Explorer: Quadrat fahren
Die Lerneinheit vermittelt, wie Fahrbefehle kombiniert werden, damit der eXperiBot geometrische Figuren abfährt.
Lerne, wie du deinem eXperiBot sagst, dass er ein Quadrat fährt.
Orientierung an den Bildungsstandards Informatik Sekundarstufe I
Die Lerneinheit „Quadrat fahren“ adressiert folgende Kompetenzbereiche:
Modellieren und Implementieren
Die Schülerinnen und Schüler formulieren Bewegungsabläufe als präzise Handlungsanweisungen und setzen diese mithilfe von Programmierblöcken um. Sie lernen, wie sich reale Bewegungen des Roboters in ein Programm abstrahieren lassen und wie sich wiederholende Abläufe durch den Einsatz einer Zählschleife effizient darstellen lassen.
Strukturieren und Vernetzen
Durch das Erstellen einer Sequenz aus Fahr- und Drehbefehlen sowie die Integration einer Zählschleife erkennen die Lernenden die Bedeutung geordneter Abläufe und wiederholbarer Strukturen für die Funktionsweise von Programmen. Sie erfahren, wie sich Programmcode durch den Einsatz von Kontrollstrukturen vereinfachen und übersichtlicher gestalten lässt.
Erkunden und Bewerten technischer Systeme
Der eXperiBot dient als anschauliches Modell, um Zusammenhänge zwischen Programmcode und physischem Verhalten zu verstehen. Die Schülerinnen und Schüler testen ihre Programme, bewerten die Korrektheit und Effizienz der Lösung und reflektieren die Auswirkungen von Änderungen im Code auf das Verhalten des Roboters.
Lernziele
Gesamtlernziel (übergeordnet)
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein funktionsfähiges Programm, mit dem der eXperiBot ein Quadrat fährt. Sie setzen geeignete motorische Befehle ein, führen die erforderlichen Fahr- und Drehbewegungen aus und integrieren eine Zählschleife zur effizienten Wiederholung von Anweisungen. Dabei verstehen sie die Bedeutung von Kontrollstrukturen für die Automatisierung wiederkehrender Abläufe.
Wissensbezogene Lernziele (kognitiv)
Die Schülerinnen und Schüler können…
den Bewegungsablauf „Quadrat fahren“ in einzelne Schritte zerlegen und als präzise Handlungsanweisungen beschreiben.
erklären, wie sich wiederholende Abläufe mithilfe einer Zählschleife umsetzen lassen.
analysieren, welche Programmierblöcke aus den Kategorien „Motor“ und „Schleifen“ erforderlich sind und wie sie zusammenwirken.
Fähigkeits-/Fertigkeitsbezogene Lernziele (prozedural)
Die Schülerinnen und Schüler können…
ein Programm erstellen, das den eXperiBot ein Quadrat fahren lässt und dabei eine Zählschleife nutzt.
passende Blöcke aus den Kategorien „Motor“ und „Schleifen“ korrekt einsetzen.
ihr Programm testen, Fehler erkennen und den Code optimieren, um den gewünschten Ablauf sicherzustellen.
Haltungsbezogene Lernziele (affektiv)
Die Schülerinnen und Schüler…
zeigen Ausdauer und bleiben bei Fehlversuchen motiviert, indem sie ihre Programme reflektieren und verbessern.
erkennen den Vorteil von Kontrollstrukturen wie Zählschleifen für die Effizienz und Übersichtlichkeit von Programmen.
Vorkenntnisse
Die Lernenden können:
die Programmierumgebung bedienen (Blöcke auswählen, Programm starten/stoppen),
einfache Anweisungen aus der Kategorie „Motor“ nutzen (z. B. „Motor fahre vorwärts,“ „Motor drehe nach…“),
Sequenzen erstellen (mehrere Anweisungen in richtiger Reihenfolge),
den eXperiBot geradeaus fahren und drehen lassen,
Fahrzeiten anpassen,
mit dem Powerbrain einen Ton abspielen.
eine Endlosschleife einsetzen, um wiederholende Bewegungsabläufe zu automatisieren.
Folgende Lerneinheiten sollten idealerweise vorab bearbeitet werden:
Erste Schritte (Einführung in die Programmierumgebung und Kennenlernen des Powerbrains),
Fahrbewegungen (Grundlegende Anweisungen aus der Kategorie „Motor“ und Sequenzen).
Hin- und Herfahren (Umsetzung wiederholender Bewegungsabläufe mithilfe einer Endlosschleife zur Automatisierung.)
