Thymio II: Ein pädagogischer Roboter? Eine Einführung in die Robotik für Zyklus 2+3 weiterwissen.
Ein Einblick in die Praxis Praxiserprobung: Schulhaus Moosmatt, Luzern (2016) PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 2
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 2017 13.07.2017 3
Einführung in die Kompetenzorientierung Medien und Informatik gemäss LP 21 am Beispiel der Robotik PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 4 13.07.2017 weiterwissen.
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 2017 13.07.2017 5
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 2017 13.07.2017 6
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 2017 13.07.2017 7
Übung: Aktor oder Sensor? PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 8
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 2017 13.07.2017 9
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 2017 13.07.2017 10
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 2017 13.07.2017 11
Funktionsweise des Roboters Thymio II kennen und verstehen lernen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 12
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 2017 13.07.2017 13
Übersicht Verhaltensmuster PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 14
Die Programmierumgebung Aseba kennenlernen Schwerpunkt: VPL weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 15
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 2017 13.07.2017 16
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 2017 13.07.2017 17
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 21-22 Quelle: MINT unterwegs Emmen 2017 PrimaLogo Zentralschweiz, NLZ 2015 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 18
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.14-15 im Dossier. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 19
Praktische Arbeit / Experimentieren I: Einfach Aufgaben mit dem Thymio II lösen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017
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 2017 13.07.2017 21
Praktische Arbeit / Experimentieren II: Erweiterte Aufgaben mit dem Thymio II lösen weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 22
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 2017 13.07.2017 23
Roberta dress-up Kit Beispiel für Lego Mindstorms und Thymio Kauftipp: Lego Store, BrickLink PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 24
Roberta dress-up Kit Inhaltsübersicht BrickLink: https://www.bricklink.com/v2/main.page / 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 3 6019 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 32009 Technik, Liftarm 1x 11.5 Double Bent Thick (Not Applicable) 6629 Technic, Liftarm 1x9 Bent (6-4) Thick (Not Applicable) 32250 Technik, Liftarm 3x5 L-Shape wicht Quarter Ellipse Thin (Not Applicable) 4514553 Technic, Pin 3L with Friction Ridges Lengthwise 2x 4121715 Technic, Pin with Friction Ridges Lengthwise WITH Center Slots 2x 4211775 Technic, Axle and Pin Connector Perpendicular 2x 370826 Technic, Axle 12 1x 30176 Plant Brick, Round 1 x 1 with 3 Bamboo Leaves 2x 4728 Plant Flower 2 x 2 Rounded - Open Stud 2x 30157 Plate, Modified 2 x 4 with Pins (or 1x 4) 2x 87087 Brick, Modified 1 x 1 with Stud on 1 Side 4x Chenilledraht div. Farben 2x PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 25
PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 26
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 2017 13.07.2017 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). 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 2017 13.07.2017 28
Experimentierphase II Thymio II wireless Weiterarbeit Levelkarten 1-3 Eigenes Projekt entwickeln und dokumentieren Optional: Challenge-Karten und weitere Aufgaben von www.thymio.org Optional: Weitere Programmierumgebung Blockly im Aseba-Studio für den Thymio II austesten PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 29
Pädagogische Szenarien zum Thema Robotik für den Zyklus 2 und 3 Beispielprojekt MINT unterwegs weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 30
Ein Einblick in die Praxis Projektstart im Oktober 2016 (Kriens Roggern 1, Rickenbach) c PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 31
Ein Einblick in die Praxis PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 32
Ein Einblick in die Praxis PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 33
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 2016-17 Weitere Informationen: siehe Linkliste im Anhang PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 34
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 2017 13.07.2017 35
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 2017 13.07.2017 36
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 2017 13.07.2017 37
Robotik-Box MINT unterwegs www.robotik.phlu.ch Lehrpersonenkommentar Levelkarten Thymio Arbeitsblätter Sommer 2017: Weiterentwicklung der Levelkarten für Zyklus 3 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 38
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 2017 13.07.2017 39
Weitere Unterrichtsmaterialien: Die Thymio-Community https://www.thymio.org Auftrag: Sehen Sie sich weitere Unterrichtsmaterialien auf der Webseite an. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 40
Thymio für den Unterricht fritic-ausleihe: https://www.fri-tic.ch/de/lernen/programmieren-thymio Tipp: Thymio II wireless kaufen ca. 170.- Bestellorte: mobsya.org/de/shop educatec.ch digitec.ch PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 41
Exemplarische Aufgabenstellung mit Differenzierung: Parcours weiterwissen. PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 42
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 2017 13.07.2017 43
Labyrinth: Beispiel PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 44
Reflexion / Abschluss weiterwissen.
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 2017 13.07.2017 46
Rückblick / Ausblick Aufräumen Fragen und Anregungen? Selected by freepik Herzlichen Dank für Ihre Teilnahme! PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 47
Anhang weiterwissen.
Link zum Material Robotik-Webseite PH Luzern http://robotik.phlu.ch/wordpress_d/?cat=50 PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 49
Linkliste MINT unterwegs https://goo.gl/ylocs5 JUNT (Junge Naturwissenschaften Zentralschweiz) http://goo.gl/9llkmu Minibiber http://goo.gl/pfb9iq Schulhaus Moosmatt, Luzern http://goo.gl/obz1lr Schulhaus Roggern 1, Kriens https://goo.gl/wcqyvk PH Luzern / Doris Reck & Andrea Maria Schmid / PHFR 2017 13.07.2017 50
Quellen Bell, T. Witten, I.& Fellows, M. (2006). Computer Science Unplugged. Ein Förder- und Studienprogramm für Kinder im Grundschulalter. http://csunplugged.org/sites/default/files/books/cs_unplugged-de.pdf (besucht am 20.12.2016) 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: https://www.thymio.org/home-de:home [Version 07.07.2017] 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 2017 13.07.2017 51