Ozobot - Roboter verstehen, gestalten und beurteilen

Im Folgenden finden Sie eine Unterrichtsreihe mit dem Roboter Ozobot zum Thema Roboter verstehen, gestalten und beurteilen.

Zielsetzung

Die hier vorgestellte Unterrichtsreihe ist in der Fortführung des Projektes „Informatik an Grundschulen“ an der Universität Paderborn entstanden. Ziel der vorliegen Unterrichtseinheit ist es, den Schülerinnen und Schülern mithilfe des Roboters Ozobot, als beispielhaftes Informatiksystem (Roboter), einen Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise dieser Systeme zu geben, um somit diese Systeme im gesellschaftlichen Kontext besser reflektieren zu können. Die Unterrichtseinheit umfasst 10-12 Unterrichtsstunden und kann in Verbindung oder als Alternative zum Modul „Wie funktioniert der Roboter“ aus dem Projekt „Informatik an Grundschulen“ eingesetzt werden.

Die Unterrichtseinheit hat die für das Fach Informatik relevanten Themenbereiche „Algorithmen und Programmierung“, „Informatiksysteme“ sowie „Informatik, Mensch und Gesellschaft“ zum Gegenstand. Zwar haben die Kinder keine direkten Erfahrungen mit Robotern und deren Einsatzgebieten in der Industrie oder Dienstleistungsbereichen, allerdings kann davon ausgegangen werden, dass die Schüler/innen erste Vorstellungen zu Robotern aus Geschichten, Erzählungen, Bildern und Filmen sowie im Umgang mit Spielzeugen entwickelt haben[2]. An diese ersten Ideen der Kinder zum Phänomen „Roboter“ kann das Modul anknüpfen, um das Phänomen „Roboter“ in der Vorstellungswelt der Schüler/innen im informatischen Sinne begrifflich weiterzuentwickeln und schrittweise zu präzisieren. Durch spielerisches Ausprobieren und Experimentieren können sich die Kinder zunächst die Funktionen und den Aufbau des Roboters erschließen. Auf diese Weise lernen sie im Unterricht beispielsweise das EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe) als grundlegendes Prinzip der Informationsverarbeitung kennen. Am Beispiel des Roboters wird für sie erfahrbar, dass konkrete und präzise Handlungsanweisungen sowie Problemlösestrategien zur Steuerung und Problemlösung benötigt werden. Anhand der Programmiersprache Ozoblockly machen die Schüler/innen erste Erfahrungen mit einer visuellen Programmiersprache und lernen darüber erste grundlegende Prinzipien dieser kennen. Einen weiteren Schwerpunkt der Unterrichtseinheit bildet der Bereich „Informatik, Mensch und Gesellschaft“. Hier finden sowohl kreativ-konstruktive wie auch kritisch-konstruktive Auseinandersetzungen mit Robotern statt. Beispielhafte Diskussionsfragen sind hier: „Welche Art von Robotern sind sinnvoll?“ „Was sollte ein Roboter niemals können?“.

[2] Müller, K., Schulte, C.: „Are Children Perceiving Robots As Supporting or Replacing Humans?: First Empirical Results and Classification of Preconceptions Within a Theoretical Framework“. In: Proceedings of the 13th Workshop in Primary and Secondary Computing Education, 10:1–10:4. WiPSCE ’18. New York, NY, USA: ACM, 2018.

Zu erwerbende Kompetenzen

Folgende übergeordnete Kompetenzen können im Rahmen der Unterrichtseinheit erlernt werden:

Anknüpfungspunkte an die Informatik Standards für die Primarstufe der GI

	Die Schülerinnen und Schüler ...	Inhaltsbereich	Prozessbreich
K1	erläutern, dass ein Roboter präzise Befehle als Eingabe benötigt.	Sprachen & Automaten	Modellieren & Implementieren
K2	explorieren und beschreiben die Funktionen und den Aufbau des Ozobots.	Algorithmen & Programmierung, Informatiksysteme	Interagieren & Explorieren, Kommunizieren & Kooperieren
K3	erläutern die Funktionsweise des Ozobots anhand des EVA-Prinzips.	Informatiksysteme	Kommunizieren & Kooperieren
K4	benennen die Bauteile des Roboters und ordnen diese dem EVA-Prinzip zu.	Informatiksysteme	Kommunizieren & Kooperieren, Darstellen & Interpretieren
K5	lösen Problemstellungen in dem sie Handlungsvorschriften durch Farbcodes umsetzen und dabei unterschiedliche Problemlösestrategien anwenden und ihre Vorgehensweise erläutern und reflektieren.	Information & Daten, Algorithmen & Programmierung,	Modellieren & Implementieren, Begründen & Bewerten, Strukturieren & Vernetzen, Kommunizieren & Kooperieren, Darstellen & Interpretieren
K6	lösen Problemstellungen mit der Programmiersprache Ozoblockly und können einfache Programme mit Ozoblockly schreiben.	Algorithmen & Programmierung	Modellieren & Implementieren
K7	beschreiben und bewerten technische Entwicklungen und die Folgen ihrer Weiterentwicklung für den Alltag.	Informatik, Mensch & Gesellschaft	Begründen & Bewerten, Kommunizieren & Kooperieren

(Genaue Erläuterungen der Inhalts- und Prozessbereiche finden Sie in den Informatikstandards der GI für die Primarstufe[1] und in der Expertise zur frühen informatischen Bildung der Stiftung Haus der kleinen Forscher[2]).

