Thymio II: Ein pädagogischer Roboter?

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1 Thymio II: Ein pädagogischer Roboter? Eine Einführung in die Robotik für Zyklus 2+3 weiterwissen.

2 Ein Einblick in die Praxis Praxiserprobung: Schulhaus Moosmatt, Luzern (2016) PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

3 Agenda Kompetenzorientierung Modullehrplan Medien und Informatik Funktionsweise des Roboters Thymio II kennen und verstehen lernen Die Programmierumgebung Aseba kennenlernen Schwerpunkt: VPL Praktische Arbeit / Experimentieren I + II Pädagogische Szenarien zum Thema Robotik für den Zyklus 2 und 3 Exemplarische Aufgabenstellung mit Differenzierung: Parcours Reflexion / Abschluss PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

4 Einführung in die Kompetenzorientierung Medien und Informatik gemäss LP 21 am Beispiel der Robotik PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR weiterwissen.

5 Was ist Robotik? Aufgabe: Problemlösung mit Mensch und/oder Maschine Hardware: Bestandteile Mechanik: Aufbau Software: Programmierung, Steuerung Sensoren Controller / Prozessor Hardware: Bestandteile Mechanik: Aufbau Aktoren Kommunikation Energieversorgung PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

6 Robotik Eine Begriffseinordnung Eine Möglichkeit einen Roboter zu definieren ist über seine Bestandteile: Steuerung: Mikrokontroller mit Prozessor, Software Kommunikation: Bluetooth o.ä. Aktoren: Motoren, Räder, Soundgenerator, LED Sensoren: Helligkeit, Druck, Infrarot, Mikrophon, Kamera Energieversorgung: Batterie, Akku, Solarpanels Aus seinem Aufbau lässt sich folgende Definition ziehen: Ein Roboter ist ein künstliches Gerät, das seine Umgebung wahrnimmt und gezielt in und mit ihr agiert. eine verkörperte künstliche Intelligenz (KI). eine Maschine, die selbstständig arbeiten kann. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

7 Robotik Eine Begriffseinordnung Ein Sensor ist eine passive Komponente, er erfasst Dinge. Sensoren sind in etwa vergleichbar mit den fünf Sinnen beim Menschen. Ein Aktor ist eine aktive Komponente, er bewegt Dinge oder führt etwas aus. Aktoren sind zum Beispiel vergleichbar mit dem Gehen, dem Sprechen oder der Mimik beim Menschen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

8 Übung: Aktor oder Sensor? PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

9 Kompetenzen im Lehrplan 21: MI Interdisziplinär: Modullehrplan Medien und Informatik Diverse Schwerpunkt aufgeführte für den heutigen / nicht Kurs: aufgeführte Querverweise zur Mathematik, Natur, Mensch, Gesellschaft MI.2.2. Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen. Algorithmen PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

10 Praxisbeispiel: Informatische Bildung ohne Computer Was ist ein Algorithmus / Programm? Auftrag: Falten Sie in Partnerarbeit aus einem Blatt Papier einen Schwan. Eine Person gibt die Anweisung gemäss Anleitung, die andere Person führt die Anweisungen aus (ohne auf die Anleitung zu schauen).? MA.2.C.2.d: Die SuS können nach bildlicher Anleitung falten (z.b. ein Schiff). PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

11 Praxisbeispiel: Informatische Bildung ohne Computer Was ist ein Algorithmus / Programm? Zyklisches Denken: Beispiel Algorithmus als Faltanleitung Auftrag: Falten Sie in Partnerarbeit aus einem Blatt Papier Algorithmus als einfaches Programm in der Programmierumgebung einen von Aseba Schwan. (mit Eine VPL) Person gibt die Anweisung gemäss Anleitung, die andere Person führt die Anweisungen aus (ohne Algorithmus als komplexes Programm in der Programmierumgebung auf die Anleitung zu schauen). Aseba (mit VPL, Blockly oder Aseba textuell)? MA.2.C.2.d: Die SuS können nach bildlicher Anleitung falten (z.b. ein Schiff). PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

12 Funktionsweise des Roboters Thymio II kennen und verstehen lernen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

