Feb 212013
 

Als Gegenstand zur Vorbereitung der lokalen Änderungsrate habe ich gestern eine Stunde in der Vorstufe durchgeführt, die problemorientiert die Ermittlung von Steigungen auf verschieden großen Intervallen eines Graphen motivierte. Anhand eines aktuellen Zeitungsartikels zu geplanten Roboter-Einsätzen auf dem Mond, um in tiefen Kratern nach Wasser zu suchen wurde die Leitfrage aufgeworfen, welche Krater ein solcher Roboter mit einer gewissen Steigfähigkeit wieder verlassen kann. Anhand gegebener Graphen ermittelten die Schüler/innen zeichnerisch mehrere durchschnittliche Steigungen und präsentierten diese per Overhead-Folie. Trotz moderner Medien habe ich mich für die Arbeit mit solchen Folien entschieden, da sie während der Erarbeitung in Gruppen problemlos nebenbei gestaltet werden können. In der anschließenden Diskussion wurde thematisiert, wie eine maximale Steigung angenähert werden kann, um damit die lokale Änderungsrate als Ergebnis einer Grenzwert-Betrachtung immer kleinerer Intervalle zum Differenzenquotienten vorzubereiten. Abschließend wurde das Erlernte mit einem einfachen Lückentext und einer Hausaufgabe gesichert.

Als Aufhänger verwendete ich einen Zeitungsartikel zum Roboter-Einsatz auf dem Mond vom Handelsblatt. Das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) forscht in Bremen seit Jahren an Robotern, die möglichst energiesparend und beweglich für Forschungen auf dem Mond eingesetzt werden sollen. Durch eine Impulsfrage von mir als Lehrer zu den Herausforderungen eines solchen Robotereinsatzes auf dem Mond sollten die Schüler/innen sich eigenständig der Leitfrage nähern, aber auch weitere wichtige Fragen im Kontext darstellen können.

Ich habe mich entschieden, den Schüler/innen drei Graphen zur Betrachtung zu geben, um einerseits motivierende Teilergebnisse zu sichern, da zwei der drei Graphen bereits sehr schnell eindeutige Aussagen zulassen. Der dritte Graph sollte dann analog zu den einfacheren ersten beiden bearbeitet werden und ist so konzipiert, dass er höhere Anforderungen mit sich brachte. In erster grober Näherung liegt die Steigung des dritten Kraters unter der Steigfähigkeit des Roboters, auf einigen kleinen Intervallen ist die Steigung dann aber über dieser, so dass er diesen Krater nicht verlassen kann. Somit wurde den Schüler/innen durch die Aufgabenstellung nahegelegt, kleinere Intervalle zu betrachten.

Arbeitsblatt Seite1

(Bildnachweise für das Arbeitsblatt: Roboter-Screenshot vom DFKI, Mondkrater unter public domain von der NASA)

Arbeitsblatt Seite2

(Bildnachweise: Eigene Produktion)

Eine der drei Präsentationsfolien

In der Nachbetrachtung hat sich das Problem des Roboter-Einsatzes als Unterrichtsgegenstand gelohnt, die Schüler/innen waren interessiert bei der Sache und die Leitfrage war einfach verständlich und damit der Arbeitsauftrag klar. Nach der Präsentation zielte ich mit einer Frage zur notwendigen, hypothetischen Steigfähigkeit eines Roboters zur Bewältigung eines gegebenen Kraters auf die Ermittlung der maximalen Steigung des Graphen. Diese kann nur als punktuelle Steigung sicher berechnet werden und somit wurde die Betrachtung lokaler Steigungen in den folgenden Stunden vorbereitend motiviert.

Materialien:

Arbeitsblatt-Gruppenarbeit (pdf)

Folie-A (pdf)

Folie-B (pdf)

Folie-C (pdf)

Arbeitsblatt-Lueckentext (pdf)

Arbeitsblatt-Hausaufgabe (pdf)

Feb 112012
 

Einer meiner Wahlpflicht-Kurse beschäftigt sich im Lego Labor unserer Schule mit dem Thema Robotik. Hierzu hatte ich als Einstieg eine kurze schriftliche Einzelarbeit geplant „Was ist ein Roboter?“. Die Ergebnisse der Schüler/innen auf DIN A5 Zetteln habe ich als Galerie von jedem/jeder Schüler/in einzeln aufhängen und vorstellen lassen, was den ganzen Einstieg leider in die Länge zog. Einige der Beiträge der Schüler/innen waren ziemlich schlicht: „Ein Ding aus Metall“ oder „Ein Objekt was elektrisch betrieben wird“ aber auch schon weitergehender wie „Ist eine Maschine die uns den Alltag erleichtern soll wie beim Autobau…“ oder „Eine Maschine übernimmt das was Menschen nicht können oder tragen können. Sie arbeiten schneller und übernehmen die Arbeit im Alltag und Beruf“. Daraufhin habe ich einige Definitionen per Beamer angeworfen und kurz und knapp Stichworte, die Roboter charakterisieren unterstrichten. Eine kurze, griffige Definition habe ich so direkt nicht gefunden, vielmehr gehen die Definitionen auseinader. Wichtige Aspekte waren mir: Steuerung durch Programme und Sensoren und selbstständige Ausführung von Aufgaben.

Anschließend verteilte ich die Roboter und ließ alle Schüler/innen unterschreiben, dass sie ihren Roboter vollständig erhalten haben, um deutlich zu machen, dass es sich um ein wertvolles Gerät handelt, mit dem sehr sorgfältig umgegangen werden muß. Die erste Aufgabe gab ich per Beamerbild vor, programmiert wurde in dieser ersten Phase direkt über das Display des NXT:

Im Folgenden noch einmal mein vollständiges Konzept für die erste Doppelstunde, Ergebnisse hatten wir diese Stunde noch nicht dokumentiert.

Konzept 8.Klasse Robotik

9:50 Uhr 
„Was ist ein Roboter?“ (am Smartboard anschreiben)
– farbige A6 Karten verteilen, alle sollen eine Antwort aufschreiben (evtl. Stifte verteilen)
– 5 min Einzelarbeit, danach einsammeln, mit Tesa­Krepp an Schrankwand heften, zusammenstellen und Überleitung
– Definitionen an Smartboard öffnen und vorlesen lassen (defro.pdf) wichtige Stellen markieren 
  (Steuerung, frei programmierbar)

10:10 Uhr
Filmclips: Roboter im Einsatz (insges. 10 min) 
http://www.youtube.com/watch?v=TH_h87J8TZ8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=8osyiVoiOHY&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=_migLQ802Go 
10:25 Uhr
„Lego Mindstorms“ (am Smartboard schreiben und Bild öffnen)
Regeln zum Arbeiten mit den Robotern (vorlesen lassen)
– Herr Morisse führt Protokoll, welche Gruppe welche Roboter benutzt hat und die Gruppe ist dafür verantwortlich, 
  dass der Roboter heile und vollständig zurückgegeben wird
– Wenn etwas defekt ist oder fehlt, sofort melden

PAUSE

Aufgabe an Smartboard (erstes­Programm.pdf), Roboter austeilen (Programmieren am Roboter, Motorsteuerungen) 

11:15 Uhr
Roboter einsammeln, protokollieren und UG über Aufgaben (was hat geklappt, was gab es für Schwierigkeiten)

Hinweis: Nächste Woche mit Netbooks programmieren