Einordnung in den Lehrplan Sachunterricht und den Medienkompetenzrahmen NRW

Kompetenzerwartungen Lehrplan Sachunterricht ______________________________ Einordnung Medienkompetenzrahmen NRW	Einordnung der Reihe Bereich: 3.2 Technik und Arbeitswelt Schwerpunkt: Maschinen und Fahrzeuge Die SuS … · untersuchen den Aufbau und die Funktion einfacher (mechanischer) Geräte und Maschinen und beschreiben ihre Wirkungsweise. · können technische Erfindungen beschreiben und die Folgen ihrer Weiterentwicklung für den Alltag und die Umwelt bewerten. Schwerpunkt: Bauwerke und Konstruktionen Die SuS… · fertigen und nutzen einfache Modellzeichnungen. Bereich: 3.4 Mensch und Gemeinschaft Schwerpunkt: Zusammenleben in der Klasse, in der Schule und in der Familie Die SuS… · versetzen sich in die Bedürfnisse, Gefühle und Interessen anderer und argumentieren aus deren Sicht. · nutzen adäquate Verfahren, um Entscheidungen zu führen (Abstimmungen, Beratungen). ____________________________________________________________________________________________________________________________ 1. Bedienen und Anwenden Die SuS… · lernen verschiedene digitale Werkzeuge (hier Roboter) und deren Funktionsumfang kennen, und setzen diese kreativ, reflektiert und zielgerichtet ein (1.2). 4. Produzieren und Präsentieren Die SuS... · planen, gestalten und präsentieren Medienprodukte adressatengerecht (4.1). 5. Analysieren und Reflektieren Die SuS… · entdecken die Chancen und Herausforderungen von Medien für die Realitätswahrnehmung und lernen, diese für ihre eigene Identitätsbildung zu nutzen (5.3). · erkennen und vergleichen die Zielsetzungen einzelner Medienangebote und nutzen diese reflektiert und zielgerichtet für einen bewussten Umgang mit ihnen (5.4). 6. Problemlösen und Modellieren Die SuS… · lernen grundlegende Prinzipien und Funktionsweisen der digitalen Welt kennen, verstehen und bewusst nutzen (6.1). · erkennen und reflektieren algorithmische Muster und Strukturen in verschiedenen Kontexten (6.2). · können Probleme formalisiert beschreiben, Problemlösestrategien entwickeln und dazu eine algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen und die gefundene Lösungsstrategie beurteilen (6.3). · beschreiben Einflüsse von Algorithmen und Auswirkungen der Automatisierung von Prozessen in der digitalen Welt und reflektieren diese (6.4).

[1] Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich https://www.informatikstandards.de/docs/v142_empfehlungen_kompetenzen-primarbereich_2019-01-31.pdf (letzter Zugriff: 17.06.2019)

[2] Stiftung Haus der kleinen Forscher (Hrsg.), Frühe informatische Bildung- Ziele und Gelingensbedingungen für den Elementar- und Primarbereich, 2018, Verlag Barbara Budrich http://dx.doi.org/10.3224/84742107 (letzter Zugriff: 17.06.2019)

Aufbau der Unterrichtsreihe

Thema der Einheit	Kurzbeschreibung	Zeit (ca.)
1. Einführung „Was sind Roboter?“	Die SuS aktualisieren ihre Vorkenntnisse zum Thema „Roboter“ und erarbeiten handlungsorientiert, dass ein Roboter eindeutige Befehle benötigt.	1 Schulstunde
2. Werkstattarbeit „Wir lernen die Ozobots kennen“	Die SuS lernen den Ozobot kennen und erproben durch Experimentieren und Beobachten seine Funktionsweise.	1 Doppel-stunde
3.1 Vertiefung und kreatives Erproben „Aufbau des Ozobots und EVA-Prinzip"	Die SuS erstellen Hypothesen über die Konstruktion des Ozobots und fertigen Zeichnungen an. Sie erkennen einen Zusammenhang zwischen den Konstruktionsteilen und dem EVA-Prinzip.	1 Schulstunde
3.2 Vertiefung und kreatives Erproben „Farbcodes und Zeichnen!“	Die SuS verfestigen ihre gemachten Erfahrungen, indem sie eigene Wegenetze und Problemaufgaben für den Ozobot entwerfen und zeichnen. Dabei wird zusätzlich thematisiert, welche Arten von Fehlern auftreten und welche Ursache diese haben, z.B. schlecht gezeichnet, oder Sensor erkennt Farbe nicht etc.	1 Schulstunde
4.1 Weiterführung „Probleme lösen - Denkaufgaben und Rätsel"	Die SuS lösen verschiedene Denkaufgaben und Rätsel indem sie Farbcodes einsetzen. Sie reflektieren ihre Vorgehensweise anhand eines Problemlösekreislaufes.	1 Doppel-stunde
4.2 Weiterführung "Probleme lösen - Ozoblockly/ozoblockly game"	Die SuS lernen die Programmierung des Ozobots mit Programmierbausteinen kennen. Dabei nutzen sie den erarbeiteten Problemlösekreislauf. 4.1 und 4.2 können ggf. auch parallel durchgeführt werden, wenn die Klasse in Gruppen aufgeteilt wird, die entweder am PC oder auf Papier arbeiten.	1 Doppel-stunde
5.1 Reflexion „Wir entwickeln die Ozobots weiter - Eine kreativ-konstruktive Auseinandersetzung zum Robotereinsatz"	Die SuS entwerfen Weiterentwicklungen des Ozobots und stellen sie vor. Anknüpfend findet eine kritische Diskussion über die Weiterentwicklungen statt. Sind sie realistisch?, Sind sie sinnvoll? etc. Dadurch soll ein Verständnis des Roboters als programmierte Maschine vertieft und eine erste kritische Diskussion über Roboter ermöglicht werden.	1-2 Schulstunden
5.2 Vertiefung/ Reflexion „Wer ist schuld? - Eine kritisch-konstruktive Auseinandersetzung zum Robotereinsatz"	Die SuS diskutieren verschiedene Probleme rund um die Einsatzmöglichkeiten eines Roboters und erkennen, dass ein Roboter eine von Menschen programmierte Maschine ohne selbständiges Denken ist.	1-2 Schulstunden

