Einführung in die Robotik - ein Projekt für die 5. / 6. Klasse

Einführung

Teilprojekt "Medien in der Lehre"

Einführung und Vertiefung in die Robotik mit einer Klasse als Projekt

Unterseite: Einführung in die Robotik

Einführung 1. Teil

Was sind Roboter? Was unterscheidet sie von Maschinen und den Menschen?

Sich gegenseitig programmieren

Ablauf

1. Ich programmiere dich

Es kann davon ausgegangen werden, dass die SuS bereits diverse Kontakte mit Robotern und Programmieren hatten, sich dessen aber nicht bewusst sind. Wichtig ist, den ersten Zugang zum Programmieren auf der Ebene Mensch - Mensch zu gestalten, da dies der Welt der SuS entspricht und somit einfach Anknüpfungspunkte geschaffen werden.

A. Partner programmieren mit Sprache. Die SuS arbeiten im Zweierteam.

  • Auftrag: Wer kommt von A nach B mit möglichst wenigen Befehlen?
  • Überlegungen: Welche Befehle sind zwingend nötig? Welche Probleme sind aufgetreten?

B. Einstieg - Partner programmieren mit Klopfzeichen. Die SuS arbeiten im Zweierteam.

  • Auftrag: Wer kommt von A nach B mit den Befehlen vorwärts (1 x Klopfen auf Schulter), Rückwärts (2 x Klopfen auf Schulter), links / rechts (links / rechts Klopfen auf Schulter), stop / go (auf den Kopf klopfen)?
  • Überlegungen: Haben die Befehle gereicht? Sind wir zum Ziel gelangt? Was wäre noch nötig gewesen?

C. Partner programmieren mit Schriftbefehlen. Die SuS arbeiten im Zweierteam. 

  • Auftrag: Wer kommt von A nach B mit maximal 4 Befehlen? Die Befehle werden vorgängig auf ein Blatt Papier geschrieben und müssen beiden SuS bekannt sein.
  • Überlegungen: Waren die Befehle klar verständlich? Reichten die 4 Befehle, geht es auch mit 3 Befehlen? Welche Befehle haben die SuS verwendet?

Pädagogische / didaktische Überlegungen: Die Schüler sehen, dass sie bereits programmieren können und dies auch oft im Alltag anwenden, ohne sich dessen bewusst zu sein. Es ist einfacher, zuerst andere SuS zu Programmieren und erst in einem weiteren Schritt die Roboter (nächstes Beispiel: Bee Bots programmieren). Wichtig ist auch, dass auch Fehler beim Programmieren angesprochen werden, respektive falsch verstandene Eingaben oder zuvor nicht klar definierte Befehle.

Hilfreich ist es, wenn eine Zeit abgemacht wird, wie lange gebraucht werden kann, um von A nach B zu gelangen, denn oft verlieren sie die SuS auf ihrem Weg und machen immer grössere Umwege.

2. Was sind Roboter?

Dies ist eine sehr wichtige und spannende Frage, welche unbedingt behandelt werden sollte. Die SuS können in Kleingruppen dieser Frage nachgehen. Welche Roboter kennen sie, wo sind sie diesen bereits begegnet, wie funktionieren diese?

Pädagogische / didaktische Überlegungen: Die zusammengetragenen Ideen können als Mindmap dargestellt oder mit Post-its gesammelt werden. Welche Gruppierungen lassen sich erstellen? (Bsp. Kriegs- / Kampfroboter vs. Hilfsroboter; Industrieroboter vs. Homeroboter; Dienstleistungsroboter vs. Spielroboter usw.)

3. Was ist der Unterschied zwischen einem Menschen und einem Roboter?

Wir haben das Gefühl, dass dieser Unterschied ganz trennscharf ist. Dies mag sehr wohl in der Gegenwart sein, doch in naher Zukunft wird dies immer häufiger vermischt und ab einem gewissen Grad wohl kaum mehr zu unterscheiden sein. So gibt es in diversen Branchen Chatbots, welche uns antworten. Weiter leben bereits erste (momentan noch einfach erkennbare) Cyborgs unter uns.

