Wie funktioniert der Roboter?/„Wir programmieren die Roboter!“: Unterschied zwischen den Versionen

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Aktuelle Version vom 16. Juli 2021, 10:41 Uhr

Diese Unterrichtsstunde gehört in die Reihe "Wie funktioniert der Roboter?"

Ziele und Kompetenzen

Anforderungsbereich „Reproduzieren“ (AB I)

(R-K2) Die SuS erstellen Abläufe zur Steuerung eines Roboters mithilfe vorgegebener Befehle auf Karten oder Bausteinen.

Anforderungsbereich „Zusammenhänge herstellen“ (AB II)

(R-K3) Die SuS benennen und formulieren präzise Handlungsvorschriften.
(R-K4) Die SuS erklären gelesene Handlungsvorschriften und -abläufe für die Steuerung eines Roboters.

Anforderungsbereich „Verallgemeinern und Reflektieren“ (AB III)

(R-K6) Die SuS formulieren Fragen zur Steuerung eines Roboters.

Materialüberblick

Materialien aus dem Materialpaket " Unterrichtsmaterial, Arbeitsblätter, Kopiervorlagen, Präsentationsmaterial" (Forscherheft auf den Seiten 147-168):

Forscherhefte für alle Schülerinnen und Schüler

Puzzlestücke in passender Anzahl (Angabe hier pro Team) (Materialpaket, S. 130-134 und S. 136):

Puzzlestücke/ Bildkärtchen	Anzahl
Beginn	1
Ende	1
Wenn - dann	2
Wiederhole bis	2
geheVor(1)	12
geheVor (_)	6
dreheLinks()	6
dreheRechts()	6
stoppeRoboter	1
Blanko-Puzzlestück	2
Mauer	4
Zaun	4
Blume	1

Tippzettel für Aufgabe 6 (Materialpaket, S. 137)
Wenn vorhanden: selbstgebastelte Roboter

Vorbereitung

Kopieren der Forscherhefte in ausreichender Zahl (1 Heft pro Kind, damit jedes Kind die Ergebnisse mitnehmen kann)
Kopieren der Spielfelder in ausreichender Anzahl (1 Spielfeld pro Team) (Materialpaket S. 135)
Kopieren und ausschneiden der Puzzlestücke in ausreichender Anzahl (wie im Materialüberblick angegeben)
Aufhängen der Tipp-Zettel

Handlungsschritte

Materialien/ Medien

Als Einstieg in die Stunde dient eine kurze Blitzlichtrunde im Sitzkreis, in der jedes Kind eine konkrete, genaue Anweisung geben soll.

Die Lehrkraft präsentiert als „Anweisungen“ auch die Befehle „geheVor (1)“, „dreheLinks()“, „dreheRechts()“ (als Zeichnung der Puzzlestücke an der Tafel oder nur mündlich). Sie erklärt den Kindern, dass sie mit Hilfe dieser Befehle ihren Roboter passend zu den Aufgaben im Forscherheft über ein Spielfeld steuern sollen. Ggf. kann dies einmal in der Klasse mit einem Schüler/ einer

Schülerin, der als „Roboter“ durch die Klasse dirigiert wird, ausprobiert werden. Dieses Szenario ermöglicht es auch einmal über die Aspekte der direkten Manipulation und der Abstraktion über Zeit und ggf. auch Raum zu sprechen. In dem zum Beispiel das Roboterkind Befehle direkt ausführt, im Sinne der direkten Manipulation, oder ein zuvor erstelltes Programm „ausführt“.

Anschließend stellt der Lehrer im Sitzkreis das Forscherheft und das Material vor.

Die Kinder arbeiten zu zweit an den Programmieraufgaben.
Sie bearbeiten das Forscherheft von vorne nach hinten durch.
Sie sollen die Programmieraufgaben zuerst mit den Puzzle-Teilen legen, dann das Programm am Spielfeld ausprobieren und es, wenn es funktioniert, in das Forscherheft übertragen.
Beim Ausprobieren soll ein Kind der Reihe nach die Befehle vorlesen und das andere Kind steuert entsprechend den Roboter übers Spielfeld. An dieser Stelle sollte darauf geachtet werden, dass ein Programm vorab vollständig aufgeschrieben wird, da es sich sonst lediglich um eine direkte Manipulation und nicht um eine Abstraktion über die Zeit handelt.
Zu Aufgabe 6 gibt es einen Tipp. Dieser hängt im Klassenraum aus.
Auf der 1. Seite im Forscherheft finden die Kinder auch diese Hinweise.