Hinweise zum Unterricht und zur Materialerstellung

Im Folgenden finden Sie einige Hinweise und Tipps, für die Arbeit mit den Ozobots, die auf den Erfahrungen aus der Praxis basieren.:

• Die Lichtverhältnisse haben zum Teil Einfluss auf die Sensoren des Ozobots, so kann es zum Beispiel in sehr dunkler Umgebung oder bei sehr starker Sonneneinstrahlung dazu kommen, dass der Ozobot Farbcodes oder gar Linien nicht korrekt erkennt.

• Achten Sie auf eine regelmäßige Kalibrierung des Ozobots, besonders dann, wenn der Ozobot auf unterschiedlichen Materialien genutzt wird. Es kann sonst zu Fehlern kommen. Sollte eine erneute Kalibrierung nicht helfen und es auch kein Problem mit den Lichtverhältnissen geben, gibt es die Möglichkeit den Ozobot über die App zurückzusetzen. (Für den Ozobot bit die App Ozobot Groove, Ozobot Tuneup, Reset)

- Über die App kann auch mit TuneMotors eine Neuausrichtung der Motoren durchgeführt werden, falls der Ozbot mal sehr schief fahren sollte.

• Wenn Sie Material laminieren möchten, auf dem der Ozobot fahren soll, benutzen Sie ausschließlich matte Laminierfolien, normale Folien reflektieren zu stark

• Stifte: Neben den originalen Stiften der Firma Ozobot haben wir mit folgenden Stiften bzw. Farben gute Erfahrungen gemacht:

- Ikea Mala

- Neuland Marker mit den Farben Schwarz (100), Rot (200), Hellblau (302), Hellgrün (401). Diese sind in der Anschaffung teurer, aber nachfüllbar.

• Neben Stiften können auch Klebepunkte verwendet werden (8mm).

• Für weitere Hinweise, z.B. zur Reinigung der Räder etc., beachten Sie bitte die Herstellerinformationen und ggf. den entsprechenden YouTube Kanal des Herstellers.

Die Unterrichtsreinheiten im Detail

Im Folgenden finden Sie die detaillierten Stundenverläufe für die Unterrichtseinheit. Diese Verläufe sind erprobte Vorschläge, die Sie gerne an Ihren eigenen Stil und Bedarf anpassen dürfen und sollen. An einigen Stellen gibt es auch Hinweise auf Alternativen.

Was sind Roboter? (Schulstunde)

Einführung: Was sind Roboter?
Ziele und Kompetenzen	Medienkompetenzrahmen NRW Die SuS… · aktivieren ihr Vorwissen in Bezug auf das Thema. · äußern Vermutungen über Zusammenhänge und Funktionsweisen von Robotern. · erkennen, dass ein Roboter präzise Befehle als Eingabe benötigt.
Zeit	1 Schulstunde (mit Alternative 1 Doppelstunde)
Materialüberblick	- Cluster Für Alternative Doppelstunde: - 01AB_genaue_befehle - 01AB_zeichne_ein_bild - 01M_Bilder - ggf. 01M_createface (Material auf Englisch)
Zusätzliches Material	- DVD-Player, Beamer, Fernseher, etc. - DVD „Was ist Was: Computer und Roboter“ - reale Beispiele, Modelle oder Fotos für Roboter (Kuscheltiere, Staubsauger, Spielzeugroboter, etc.)
Vorbereitung	Arbeitsblätter kopieren, ggf. Material createface

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Als Einstieg in die Stunde dient eine Abfrage des Vorwissens der SuS zum Thema „Roboter“. Dazu äußern sie Vermutungen über Zusammenhänge und Funktionsweisen von Robotern und stellen diese in einem Cluster dar. Eventuell können auch Fragen der Kinder zum Thema gesammelt werden, die dann am Ende der Einheit wieder aufgegriffen werden.	· Tafel oder Papier für das 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 Kinder erhalten dazu einen Beobachtungsauftrag: Was sind die Vorteile von Robotern? Diese werden anschließend an der Tafel oder mit einem Blitzlicht gesammelt. Alternativ lässt sich diese Frage („Was sind die Vorteile von Robotern?“) auch ohne den Film stellen.	· DVD „Was ist Was: Computer und Roboter“ · Beamer, DVD-Player etc.

Alternative 1 (bei einer 45-Minuten-Stunde)	Materialien / Medien
Deutlich werden soll auch: Roboter benötigen konkrete Anweisungen, da sie nicht, wie Menschen, auf Erfahrungen und Interpretationen zurückgreifen können. Im Gespräch oder anhand von Rollenspiel oder auch im Film (https://youtu.be/leBEFaVHllE, Roboterlehrer schmiert ein Marmeladenbrot) wird deutlich, dass Roboter eindeutige Befehle benötigen. Zum Abschluss stellt die Lehrkraft 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.