Pädagogische / didaktische Überlegungen: Spannende Überlegungen zu: was war früher ohne Roboter? Wo stehen wir heute? Wie wird wohl die Zukunft aussehen? Ist alles gut, was der Fortschritt uns bringt, wo sind Gefahren oder Grenzen? Was macht der Mensch überhaupt aus? Was heisst Lernen, Gefühle zeigen, Interaktion, bewusst Handeln usw.?

4. Was ist der Unterschied zwischen einem Roboter und einer Maschine?

Analog der Aufgabe 3 kann auch hier wieder philosophiert werden. Wichtigstes Kriterium ist hier sicherlich das interagieren mit der Umwelt / mit den Menschen. Der Roboter kann mittels Sensoren Informationen aus seinem Umfeld aufnehmen, diese Verarbeiten und dementsprechend handeln.

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Weitere Ideen / Tipps & Tricks

1. BeeBot gestalten

Man kann den BeeBots ein individuelles Aussehen verleihen, indem man eigene "Jacken" für den kleinen Roboter gestaltet. Dies kann händisch umgesetzt werden oder mit dem BeeBot Lesson Activity Paket von der Focus Educational Software Ltd. Mit den Jacken wird dann ein eigens dafür vom Hersteller angebotener weisser Panzer beklebt und fertig ist der eigene, persönliche BeeBot. Bei der Gestaltung werden fächerübergreifende Kompetenzen gefördert und durch die Personalisierung wird die Motivation der Lernenden positiv beeinflusst. 

2. Eigene Matten kreieren

Die oben genannte Software bietet auch die Möglichkeit eigene Matten für den BeeBot zu gestalten. So können themenspezifische, phantasievolle Matten gestaltet werden, auf denen der BeeBot seinen vorprogrammierten Weg abfährt. 

3. Plakate erstellen

Weiterführend können die Antworten zu folgenden Fragen auch auf einem Plakat zusammengefasst werden und mit weiteren passenden Bildern / Beiträgen ergänzt werden.

  • Was sind Roboter?
  • Was ist der Unterschied zwischen einem Menschen und einem Roboter?
  • Was ist der Unterschied zwischen einem Roboter und einer Maschine?

Dies eignet sich auch sehr gut fächerübergreifend im Deutschunterricht. Die Plakate können zum Elternabend präsentiert werden.

4. Ideen-Board / Frage-Ecke

Als hilfreich und spannend hat sich das Ideen-Board erwiesen. Oft treten spannende Fragen auf, welche aber gerade nicht gestellt werden oder aus Zeitmangel nicht sofort von der Lehrperson beantwortet werden können. Das Ideen-Board kann sowohl real als Whiteboard oder Wandtafel als auch fiktiv sein, beispielsweise als Blog oder Forum im Netz.

Pädagogische / didaktische Überlegungen: Es können jegliche Fragen zu diesem Thema gestellt werden, am besten gleich mit Name und Datum versehen. Es gibt keine dummen oder peinlichen Fragen. Die Antworten zu den gestellten Fragen können auch gleich als Einstieg in die nächste Einheit oder den nächsten Tag dienen, um das Thema wieder aufzugreifen. Weiter gibt das indirekte Beantworten der LP die Zeit, sich zu informieren, denn schnell werden die Fragen sehr komplex und gehen ins Detail.

5. Filmausschnitte

Eine Reihe von Filmen handeln von Robotern oder deren Protagonisten sind Maschinen mit menschlichen Eigenschaften: 

Falls die Zeit es zulässt, können verschiedene Filmausschnitte betrachtet werden und in Hinblick auf folgende Fragen analysiert werden:

  • Welche Technik ist Fiktion, was gibt es bereits?
  • Gerade unter dem Aspekt alte / neue Filme: Was wurde bereits entwickelt, was existiert noch nicht?
  • Wem bringt welche Entwicklung etwas?
  • Welche Erfindung / Entwicklung würdest du dir wünschen?
  • Welche Entwicklungen wären wünschenswert, welche bedenklich?
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Benötigtes Material