Bei Bedarf kann der Lehrer auch die einzelnen Aufgaben kurz erklären. Vorgesehen ist es aber, dass die Kinder sich die Aufgabenstellungen eigenständig erarbeiten.

Forscherhefte

Die Kinder arbeiten nun mit ihrem Partner an den Aufgaben im Forscherheft. Sie beginnen mit Aufgabe 2 („Malt ein Bild!“) bzw. Aufgabe 3, falls die 2. Aufgabe schon am Ende der 1. Doppelstunde als vertiefende Übung benutzt wurde.

* Tippzettel

Puzzlestücke
Bildkärtchen (Mauern,…)
Bildkarten

Am Ende der Doppelstunde werden die Schüler nicht alle denselben Stand haben, da sie mit Sicherheit unterschiedlich schnell vorankommen. Daher bieten sich für das Ende der Doppelstunde verschiedene Abschlüsse an:

1. In einer gemeinsamen Reflexionsphase am Ende kann man das Vorgehen der Kinder beim Bearbeiten der Aufgaben besprechen. Ziel wäre bei dieser Reflexion, eine planvollere Herangehensweise der Kinder an die Aufgaben zu fördern. (Reflexionsfragen: siehe 2.)

2. Es findet eine dezentrale Reflexion in einer Kleingruppe statt. Die nicht beteiligten Schüler arbeiten in der Zeit am Forscherheft weiter. Mögliche Fragestellungen wären:

Fragestellungen
a. Welches ist das kürzeste Programm? Warum sollte man versuchen, das Programm möglichst kurz zu halten?
b. In der Kleingruppe bei der dezentralen Reflexion wird von zwei Schülern/innen ein Programm gelegt. Die Gruppe reflektiert über die Herangehensweise des Teams an die Aufgabe.
c. Schaut euch, jetzt wo ihr die Schleife kennt, noch einmal den Parameter an. Könnten „Schleife“ und „Parameter“ etwas miteinander zu tun haben?
d. Testet die unterschiedlichen Spielfeldsituationen beim Einsatz der Bedingten Verzweigung. Funktioniert ein und dasselbe Programm für unterschiedliche Spielfeldsituationen?

3. Da die Arbeit am Forscherheft in der 2. und 3. Stunde einen zusammenhängenden Block bildet, wäre es auch grundsätzlich denkbar, die Kinder einfach durcharbeiten zu lassen. In diesem Fall fehlt allerdings ein Abschluss in der 2. Doppelstunde.

Bei Fragestellung b)

• Puzzlestücke zum Programmieren Bei Fragestellung c) • Kopie der Tippzettel für die Reflexion

Anmerkung:

Bedingt durch den Aufbau des Forscherheftes werden die Kinder, wie schon erwähnt, nicht alle gleichzeitig an der gleichen Aufgabe arbeiten. Es bietet sich aber je nach Klasse an, dass man (wenn die ersten Gruppen die Aufgabe 5 abgeschlossen haben) eine gemeinsame Zwischenreflexion zu den bisher bekannten Befehlen einschiebt.

Lerngruppen, die nicht so frei arbeiten können oder wollen, steht es frei das Forscherheft anders zu nutzen. Hierfür kann das Material bspw. einzeln mit den SuS erarbeitet werden. Außerdem kann das Material in Form einer Lerntheke präsentiert werden, bei der die Lehrkraft notiert, welche Aufgaben für die Lerngruppe eher einfach oder eher schwierig sind.

