Explorer: Hin- und Herfahren
Die Lerneinheit vermittelt, wie der eXperiBot zwischen zwei Stationen fährt, Tempo anpasst und Pausen einlegt.
Lerne, wie du deinem eXperiBot sagst, dass er zwischen zwei Stationen hin- und herfährt und Pausen macht.
Orientierung an den Bildungsstandards Informatik Sekundarstufe I
Die Lerneinheit „Hin- und Herfahren“ 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.
Strukturieren und Vernetzen
Durch das Erstellen von Sequenzen und die Integration einer Endlosschleife erkennen die Lernenden die Bedeutung geordneter Abläufe und wiederholbarer Strukturen 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. 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 gezielt zwischen mehreren Stationen navigiert. Sie setzen geeignete motorische Befehle ein, führen unterschiedliche Fahrmanöver aus und integrieren zusätzliche Aktionen wie Pausen und Melodien. Dabei verstehen sie die Bedeutung von Endlosschleifen für die Automatisierung wiederkehrender Abläufe.
Wissensbezogene Lernziele (kognitiv)
Die Schülerinnen und Schüler können…
wiederkehrende Programmabläufe mithilfe einer Endlosschleife automatisieren.
analysieren, welche Programmierblöcke für Bewegungen, Pausen und Melodien erforderlich sind und wie sie zusammenwirken.
Fähigkeits-/Fertigkeitsbezogene Lernziele (prozedural)
Die Schülerinnen und Schüler können…
ein Programm erstellen, das den eXperiBot zwischen zwei oder mehreren Stationen fahren lässt.
passende Blöcke aus den Kategorien „Motor“, „Powerbrain“ und „Schleifen“ einsetzen.
ihr Programm testen und bei Bedarf anpassen, 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.
können verstehen, dass der Einsatz einer Endlosschleife den Programmcode verkürzt und dadurch die Programmierung effizienter macht.
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.
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).
Unterrichtsplanung
Die Lerneinheit führt die Kontrollstruktur Endlosschleife ein.
Einstieg (ca. 10 Minuten)
Methode: Unterrichtsgespräch im Plenum
Story für Unterrichtseinstieg: Servier-Roboter im Alltag
„Habt ihr schon einmal in einem Restaurant oder Café gesehen, wie Roboter Essen an die Tische bringen? Solche Servier-Roboter werden immer häufiger eingesetzt – hauptsächlich dort, wo viele Bestellungen schnell und zuverlässig verteilt werden müssen. Sie fahren selbstständig zwischen Küche und Tischen, halten an, geben ein Signal wie einen Ton oder eine Melodie, damit die Gäste wissen: Das Essen ist da! Danach drehen sie sich und fahren zurück, um neue Bestellungen zu holen.“
Impulsfragen für das Unterrichtsgespräch
Warum sind solche Roboter praktisch?
Sie sparen Zeit und entlasten das Personal.
Sie arbeiten zuverlässig und können viele Aufgaben übernehmen.
Sie sind besonders hilfreich bei großem Gästeaufkommen oder Personalmangel.
Wo könnten solche Roboter noch eingesetzt werden?
In Krankenhäusern (Medikamente oder Essen bringen).
In Hotels (Gepäckservice).
In Fabriken oder Lagern (Transport von Waren).
In Pflegeeinrichtungen (Hilfestellung für Bewohner).
Welche Aufgaben muss ein Roboter erfüllen, damit er zuverlässig arbeitet?
Sich sicher bewegen (zwischen Stationen fahren, Hindernisse vermeiden).
Signale geben (Ton oder Licht, um Aufmerksamkeit zu erzeugen).
Anhalten und warten (z. B. Pausen einlegen).
Sich orientieren und drehen, um die richtige Richtung zu finden.
Überleitung zur Lerneinheit „Hin- und Herfahren“
Arbeitsauftrag formulieren: Heute wird dein eXperiBot selbst zum Servier-Roboter! Bearbeite dazu die Lerneinheit „Hin- und Herfahren“ 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 (Schleifen, Sequenzen).
Lernende verstehen, wie die Programmstruktur das Verhalten des Roboters beeinflusst.
Lernende können den Bezug zur realen Anwendung (Servier-Roboter) herstellen.
