Robotik mit Lego Spikes
Medien- & Informatiktag an der PH Bern vom 23. November 2023
Medien- & Informatiktag an der PH Bern vom 23. November 2023
Testimonial: [Link zum Testimonial]
Projekt "Medien- und Informatik-Tag an der PH Bern"
Abstract
Die Schlüsselbegriffe "Automatisierung", "Roboter" und "Robotik" sind heutzutage sicherlich alltägliche Begegnungen für Schülerinnen und Schüler.
Doch ist wirklich klar, was sich hinter diesen Begriffen verbirgt?
Dieses Projekt möchte mit etwaigen Missverständnissen aufräumen und diese so weit wie möglich in Relation setzen und korrigieren. Die Schülerinnen und Schüler sollen verstehen, dass "Automatisierung" je nach Kontext unterschiedlich aussehen kann, als sie es sich im ersten Moment vielleicht vorstellen, und dass es oft komplexer ist, als es auf den ersten Blick scheint. Das Projekt ermöglicht den Schülerinnen und Schüler, ein vertieftes Verständnis zu entwickeln, wie anspruchsvoll das Programmieren von Robotern sein kann - dies durch eine selbständige Kreation von einem Roboter und seiner Programmierung. Zusätzlich beinhaltet das Projekt einen Wettbewerb, bei dem die Schülerinnen und Schüler aufgefordert sind, entweder kreativ, präzise und effizient so weit wie möglich zu gehen, damit sie die selbstgesteckten Ziele erreichen. Letztlich sollen die Schülerinnen und Schüler durch dieses Projekt erfahren, welche Anstrengungen notwendig sind, um technologische Fortschritte zu erzielen, dies zu erkunden und auch einzuordnen.
Steckbrief
Link zur erstellen Webseite inklusive Passwort
Fokussierte SuS-Aktivität
Lego-Spike Roboter bauen, programmieren und automatisieren
Zielstufe / Zielgruppe
3. Zyklus, 7. Klasse Real- Sekundarklasse (Mischklasse mit innerer Differenzierung)
18 Schülerinnen und Schüler (8 M, 10J), 3 Real und 16 Sek
Anzahl Lektionen
3
Unterrichtsformen
Projektarbeit mit SuS
Anzahl benötigte Betreuer/Innen bzw. Lehrpersonen
3-4 (1 LP für ca 6 Schülerinnen und Schüler)
Benötigte Infrastruktur
Zweierarbeit je mit 1 Notebook (mit funktionsfähiger Lego-Spikes Software) & Lego-Spikes Roboter Bausatz pro zweier Gruppe
Tags/Schlagwörter
#Lego, #Spike, #programmieren, #Scratch, #automatisieren, #Robotik, #Robter, #informatikunterricht, #codieren, #app, #konstruieren, #bauen, #rennen, #Dance, #tanzen
Medien- Informatik -Projektbeschreibung
Unterrichtsidee
Spielerischer, kognitiver Zugang zu Automatisierung und Arbeitsroboter mit Lego-Spike Bausatz und der dazugehörigen Programmierungssprache. Zwei mögliche Unterrichtsrichtungen für die SuS, entweder mit Unterhaltung (Musik und Bewegung) + Kreativität, oder zu einem Rennmobil + Wettbewerb.
Lernziele und erhoffter pädagogischer Wert der eingesetzten Medien
Lernziele:
Die Schülerinnen und Schüler sollen einen Zugang und Zweck der Automatisierung und Roboter erkennen und mindestens dazu ein Beispiel geben in Ihrem Alltag.
Die Schülerinnen und Schüler können einen Roboter selbst bauen, programmieren und animieren. Eine selbst ausgedachte oder vorgegebenen Problemstellung erfassen und mittels Automatisierung Lösungsansätze dafür auszuarbeiten und auszuführen
Eingesetzten Medien und Materialien und ihr erstrebter Wert:
Die Lektion und deren Ablauf wird vorerst mit einigen Slides auf dem Beamer mit den jeweiligen Einzelschritten in einer adäquaten Struktur präsentiert und durchgesprochen. Dies soll zu einem besseren und klaren Verständnis verhelfen bezüglich Vorgehen und dem Inhalt der Projekte.
Vorstellung der Lernziele und den Aufgaben
Bau der Roboter
Tanz-Roboter ca 4-5 zweier Gruppen
Rennroboter ca 4-5 zweier Gruppen
Programmierung der Roboter für die jeweilige Aufgabe
Ausführen des "Resultats" mittels eines Wettbewerbs (Dance-Contest und Rennen)
Rahmenbedingungen des Unterrichtsprojektes
Die Zielstufe ist eine 7. Klasse im 3. Zyklus mit 18 Schülerinnen und Schüler. Die Schülerinnen und Schüler haben bisher vereinzelt Zugang und Unterricht in Robotik und Automatisierung genossen. Es hat ca 6-7 Schülerinnen und Schüler, welche das Lego-Spike System kennen und auch schon gebraucht haben (Zusammenbau und Programmierung). Es gibt aber einige technikaffine Schülerinnen und Schüler in der Klasse, welche sich stark mit Computer und Programmieren befassen. Einige dieser Schülerinnen und Schüler brauchen eventuell eine engere und besondere Begleitung und Unterstützung. Wir haben vorgesehen drei Lektionen mit je 10 Minuten Einführung und 10 Minuten Feedback einzurechnen. Es ist für zirka 3 x zweier-Teams eine Lehrperson als Betreuung vorgesehen. Aktuelle Software für die Lego-Spike auf den Notebooks (1 Notebook pro Team) muss vorgängig getestet, bereitgestellt und verfügbar sein.