Alternative 2 (bei einer 90-Minuten-Stunde)	Materialien / Medien
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. Wenn die DVD nicht verfügbar ist, ist es auch möglich, diese Szene als Übergang zu den genauen Anweisungen zu überspringen.	· DVD „Was ist Was: Computer und Roboter“ · Beamer, DVD-Player, etc.
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) Alternativ: Diese Übung lässt sich auch mit Material durchführen (01M_createface). Aufgabe wäre in diesem Fall das Legen der Gefühle mit dem entsprechenden Material.
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 Falten, Augen etwas geweitet, etc.). Diese einzelnen Punkte werden jeweils zu dem Gefühl notiert. Die Lehrkraft 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.
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.	· 01AB_genaue_befehle
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/der Partnerin 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. Jede Vierer-Gruppe stellt nun ihre Kriterien vor. Diese werden an der Tafel notiert.	· „Schmierpapier“, je 3 Blätter pro Kind
Zum Abschluss stellt die Lehrkraft 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.
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: 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 Aufgabe aber ebenso eingesetzt werden.	· 01AB_zeichne_ein_bild

Wir lernen die Ozobots kennen - Werkstattarbeit (Doppelstunde)

Werkstattarbeit: Wir lernen die Ozobots kennen
Ziele und Kompetenzen	Die SuS … · wissen, wie sie den Ozobot startbereit machen. · untersuchen den groben Aufbau und die Funktion des Ozobots und beschreiben seine Wirkungsweise. · entdecken und verstehen das Verhalten des Ozobots an Kreuzungen und stellen Hypothesen über die zugrundeliegende Technik auf. · lernen grundlegende Prinzipien und Funktionsweisen der digitalen Welt kennen und bewusst nutzen (6.1). · untersuchen den Aufbau und die Funktion einfacher (mechanischer) Geräte und beschreiben ihre Wirkungsweisen.
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- Ozobots in Partnerarbeit - 02M_Vorlage_Gruppeneinteilung - 02AB_Ozobot_Einführung - 02AB_Exploration_Farbcodes - 02AB_Verhalten_auf_Farben - 02AB_Beobachtungsaufgabe - 02AB_Aufgabe_Spielfeld - 02M_Spielfeld_auf_A3 - 02M_Karten_beschriftet_vollständig und/oder 02M_Karten_unbeschriftet_ausschnitt - Ggf. 02L_Bedeutung_Karten - M_Kalibrierungspunkt - 02AB_Ozobot_Reflexion - ggf. Überblick Farbcodes (OzocodesDeutsch_3Versionen) - ggf. Stifte und/oder Klebepunkte (vgl. S. 21)
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Arbeitsblätter kopieren, ggf. laminieren, Ozobots aufladen

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Als Einstieg in die Stunde wird den Kindern der Ozobot vorgestellt. Da alle Übungen in Partnerarbeit durchgeführt werden sollen, wird das zufällige Verhalten des Ozobots an Kreuzungen für die Zusammenstellung der Gruppen genutzt. Dieses Zufallsverhalten wird den Kindern jedoch zunächst nicht mitgeteilt. Sie sollen im Verlauf der Übung oder anschließend vermuten, wie der Ozobot die Teams auswählt. Gruppeneinteilung: Die SuS erhalten je ein Kärtchen mit einer Nummer. Diese Nummer wird in die Boxen auf der Vorlage eingetragen. Dann wird der Ozobot in die Mitte gesetzt und fährt eine zufällige Box an. Diese Nummer und die im Folgenden angesteuerte sind ein Team. Steuert der Ozobot ein leeres Feld oder ein bereits verwendetes an, wird er von der Lehrperson wieder in die Mitte gesetzt.	· 02M_Vorlage_Gruppeneinteilung · mit ausgeschnittenen Ziffernkärtchen · 1-2 Ozobots
Anschließend stellt die Lehrkraft im Sitzkreis den Umgang mit dem Ozobot und das Material vor. · Die Kinder arbeiten zu zweit an den Aufgaben. · Der Ozobot muss vorsichtig behandelt werden! Nicht anschieben! Zuerst kalibrieren! · Sie bearbeiten die Stationen der Reihe nach. Zu jeder Problemstellung gibt es verschiedene Aufgaben. · Sie sollen den Ozobot und sein Verhalten genau beobachten, um herauszufinden, wie er fährt und wie er den Weg findet. Bei Bedarf kann die Lehrkraft auch die einzelnen Aufgaben kurz erklären. Vorgesehen ist es aber, dass die Kinder sich die Aufgabenstellungen eigenständig erarbeiten.	Werkstattarbeit · 02AB_Ozobot_Einführung · 02AB_Exploration_Farbcodes · 02AB_Verhalten_auf_Farben · 02AB_Beobachtungsaufgabe · 02AB_Aufgabe_Spielfeld · 02M_Spielfeld_auf_A3 · 02M_Karten_beschriftet_vollständig und/oder 02M_Karten_unbeschriftet_ausschnitt · ggf. 02L_Bedeutung_Karten · M_Kalibrierungspunkt · Ozobots
Die Kinder arbeiten nun mit ihrem Partner/ihrer Partnerin an den Aufgaben der Werkstatt. Sie beginnen mit Aufgabe 1 „Kalibrieren“ auf Arbeitsblatt 02 AB Ozobot_Einführung.
Am Ende der Doppelstunde werden die Schüler*innen nicht alle denselben Stand haben, da sie mit Sicherheit unterschiedlich schnell vorankommen. Alle sollten aber Beobachtungen zum Zufallsverhalten, Verhalten auf Farben, und zu einigen Farbcodes gemacht haben. 1. Die Kinder halten auf einem Reflexionsblatt, auf dem Satzanfänge vorgegeben sind, ihre Beobachtungen und Vermutungen fest. Was kann der Ozobot? Wie macht er das? Warum macht er das? Was für Probleme gab es? Folgende Beobachtungen könnten gemacht werden: · Der Ozobot verfolgt Linien · An Kreuzungen wählt er die Richtung zufällig aus. · Er gibt die Farben der Linien über die LEDs wieder. · Er führt Befehle aus, die in den Farbcodes verschlüsselt sind. 2. Im anschließenden Gespräch werden die Hypothesen der Kinder gesammelt und diskutiert. (Wie macht er das?)	· 02AB_Ozobot_Reflexion

Vertiefung und kreatives Erproben (2 Schulstunden/Doppelstunde)

Diese Stunde gliedert sich in zwei Schulstunden, die auch als gemeinsame Doppelstunde durchgeführt werden können.