Leitfragen
Nenne die Funktionen, die dein eXperiBot an jeder Station ausführt.
Melodie spielen, pausieren, drehen, weiterfahren
Die Lernenden sollen erkennen, dass der Roboter an jeder Station mehrere Anweisungen ausführt: Er hält kurz an, spielt eine Melodie als Signal und dreht sich, bevor er die Fahrt fortsetzt. Diese Funktionen sind zentral für die Aufgabe und spiegeln die Anforderungen eines Servier-Roboters wider.
Beschreibe die Reihenfolge der Blöcke in deinem Programm.
Sequenz: Fahrt, Melodie, Halt, Drehung, Rückfahrt
Die erwartete Beschreibung umfasst die logische Abfolge:
Zuerst fährt der Roboter zur Station, dann folgt das Abspielen der Melodie, das Anhalten und die Drehung. Anschließend beginnt die Rückfahrt. Die Lernenden sollen die Bedeutung der richtigen Reihenfolge für das korrekte Verhalten des Roboters verstehen.
Begründe, warum du eine Endlosschleife eingesetzt hast.
Sie sorgt dafür, dass die Fahrt zwischen den Stationen unbegrenzt wiederholt wird.
Die Lernenden sollen erläutern, dass die Endlosschleife notwendig ist, um die Fahrt zwischen den beiden Stationen kontinuierlich zu wiederholen. Ohne diese Schleife würde der Roboter die Strecke nur einmal fahren und die Aufgabe nicht erfüllen.
Erkläre, welche Auswirkungen es hat, wenn ein Block an der falschen Stelle in der Schleife liegt.
Fehlerhafte Abläufe, z. B. Melodie wird ständig wiederholt oder Drehung erfolgt an der falschen Stelle.
Die Lernenden sollen erkennen, dass eine falsche Positionierung von Blöcken zu fehlerhaftem Verhalten führt, z. B. dass die Melodie bei jeder Bewegung abgespielt wird oder die Drehung an der falschen Stelle erfolgt. Dies verdeutlicht die Bedeutung einer korrekten Programmstruktur.
Vergleiche dein Programm mit dem Verhalten eines echten Servier-Roboters.
Beide fahren zwischen Stationen, halten an, geben Signal; echter Roboter hat zusätzliche Sensorik (Hinderniserkennung).
Die Lernenden sollen Gemeinsamkeiten und Unterschiede benennen: Beide fahren zwischen Stationen, halten an und geben ein Signal. Ein echter Servier-Roboter verfügt jedoch zusätzlich über Sensoren zur Hinderniserkennung und kann flexibel auf Änderungen reagieren.
Bewerte, wie gut dein Programm für den Einsatz in einem Restaurant geeignet wäre.
Grundfunktion erfüllt, aber fehlt Hinderniserkennung und flexible Wegplanung.
Die Lernenden sollen einschätzen, dass das Programm die Grundfunktion erfüllt, aber für den realen Einsatz noch wichtige Elemente fehlen, wie Hinderniserkennung, flexible Wegplanung und Sicherheitsmechanismen.
Ideen für Unterrichtsgespräche
Abbruch einer Endlosschleife
Impulsfrage:
Wie könnte ein Roboter in einer Fabrik seine Arbeit stoppen, wenn eine Gefahr erkannt wird?
Diskussionspunkte:
Endlosschleifen laufen unbegrenzt, wenn im Programm keine Abbruchbedingung vorgesehen ist.
Endlosschleifen beenden sich nicht selbstständig. In der Praxis werden technische Systeme entweder manuell unterbrochen (z. B. durch einen Not-Aus) oder durch programmierte Bedingungen gesteuert.
Sensoren erfassen dabei Zustände (z. B. ein Hindernis), liefern jedoch nur Daten. Erst die Programm-Logik wertet diese Sensorwerte aus und entscheidet, ob die Schleife unterbrochen oder beendet wird.
Ziel:
Verständnis dafür entwickeln, dass Endlosschleifen ohne programmierte Abbruchbedingungen nicht selbstständig enden.
Verdeutlichen, dass unkontrollierte Endlosschleifen in technischen Systemen riskant sind und daher zusätzliche Sicherheits- und Kontrollmechanismen notwendig sind.