Unterrichtsplanung
Die Lerneinheit führt die Kontrollstruktur Zählschleife ein.
Einstieg (ca. 10 Minuten)
Methode: Unterrichtsgespräch im Plenum
Story für Unterrichtseinstieg: Roboter im Warenlager
„Stellt euch ein riesiges Warenlager vor: Überall stapeln sich Regale voller Pakete und zwischen den Gängen flitzen Roboter hin und her. Sie fahren selbstständig, halten an bestimmten Punkten, drehen sich geschickt und nehmen neue Wege. Damit sie Regale umrunden können, brauchen sie feste Fahrwege – zum Beispiel in Form eines Quadrats.“
Impulsfragen für das Unterrichtsgespräch
Warum setzen große Unternehmen Roboter in ihren Lagern ein?
Sie sparen Zeit, arbeiten rund um die Uhr,
sie reduzieren Fehler,
sie entlasten Menschen bei schweren Aufgaben.
Was passiert, wenn ein Roboter im Lager nicht präzise fährt oder sich nicht richtig dreht?
Er stößt gegen Regale, blockiert Wege, verursacht Schäden oder Verzögerungen.
Welche Bewegungen muss ein Roboter beherrschen, um Regale sicher zu umrunden?
Geradeaus fahren, anhalten, sich um einen bestimmten Winkel drehen, den Ablauf wiederholen.
Überleitung zur Lerneinheit „Quadrat fahren“
Arbeitsauftrag formulieren: Heute wird dein eXperiBot selbst zum Lager-Roboter! Bearbeite dazu die Lerneinheit „Quadrat fahren“ in der eXperiBot-Blockly-App.
Selbstständige Erarbeitung der Lerneinheit (ca. 25 Minuten)
Methode: Eigenständige Programmierung am Roboter
Die Lernenden bearbeiten die Aufgaben in ihrer bevorzugten Arbeitsweise – Schritt für Schritt oder selbstständig – und in ihrem eigenen Tempo, je nach Anzahl der Aufgaben, die sie schaffen.
Die Zeitvorgabe von 25 Minuten orientiert sich daran, dass alle Schülerinnen und Schüler die Mindestanforderung erfüllen. Das bedeutet: Sie sollen alle Aufgaben bearbeiten, Zusatzaufgaben sind optional und können je nach Tempo und verfügbarer Zeit bearbeitet werden.
Die Zeit für die erste Aufgabe (10 Minuten) – den Zusammenbau und das Startklar-Machen des eXperiBots – kann variieren, je nach Vorerfahrung der Lernenden. In späteren Lerneinheiten wird dieser Teil in der Regel zügiger abgeschlossen, da die Lernenden bereits mit dem Aufbau vertraut sind.
Reflexionsphase (ca. 10 Minten)
Methode: Unterrichtsgespräch im Plenum
Erwartetes Ergebnis der Reflexion
Lernende erkennen die Bedeutung von Kontrollstrukturen (Zählschleifen).
Lernende verstehen, wie die Programmstruktur das Verhalten des Roboters beeinflusst.
Lernende können den Bezug zur realen Anwendung herstellen.
Leitfragen
Begründe, warum du eine Zählschleife eingesetzt hast.
Eine Zählschleife wird eingesetzt, weil sich der Ablauf viermal wiederholt und der Code dadurch kürzer und besser strukturiert bleibt.
Die Lernenden erläutern, dass die Zählschleife notwendig ist, um die vier Fahr- und Drehbewegungen für das Quadrat automatisch zu wiederholen. Ohne diese Schleife müsste jede Anweisung mehrfach einzeln geschrieben werden, was den Code länger und unübersichtlicher macht.
Vergleiche dein Programm mit dem Verhalten eines echten Lagerroboters.
Beide folgen festen Abläufen, müssen präzise fahren und sich korrekt drehen, um Hindernisse zu vermeiden; echter Roboter hat zusätzliche Sensorik (Hinderniserkennung).
Die Lernenden sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede benennen: Beide fahren zwischen festgelegten Punkten, halten an und führen eine Aktion aus (z. B. Signal geben). Ein echter Lagerroboter verfügt jedoch zusätzlich über Sensoren zur Hinderniserkennung und kann flexibel auf Änderungen reagieren, während der eXperiBot strikt dem programmierten Ablauf folgt.
Bewerte, wie effizient dein Programm ist. Das heißt: ist es übersichtlich, nutzt es wenige Blöcke und funktioniert es zuverlässig?
Programm ist effizient, wenn es mit wenigen Blöcken auskommt, gut lesbar ist und sich leicht anpassen lässt.