Aufbau des Ozobots und EVA-Prinzip (Einzelstunde)

Vertiefung und kreatives Erproben: Aufbau des Ozobots – EVA-Prinzip
Ziele und Kompetenzen	Die SuS … · erstellen Hypothesen über die Konstruktion des Ozobots und fertigen Zeichnungen dazu an. · können das EVA-Prinzip erläutern. · benennen die Bauteile und ordnen sie dem EVA-Prinzip zu. · lernen grundlegende Prinzipien und Funktionsweisen der digitalen Welt kennen und bewusst nutzen (6.1). · untersuchen den Aufbau und die Funktion einfacher (mechanischer) Geräte und Maschinen und beschreiben ihre Wirkungsweise
Zeit	1 Schulstunde
Materialüberblick	- Blätter für Konstruktionszeichnung (DIN A 3) - 03.1M_Wortspeicher_bit oder EVO
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Arbeitsblätter kopieren

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Als Einstieg in die Stunde werden Beobachtungen zum Ozobot aus der letzten Stunde gesammelt. Im Gespräch nennen die Kinder einige Bauteile und stellen kurz Vermutungen über deren Funktion an. Gemeinsam wird überlegt: Was kann der Ozobot? Wie könnte er das machen? Wichtig ist hier, dass mit den Überlegungen nur gestartet wird, sodass alle Kinder eine Idee von der nächsten Aufgabe bekommen.
Anschließend werden die Kinder aufgefordert, den Ozobot genau zu zeichnen. Sie sollen die einzelnen Teile beschriften und ihre Funktion erklären.	· Einzelarbeit
Gemeinsam werden nun die Ideen der Kinder mit einem Tafelbild des Ozobots gesammelt. Über die genannten Bestandteile werden die Funktionen der Bestandteile und ihr Zusammenspiel erarbeitet und das EVA-Prinzip hergeleitet und genauer erläutert. Hier gibt es einen kurzen Exkurs zum EVA-Prinzip am Computer, um klar zu machen, dass dieses Prinzip nicht nur beim Ozobot existiert. Darüber hinaus werden die Begriffe Sensor, Aktor, Programm und Farbcode noch einmal geklärt. Bestandteile des Ozobots, vgl. Ozobot: Einschaltknopf, Farbsensor, Licht, Farb-LED-Leuchte, USB-Anschluss. Nicht sichtbar: Motor, Batterie, Mini-Computer. Begriffseinführung: Sensor: erkennt Veränderungen der Umgebung, hier Licht, Farbe. Sie geben die Anweisungen an die Aktoren weiter. Aktor: hier: Motor, Lampe, setzt die Befehle der Sensoren um. Z.B.: Der Motor, der über Räder und Fahrwerk eine Richtungs- und Tempoänderung bewirk und die LED-Lampe, die verschieden farbig blinkt. (Farb-)Code: Ein Computer führt Anweisungen aus. Der Ozobot erhält sie durch die Anordnung von Farbstreifen Programm: Aneinanderreihung von Anweisungen Weitere Fragen könnten sein: Wo hat er Sensoren? Wozu braucht er sie? Wie erkennt er die Linien? Wie drehen sich die Räder? Wie fährt er durch Kurven? Wie macht er das?	· Plenum · Tafelbild · 03.1M_Wortspeicher
An dieser Stelle kann im Unterricht das EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) als ein grundlegendes Prinzip von Informatiksystemen aufgegriffen und bearbeitet werden. Zur Sicherung und Übertragung dient das Arbeitsblatt: Aufbau des Ozobots und EVA-Prinzip.	· 03.1AB_EVA_Prinzip
Diese recht theoretische Stunde kann auch gleich im Zusammenhang mit 3.2 „Farbcodes und Zeichen“ als Doppelstunde erteilt werden.

Farbcodes und Zeichnen (Einzelstunde)

Vertiefung und kreatives Erproben: „Farbcodes und Zeichnen!“
Ziele und Kompetenzen	Die SuS … · können Farbcodes richtig einsetzen. · benennen Aspekte, die beim Zeichnen beachtet werden müssen. · erproben die Programmierung der Ozobots mit Farbcodes, indem sie eigene Wegenetze entwerfen und zeichnen. · lernen verschiedene digitale Werkzeuge (hier Roboter) und deren Funktionsumfang kennen, und setzen diese kreativ und zielgerichtet ein (1.2).
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- Kalibrierungspunkt - 03.2AB_Linien_und_Kurven - Ggf. 03.2_Setkarten_beschriftet oder unbeschriftet - 03.2AB_Zeichnen - 03.2AB_Reflexion - große Blätter zum Zeichnen - eventuell Tippzettel zum Zeichnen - Farbige Stifte in rot, blau, grün, schwarz und/oder Klebepunkte (siehe Hinweise S. 21) - OzocodesDeutsch_3Versionen - M_Kalibrierungspunkt - Ozobots
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Laden der Ozobots · ggf. Arbeitsblätterkopieren und laminieren