Erwartungsbild:
Die Lernenden nennen das manuelle Stoppen (z. B. Not-Aus) und erkennen, dass ein automatisches Beenden einer Schleife nur durch zusätzliche Bedingungen und Kontrollstrukturen im Programm möglich ist.
Vorteile der Endlosschleife
Impulsfrage:
Warum ist es für einen Staubsaugerroboter sinnvoll, eine Schleife zu nutzen?
Diskussionspunkte:
Der Roboter muss bestimmte Arbeitsschritte (z. B. Fahren und Saugen) ständig wiederholen, ohne dass der Programmcode mehrfach geschrieben werden muss.
Schleifen ermöglichen eine effiziente, übersichtliche und wartbare Programmierung.
Ziel:
Verdeutlichen, wie Schleifen – auch Endlosschleifen – in Alltagsrobotern für wiederkehrende Aufgaben sinnvoll eingesetzt werden können, sofern sie durch Bedingungen kontrolliert und sicher eingebettet sind.
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
Hinweis zur Lösung:
Die Lösung setzt voraus, dass die beiden Stationen in gerader Linie zueinander liegen. Ist dies nicht der Fall, müssen vor dem Abspielen des Tons zusätzliche Bewegungsanweisungen aus der Kategorie „Motor“ eingefügt werden.
Der in der Lösung verwendete Zeitwert für die Fahrbewegungen ist exemplarisch und kann variieren. Je nach gewünschter Distanz oder Geschwindigkeit des eXperiBots müssen diese Werte angepasst werden.
Beim Ton wird in der Beispiel-Lösung lediglich das Abspielen einer einzelnen Note dargestellt. Es ist jedoch ebenso möglich, mehrere Noten oder eine vollständige Melodie zu programmieren.
Für die Lösung wird auch angenommen, dass der eXperiBot für die Hin- und Rückfahrt dieselbe Strecke nutzt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Lösungsdatei zum Download und Import in die eXperiBot Blockly App.
Zusatzaufgabe 1
Der Lösungsvorschlag erfüllt die Mindestanforderung, indem er eine Kurvenfahrt enthält. Es können jedoch auch mehrere Kurven integriert werden; das Programm ist entsprechend anzupassen.
Die in der Beispiel-Lösung verwendeten Zeitwerte für die Fahrbewegungen sind exemplarisch und können variieren. Je nach gewünschter Distanz oder Geschwindigkeit des eXperiBots müssen diese Werte angepasst werden.
Für den Ton wird in der Beispiel-Lösung lediglich das Abspielen einer einzelnen Note gezeigt. Es ist jedoch ebenso möglich, mehrere Noten oder eine vollständige Melodie zu programmieren.
Für die Lösung wird auch angenommen, dass der eXperiBot für die Hin- und Rückfahrt dieselbe Strecke nutzt. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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
Lege zwei Stationen fest. Zum Beispiel: Lege zwei Stifte auf den Boden.
Stelle deinen eXperiBot an die Station 1.
Programmiere deinen eXperiBot so, dass er zur Station 2 fährt. Nutze dafür die passenden Blöcke aus der Kategorie „Motor“.
Sind die Stationen weit auseinander? Passe die Fahrzeit an.
Muss dein eXperiBot eine Kurve fahren? Wähle den passenden Block.
Dein eXperiBot ist an Station 2!
Lass ihn zuerst eine Melodie spielen und dann 3 Sekunden anhalten. Nutze die passenden Blöcke aus der Kategorie „Powerbrain“. Füge die Blöcke in dein Programm ein.
Jetzt soll sich dein eXperiBot drehen und wieder Richtung Station 1 schauen. Nutze dafür einen passenden Block aus der Kategorie „Motor“.
Die Drehung soll so sein, dass dein eXperiBot wieder Richtung Station 1 schaut.
Das bedeutet: eine halbe Umdrehung um sich selbst. Also eine Drehung um 180°.
Dann fährt dein eXperiBot zurück zur Station 1. Dort hält er an und spielt wieder eine Melodie.
Ergänze dein Programm mit den passenden Blöcken.
Teste dein Programm.
Prüfe deinen Code – macht dein eXperiBot Folgendes?
