Explorer: Fahrbewegungen
Die Lerneinheit vermittelt, wie der eXperiBot sich bewegt, Fahrbefehle ausführt und Programme korrekt umgesetzt werden.
Lerne, wie du deinem eXperiBot sagst, wohin, wie schnell und wie lange er fahren soll.
Orientierung an den Bildungsstandards Informatik Sekundarstufe I
Die Lerneinheit orientiert sich an den Kompetenzbereichen der Bildungsstandards:
Modellieren und Implementieren
Die Schülerinnen und Schüler formulieren Bewegungsabläufe als präzise Handlungsanweisungen und setzen diese mithilfe von Programmierblöcken um.
Strukturieren und Vernetzen
Durch das Erstellen von Sequenzen erkennen die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung geordneter Abläufe für die Funktionsweise von Programmen.
Erkunden und Bewerten technischer Systeme
Der eXperiBot dient als anschauliches Modell, um Zusammenhänge zwischen Programmcode und physischem Verhalten zu verstehen.
Kommunizieren und Kooperieren
Die Lernenden tauschen sich über Testergebnisse aus und optimieren ihre Programme gemeinsam.
Lernziele
Gesamtlernziel (übergeordnet)
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein funktionsfähiges Programm, mit dem der eXperiBot gezielt durch den Raum navigiert. Sie setzen passende motorische Befehle ein, führen unterschiedliche Fahrmanöver aus und verstehen die Bedeutung klarer und präziser Anweisungen für die Programmierung.
Wissensbezogene Lernziele (kognitiv)
Die Schülerinnen und Schüler können…
die motorischen Steuerbefehle des eXperiBot benennen und deren Wirkung beschreiben.
die Fachbegriffe „Anweisung“ und „Sequenz“ erklären und jeweils ein Beispiel aus der Roboterprogrammierung nennen.
die Bedeutung präziser Anweisungen für die korrekte Ausführung eines Programms erläutern.
Fähigkeits-/Fertigkeitsbezogene Lernziele (prozedural)
Die Schülerinnen und Schüler können…
ein eigenes Steuerprogramm erstellen, mit dem der eXperiBot einen vorgegebenen Weg sicher und zielgerichtet fährt.
eine Abfolge von Anweisungen (Sequenz) planen, testen und überarbeiten, um typische Fehler (z. B. falsche Reihenfolge, unpassende Wiederholungen) zu erkennen und zu korrigieren.
motorische Steuerbefehle so einsetzen, dass der Roboter verschiedene Fahrmanöver ausführt (z. B. drehen, Kurven fahren, anhalten, ausweichen).
Haltungsbezogene Lernziele (affektiv)
Die Schülerinnen und Schüler…
zeigen Ausdauer und bleiben bei Fehlversuchen motiviert, indem sie ihre Programme reflektieren und verbessern.
arbeiten kooperativ in Teams, geben konstruktives Feedback und nutzen dieses zur Optimierung ihrer Programme.
Vorkenntnisse
Die Lernenden:
wissen, dass Roboter programmiert werden, um Aufgaben auszuführen,
kennen den Begriff „Programm“ und dessen Bedeutung,
kennen den Begriff „Algorithmus“,
sind mit der Programmierumgebung der eXperiBot-Blockly-App vertraut.
Folgende Lerneinheit sollte idealerweise vorab bearbeitet werden:
Erste Schritte (Einführung in die Programmierumgebung).
Unterrichtsplanung
Die Lerneinheit führt die Programmierkonzepte Anweisung und Sequenz ein.
Einstieg (ca. 10 Minuten)
Methode: Unterrichtsgespräch im Plenum
Phase 1: Gespräch über Roboter im Alltag (5 Minuten)
Impulsfrage: Wo begegnen uns Roboter im Alltag?
Beispiele nennen: Haushaltsroboter, Industrieroboter, Serviceroboter.
Gemeinsam erarbeiten: Roboter übernehmen Aufgaben, die Menschen entlasten.
Phase 2: Funktionsprinzip klären (3 Minuten)
Leitgedanke: Roboter werden programmiert, damit sie Aufgaben ausführen können.
Verdeutlichen: Ohne Programm keine Bewegung.
Alltagsbezug: Wie muss ein Roboter programmiert werden, dass er sich im Raum bewegt?
Phase 3: Hinführung zur Lerneinheit „Fahrbewegungen“ (2 Minuten)
Arbeitsauftrag formulieren: Erstelle ein Programm, das den eXperiBot durch den Raum fahren lässt.
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.
Reflexionsphase (ca. 10 Minten)
Methode: Unterrichtsgespräch im Plenum
Die Lernenden sollen die zentralen Begriffe „Anweisung“ und „Sequenz“ klären, ihre Erfahrungen aus der Aufgabe reflektieren und ihr Wissen auf neue Kontexte übertragen. Dies fördert das Verständnis für Programmierkonzepte (Anweisung und Sequenz) und die Bedeutung der Reihenfolge in Algorithmen.