Handlungsschritte	Materialien / Medien
In der Einführung werden noch einmal grundlegende Hinweise zum Umgang mit den Ozobots wiederholt (Kalibrieren, nicht anschieben, …). Die Schüler äußern sich zu ihren bisherigen Erfahrungen: · Verhalten bei Linien und Farben · Verhalten an Kreuzungen · Farbcodes
In der Arbeitsphase dürfen sie selbst auf großem Papier in Partnerarbeit freie Strecken für Ozobots erstellen. Dabei können zur Unterstützung z.B. gewisse Ziele oder zu verwendende Codes angegeben werden, aber auch den Schüler*innen freie Hand gelassen werden. Zusätzlich können Brücken eingesetzt und gebaut werden mit der Fragestellung: Welche Steigung schafft der Ozobot? Warum schafft er sie nicht mehr? Als Unterstützung bei motorischen Schwierigkeiten und zur Differenzierung können hier Karten mit Farbcodes bereitgestellt werden, die die Kinder auf ihren gemalten Plan legen können oder alternativ auch das Ozobot-Puzzle verwendet werden, falls auch das Zeichnen der Linien nicht möglich ist. · Die Kinder arbeiten zu zweit an den Aufgaben. · Zunächst bearbeiten sie das AB „Linien und Kurven“, um herauszufinden, wie die Kurven gezeichnet werden müssen, damit der Ozobot den Linien folgen kann. · Anschließend zeichnen sie selbst verschiedene Strecken. Die Aufgabe lautet: „Denk dir Aufgaben für den Ozobot aus! Was soll er tun? Gestalte ein Spielfeld!“	· 03.2AB_Linien_und_Kurven · ggf. 03.2_Setkarten_beschriftet oder unbeschriftet · 03.2AB_Zeichnen · große Blätter zum Zeichnen · eventuell Tippzettel zum Zeichnen · farbige Stifte in rot, blau, grün, schwarz und/oder Klebepunkte · OzocodesDeutsch_3Versionen · M_Kalibrierungspunkt · Ozobots
In einer gemeinsamen Reflexionsphase am Ende stellen die Gruppen ihre Zeichnungen vor. Alternativ könnten auch, ähnlich wie bei einem Museumsgang, die erstellten Strecken vorgestellt und ausprobiert werden. Zur Sicherung und als Vorbereitung für die nächste Stunde werden die gemachten Beobachtungen und aufgetretene Probleme gesammelt. Dazu schreiben die Kinder über den Ozobot. Ein Arbeitsblatt mit vorgegebenen Satzanfängen soll helfen die aufgetretenen Beobachtungen ursächlich zu beschreiben (Er fährt gut, weil…). Abschließend wird überlegt, wie man bei Problemen oder Fehlern vorgehen kann. Ziel ist bei dieser Reflexion, eine planvollere Herangehensweise der Kinder an die Aufgaben und Probleme zu fördern, die auch in der nächsten Doppelstunde thematisiert werden soll.	· 03.2AB_Reflexion

Weiterführung (2 Doppelstunden)

Die Weiterführung untergliedert sich in diesem Vorschlag in zwei Doppelstunden. Die erste Doppelstunde beinhaltet Problemlösen mit Denkaufgaben und Rätseln anhand von Farbcodes. Die zweite Doppelstunde verwendet die Programmiersprache Ozoblockly. Diese Phase kann z.B. im Rahmen einer AG auch weiter vertieft werden oder aufgrund von Zeitmangel ausgelassen werden.

Problemlösen - Denkaufgaben und Rätsel (Doppelstunde)

Weiterführung: Problemlösen – Denkaufgaben und Rätsel
Ziele und Kompetenzen	Die SuS… · können Probleme formalisiert beschreiben, Problemlösestrategien entwickeln und dazu eine algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen und die gefundene Lösungsstrategie beurteilen (6.3). · lösen Problemstellungen mit Hilfe des richtigen Farbcodes. · wenden Problemlösestrategien an und reflektieren über ihre Vorgehensweise.
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- 04.1AB_Problemlösekreislauf - 04.1AB_Problem_Frühling - 04.1AB_Problem_Sommer - 04.1AB_Problem_Herbst - 04.1AB_Problem_Winter - 04.1AB_Problem_Kaninchenloch - 04.1AB_Problem_Wege - 04.1MPuzzleteile_Ozobot - M_Kalibrierungspunkt - OzocodesDeutsch_3Versionen - Stifte und/oder Klebepunkte
Zusätzliches Material	- Tafel zum Anschreiben des Problemlösekreislaufs
Vorbereitung	· Arbeitsblätter kopieren, ggf. laminieren · Ozobots laden

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Zu Beginn der Stunde wird an die Reflexion der vorherigen angeknüpft, in der Probleme mit dem Ozobot im Vordergrund standen. Was tue ich, wenn er nicht so fährt, wie die Codes angeben? Gemeinsam wird ein Problemlösekreislauf anhand vorher aufgetretener Probleme entwickelt und an der Tafel festgehalten (ggf. kann im Vorfeld auch eines der Arbeitsblätter von allen bearbeitet werden): · Was ist unser Ziel/Problem? · Welche Lösungen gibt es? · Plan aufstellen: z.B. Probleme einzeln Überprüfen, in Teilprobleme aufteilen, … · Plan durchführen · Lösungen erproben Im Gespräch werden Anwendungsmöglichkeiten aus dem Alltag für diesen Kreislauf gesucht.	· Tafelbild · 04.1AB_Problemlösekreislauf
Anschließend stellt die Lehrkraft die heutigen Aufgaben und Rätsel vor, die durch das Einfügen der richtigen Farbcodes zu lösen sind und weist darauf hin, dass diese auch ein planvolles Vorgehen benötigen. Bei Bedarf kann die Lehrkraft auch die einzelnen Aufgaben kurz erklären. Vorgesehen ist es aber, dass die Kinder sich die Aufgabenstellungen eigenständig erarbeiten. Hier kann die Lehrkraft aus dem gegebenen Aufgabenpool eine angemessene Auswahl treffen. · Die Kinder arbeiten zu zweit an den Denkaufgaben. · Sie sollen sich merken, wie sie vorgehen, um möglichst schnell zu einer Lösung zu gelangen. · Sie sollen dabei den Problemlösekreislauf beachten. ...	· Werkstatt mit Knobel- und Denkaufgaben · OzocodesDeutsch_3Versionen · M_Kalibrierungspunkt · Stifte und/oder Klebepunkte · Ozobots
Am Ende der Doppelstunde stellen die Kinder ihre Vorgehensweisen vor und reflektieren die Verwendung des Problemlösekreislaufes.