13 Thymio entdecken Verhaltensmuster entdecken mit dem Arbeitsblatt: Wie funktioniert der Thymio, S.4 Thymio-Aufbau mit den Arbeitsblättern: Vergleich Mensch-Roboter: Der Thymio (3. / 4. Klasse), S.5 Von Sensoren und Aktoren: Der Thymio (5. / 6. Klasse), S.6 Der Thymio von innen, S.7 Lösungshinweise im Dossier ab Seite 20. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

14 Übersicht Verhaltensmuster PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

15 Die Programmierumgebung Aseba kennenlernen Schwerpunkt: VPL weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

16 Aseba-Studio Visuelle Programmiersprache (VLP) Blockly in Aseba Studio Textuelles Programmieren Aseba Zyklus 1, 2, 3 Zyklus 3 ab Sekundarstufe II PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

17 Praxisbeispiel: Repräsentationsformen Befehlsketten bilden: taktil, verbal, visuell darstellen Befehlskarten / Befehle legen Lösungsweg aufzeichnen Befehle aufschreiben Programmieren am Computer / Roboter Robotiktage DVS LU, 2016, Grosswangen MINT unterwegs DVS LU, 2017 Quelle: MINT unterwegs Emmen 2017 PrimaLogo Zentralschweiz, NLZ 2015 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

18 Praxisbeispiel: Repräsentationsformen Auftrag Befehlsketten bilden: Lösen Sie die Aufgaben auf taktil, verbal, visuell darstellen Seite 8: «Die Programmierumgebung Befehlskarten / Befehle legen Aseba VPL Lösungsweg kennenlernen». aufzeichnen Befehle aufschreiben Als Programmieren Hilfestellung am dienen: Computer / Roboter Seiten 10-13: Übersicht Ereignisse und Aktionen Befehlskartenlegeraster Befehlskarten Robotiktage DVS LU, 2016, Grosswangen MINT unterwegs DVS LU, 2017 Lösungshinweise im Dossier auf Seiten Quelle: MINT unterwegs Emmen 2017 PrimaLogo Zentralschweiz, NLZ 2015 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

19 VPL-Umgebung entdecken Auftrag Öffnen Sie die Programmierumgebung Thymio VPL auf dem Computer. Verschaffen Sie sich einen Überblick mit Hilfe der Anleitung «Die VPL Bedienungsoberfläche», S im Dossier. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

20 Praktische Arbeit / Experimentieren I: Einfach Aufgaben mit dem Thymio II lösen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

21 Experimentierphase I Thymio II wireless Material pro Gruppe: Einstiegskarten Levelkarten 1-3 Thymio + Dongle, Notebook Zusatzmaterial: Stifte, A3-Papier, schwarzes Isolierband, Karton, Plakat Thymio-Bahn PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

22 Praktische Arbeit / Experimentieren II: Erweiterte Aufgaben mit dem Thymio II lösen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

23 Praxisbeispiel: Roboter personalisieren Auftrag 1: Gestalten Sie Ihren persönlichen Thymio mit einem dress-up Kit. Auftrag 2: Sehen Sie sich weitere Verkleidungsmöglichkeiten (Mal- und Bastelvorlagen an) von thymio.org an. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

24 Roberta dress-up Kit Beispiel für Lego Mindstorms und Thymio Kauftipp: Lego Store, BrickLink PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

25 Roberta dress-up Kit Inhaltsübersicht BrickLink: / Datenbank für Einzelteile von Lego 4740 Dish 2x2 Inverted (Radar) 3960 Dish 4x4 Inverted (Radar) 6133 Dragon Wing 78C05 Hose, Ribbed 7mm D. 5L 3623 Plate 1x Plate, Modified 1x1 with Clip Horizontal (thick open U clip) 2654 Plate, Round 2x2 with Rounded Bottom (Boat Stud) 3700 Technik, Brich 1x2 with Hole Technik, Liftarm 1x 11.5 Double Bent Thick (Not Applicable) 6629 Technic, Liftarm 1x9 Bent (6-4) Thick (Not Applicable) Technik, Liftarm 3x5 L-Shape wicht Quarter Ellipse Thin (Not Applicable) Technic, Pin 3L with Friction Ridges Lengthwise 2x Technic, Pin with Friction Ridges Lengthwise WITH Center Slots 2x Technic, Axle and Pin Connector Perpendicular 2x Technic, Axle 12 1x Plant Brick, Round 1 x 1 with 3 Bamboo Leaves 2x 4728 Plant Flower 2 x 2 Rounded - Open Stud 2x Plate, Modified 2 x 4 with Pins (or 1x 4) 2x Brick, Modified 1 x 1 with Stud on 1 Side 4x Chenilledraht div. Farben 2x PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