Die Lernenden sollen einschätzen, dass ein Programm effizient ist, wenn es mit wenigen Blöcken auskommt, gut lesbar ist und sich leicht anpassen lässt.
Ideen für Unterrichtsgespräche
Unterschied zwischen Endlosschleife und Zählschleife
Impulsfrage:
Worin unterscheiden sich eine Endlosschleife und eine Zählschleife in Bezug auf Aufbau, Funktionsweise und Einsatz im Programm?
Diskussionspunkte:
Struktur: Endlosschleife ohne Endbedingung vs. Zählschleife mit fester Wiederholungszahl.
Verhalten des Roboters: unendliche Wiederholung vs. klar begrenzte Anzahl von Durchläufen.
Sicherheit: Wann kann eine Endlosschleife problematisch werden (z. B. kein Stoppen, blockierter Ablauf)?
Passung zur Aufgabe: Warum eignet sich eine Zählschleife besser für das Fahren eines Quadrats?
Algorithmisches Denken: Wiederholende Muster erkennen und bewusst strukturieren.
Ziel:
Lernende sollen den funktionalen Unterschied zwischen Endlosschleife und Zählschleife verstehen und begründet entscheiden können, welche Schleifenart für einen konkreten Programmierkontext angemessen ist.
Erwartungsbild:
Lernende können erklären, dass eine Endlosschleife unbegrenzt läuft, während eine Zählschleife eine festgelegte Anzahl an Wiederholungen hat.
Sie erkennen, dass ein Quadrat aus vier identischen Abläufen besteht und daher eine Zählschleife die korrekte und effiziente Wahl ist.
Sie können mögliche Nachteile einer Endlosschleife benennen (z. B. Roboter fährt dauerhaft weiter).
Beispiele aus dem Alltag, in denen Zählschleifen eine Rolle spielen
Impulsfrage:
In welchen Situationen im Alltag wiederholen sich Abläufe eine feste Anzahl von Malen – ähnlich wie bei einer Zählschleife?
Diskussionspunkte:
Beispiele aus technischen Systemen: Spülgänge bei einer Waschmaschine, Fahrstuhlsteuerung (Tür öffnet/schließt mehrfach), Blinksignal beim Auto (z. B. 3‑fach-Blinken).
Beispiele aus Alltagshandlungen: Backen oder Kochen (z. B. Teig 20‑mal kneten), Sportübungen (z. B. 10 Wiederholungen)
Ziel:
Die Übertragung auf die Programmierung besteht darin, wiederholende Abläufe zu erkennen, zu strukturieren und anschließend durch eine Schleife umzusetzen; im Informatikunterricht hilft dies dabei, algorithmische Muster in realen Handlungen bewusst wahrzunehmen und zu verstehen.
Musterlösungen
Aufgabe 1
Für diese Aufgabe ist kein Programmcode erforderlich. Der eXperiBot muss lediglich startklar gemacht werden. Das bedeutet:
den eXperiBot vollständig zusammenbauen
eine Verbindung zur App herstellen
Aufgabe 2
Hier wird die Lösung zu Teil 1 der Aufgabe 2 (Step 1 und Step 2) dargestellt. Der eXperiBot soll ohne den Einsatz einer Zählschleife ein Quadrat fahren. Es kann vorkommen, dass einzelne Lernende bereits an dieser Stelle eine Zählschleife verwenden.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Hier wird die Lösung zu Teil 2 der Aufgabe 2 (Step 3 bis Step 5) dargestellt. Der eXperiBot soll mit dem Einsatz einer Zählschleife ein Quadrat fahren.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Nachfolgend sind die Lösungen zu den Zusatzaufgaben aufgeführt.
Zusatzaufgabe 1
Erstelle ein Programm, mit dem dein eXperiBot ein Dreieck mit drei gleich langen Seiten fährt. Am Ende soll dein eXperiBot wieder an der gleichen Stelle stehen und in die gleiche Richtung schauen wie am Anfang.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Zusatzaufgabe 2
Erstelle ein Programm, mit dem dein eXperiBot einen Kreis fährt.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Zusatzaufgabe 3
Erstelle ein Programm, mit dem dein eXperiBot abwechselnd ein Quadrat und einen Kreis fährt – immer wieder.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Inhalte der Lerneinheit
Aufgabe 1
Verbinde deinen eXperiBot mit der App.
Gehe so vor:
Schalte deinen eXperiBot ein.