Problemlösen - Ozoblockly und Ozogames (Doppelstunde)

Weiterführung: Problemlösen - Ozoblockly und Ozogames
Ziele und Kompetenzen	Die SuS… · wenden die Programmierung des Ozobots mit Programmierbausteinen in der Programmierumgebung Ozoblockly an. · lösen Problemstellungen mit Hilfe der richtigen Programmierbausteine. · können einfache Programme in Ozoblockly selber schreiben. · können Ozoblocklyprogramme auf den Ozobot überspielen. · können Schleifen richtig einsetzen. · wenden Problemlösestrategien an und reflektieren über ihre Vorgehensweise. · können Probleme formalisiert beschreiben, Problemlösestrategien entwickeln und dazu eine algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen und die gefundene Lösungsstrategie beurteilen (6.3). · erkennen und reflektieren algorithmische Muster und Strukturen in verschiedenen Kontexten (6.2).
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- 04.2M_Ozobot_Befehle - 04.2M_Einführung_Ozoblockly - 04.2AB_Viereck - Ozobots - PC mit Internetanschluss
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Arbeitsblätter kopieren, ggf. laminieren · Ozobots laden

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Wenn vorhanden wird den Kindern mit Smartbord oder Beamer die Programmierumgebung Ozoblockly oder auch ozoblockly.game oder https://www.meine-forscherwelt.de/spiel/ronjas-roboter/ vorgestellt. Die Aufgaben bei ozoblockly.game sind zunächst etwas einfacher, da Lösungen sofort überprüft werden können. Sie erfordern kein Kalibrieren und Überspielen des Programms auf die Ozobots und sind so für jüngere Kinder eher geeignet. Alternativ kann auch direkt mit ozoblockly gearbeitet werden. Dafür steht das Arbeitsblatt Einführung_Ozoblockly und Viereck zur Verfügung.	· PC · Beamer · Internetanschluss · Ozobots
Die Kinder arbeiten in Einzel- oder Partnerarbeit. Bei Bedarf kann der Lehrer auch die einzelnen Aufgaben kurz erklären. Vorgesehen ist es aber, dass die Kinder sich die Aufgabenstellungen eigenständig erarbeiten.	· 04.2M_Ozobot_Befehle · 04.2M_Einführung_Ozoblockly · 04.2AB_Viereck
Reflexion: Auch hier sollen sich die Kinder zu ihrer Vorgehensweise äußern und der Problemlösekreislauf noch einmal aufgegriffen werden. Mögliche Fragen: · Was hast du heute gelernt? · Was war für dich besonders interessant? · Was ist dir gut gelungen? Was ist dir nicht gelungen? Warum? · Wie hast du dich dabei gefühlt? Warum? · Was würde dich zusätzlich noch interessieren?

Reflexion/Vertiefung (1-2 Doppelstunden)

Die Vertiefung bzw. Reflexion der Unterrichtseinheit gliedert sich, je nach Diskussionsbereitschaft der Schülerinnen und Schüler, in 1-2 Doppelstunden. Zunächst findet anhand einer kreativen Roboterweiterentwicklung eine kreativ-konstruktive Auseinandersetzung mit dem Thema Roboter statt. In der abschließenden Stunde diskutieren die Schülerinnen und Schüler anhand von unterschiedlichen Problemstellungen den Einsatz sowie die Vor- und Nachteile von Robotern. Es findet also eine kritisch-konstruktive Auseinandersetzung mit Robotern statt.

Anmerkung: Auf den ersten Blick scheinen diese Unterrichtsstunden unspektakulär. In der Praxis zeigte sich aber das genaue Gegenteil. Die Kinder diskutierten sehr ernsthaft und reflektiert die gesellschaftlichen Möglichkeiten und Grenzen von Technik und insbesondere Robotern. Dabei betrachteten sie sowohl gesellschaftliche als auch umwelttechnische Aspekte. Ein Beispiel war die Diskussion von Roboterhunden vs. lebendigen Hunden, in der deutlich wurde, dass den Kindern die unterschiedlichen Interaktionsarten bewusst geworden sind. Eine Äußerung war z.B.: „Wenn ich einen echten Hund trainiere, ist es viel spannender und ungewisser was passiert. Wenn es klappt, kann ich mich viel mehr darüber freuen. Denn der Roboterhund, der wird einfach programmiert und macht dann immer das, was man ihm durch die Programmierung gesagt hat.“

Wir entwickeln die Ozobots weiter - kreativ-konstruktive Auseinandersetzung (Einzel- oder Doppelstunde)