Mögliche Stolpersteine sind:
ungenügende Infrastruktur (Notebooks, veraltete Software, defekte Aktoren etc)
Material defekt (Lego-Spike Bausatz nicht komplett, defekte, Akku leer, Verbindungsprobleme etc)
zu wenig Betreuer
unattraktives Angebot - kein Interesse
weiterführende Tasks für schnelle Teams bereitstellen
Konkreter Ablauf des Medien- Informatik-projektes
Lektionen plan für den Medien- und Informatik-Tag
Die Schülerinnen und Schüler haben die Möglichkeit, zwischen 2 Projekten zu wählen.
Bauphase des Roboters
Präsentation für die Einführung in den Medien- und Informatiktag an der PH Bern.
Hilfestellung für die Programmierung mit Lego-Spike
Spezifisch fürs Programmieren heute: Infoblatt für Lehrpersonen und Schülerinnen und Schüler
Falls noch andere Fragen bezüglich des Programmierens mit Lego-Spike auftauchen, können einige Hilfestellungen hier von den Schülerinnen und Schüler konsultiert werden.
Evaluation der Arbeiten der Schülerinnen und Schüler im Rahmen des durchgeführten Projektes
Während den 3 Lektionen begleitet das Arbeitsblatt / Feedback die Schülerinnen und Schüler:
https://acrobat.adobe.com/id/urn:aaid:sc:EU:5ff8252b-8c75-4e6d-b45a-7886900cf7ed
Ergebnisse für die beiden Projekte
Ergebnisse des Projektes mit der Rangliste der jeweiligen Gruppen
Dance-Roboter
Race-Roboter
Visuelle Footages der jeweiligen Projekte
Durch die ganzen Lektionen haben wir verschiedentliche Dokumentationen mit dem Handy in Videos, Fotos und Audio festgehalten. Dieses Album kann eingesehen werden .
Bezug zum Modullehrplan Medien und Informatik
MI 2.3 l: kennen die wesentlichen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeelemente von Informatiksystemen und können diese mit den entsprechenden Funktionen von Lebewesen vergleichen (Sensor, Prozessor, Aktor und Speicher).
MI 2.2 g: können selbstentdeckte Lösungswege für einfache Probleme in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern formulieren.
MI 2.1 i: können logische Operatoren verwenden (und, oder, nicht).
Theoriebezug
Die 10 Merkmale guten Unterrichts sind unsere theoretische Grundlage für unser Lektionsplanung und werden hier genauer erläutert:
https://docs.google.com/document/d/1n6kF8UsGKiXJEINg_v9fjX6U4CtfeEQtsBbAtJmCHIM/edit?usp=sharing
Ausblick
Eine weiterführende Idee wäre, eine Kombination der zwei Aufgaben mit einer Kür, in welcher es nicht nur um die Schnelligkeit des zu absolvierenden Parcours geht, sondern auch um das "wie" -> Kreativität der Ausführung, Co-Creation in zusammengeschlossenen Teams etc. Es könnten auch erschwerte Voraussetzungen eingebaut werden in dem Zusammenbau (beispielsweise Roboter mit Anhänger etc) und beim Programmieren (beispielsweise mit Hindernissen oder Figuren welche ausgeführt werden müssen) und der Kreativität (was für Figuren der Roboter machen muss, zu welcher Musik etc). Die möglichen Entwicklungsschritte sind mannigfaltig und können auch fächerübergreifend veranstaltet werden (Mathematik, Musik ...).
Zeitplan und Aufteilung der Arbeiten für das Medienprojekt
Nach einem frühen Treffen mit der Betreuungsperson (Sonja) wurde in einer anschliessenden Besprechung zwischen den Studenten entschieden, dass die Kommunikation über eine WhatsApp-Gruppe ( interne Kommunikation) und E-Mail (für offizielle Anfragen und Kommunikation mit der Klassenlehrerin) stattfindet. Ausserdem vereinbarten Nicolas einen weiteren Termin, um sich ein erstes Mal mit dem Lego-Spike auseinander zu setzen und dabei erste Möglichkeiten erkundete. Dabei entstand die oben aufgeführte Unterrichtsidee. Diese wurde in Co-Creation weiter entwickelt, und ausgearbeitet. An zwei letzten Treffen mit der Betreuungsperson, einmal in der Woche vor dem Medien- und Informatiktag und am Vortag, wurden noch die letzten Detailfragen geklärt, das Klassenzimmer vorbereitet und die Projekte aufgebaut.
Ich finde das Konzept sehr gut geeignet um den SuS einen realitätsnahen Einblick in die Programmierung und somit in die Funktionsweise von Robotern zu vermitteln. Mit dem Projekt werden auch zahlreiche Informatikprinzipien in einem Handlungsorientierten Ansatz vermittelt. Die Unterteilung der SuS in Gruppen könnte auch dazu führen, dass sie sich gegenseitig motivieren und anstacheln. Ich kannte Lego Spike noch nicht, es sieht aber sehr interessant aus. (Jonathan Schranz)