das Lernen im Unterricht gefördert werden kann, wird ein blockbasiertes Programm empfohlen.
Da für viele SuS Informatik nicht ein wirklich greifbares Thema ist, entschieden wir uns vor allem für Motivationstheorien, da wir es sehr wichtig finden das Interesse der SuS zu fördern und wenn möglich eine intrinsische Motivation zu erwecken.
Denn es gilt
„Der Lernerfolg ist viel grösser, wenn sie sich für die Arbeit interessieren und motiviert sind.“
Spricht man über die Motivation, lassen sich drei Prozesse unterscheiden;
Kognition:
Durch kognitive Prozesse wie Wahrnehmung, Vorstellung oder Sprache, lernt ein Mensch neue Informationen über seine Umwelt.
Emotionen:
Emotionen rufen kurzandauernde Gefühle oder langandauernde Stimmungen hervor und sind eng mit der Motivation verbunden. Emotionen haben einen grossen Einfluss auf die Motivation. Sind die Emotionen positiv, also z.B. glücklich/ fröhlich, ist die Chance sich zu motivieren auch grösser. Ist man aber schlecht gelaunt, wütend oder traurig, fällt es oft schwer Motivation zu finden.
Motivation:
Darunter versteht man die inneren Triebe oder Interessen, die uns dazu bringen, bestimmten Aktivitäten nachzugehen. Interessiert man sich also z.B. für Pferde, ist man motiviert mehr über das Themengebiet zu erfahren, und liest beispielsweise ein Buch über die Bodenarbeit mit Pferden.
Es gibt verschiedene Theorien der Motivation, die für unser Projekt relevant sind;
Die Neugiermotivation:
Damit ist der Drang gemeint, mehr über ein Thema zu erfahren, wenn es unser Interesse geweckt hat. Dies geschieht oft, wenn wir Dinge als neu oder überraschend empfinden.
Die Anreizthorie:
Hierbei spielen die Emotionen eine grosse Rolle. Es geht darum, was für ein Motiv eine Person hat, welches die Motivation auslöst. Zusätzlich ist die Motivation in diesem Modell sehr situationsabhängig.
Entscheidungs- und austauschtheoretische Modell:
Menschen entscheiden sich in sozialen Settings oft nach dem Nutzen-Kosten-Prinzip. Hier ist die Leistungsmotivation sehr zentral.
«Ein starkes Explorationsbedürfnis des Gegenstandsbereichs (Neugiermotivation) geht einher mit positiven emotionalen Erfahrungen während der Interessenhandlung (Anreiztheorie).»
(Edelmann, Wittmann 2012: S 231)
Da die SuS in Gruppen arbeiten, spielt auch die extrinsische Motivation eine wichtige Rolle. Die SuS müssen sich gegenseitig helfen und die Arbeit fair aufteilen, damit alle motiviert bleiben. Ein soziales Setting wie dieses kann schnell auch zu streit führen, was die SuS vom produktiven Arbeiten abhalten kann. Die LP muss die SuS dabei unterstützen und auch Fortschritte loben. Positive Verstärkung ist sehr wichtig. Weiterhin werden wir ein Augenmerk darauf richten, möglichst geschlechtergemischte und gleichgeschlechtliche Gruppen zu fördern, da wir dadurch die SuS besser einbinden können. Dies wurde im Modul Informatik in der einten Vorlesung erwähnt.
Weiterhin gestalten wird die Unterrichtssequenz für beide Geschlechter angemessen. Wir bewerteten dazu unsere Unterrichtsmaterialien kritisch, um zu sehen ob es für Knaben und Mädchen gleichermassen interesse generiert. Auch ist sind die Bildung von gleichgeschlechtlichen Gruppen erlaubt.
Hinzukommt, dass diese Unterrichtssequenz projektartigen Charakter hat, was den Mädchen zugute kommt.
Die Informatikinhalte und Anwendungen sind in einem gesellschaftlichen, historischen und sozialen Kontext einbettbar.
Quelle: https://ilias.phbern.ch/goto_phbern_file_815731_download.html
[Wie kann das Projekt erweitert / weiterentwickelt werden? / Wie wird sich die im Projekt eingesetzte Technologie weiterentwickeln? / ... ]
Ohne Zweifel werden wir die Möglichkeiten mit dem EV3 nie ganz ausschöpfen können. So wäre es denkbar unser Projekt dahingebend zu erweitern, dass mehrere EV3 miteinander kommunizieren und wir zu unseren autonomen Fahrzeugen mit einem weiteren EV3 ein Verkehrsleitsystem entwickeln.
Autonome Gefährte werden mutmasslich noch an Einfluss in unserem Alltag gewinnen, wohin der Trend aber genau gehen wird, steht noch in den Sternen. Etwas konkreter sind da die Zukunftsaussichten seitens Legos. Nach dem der EV3 lange Zeit auf einen Nachfolger warten liess, kommt im Oktober 2019 mit «Control Plus» eine neue Software auf den Markt, wobei deren Verwendungsmöglichkeiten zum gegenwärtigen Zeitpunkt unklar sind.
[Wie sieht der grobe Zeitplan für die Umsetzung Ihres Projekts aus? Wie wollen Sie die anstehenden Arbeiten untereinander verteilen? - Selbstverständlich dürfen Sie im Verlaufe des Projekts von den hier gemachten Angaben abweichen. Abweichungen sind jedoch in der Reflexion über dieses Projekt zu dokumentieren.]
Sechs zentrale Entwicklungsschritte für unseren Line-Follower:
1. Erste Fahrt
2. Einfacher "Line Follower"
3. Dreistufiger "Line Follower"
4. Proportionaler "Line Follower"
5. Proportionaler "Line Follower" mit Ladefläche
6. Proportionaler "Line Follower" mit Ladefläche und Verkehrskompetenzen
Peerfeedback 1 (David Farner)
Ich finde das Thema sehr interessant, auch weil es sicher zukunftsrelevant ist. Euch ist bewusst, dass dieses Thema wohl nicht alle SuS gleich packen wird und habt bereits Lösungsansätze, wie ihr sie trotzdem abholen könnt. Ich frage mich aber ob dies gelingt, solange ihr mit dem Projekt in der Informatik und Physik bleibt. Meiner Meinung nach lässt sich die ganze Automationsthematik auch sehr gut mit ERG verbinden, so dass einige Gruppen unter Umständen den Schwerpunkt vielleicht so setzen können.
Die Durchführung als Gruppenchallenge finde ich gut, denn sie fördert im Berufsalltag durchaus wichtige Softskills. Die Lektionseinheit in der 9. Klasse anzusetzen, passt daher auch sehr gut.
Peerfeedback 2
Prinzipiell finde ich es eine spannende Idee. Die einzelnen Aufträge müssen aber einfach und verständlich sein, da ich gerade bei so einem Projekt die Gefahr sehe, dass weniger begabte/interessierte Schülerinnen und Schüler schnell die Motivation verlieren werden, vor allem wenn etwas nicht wie gewünscht funktioniert.
o Der konkrete Ablauf ist nicht sichtbar, da das GoogleSheet nicht veröffentlicht wurde
o Website: „Fehler 404. Die eingegebene Seite existiert nicht.“
o Viele Schreibfehler im Konzept
o Könnte ebenfalls ein Bezug zur Wirtschaft (WAH) gemacht werden
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