@@ Zeile 23: / Zeile 23: @@
 *Forscherhefte für alle Schülerinnen und Schüler
-*Puzzlestücke in passender Anzahl (Angabe hier pro Team):
+*Puzzlestücke in passender Anzahl (Angabe hier pro Team) (Materialpaket, S. 130-134 und S. 136):
 {| class="wikitable"
 |-
-!Puzzlestücke!!Anzahl
+!Puzzlestücke/ Bildkärtchen!!Anzahl
 |-
 |Beginn||1
@@ Zeile 59: / Zeile 59: @@
 *Wenn vorhanden: selbstgebastelte Roboter
-==Zusätzliches Material==
+==Vorbereitung==
-*DVD-Player, Beamer, Fernseher, etc.
+*Kopieren der Forscherhefte in ausreichender Zahl (1 Heft pro Kind, damit jedes Kind die Ergebnisse mitnehmen kann)
-*DVD „Was ist Was: Computer und Roboter“
+*Kopieren der Spielfelder in ausreichender Anzahl (1 Spielfeld pro Team) (Materialpaket S. 135)
-*reale Beispiele, Modelle oder Fotos für Roboter (Kuscheltiere, Staubsauger, Spielzeugroboter, etc.)
+*Kopieren und ausschneiden der Puzzlestücke in ausreichender Anzahl (wie im Materialüberblick angegeben)
-*Ggf. Papier für den Wissenssack / Cluster
+*Aufhängen der Tipp-Zettel
-*Ggf. Material für ein Robotergesicht
-*Ggf. farbige Stifte
-*Material zum Legen der Gefühle (Alternative Methode): 4 Strohhalme,(aneinandergebunden, für den Mund), 2 runde Augen, 2 ovale Augen, 2 Augenbrauen
 ==Handlungsschritte==
@@ Zeile 75: / Zeile 72: @@
 !Handlungsschritte!!Materialien/ Medien
 |-
-|Als Einstieg in die Stunde dient eine Abfrage des Vorwissens der Schüler zum Thema „Roboter“. Dies kann als einfache Sammlung an der Tafel, als Cluster mit Kreide oder Kärtchen oder in einem „Wissenssack“ erfolgen.
+|Als Einstieg in die Stunde dient eine kurze Blitzlichtrunde im Sitzkreis, in der jedes Kind eine konkrete, genaue Anweisung geben soll.
-||Wissenssack, Tafel oder Papier für den Cluster
+||
 |-
-|Als Hinführung zum Thema soll an dieser Stelle, wenn verfügbar, ein Ausschnitt aus der DVD „Was ist Was. Computer und Roboter“ gezeigt werden (11:48 –20:29) In diesem Filmausschnitt werden Roboter, ihre Funktionsweise und ihre Bedeutung kurz vorgestellt.
+|Die Lehrkraft präsentiert als „Anweisungen“ auch die Befehle „geheVor (1)“, „dreheLinks()“, „dreheRechts()“ (als Zeichnung der Puzzlestücke an der Tafel oder nur mündlich). Sie erklärt den Kindern, dass sie mit Hilfe dieser Befehle ihren Roboter passend zu den Aufgaben im Forscherheft über ein Spielfeld steuern sollen. Ggf. kann dies einmal in der Klasse mit einem Schüler/ einer
-Die Kinder erhalten dazu einen Beobachtungsauftrag: Was sind die Vorteile von Robotern?
+Schülerin, der als „Roboter“ durch die Klasse dirigiert wird, ausprobiert werden. Dieses Szenario ermöglicht es auch einmal über die Aspekte der direkten Manipulation und der Abstraktion über Zeit und ggf. auch Raum zu sprechen. In dem zum Beispiel das Roboterkind Befehle direkt ausführt, im Sinne der direkten Manipulation, oder ein zuvor erstelltes Programm „ausführt“.
+Anschließend stellt der Lehrer im Sitzkreis das Forscherheft und das Material vor.
-Diese werden anschließend an der Tafel oder mit einem Blitzlicht gesammelt.
+*Die Kinder arbeiten zu zweit an den Programmieraufgaben.
+*Sie bearbeiten das Forscherheft von vorne nach hinten durch.
+*Sie sollen die Programmieraufgaben zuerst mit den Puzzle-Teilen legen, dann das Programm am Spielfeld ausprobieren und es, wenn es funktioniert, in das Forscherheft übertragen.