26 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

27 Praxisbeispiel: Kontextorientierung in den Levelkarten Alltagsbezug, Lebenswelt der Lernenden miteinbeziehen Interessensforschung ROSE-Studie: «Mehrere empirische Studien belegen diesen Zusammenhang von Inhalt und Kontext als Schlüsselfaktoren für das Interesse an den Naturwissenschaften. [ ] dass die Attraktion von Fachinhalten vom jeweils angebotenen Kontext abhängt: z.b. ist Musik für Jugendliche interessanter als Akustik und Töne und Regenbogen und Sonnenuntergang ist interessanter als Licht und Optik» (Elster, 2007). Kontextbasierte Aufgaben fördern durch das erhöhte Interesse die thematische Auseinandersetzung. Rücksicht auf Diversität, wie Geschlecht, Vorwissen und unterschiedliche technische Affinitäten PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

28 Praxisbeispiel: Kontextorientierung in den Levelkarten Alltagsbezug, Lebenswelt der Lernenden miteinbeziehen Interessensforschung ROSE-Studie: «Mehrere empirische Studien belegen diesen Zusammenhang von Inhalt und Kontext als Schlüsselfaktoren für das Interesse an den Naturwissenschaften. [ ] dass die Attraktion von Fachinhalten vom jeweils angebotenen Kontext abhängt: z.b. ist Musik für Jugendliche interessanter als Akustik und Töne und Regenbogen und Sonnenuntergang ist interessanter als Licht und Optik» (Elster, 2007). Ohne Kontext: Ohne Kontext: Der Roboter soll folgend Kontextbasierte Der Roboter soll Aufgaben so fördern durch das erhöhte Interesse die thematische Auseinandersetzung. programmiert werden: Sobald programmiert werden, dass ein die vorderen Distanzsensoren Rücksicht Muster aus auf kleineren Diversität, und wie Geschlecht, Vorwissen und unterschiedliche technische Affinitäteneinen Gegenstand erfassen, grösseren Kreisen entsteht. soll ein Geräusch erklingen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

29 Experimentierphase II Thymio II wireless Weiterarbeit Levelkarten 1-3 Eigenes Projekt entwickeln und dokumentieren Optional: Challenge-Karten und weitere Aufgaben von Optional: Weitere Programmierumgebung Blockly im Aseba-Studio für den Thymio II austesten PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

30 Pädagogische Szenarien zum Thema Robotik für den Zyklus 2 und 3 Beispielprojekt MINT unterwegs weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

31 Ein Einblick in die Praxis Projektstart im Oktober 2016 (Kriens Roggern 1, Rickenbach) c PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

32 Ein Einblick in die Praxis PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

33 Ein Einblick in die Praxis PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

34 Das Projekt «MINT unterwegs» Projektauftraggeber: DVS Luzern Ziel: MINT-Förderung nach LP21 LU im Zyklus 2 Durchführung: Projektwoche in einem Zelt an der Schule Inhalte: Exponate Naturwissenschaften / Informatik, MINT- Boxen, Lehrerweiterbildungen, Expertenreferate Kosten für die Schule: keine Entwicklung: PH Luzern, Technorama Winterthur, HSLU Informatik & Architektur Laufzeit: 4 Jahre / Start: Schuljahr Weitere Informationen: siehe Linkliste im Anhang PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

35 Kompetenzorientierung im LP21 Die Aufgabensets orientieren sich am Prozessmodell: Wilhelm, M., Luthiger, H. & Wespi, C. (2014). Prozessmodell zur Entwicklung von kompetenzorientierten Aufgabensets. Luzern: Entwicklungsschwerpunkt Kompetenzorientierter Unterricht, Pädagogische Hochschule Luzern. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

36 Fachdidaktik Informatik im LP21 Informatische Bildung konkret: Computational Thinking Allgemeine Konzepte und Problemlösungsstrategien Ausführung der Prozesse von Mensch oder Maschine Computer Science Unplugged grundlegende Konzepte ohne die Hardware Computer spielerische Ansätze Bildquellen: Friedrich-Schiller-Universität Jena, 2014 / CS Unplugged, 2006 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