Die Lernenden sollen erkennen, dass diese Prinzipien auch in der Robotik wichtig sind. Roboter arbeiten zuverlässig nur dann, wenn ihre Anweisungen in einer klaren Reihenfolge vorliegen. So wird deutlich, dass Programmierung eine Grundlage für automatisierte Abläufe ist – sowohl im Unterricht als auch in vielen Anwendungen des Alltags.
Vorgeschlagene Leitfragen für das Unterrichtsgespräch
Definiere die Begriffe „Anweisung“ und „Sequenz“ in eigenen Worten.
Eine Anweisung ist ein einzelner Befehl, den der Roboter ausführt (z. B. „Fahre vorwärts“).
Anweisungen werden nacheinander im Programm ausgeführt.
Mehrere Anweisungen nacheinander nennt man Sequenz.
Lernende sollen eigene Formulierungen finden, um ihr Verständnis zu zeigen.
Nenne Beispiele für Anweisungen und Sequenzen aus deinem Blockly-Programm.
Lernende geben Beispiele für Anweisungen, zum Beispiel:
Lernende geben Beispiele für eine Sequenz, zum Beispiel:
Lernende sollen den Unterschied zwischen einzelnen Anweisungen und einer Sequenz erkennen und verdeutlichen.
Begründe, warum unterschiedliche Reihenfolgen von Anweisungen zu einer anderen Bewegung des eXperiBots führen.
Die Reihenfolge bestimmt den Ablauf: Wenn die Drehung vor dem Anhalten kommt, dreht sich der Roboter an der falschen Stelle. Eine falsche Reihenfolge führt zu unerwartetem Verhalten.
Verständnis für die logische Struktur von Algorithmen.
Übertrage dein Wissen: Wo benötigen Roboter im Alltag eine feste Sequenz von Anweisungen?
Servier-Roboter im Restaurant, Lagerroboter, Staubsaugerroboter.
Sie benötigen feste Abläufe, um zuverlässig zu arbeiten und keine Schritte zu vergessen.
Anwendung des Gelernten auf reale Kontexte, um die Relevanz zu verdeutlichen.
Ideen für Unterrichtsgespräche
Vergleich: Mensch vs. Roboter
Impulsfrage:
Wie unterscheiden sich Menschen und Roboter bei der Ausführung von Aufgaben?
Diskussionspunkte:
Menschen können flexibel reagieren, Roboter folgen strikt der Programmierung. Was passiert, wenn ein Roboter eine Anweisung nicht versteht?
Ziel:
Verdeutlichen, warum exakte Programmierung notwendig ist.
Fehleranalyse und Debugging
Impulsfrage:
Was passiert, wenn eine Anweisung fehlt oder in der falschen Reihenfolge steht?
Aktivitäten der Lehrkraft:
Zur Veranschaulichung kann ein fehlerhafter Blockly-Code gezeigt werden.
Diskussionspunkte:
Was passiert, wenn eine Anweisung fehlt?
Wie erkennt man Fehler im Programm?
Wie kann man Fehler systematisch beheben?
Warum ist Debugging eine wichtige Kompetenz?
Ziel:
Verständnis für die Bedeutung der Reihenfolge und für Debugging-Prozesse.
Sicherheitsaspekt in der Robotik
Impulsfrage:
Warum ist eine korrekte Reihenfolge bei Industrierobotern besonders wichtig?
Diskussionspunkte:
Welche Risiken entstehen bei falscher Programmierung?
Welche Sicherheitsmechanismen gibt es?
Ziel:
Die Relevanz von Programmierung für Sicherheit verdeutlichen.
Kreative Erweiterung
Impulsfrage:
Wie könnte ein Roboter selbst erkennen, dass die Reihenfolge falsch ist?
Diskussionspunkte:
Wie könnte ein Roboter erkennen, dass die Reihenfolge falsch ist?
Welche Rolle spielen Sensoren?
Wie helfen Bedingungen (If-Abfragen)?
Ziel:
Ausblick auf komplexere Kontrollstrukturen (Bedingungen, Schleifen).
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
Die Werte für Zeit, Geschwindigkeit, Gradzahl und Radius können individuell angepasst werden.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Zusatzaufgaben
Für diese Aufgaben gibt es keine vorgegebenen Lösungsvorschläge, da individuelle Lösungswege erforderlich sind. Die Korrektheit wird unmittelbar an der Bewegung des eXperiBot sichtbar.
Grundsätzlich sollen ausschließlich Blöcke aus der Kategorie „Motor“ verwendet werden, um den eXperiBot zu steuern.
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
Lass deinen eXperiBot 2 Sekunden lang mit mittlerer Geschwindigkeit vorwärtsfahren. Wähle aus der Kategorie „Motor“ folgenden Block.
Verbinde diesen Block mit dem Block „starte Programm“.
Teste dein Programm.
Dein Programm sagt deinem eXperiBot, wie er sich bewegen soll.
Wenn du deinem eXperiBot sagst, was er sich bewegen soll, ist das eine Anweisung.
Eine Anweisung ist ein Befehl.
Anweisungen werden nacheinander im Programm ausgeführt.