  • Plakate, farbiges Papier
  • Whiteboard, Magnete für das Ideen-Board
  • Filmausschnitte
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Bezug zum Lehrplan

Ich programmiere dich / Was sind Roboter? / Unterschiede:

MI.1.1a (1. Zyklus)

MI.1.1b + c (2. Zyklus)

Plakate erstellen:

D.4.C.1 und D.1

Filmausschnitte:

MI.2.1a + b (1. Zyklus)

Einführung 2. Teil

Erste Versuche mit dem BeeBot

Bee-Bots programmieren

Ablauf

Nachdem die SuS den Roboter untereinander programmiert haben, kommt die nächste Stufe: das Steuern von Robotern. Dies kann für einige Schüler insofern schwierig sein, da sie sich nun in das Gerät hineinversetzen müssen und so diesen Standpunkt einnehmen. Der BeeBot eignet sich hierfür hervorragend, ist er doch sehr einfach zu bedienen und kennt dieselben Befehle wie die SuS bereits zuvor untereinander verwendet haben.

1. Befehle des BeeBots

Spannend ist zu sehen, wie die SuS mit dem BeeBot und einer Matte selbstständig herausfinden, wie die Steuerung funktioniert. Sie werden sich schnell gegenseitig Aufgaben stellen.

Pädagogische / didaktische Überlegungen: Die Erfahrung hat gezeigt, dass einige Kinder Mühe haben, sich in den BeeBot hineinzuversetzen. Hier ist es hilfreich, den Käfer nach jeder einzelnen Befehlseingabe neu zu platzieren. Weiter sollte den SuS verdeutlicht werden, dass rechts / links nur eine Drehung bewirkt und noch keine Fahrt in die neue Richtung.

2. Befehle einschränken

Das Ziel kann auch erreicht werden, wenn einige Befehle (beispielsweise vorwärts und links) weggelassen werden. Die SuS sollen herausfinden, wie das Ziel, welches links vom BeeBot liegt, nur mit den Befehlen rechts und rückwarts erreicht werden kann. Wer kann diesen Weg programmieren, ohne den BeeBot auf die Matte zu stellen?

3. Befehle aufschreiben

Als nächste Schwierigkeit kann ein Weg auch mit reinen Befehlen (Flussdiagramm) auf Papier aufgezeigt werden. Das Gegenteil ist natürlich auch möglich: Ich starte bei A und erreiche nach Eingabe dieser Befehlsreihenfolge das Ziel - wo liegt dies auf der Matte?

 

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Weitere Ideen / Tipps & Tricks

1. Matten selber zeichnen

Fächerübergreifend können auch Matten selbstständig im BG gezeichnet werden, resp. mit der oben erwähnten Software. Hier ist zu beachten, dass die rechten Winkel und der Abstand im Raster eingehalten werden. Der BeeBot fährt gerade vorwärts und gerade rückwärts in 15cm-Schritten.

2. Bedienung mit dem Tablet

Für den Bluebot gibt es eine App, mit welcher der Käfer via Tablet gesteuert werden kann. Zudem erlaubt das Programm eine 45-Grad-Kurve, was aber in meinen Augen keinen Sinn macht, da die darauffolgend zurückgelegte Wegstrecke wiederum 15 cm beträgt und somit zu kurz ist. Der Bluebot fährt von nun an neben dem Raster.

3. Weitere Infos und Übungen:

Auf Minibiber.ch findet sich das BeeBot-Book in deutscher Version.

Das Dokument online: www.minibiber.ch/images/book/Bee-Boot_Book_DE.pdf

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Benötigtes Material

  • BeeBot oder Bluebot (ein Käfer reicht für 2 SuS)
  • Matten (2 Käfer können sich gut eine Matte teilen)
  • Tablet mit vorinstallierter App
  • A0-Papier um eigene Matten herzustellen
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Bezug zum Lehrplan

Befehle des BeeBots / Befehle einschränken und aufschreiben

MI.2.2.a (1. Zyklus)

MI.2.2.b, c + e (2. Zyklus)

Matten selber zeichnen

BG.2.B.1.b