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.
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[1]. 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?“.
[1] 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]).
[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)
Einordnung in den Medienkompetenzrahmen NRW, den Lehrplan Sachunterricht und den Lehrplan Mathematik
| Einordnung Medienkompetenzrahmen NRW | 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).
Die SuS... · planen, gestalten und präsentieren Medienprodukte adressatengerecht (4.1).
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).
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). |
| Einordnung Lehrplan Sachunterricht | 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.
Die SuS… · fertigen und nutzen einfache Modellzeichnungen.
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). |
| Einordnung Lehrplan Mathematik | Prozessbezogene Kompetenzen
Problemlösen/kreativ sein Die SuS... · entnehmen Problemstellungen die für die Lösung relevanten Informationen und geben Problemstellungen in eigenen Worten wieder (erschließen) · probieren zunehmend systematisch und zielorientiert und nutzen die Einsicht in Zusammenhänge zur Problemlösung (lösen) · überprüfen Ergebnisse auf ihre Angemessenheit, finden und korrigieren Fehler, vergleichen und bewerten verschiedene Lösungswege (reflektieren und überprüfen) · übertragen Vorgehensweisen auf ähnliche Sachverhalte (übertragen) · erfinden Aufgaben und Fragestellungen (z. B. durch Variation oder Fortsetzung von gegebenen Aufgaben) (variieren und erfinden)
Die SuS... · halten ihre Arbeitsergebnisse, Vorgehensweisen und Lernerfahrungen fest (z.B. im Lerntagebuch) (dokumentieren) · entwickeln und nutzen für die Präsentation ihrer Lösungswege, Ideen und Ergebnisse geeignete Darstellungsformen und Präsentationsmedien wie Folie oder Plakat und stellen sie nachvollziehbar dar (z.B. im Rahmen von Rechenkonferenzen) (präsentieren und austauschen) · bearbeiten komplexere Aufgabenstellungen gemeinsam, treffen dabei Verabredungen und setzen eigene und fremde Standpunkte in Beziehung (kooperieren und kommunizieren) · übertragen eine Darstellung in eine andere (zwischen Darstellungen wechseln)
Bereich: Raum und Form Schwerpunkt: Raumorientierung und Raumvorstellung Die SuS... · orientieren sich nach mündlicher Anweisung im Raum (z B. zwei Schritte nach rechts)/orientieren sich nach einem Wegeplan im Raum · beschreiben Wege und Lagebeziehungen zwischen konkreten oder bildlich dargestellten Gegenständen/beschreiben räumliche Beziehungen anhand von bildhaften Darstellungen, Anordnungen, Plänen etc. und aus der Vorstellung · bewegen ebene Figuren und Körper in der Vorstellung und sagen das Ergebnis der Bewegung vorher (z. B. Kippbewegungen eines Würfels)
Die SuS... · zeichnen Linien, ebene Figuren und Muster aus freier Hand und mit Hilfsmitteln wie Lineal, Schablone, Gitterpapier/zeichnen Bögen und zueinander parallele oder senkrechte Geraden exakt mit Zeichengeräten wie Zirkel und Geodreieck und nutzen Gitter- und Punkteraster zum Zeichnen von ebenen Figuren und Würfelgebäuden |
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.
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1 Doppel-stunde |
| 4.2 Weiterführung
"Probleme lösen - Ozoblockly/ozoblockly game" |
Die SuS lernen die Programmierung des Ozobots mit Programmierbausteinen kennen.
|
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.
Verknüpfung mit anderen Unterrichtseinheiten
Die Unterrichtseinheit „Ozobot – Roboter verstehen, gestalten und beurteilen“ kann als Vertiefung oder als Alternative zum Modul „Wie funktioniert der Roboter?“ eingesetzt werden. Beide Unterrichtsvorhaben regen die Schülerinnen und Schüler dazu an, eine präzisere Vorstellungen von „Robotern“ zu entwickeln und deren Funktionsweise zu ergründen. Das hier geschilderte Vorgehen mit dem Ozobot vertieft die Inhalte jedoch mehr und greift zudem konstruktiv die gesellschaftliche Dimension von Robotern auf.