+*Beim Ausprobieren soll ein Kind der Reihe nach die Befehle vorlesen und das andere Kind steuert entsprechend den Roboter übers Spielfeld. An dieser Stelle sollte darauf geachtet werden, dass ein Programm vorab vollständig aufgeschrieben wird, da es sich sonst lediglich um eine direkte Manipulation und nicht um eine Abstraktion über die Zeit handelt.
+*Zu Aufgabe 6 gibt es einen Tipp. Dieser hängt im Klassenraum aus.
+*Auf der 1. Seite im Forscherheft finden die Kinder auch diese Hinweise.
-Alternativ lässt sich diese Frage („Was sind die Vorteile von Robotern?“) auch ohne den Film stellen.
+Bei Bedarf kann der Lehrer auch die einzelnen Aufgaben kurz erklären.
-||DVD „Was ist Was. Computer und Roboter“, Beamer, DVD-Player, etc.
+Vorgesehen ist es aber, dass die Kinder sich die Aufgabenstellungen eigenständig erarbeiten.
+||Forscherhefte
 |-
-|Fortsetzung der DVD (20:29 – 21:10) Es wird ein Ausschnitt von der oben genannten DVD gezeigt, bei dem ein Robotergesicht Gefühle darstellen soll. Dem Roboter wird ein entsprechender Befehl gegeben („Glücklich“) und das Gesicht stellt das Gefühl dar.
+|Die Kinder arbeiten nun mit ihrem Partner an den Aufgaben im Forscherheft. Sie beginnen mit Aufgabe 2 („Malt ein Bild!“) bzw. Aufgabe 3, falls die 2. Aufgabe schon am Ende der 1. Doppelstunde als vertiefende Übung benutzt wurde.
-Wenn die DVD nicht verfügbar ist, ist es auch möglich, diese Szene als Übergang zu den genauen Anweisungen zu überspringen.
+||* Tippzettel
-||DVD „Was ist Was. Computer und Roboter“, Beamer, DVDPlayer, etc.
-|-
+*Puzzlestücke
-|Nach dem Beispiel von der DVD bekommen die Kinder in Partnerarbeit die Aufgabe, sich gegenseitig Gefühle zu nennen, die sie mit ihrem Gesicht (ggf. mit dem ganzen Körper) darstellen sollen. (ca. 5 Minuten)
+*Bildkärtchen (Mauern,…)
-Alternativ: Diese Übung lässt sich auch mit Material durchführen (siehe Materialliste). Aufgabe wäre in diesem Fall das Legen der Gefühle mit dem entsprechenden Material.
+*Bildkarten
-||
 |-
-|Im Sitzkreis machen nun einige Teams ihre „Gefühle“ vor. Die restlichen Kinder sollen das Gefühl erkennen, anschließend wird gemeinsam überlegt, was genau bei dem Gefühl passiert. (z.B. „Freude“: grinsen, „strahlendes Gesicht“, kleine
+|Am Ende der Doppelstunde werden die Schüler nicht alle denselben Stand haben, da sie mit Sicherheit unterschiedlich schnell vorankommen. Daher bieten sich für das Ende der Doppelstunde verschiedene Abschlüsse an:
-Falten, Augen etwas geweitet, etc.)
-Diese einzelnen Punkte werden jeweils zu dem Gefühl notiert.
+. In einer gemeinsamen Reflexionsphase am Ende kann man das Vorgehen der Kinder beim Bearbeiten der Aufgaben besprechen. Ziel wäre bei dieser Reflexion, eine planvollere Herangehensweise der Kinder an die Aufgaben zu fördern. (Reflexionsfragen: siehe 2.)
-Der Lehrer erklärt, dass ein Roboter auf die Anweisung: „Zeig ein freudiges Gesicht!“ nur reagieren kann, wenn er weiß, was er machen muss. Er benötigt genaue Anweisungen dafür
+. Es findet eine dezentrale Reflexion in einer Kleingruppe statt. Die nicht beteiligten Schüler arbeiten in der Zeit am Forscherheft weiter. Mögliche Fragestellungen wären:
-||
+{| class="wikitable"
+|-
+!Fragestellungen
+|-
+|a. Welches ist das kürzeste Programm? Warum sollte man versuchen, das Programm möglichst kurz zu halten?
+|-
+|b. In der Kleingruppe bei der dezentralen Reflexion wird von zwei Schülern/innen ein Programm gelegt. Die Gruppe reflektiert über die Herangehensweise des Teams an die Aufgabe.
 |-