Jetzt soll dein eXperiBot langsamer, aber dafür länger durch den Raum fahren. Ändere die Zeit und die Geschwindigkeit in Block. Teste dann dein Programm.
Wenn du die Zeit ändern willst, schreibe eine neue Zahl in den passenden Block.
Fahre mit deinem eXperiBot eine kurze Strecke.
Fahre zuerst wieder mit deinem eXperiBot vorwärts.
Danach soll dein eXperiBot eine Rechtskurve und eine Linkskurve fahren.
Anschließend fährt dein eXperiBot wieder vorwärts weiter.
Ergänze dein Programm. Wähle dafür aus der Kategorie „Motor“ die passenden Blöcke.
Teste dein Programm.
Mehrere Anweisungen nacheinander nennt man Sequenz.
Probiere aus, wie sich dein eXperiBot bewegt.
Fahre schnell und langsam.
Fahre kurze und lange Strecken.
Teste kleine und große Kurven.
Passe im Block die Gradzahl und den Radius an.
Gradzahl: Gibt an, wie weit sich dein eXperiBot dreht. Eine kleine Zahl bedeutet eine kleine Drehung. Eine große Zahl bedeutet eine große Drehung.
Radius: Bestimmt, wie eng oder weit die Kurve ist. Ein kleiner Radius bedeutet eine enge Kurve. Ein großer Radius bedeutet eine weite Kurve.
Dein eXperiBot kann jetzt schnell oder langsam fahren und große oder kleine Kurven machen.
Zusatzaufgabe 1
Arbeitet zu zweit.
Schaut euch den Code gemeinsam an.
Erklärt euch gegenseitig, wie sich der eXperiBot bewegt.
Übernehmt den Code in den Editor.
Startet das Programm und lasst euren eXperiBot fahren.
Prüft euer Ergebnis: Fährt euer eXperiBot wie beschrieben?
Wenn nicht, ändert die Blöcke und testet erneut.
Du kannst den Programmcode deines eXperiBots lesen und die Anweisungen beschreiben.
Zusatzaufgabe 2
Arbeitet zu zweit.
Person A: Überlege, wie der eXperiBot fahren soll. Beschreibe deine Anweisungen für Person B.
Richtung: vorwärts oder rückwärts?
Kurve: rechts oder links?
Geschwindigkeit: schnell oder langsam?
Dauer: wie lange soll er fahren?
Person B: Suche die passenden Blöcke aus der Kategorie „Motor“ und ziehe sie in den Editor. So kann der eXperiBot die Anweisungen ausführen.
Testet gemeinsam: Führt euer eXperiBot die Anweisungen so aus, wie ihr es geplant habt?
Wenn nicht: Überlegt gemeinsam, welche Blöcke ihr ändern müsst. Passt die Blöcke an und testet euer Programm erneut.
Jetzt tauscht ihr die Rollen.
Person B: Überlege, wie der eXperiBot fahren soll. Beschreibe deine Anweisungen für Person A.
Person A: Suche die passenden Blöcke und ziehe sie in den Editor.
Testet erneut, ob euer eXperiBot alles richtig macht.
Euer eXperiBot folgt euren Anweisungen.
Zusatzaufgabe 3
Wähle einen Startpunkt und einen Zielpunkt auf dem Boden deines Zimmers. Der Zielpunkt sollte etwas weiter vom Startpunkt entfernt liegen.
Stelle deinen eXperiBot an den Startpunkt.
Überlege, welche Anweisungen dein eXperiBot braucht, um zum Ziel zu fahren.
Wähle die passenden Blöcke aus der Kategorie „Motor“ und ziehe sie in den Editor.
Starte dein Programm und teste, ob dein eXperiBot das Ziel erreicht.
Erreicht dein eXperiBot das Ziel?
Wenn dein eXperiBot nicht am Ziel stoppt, dann ändere deinen Code. Teste erneut, bis dein Programm funktioniert und dein eXperiBot das Ziel erreicht.
Prüfe, ob dein eXperiBot lange genug fährt.
Passe die Zeit an, damit er das Ziel erreicht.
Dein eXperiBot ist am Ziel.
Zusatzaufgabe 4
Arbeitet zu zweit.
Für diese Aufgabe benötigt ihr zwei eXperiBots.
Ihr habt nur einen eXperiBot? Dann könnt ihr ihn auch zweimal fahren lassen. Stoppt die Zeit beim Fahren. So könnt ihr die Zeiten vergleichen.
Wählt einen Startpunkt und einen Zielpunkt auf dem Boden eures Zimmers. Der Zielpunkt soll weiter weg vom Startpunkt liegen.
Das eXperiBot-Rennen
Stellt eure eXperiBots an den Start und startet das Rennen.
Programmiert eure eXperiBots mit den passenden Anweisungen, damit sie vom Start bis ins Ziel fahren.
Verwendet Blöcke aus der Kategorie „Motor“.
Testet euer Programm.
Wer gewinnt das Rennen? Welcher eXperiBot ist der Schnellste?
Dein eXperiBot hat das Rennen geschafft!