Ausgehend von der Arbeit mit Ozoblockly bietet sich eine Weiterarbeit mit der visuellen Programmiersprache und Online-Community Scratch an. Aufbau und Handhabung beider Programme ähneln sich, sodass die Schülerinnen und Schüler schnell verstehen werden, wie sie mit Scratch Geschichten, Spiele und Animationen programmieren können. Die Unterrichtseinheit „Ozobot – Roboter verstehen, gestalten und beurteilen“ kann zudem mit der Unterrichtsreihe „Ein Blick in den Computer“ verknüpft werden. In dieser werden die Bauteile eines Computers und deren Zusammenspiel thematisiert. Anknüpfungspunkt bietet hierbei das EVA-Prinzip, das Gegenstand beider Module ist. Durch den Vergleich der Vorgehensweisen innerhalb eines Roboters und eines Laptops/Computers kann Verständnis dafür geschaffen werden, dass diese sich in allen Informatiksystemen ähneln
Die Unterrichtseinheiten 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: - ggf. 01M_createaface (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.
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· 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.
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· 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.
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| 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.
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· 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)
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| 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.).
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| 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.
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· „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:
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· 01AB_zeichne_ein_bild |
Wir lernen die Ozobots kennen - Werkstattarbeit (Doppelstunde)
| Werkstattarbeit: Wir lernen die Ozobots kennen | |
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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 - 02M_Karten_beschriftet_vollständig und/oder 02M_Karten_unbeschriftet_ausschnitt - Ggf. 02L_Bedeutung_Karten - 02AB_Ozobot_Reflexion (PDF) / 02AB_Ozobot_Reflexion (Word-Dokument) - 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.
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.
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Werkstattarbeit
· 02M_Karten_beschriftet_vollständig und/oder 02M_Karten_unbeschriftet_ausschnitt · ggf. 02L_Bedeutung_Karten · 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.
· 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.
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· 02AB_Ozobot_Reflexion (PDF) / 02AB_Ozobot_Reflexion (Word-Dokument)
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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 | |
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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 (PDF) / 03.1M_Wortspeicher_bit (Word-Dokument) oder 03.1_MWortspeicher_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.
Was kann der Ozobot? Wie könnte er das machen?
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| 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.
Einschaltknopf, Farbsensor, Licht, Farb-LED-Leuchte, USB-Anschluss. Nicht sichtbar: Motor, Batterie, Mini-Computer.
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
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_bit (PDF) / 03.1M_Wortspeicher_bit (Word-Dokument) oder 03.1_MWortspeicher_EVO |
| An dieser Stelle kann im Unterricht das EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) als ein grundlegendes Prinzip von Informatiksystemen aufgegriffen und bearbeitet werden.
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· 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 | - 03.2AB_Linien_und_Kurven
- ggf. 03.2_Setkarten_beschriftet oder 03.2_Setkarten_unbeschriftet - große Blätter zum Zeichnen - eventuell Tippzettel zum Zeichnen - Farbige Stifte in rot, blau, grün, schwarz und/oder Klebepunkte (siehe Hinweise S. 21) - 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.
· 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 03.2_Setkarten_unbeschriftet · große Blätter zum Zeichnen · eventuell Tippzettel zum Zeichnen · farbige Stifte in rot, blau, grün, schwarz und/oder Klebepunkte · 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.
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.
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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_Kaninchenloch - 04.1M PuzzleteileOzobot Startkonfiguration und 04.1MPuzzleteile_Ozobot - 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?
· Was ist unser Ziel/Problem? · Welche Lösungen gibt es? · Plan aufstellen: z.B. Probleme einzeln Überprüfen, in Teilprobleme aufteilen, … · Plan durchführen · Lösungen erproben
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· Tafelbild |
| 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 (verschiedene "Problem"-Arbeitsblätter)
· 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
- 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.
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· 04.2M_Ozobot_Befehle |
| Reflexion:
Auch hier sollen sich die Kinder zu ihrer Vorgehensweise äußern und der Problemlösekreislauf noch einmal aufgegriffen werden.
· 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 Dilemmageschichten (DIN A 2) für das Schreibgespräch |
| 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. · …
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DIN A 2-Bögen mit den Dilemmageschichten |
| Abschließend bereiten die Kinder die Notizen auf, fassen sie zusammen und stellen sie vor.
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| 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 …“ |