-|Die Kinder erhalten nun für die Überlegung, welche Befehle konkret sind, ein Arbeitsblatt mit Befehlen. Sie müssen herausfinden, welche der Befehle so genau sind, dass man sie ohne Rückfrage ausführen kann. Zusätzlich sollen sie einige der ungenauen Befehle verbessern.
+|c. Schaut euch, jetzt wo ihr die Schleife kennt, noch einmal den Parameter an. Könnten „Schleife“ und „Parameter“ etwas miteinander zu tun haben?
-||Arbeitsblatt 1 im Forscherheft (S. 4)
 |-
-|Anschließend sollen die Kinder mithilfe eines „Schneeball-Systems“ Kriterien für „gute Anweisungen“ finden. Schneeball-System: Zuerst überlegt sich ein Kind 3 Kriterien, dann tauscht es sich mit dem Partner aus und sie reduzieren ihre insgesamt 6 Kriterien auf 3, anschließend werden in einer Vierer-Gruppe die 6 nun vorhandenen Kriterien wiederum auf die 3 wichtigsten reduziert.
+|d. Testet die unterschiedlichen Spielfeldsituationen beim Einsatz der Bedingten Verzweigung. Funktioniert ein und dasselbe Programm für unterschiedliche Spielfeldsituationen?
+|}
-Jede Vierer-Gruppe stellt nun die Kriterien vor, sie werden an der Tafel notiert.
+. Da die Arbeit am Forscherheft in der 2. und 3. Stunde einen zusammenhängenden Block bildet, wäre es auch grundsätzlich denkbar, die Kinder einfach durcharbeiten zu lassen. In diesem Fall fehlt allerdings ein Abschluss in der 2. Doppelstunde.
-Zum Abschluss stellt der Lehrer die Frage, warum Anweisungen für einen Roboter genauer sein müssen als für einen Menschen. Je nach verbleibender Zeit kann diese Frage im Plenum diskutiert werden oder in kurzen Diskussionen untereinander in einer anschließenden Blitzlichtrunde besprochen werden. (Siehe didaktische Analyse: Roboter benötigen konkrete Anweisungen, da sie
+||Bei Fragestellung b)
-nicht, wie Menschen, auf Erfahrungen und Interpretationen zurückgreifen können.)
+• Puzzlestücke zum Programmieren
-||„Schmierpapier“, je 3 Blätter pro Kind
+Bei Fragestellung c)
-|-
+• Kopie der Tippzettel für die Reflexion
-|Evtl. bleibt am Ende der Doppelstunde noch Zeit. Dies ist zum Beispiel möglich,wenn auf den Einsatz der DVD verzichtet wird. In dem Fall bieten sich noch weitergehende Übungen oder Aufgaben an:
+|}
+Anmerkung:
-*Die Kinder können die Aufgabe 2 aus dem Forscherheft („Malt ein Bild“) bearbeiten, bei der sich die Kinder Rücken an Rücken setzen und sich gegenseitig ein Bild beschreiben, welches der jeweilige Partner anhand der Anweisungen nachmalen muss. Es dient eigentlich als Einstieg in das Forscherheft um zu Beginn der Doppelstunde das Thema „genaue Anweisungen“ noch einmal aufzugreifen. Als vertiefende Übung am Ende der 1. Doppelstunde kann die Aufgaben aber ebenso eingesetzt werden.
+Bedingt durch den Aufbau des Forscherheftes werden die Kinder, wie schon erwähnt, nicht alle gleichzeitig an der gleichen Aufgabe arbeiten. Es bietet sich aber je nach Klasse an, dass man (wenn die ersten Gruppen die Aufgabe 5 abgeschlossen haben) eine gemeinsame Zwischenreflexion zu den bisher bekannten Befehlen einschiebt.
-*Die Kinder können ggf. noch einmal Verbesserungen an ihren „Klopapierroboter“ vornehmen bzw. mit ihrem Klopapierroboter beginnen.
-||Arbeitsblatt 2 im Forscherheft (S. 5), Bildkarten, Material für die Klopapierroboter
-|}
+Lerngruppen, die nicht so frei arbeiten können oder wollen, steht es frei das Forscherheft anders zu nutzen. Hierfür kann das Material bspw. einzeln mit den SuS erarbeitet werden. Außerdem kann das Material in Form einer Lerntheke präsentiert werden, bei der die Lehrkraft notiert, welche Aufgaben für die Lerngruppe eher einfach oder eher schwierig sind.