Drücke dann den Button „Verbinden“ oben rechts auf dem Bildschirm. Folge den Anweisungen, um deinen eXperiBot mit der App zu verbinden.
Du hast deinen eXperiBot zusammengebaut und mit der App verbunden – jetzt kann es losgehen!
Aufgabe 2
Was muss dein eXperiBot machen, um ein Quadrat zu fahren? Überlege.
Wie oft muss dein eXperiBot vorwärts fahren?
Wie oft muss sich dein eXperiBot nach rechts drehen? Um wie viel Grad muss sich dein eXperiBot jedes Mal drehen?
Wähle aus der Kategorie „Motor“ die passenden Blöcke aus.
Dein eXperiBot soll 4-mal eine gleich lange Strecke fahren.
Im Block „Motor fahre vorwärts“ kannst du keine Länge eingeben.
Aber du kannst deinen eXperiBot 4-mal gleich lang fahren lassen – mit derselben Zeit und Geschwindigkeit.
So entsteht ein Quadrat mit ungefähr gleich langen Seiten.
Teste dein Programm.
Fährt dein eXperiBot ein Quadrat? Wenn nicht, überprüfe die Werte für Zeit und Geschwindigkeit in deinem Programm. Passe die Werte an, bis dein eXperiBot ein Quadrat schafft.
Achte darauf, dass alle vier Strecken gleich lang sind. Nutze dafür dieselbe Zeit und Geschwindigkeit.
Dein eXperiBot fährt ein Quadrat.
Dein Programm funktioniert, aber die Anweisungen „Motor fahre vorwärts“ und „Motor drehe nach rechts“ werden jeweils 4-mal wiederholt. Dafür gibt es eine bessere Lösung: die Zählschleife. Mit einer Zählschleife sagst du dem Programm: „Wiederhole diese Anweisungen 4-mal.“ So wird der Code kürzer und übersichtlicher.
Verbessere dein Programm. Nutze dafür den passenden Block aus der Kategorie „Schleifen“ und ergänze dein Programm.
Was ist eine Zählschleife?
Eine Zählschleife wiederholt die Anweisungen so oft, wie du es angibst. Danach stoppt sie automatisch.
Eine Zählschleife zählt also mit – es ist genau festgelegt, wie oft Anweisungen ausgeführt werden sollen.
Wann brauchst du eine Zählschleife?
Wenn dein Roboter etwas nur eine bestimmte Anzahl von Malen machen soll. Zum Beispiel: 4-mal eine Strecke fahren, um ein Quadrat zu bilden.
Wie fügst du eine Zählschleife ein?
Nutze den Block „wiederhole … mal“ aus der Kategorie „Schleifen“. Lege alle Anweisungen in die Schleife, die sich wiederholen sollen. Gib dann die Anzahl der Wiederholungen ein.
Ändere im Block „wiederhole-mal“, wie oft die Anweisungen wiederholt werden sollen.
Im Block „wiederhole-mal“ steht eine Zahl. Du kannst die Zahl 2 durch eine andere Zahl ersetzen. Dann wiederholt dein eXperiBot die Anweisung so oft, wie die Zahl angibt.
Teste dein Programm.
Du kannst deinen Code mit Schleifen kürzer und übersichtlicher machen.
Zusatzaufgabe 1
Was muss dein eXperiBot machen, um ein gleichseitiges Dreieck zu fahren? Überlege:
Welche Bewegungen sind nötig?
Wie oft müssen sich diese wiederholen?
Welche Blöcke aus den Kategorien „Motor“ und „Schleifen“ helfen dir dabei?
Ein Dreieck mit drei gleich langen Seiten heißt gleichseitiges Dreieck. In einem gleichseitigen Dreieck sind auch alle Innenwinkel gleich groß. Jeder Winkel ist 60°. Denn die drei Innenwinkel in einem Dreieck ergeben immer 180°.
Wie oft muss dein eXperiBot vorwärts fahren?
Wie oft muss sich dein eXperiBot nach rechts drehen? Um wie viel Grad muss sich dein eXperiBot jedes Mal drehen?
Erstelle dein Programm. Achte darauf, dass es mit möglichst wenigen Blöcken auskommt und übersichtlich bleibt.
Teste dein Programm: Fährt dein eXperiBot ein gleichseitiges Dreieck?
Falls nicht, ändere dein Programm.
Damit dein eXperiBot ein gleichseitiges Dreieck fährt, muss er drei gleich lange Strecken zurücklegen.
Im Block „Motor fahre vorwärts“ kannst du keine Länge eingeben. Aber du kannst deinen eXperiBot 3-mal gleich lang fahren lassen – mit derselben Zeit und Geschwindigkeit.