37 Die MINT-Box Robotik Kompetenzorientiertes Aufgabenset Was ist ein Roboter? (ca. 4 Lektionen) Roboter zur Problemlösung nutzen (ca. 9. Lektionen) Roboter + Gesellschaft (ca. 4. Lektionen) Schwerpunkt in den Kompetenzen im LP21 LU MI.2.2. Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen. (Medien und Informatik) NMG.5.3. Die Schülerinnen und Schüler können Bedeutung und Folgen technischer Entwicklungen für Mensch und Umwelt einschätzen. (Natur, Mensch und Gesellschaft) Gewählte Robotermodelle Blue-Bot by TTS Thymio II wireless by MOBOT, ETH Lausanne & ECAL Kunstschule Lausanne PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

38 Robotik-Box MINT unterwegs Lehrpersonenkommentar Levelkarten Thymio Arbeitsblätter Sommer 2017: Weiterentwicklung der Levelkarten für Zyklus 3 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

39 Die MINT-Box Robotik Die Aufgabensets orientieren sich am Prozessmodell: Wilhelm, M., Luthiger, H. & Wespi, C. (2014). Prozessmodell zur Entwicklung von kompetenzorientierten Aufgabensets. Luzern: Entwicklungsschwerpunkt Kompetenzorientierter Unterricht, Pädagogische Hochschule Luzern. Thymio-Levelkarten: Level 1: Übung Level 2: Vertiefung Level 3: Transfer Eigenes Projekt: Transfer PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

40 Weitere Unterrichtsmaterialien: Die Thymio-Community Auftrag: Sehen Sie sich weitere Unterrichtsmaterialien auf der Webseite an. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

41 Thymio für den Unterricht fritic-ausleihe: Tipp: Thymio II wireless kaufen ca Bestellorte: mobsya.org/de/shop educatec.ch digitec.ch PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

42 Exemplarische Aufgabenstellung mit Differenzierung: Parcours weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

43 Praxisbeispiel: Labyrinth / Parcours Auftrag: Ihr Roboter soll einen möglichen Weg durch das vorgegebene Labyrinth abfahren. Die Wahl der Sensoren und Aktoren ist frei. Programmieren Sie verschiedene Lösungsmöglichkeiten. Zusatz: Erstellen Sie ein eigenes Labyrinth oder einen Parcours. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

44 Labyrinth: Beispiel PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

45 Reflexion / Abschluss weiterwissen.

46 Rückblick: Thymio-Mindmap Nutzen Sie die verbleibende Zeit, um Informationen/Fragen/Gedanken/Hinweise aus dem Kurs auf Seite 19 festzuhalten. Es liegt ein rund sechsstündiger Kurstag hinter Ihnen Was nehmen Sie daraus mit? PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

47 Rückblick / Ausblick Aufräumen Fragen und Anregungen? Selected by freepik Herzlichen Dank für Ihre Teilnahme! PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

48 Anhang weiterwissen.

49 Link zum Material Robotik-Webseite PH Luzern PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

50 Linkliste MINT unterwegs JUNT (Junge Naturwissenschaften Zentralschweiz) Minibiber Schulhaus Moosmatt, Luzern Schulhaus Roggern 1, Kriens PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

51 Quellen Bell, T. Witten, I.& Fellows, M. (2006). Computer Science Unplugged. Ein Förder- und Studienprogramm für Kinder im Grundschulalter. (besucht am ) Bildungs- und Kulturdepartement des Kantons Luzern (Hrsg.). (2016). Modullehrplan für den Fachbereich Medien und Informatik [Lehrplan 21]. Luzern: BKD. Elster, D. (2007). In welchen Kontexten sind naturwissenschaftliche Inhalte für Jugendliche interessant? Ergebnisse der ROSE-Erhebung in Österreich und Deutschland. PLUS LUCIS (3), 2 8. Zeitschrift der physikalisch-chemischen Gesellschaft in Österreich. Repenning, A. (2015). Computational Thinking in der Lehrerbildung. Bern: Hasler Stiftung. Thymio.org: [Version ] Wilhelm, M., Luthiger, H. & Wespi, C. (2014). Prozessmodell zur Entwicklung von kompetenzorientierten Aufgabensets. Luzern: Entwicklungsschwerpunkt Kompetenzorientierter Unterricht, Pädagogische Hochschule Luzern. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR

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