Stoppt dein eXperiBot an Station 2 und spielt eine Melodie?
Dreht er sich und fährt zurück zur Station 1?
Spielt er dort erneut eine Melodie?
Dein eXperiBot soll den Ablauf immer wiederholen: von Station 1 zu Station 2 und zurück – mit Pausen und Melodien.
Wenn du jede Fahranweisung einzeln schreibst, wird das Programm lang und unübersichtlich. Mit einer Endlosschleife geht es einfacher. Nutze dafür den passenden Block aus der Kategorie „Schleifen“ und ergänze dein Programm.
Was ist eine Endlosschleife?
Eine Endlosschleife wiederholt die Anweisungen immer wieder, ohne von selbst aufzuhören. Die Endlosschleife läuft so lange, bis du das Programm stoppst.
Wann brauchst du eine Endlosschleife?
Wenn dein Roboter dauerhaft das Gleiche machen soll. Zum Beispiel: von Station 1 zu Station 2 und zurück – immer wieder. So musst du die Anweisungen nicht mehrfach schreiben.
Wie fügst du eine Endlosschleife ein?
Nutze den Block „Wiederhole unendlich“ aus der Kategorie „Schleifen“. Lege alle Anweisungen in die Schleife, die sich wiederholen sollen.
Teste dein Programm.
Fährt dein eXperiBot zwischen Station 1 und Station 2 hin und her? Macht er Pausen und spielt eine Melodie?
Wenn nicht, überlege: Welche Blöcke musst du in deinem Programm ändern, damit dein eXperiBot die richtigen Anweisungen ausführt?
Prüfe deine Endlosschleife. Entferne alle Blöcke, die sich nicht wiederholen sollen – sonst fährt dein eXperiBot falsch.
Jetzt kann dein eXperiBot zwischen zwei Stationen hin und her fahren, Pausen machen und sogar eine Melodie spielen.
Zusatzaufgabe 1
Lege deine beiden Stationen so, dass dein eXperiBot, wenn er hin und herfährt mindestens eine Kurve fahren muss.
Ändere dein Programm so, dass dein eXperiBot jetzt auch die Station 2 erreicht.
Alles andere soll gleich bleiben:
Dein eXperiBot fährt von Station 1 zu Station 2.
An Station 2 spielt er wieder eine Melodie und macht eine kurze Pause.
Danach fährt er zurück zu Station 1.
Dein eXperiBot soll den Ablauf immer wiederholen. Also zwischen den beiden Stationen hin- und herfahren.
Teste dein Programm.
Fährt dein eXperiBot zwischen Station 1 und Station 2 hin und her? Muss er dabei mindestens eine Kurve fahren? Macht er an beiden Stationen eine Pause und spielt eine Melodie?
Wenn nicht, überlege: Welche Blöcke musst du ändern oder ergänzen, damit dein eXperiBot die richtigen Anweisungen ausführt?
Jetzt kann dein eXperiBot zwischen zwei Stationen hin- und herfahren, dabei eine Kurve fahren, Pausen machen und sogar eine Melodie spielen.
Zusatzaufgabe 2
Lege drei Stationen fest. Zum Beispiel: Lege drei Stifte auf den Boden. Damit du nicht durcheinander kommst, beschrifte die Stationen mit A, B und C.
Stelle deinen eXperiBot an die Station A.
Dein eXperiBot soll:
von Station A zu Station B fahren,
dann zurück zu Station A,
danach zu Station C,
und wieder zurück zu Station A.
An jeder Station eine Melodie spielen und kurz anhalten.
Programmiere deinen eXperiBot so, dass er die Abfolge ausführt.
Teste dein Programm.
Fährt dein eXperiBot zwischen Station A, Station B und Station C in der richtigen Reihenfolge hin und her:
von Station A zur Station B,
dann zurück zur Station A,
danach zur Station C und wieder zurück zur Station A?
Macht er an jeder Station eine Pause und spielt eine Melodie?
Wenn nicht, überlege: Welche Blöcke musst du ändern oder ergänzen, damit dein eXperiBot die richtigen Anweisungen ausführt?
Dein eXperiBot fährt A, B und C der Reihe nach an und spielt an jeder Station eine Melodie.