Mit Robotern für Informatik begeistern Einführung in die Arbeit mit LEGO Mindstorms. Mit Robotern für Informatik begeistern

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Nelly Weiner
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1 Mit Robotern für Informatik begeistern Einführung in die Arbeit mit LEGO Mindstorms

2 Begrüßung und kurze Informationsrunde

3 Ablauf Begrüßung und Organisatorisches Grundlegende Aspekte, Vorstellen des NXT-Systems und der Programmiersoftware NXT-G 1. Praxisphase: Selber ausprobieren und (einfachere) Aufgaben bearbeiten Kaffeepause Unterrichtsgestaltung, Kosten und andere Aspekte 2. Praxisphase: Komplexere bzw. zusammengesetzte Aufgaben

Praxisphase: Selber ausprobieren und (einfachere) Aufgaben bearbeiten

4 Warum Robotik? aktuell (bleibendes) Thema zunehmender Bedeutung Faszination durch selbsttätig bewegende Systeme, dadurch hoher Motivationsfaktor Vermittlung grundlegender Algorithmik- und Informatikinhalte möglich. Steigert Interesse an Informatik- und Informatikinhalten sowie Informatikausbildung Erfüllt ggf. vorhandene Vorgaben für den Unterricht.

bewegende Systeme, dadurch hoher Motivationsfaktor Vermittlung grundlegender

5 Mögliche Informatikinhalte Sensor-Aktor-Prinzip (verwandt mit EVA-Prinzip) Ablaufsteuerung: Sequenz, Schleife, Verzweigung, Unterprogramm Variablen und Daten, Datentypen, Rechenoperationen Modellierung und Dokumentation von Systemen (z. B. Struktogramme) Diskussion technischer Alternativen Gesellschaftsbezug, ggf. ethische Fragen

Daten, Datentypen, Rechenoperationen Modellierung und Dokumentation von Systemen

6 Robotersysteme für Schule/ Lernen Lego Mindstorms NXT + Knüpft an Spielerfahrung der Kinder an Lego technic erfordert Konstruktionserfahrung + Vielfältige Erweiterungen: Programmiersprachen wie Java oder NXC, weitere Sensoren, auch Eigenentwicklungen anschließbar + Grafische Programmierung für Einsteiger Fischertechnik qfix-robotersysteme asuro + günstiger Preis möglicherweise größerer Ausschuss durch Lötfehler keine grafische Oberfläche weitere Bausatzsysteme

Sensoren, auch Eigenentwicklungen anschließbar + Grafische Programmierung für Einsteiger Fischertechnik

7 Elemente des NXT-Systems Computerbaustein mit Firmware (u. a. View-Modus) 3 Servomotoren mit Rotationssensoren Tastsensoren Licht- bzw. Farbsensor Ultraschallsensor viele Erweitungssensoren (RFID, Infrarot, Kreisel, Kompass, Beschleunigung und viele mehr)

8 Hardware-Spezifikation NXT Atmel-32-Bit-ARM-Prozessor, 256 kb Flash-Speicher, 64 KB RAM, 48 MHz Koprozessor: Atmel 8-Bit AVR, 4 KB Flash-Speicher, 512 Byte RAM, 8 MHz Bluetooth: CSR BlueCore 4 v2.0 +EDR; unterstützt das Serial Port Profile (SPP), 26 MHz USB-2.0-Anschluss, 12 Mbit/s 3 Motorausgänge mit Rückkanal 4 Sensoreingänge, analog und digital (I²C) kombiniert (einer als High-Speed-Port nutzbar Punktmatrix LC-Anzeige; Pixel Soundausgabe mit 8-Bit-Auflösung und einer Samplingrate von 2 bis 16 khz Open Source Firmware

0-Anschluss, 12 Mbit/s 3 Motorausgänge mit Rückkanal 4 Sensoreingänge, analog und digital (I²C) kombiniert (einer als

9 Problem des freien Konstruierens Lego technic weniger intuitiv als klassisches Lego. Nur kurze Hinweise in Literatur und Netz zu finden, kein Lehrgang Konstruieren mit Lego Mindstorms vorhanden. Es geht nicht darum ein Konstruktionsproblem zu lösen, sondern es mit den Teilen in der vorhandenen Anzahl zu lösen. Kompakte Bauweise durch NXT-Teile erschwert. Viel Literatur mit Bauanleitungen auf Englisch und auf Spielwarenversion des NXT bezogen. Start mit Basismodell mit Anleitungen für Anbau-Varianten

Es geht nicht darum ein Konstruktionsproblem zu lösen, sondern es mit den Teilen in der vorhandenen Anzahl zu lösen.

10 Die Programmierumgebung

11 Der RobotEducator (Nur?) in der Education Version der Lego Software Liefert Beispielfragestellungen und Lösungen in schrittweise aufgebauter Form Segen oder Fluch? Vorteil: Schüler können sich durch Programmbeispiele selber Lösungsmöglichkeiten erarbeiten. Nachteil: Kopieren statt Verstehen.