Reflexion/Vertiefung: „Wir entwickeln die Ozobots weiter“ - Eine kreativ-konstruktive Auseinandersetzung zum Robotereinsatz
Ziele und Kompetenzen	Die SuS… · diskutieren Chancen und Herausforderungen ihrer Weiterentwicklungen vom Ozobot und reflektieren sie kritisch. · planen und präsentieren entwickelte Produkte adressatengerecht. · nutzen adäquate Verfahren, um Entscheidungen zu treffen. · können technische Entwicklungen beschreiben und die Folgen ihrer Weiterentwicklung für den Alltag und die Umwelt bewerten. · fertigen und nutzen einfache Modelzeichnungen.
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- 05.1AB_Weiterentwicklung (DIN A 3)
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Arbeitsblätter kopieren, ggf. laminieren,

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Die SuS bekommen den Auftrag in Teams auf kreative Weise die Ozobots weiterzuentwickeln. Dafür erhalten sie gut 40 Minuten Zeit. Die Kinder erhalten Entwicklungsbögen (DIN A3) zur Dokumentation ihrer Entwicklung, auf denen gezeichnet und geschrieben werden soll. Punkte zur Dokumentation sind: · Was soll der neue Ozobot können? · Warum soll er diese Erweiterung bekommen? · Was braucht er dafür? · Zeichnung des Ozobots	Entwicklungsbögen
Die Klasse trifft sich im Sitzkreis. Jede Gruppe stellt ihren Ozobot ausführlich vor. Die SuS erhalten dafür 3 Reflexionsfragen: · Kann man diesen Ozobot wirklich bauen? · Wenn es ihn gäbe, würdet ihr ihn kaufen? · Was bringt er euch? Anhand dieser Fragestellungen werden die einzelnen Ozobots kritisch besprochen.	Entwicklungsbögen der Kinder

Wer ist schuld? - kritisch-konstruktive Auseinandersetzung (Einzel- oder Doppelstunde)

Reflexion/Vertiefung: „Wer ist schuld“ – eine kritisch-konstruktive Auseinandersetzung zum Robotereinsatz
Ziele und Kompetenzen	Die SuS… · können technische Entwicklungen beschreiben und die Folgen ihrer Weiterentwicklung für den Alltag und die Umwelt bewerten. · versetzen sich in die Bedürfnisse, Gefühle und Interessen anderer und argumentieren aus ihrer Sicht. · nutzen adäquate Verfahren, um Entscheidungen zu treffen (Abstimmungen, Beratungen). · beschreiben Einflüsse von Algorithmen und Auswirkungen der Automatisierungen von Prozessen in der digitalen Welt und reflektieren diese. · entdecken die Chancen und Herausforderungen von Medien für die Realitätswahrnehmung und lernen, diese für ihre eigene Identitätsbildung zu nutzen.
Zeit	1 Doppelstunde
Materialüberblick	- Bögen mit den Problemstellungen (DIN A 2) für das Schreibgespräch - AB Reflexionsfragen
Zusätzliches Material	- / -
Vorbereitung	· Dilemma-Geschichten vorbereiten

Handlungsschritte	Materialien / Medien
Ausgehend von einem Beispiel aus der vergangenen Stunde stellt die Lehrkraft eine Dilemma-Geschichte und lässt die Kinder über dieses Problem im Plenum diskutieren.
Anschließend stellt sie weitere Dilemma-Geschichten vor. · LKW fährt in den Graben, weil die Navigation gesagt hat „Fahren Sie geradeaus.“ · Staubsaugerroboter: Wer ist schuld, wenn er einen Marienkäfer einsaugt? · Roboterhund: Hättet ihr gerne einen Roboterhund? Kann er einen echten Hund ersetzen? · Kann ein Roboter die Lehrkraft in der Schule ersetzen? · Braucht ein Roboter ein eigenes Zimmer? · Autonomes Fahren: Wie entscheidet der Computer beim autonomen Fahren in Gefahren-Situationen? · Ein Rettungsroboter muss sich „entscheiden“, welche Person er rettet. · … Es muss pro 4 Kindern ein DIN A2-Bogen mit einem Thema vorliegen. Bei kleineren Klassen kann eine Auswahl getroffen werden. Weitere/andere Themen sind auch möglich. Die Bögen werden auf Tischgruppen (á 4 Kinder) gelegt. Die Kinder bekommen ca. 10 Minuten Zeit und gehen still durch den Raum. Im Rahmen eines Schreibgesprächs äußern sie sich auf den Bögen zu dem Thema und schreiben Ihre Gedanken auf.	DIN A 2-Bögen mit den Dilemma-Geschichten
Abschließend bereiten die Kinder die Notizen auf, fassen sie zusammen und stellen sie vor. Die Kinder diskutieren über die Probleme und die Antworten auf die jeweilige Geschichte. Anschließend müssen sie sich entscheiden, wie sie zu diesem Thema stehen. Die Fragestellung wird dafür noch einmal wiederholt. Innerhalb der Klasse wird nun in Form des Schneeball-Systems zu dem Thema abgestimmt. Zuerst einigen sich die beiden Tischnachbar*innen, anschließend die vier Kinder am Gruppentisch. Jeder Tisch trifft nun eine Entscheidung und muss diese begründen. Die Abstimmung wird ggf. kurz besprochen. Wünschenswert wäre die Erkenntnis der Kinder, dass Roboter zweckgerichtet und künstlich erschaffen sind, von Menschen für Menschen gemacht und mitgestaltet werden können.
In einer kurzen Abschlussrunde zur Stunde und zur Einheit sollen die Kinder nun vorgegebene Sätze in Blitzlichtrunden (wenn ausreichend Zeit bleibt) bzw. in Einzelmeldungen fortsetzen: · „Es wäre gut, wenn Roboter …“ · „Ich finde nicht gut, …“ · „Roboter ersetzen …“ · „Roboter ersetzen nicht …“ · „Ich hätte gerne einen Roboter, der …“ · „Aber das soll der Roboter nicht tun …“