So fährt dein eXperiBot ein Dreieck mit ungefähr gleich langen Seiten.
Dein eXperiBot fährt ein Dreieck mit drei gleich langen Seiten.
Prüfe dein Programm noch einmal. Hast du die gleiche Anweisungen mehrfach verwendet? Wenn ja, mach deinen Code kürzer.
Nutze eine Zählschleife.
Dein Code ist jetzt kürzer.
Zusatzaufgabe 2
Schreibe ein Programm, das so kurz wie möglich ist.
Dein eXperiBot soll genau fünf Kreise fahren.
Nach jedem Kreis soll dein eXperiBot eine Sekunde warten und einen kurzen Ton abspielen. So hörst du, dass er mit einem neuen Kreis beginnt.
Überlege dir, wie dein eXperiBot einen Kreis fahren kann.
Der Kreis muss nicht perfekt sein. Es soll aber zu erkennen sein, dass es ein Kreis ist.
Wissen über Kreise
Bei einem Kreis ist jeder Punkt auf der Kreislinie gleich weit vom Mittelpunkt M entfernt. Diese Entfernung nennt man Radius r.
Wenn dein eXperiBot einen Kreis fährt, fährt er eine volle Kurve. Das heißt: dein eXperiBot macht eine Umdrehung von 360°.
In der Kategorie „Motor“ gibt es keinen Block mit dem Namen „Fahre Kreis“.
Aber dein eXperiBot kann trotzdem einen Kreis fahren: Er fährt eine Kurve mit dem richtigen Winkel, sodass ein Kreis entsteht.
Damit dein eXperiBot eine Kurve fahren kann, passiert Folgendes:
Das Rad auf der Außenseite der Kurve dreht sich schneller, weil es einen längeren Weg zurücklegen muss.
Das Rad auf der Innenseite der Kurve dreht sich langsamer, weil der Weg kürzer ist.
So fährt dein eXperiBot auf einer Kreislinie.
Teste dein Programm und beobachte genau, was passiert:
Fährt dein eXperiBot genau fünf Kreise?
Wartet dein eXperiBot nach jedem Kreis eine Sekunde und spielt einen kurzen Ton?
Beginnt dein eXperiBot danach einen neuen Kreis?
Falls dein Programm nicht funktioniert, passe es an und teste es noch einmal.
Passe die Werte im folgenden Block so an, dass die Kreise gut erkennbar sind. Ein Kreis muss nicht perfekt sein – wichtig ist, dass die Bewegung wie ein Kreis aussieht.
Dein eXperiBot fährt fünf Kreise, wartet nach jedem Kreis und spielt einen Ton.
Ändere dein Programm und probiere neue Ideen aus.
Variiere die Anzahl der Kreise.
Fahre verschiedene Kreise: große und kleine.
Fahre die Kreise schnell oder langsam.
Erfinde eine eigene Melodie zwischen den Kreisen.
Teste dein Programm.
Du hast dein Programm angepasst und neue Ideen ausprobiert.
Zusatzaufgabe 3
Was muss dein eXperiBot machen, um abwechselnd ein Quadrat und einen Kreis zu fahren? Überlege:
Welche Bewegungen sind nötig?
Wie oft muss dein eXperiBot den Wechsel zwischen Quadrat und Kreis wiederholen?
Welche Blöcke aus den Kategorien „Motor“ und „Schleifen“ helfen dir dabei?
Erstelle dein Programm. Achte darauf, dass es mit möglichst wenigen Blöcken auskommt und übersichtlich bleibt.
In einem Programm kannst du mehr als eine Schleife verwenden. Manchmal reicht eine Schleife nicht aus, weil verschiedene Teile des Programms unterschiedlich oft wiederholt werden sollen.
Zum Beispiel:
Eine Zählschleife wiederholt etwas so oft, wie du es angibst.
Eine Endlosschleife wiederholt den ganzen Ablauf immer wieder – ohne Ende.
Teste dein Programm.
Fährt dein eXperiBot abwechselnd ein Quadrat und einen Kreis – ohne Ende? Falls nicht, passe dein Programm an.
Dein eXperiBot ist schon ein Quadrat und einen Kreis gefahren. Schau dir deine beiden Programme noch einmal an. Jetzt musst du sie nur zusammenfügen. Überlege danach, wie sich der Ablauf immer wiederholen kann.
Dein eXperiBot fährt jetzt abwechselnd ein Quadrat und einen Kreis – und das immer wieder!