Beispielfragestellungen und Lösungen in schrittweise aufgebauter Form

12 Arbeitsphase 1 Aufgaben aus dem Roberta-Projekt

13 Themenarbeit aus dem Roberta-Projekt Beispiel Ameise Eigene Bauanleitung Ameisenwelt Roboterwelt Futterstelle suchen Helles Markierung finden Wegmarkierung setzen Linie zeichnen Zur Futterstelle und zurück Linie verfolgen Ameisenbau finden Helles Licht orten und hin fahren Weitere Themenbeispiele: Bienen, Gangarten, Labyrinthe

Wegmarkierung setzen Linie zeichnen Zur Futterstelle und zurück Linie verfolgen

14 Offene Aufgabenstellungen Offene Aufgaben in Bezug auf Konstruktion, in Bezug auf eingesetzte Sensoren Aufgabenbeispiele: Nicht vom Tisch fallen (Licht, Ultraschall-Sensor) Quadrat fahren (Zeit, Umdrehung) Steine nach Farben sortieren (evtl. auch mit Förderband ) Rückwärts einparken Überholmanöver eines langsamen Fahrzeugs

Ultraschall-Sensor) Quadrat fahren (Zeit, Umdrehung) Steine nach Farben

15 Empfehlungen zur gendergerechten Kursgestaltung Interesse und Selbstvertrauen Interessante Themen Vorbilder geben Schnelle Erfolge ermöglichen Selbstvertrauen stärken Leistung und Anerkennung Aufmerksamkeit gleichmäßig verteilen Mädchen leistungsbezogen loben Hilfestellung richtig dosieren Soziale Kompetenz Kommunikation fördern Kreativität fördern Eigenverantwortliches Arbeiten fördern Störungen Gute Arbeitsumgebung herstellen Unsoziales Verhalten unterbinden Frust vermeiden Seite 33

leistungsbezogen loben Hilfestellung richtig dosieren Soziale Kompetenz Kommunikation fördern Kreativität fördern

16 Wettbewerbe Motivieren die Schüler die Arbeit zu intensivieren Fordern heraus, weitere Techniken kennen zu lernen. (Nicht bei allen.) Fordern heraus genau zu planen und vorzugehen, da größerer Zusammenhang Langfristige Aufgabenstellung Können auch Unterricht und AG-Arbeit strukturieren Beispiele: RoboCupJunior, FLL, Sumo, FieldRobot

) Fordern heraus genau zu planen und vorzugehen, da größerer Zusammenhang

17 RoboCupJunior Drei Sparten: Soccer, Rescue, Dance German Open in Magdeburg (März), 2012 mehrere Qualifikationsturniere geplant Soccer: 2 gegen 2 (1 gegen 1), Variante mit Bande und Variante mit Seitenauslinie; Ball mit Infrarotsender Dance: Kreative Variante mit Tanz bzw. kurzer Aufführung Rescue: angelehnt an Rettungsszenarion (Weg durch unbekanntes Gelände folgen, Hindernissen ausweichen, Opfer suchen und retten) Kosten: Startgebühr 30 pro Sch., mehrtägige Veranstaltung dadurch zusätzlich: Übernachtung etc.

18 FIRST LEGO League Viele regionale Wettbewerbe (auch in Oldenburg) jeweils im November, über mehrere Stufen bis zum Weltfinale Alter: Jahre, 5 10 SchülerInnen Wertung in verschiedenen Kategorien: Robot Game, Robot Design, Teamwork, Beste Ausdauer, Gesamtwertung Wechselndes Rahmenthema (z. B. Nanotechnologie, Biomedizin, Lebensmittelsicherheit) Kosten: 120 pro Team, 120 für Aufbauten

Kategorien: Robot Game, Robot Design, Teamwork, Beste Ausdauer, Gesamtwertung Wechselndes

19 Lernraumgestaltung Ideal: Computerraum mit großer Tischfläche im Rauminnern und Rechnern außen. Platz zum Programmieren und zum Bauen Für Wettbewerbsvorbereitungen oder Lösen von anderen Aufgaben weiterer Platzbedarf z. B. Flurboden, Nebenraum etc.

20 Aufbewahren

21 Aufbewahren und Kaufen Ortsnahes Aufbewahren Aufbewahrungssysteme: Kästen von LMS Education allit europlus basic 47/7: ca. 12, als Aldi-Angebot: 5 sonstige Sortierkästen mit variabler Einteilung. Materialschränke (für ca. 8 Sets): VS-Möbel: ca Technik LPE: ca Anbieter für LMS Education: Technik LPE ( VS Möbel Lego Shop (

22 Kosten LMS NXT 2.0 Spielwarenset: ab 270 inkl. EL LMS NXT Education 9797 (Mit Akku, in Aufbewahrungskiste, ohne Ladegerät, ohne Lizenz, andere Teile): ab 320 LMS Education Ergänzungsset 9695 (empfehlenswert zumindest einige davon zu haben [Kompatibilität mit anderen Bauanleitungen]): ca. 90 Schullizenz Lego Software (EL + Lizenzerweiterung): 320 Lego Ladegerät: ca. 20, ist vermutlich ersetzbar durch no name FLL Set ( Ergänzungsset + Ladegerät + EL): ca. 490 Klassensatz (8-10 Sets): von

23 Beispiel Robot-Game 2010 Immer wiederkehrende Aufgabenarten: Etwas an einen Ort bringen, etwas zur Base holen, etwas an einem Objekt bewegen bzw. auslösen. siehe auch: oder: Arbeitsphase 2

24 Internetquellen (Tutorial)

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