Verbindung zu VEX GO

Das STEM-Labor „Data Detectives: Bridge Challenge“ vermittelt Schülern praxisnah, was Daten sind, wie Daten des VEX GO Eye Sensor erfasst und interpretiert werden können, wie man mithilfe von Daten ein echtes Problem löst, indem man eine Behauptung aufstellt, und wie man Daten erfasst und analysiert, um diese Behauptung zu untermauern oder zu widerlegen. In diesem Labor übernehmen die Studenten die Rolle von Brückeninspektoren und arbeiten eine Reihe von Aktivitäten durch, bei denen sie Daten zur Sicherheit von Brücken in einer Stadt sammeln, organisieren, analysieren und interpretieren.

In Labor 1 lernen die Schüler, wie der Augensensor Daten sammelt, indem sie die GO Code Base über die Oberfläche einer Brücke bewegen, um zu sehen, welche Daten er meldet, wenn er über verschiedenfarbige VEX GO Beams (die Risse in einer Brücke darstellen) fährt. Sie tun dies zunächst bei ausgeschaltetem Augenlicht und zeichnen die vom Sensor gemeldeten Daten auf, einschließlich der Position auf der Brücke, des Status des Augenlichts, des vom Sensor gemeldeten Farbtonwerts und der entsprechenden Farbe, die mithilfe der Farbtontabelle ermittelt wurde. Sie treffen eine Vorhersage darüber, ob das Einschalten des Augenlichts die vom Sensor gemeldeten Daten beeinflusst, und bewegen den Roboter erneut über die Oberfläche der Brücke. Dabei achten sie darauf, den Roboter so zu positionieren und zu führen, dass der Sensor die Daten genau erfassen kann. Anschließend analysieren die Schüler ihre Daten, um zu sehen, ob sich durch das Hinzufügen des Augenlichts der vom Sensor gemeldete Farbtonwert ändert.

In Labor 2 bauen sie auf ihrem Wissen auf, um Daten zu sammeln, die die Behauptung stützen oder widerlegen, dass es in ihrer Stadt eine unsichere Brücke gibt. Sie lernen die Sicherheitskriterien der Stadt für Brücken kennen und führen ein VEXcode GO-Projekt durch, um Daten über die Unterseite der Brücke zu sammeln. Sie nehmen diese Daten und stellen sie sowohl in einer Tabelle als auch in einem Diagramm dar, sodass sie Muster erkennen und feststellen können, ob und wo sich ein Riss auf der Brücke befindet. In Labor 3 nehmen die Schüler die gesammelten Daten und analysieren sie um die Größe des Risses in der Brücke zu bestimmen. Sie vergleichen ihre Daten aus diesem Labor sowie aus Labor 2 mit den Brückensicherheitskriterien, um die Behauptung, die Brücke sei unsicher, entweder zu stützen oder zu widerlegen.

In Labor 4 sind die Schüler bereit, ihre eigenen Behauptungen aufzustellen, indem sie Daten anwenden, um ein authentisches Problem zu lösen. Sie lernen zunächst Faktoren kennen, die sich auf die Oberfläche von Brücken auswirken und zu Rissen führen können, wie etwa Klima, Brückenspannweite und Brückenverkehrsaufkommen. Sie erhalten einen Datensatz über den Zustand verschiedener Brücken in der Stadt, den sie in ihren Gruppen analysieren, um eine Aussage darüber zu treffen, welche Brücke am unsichersten ist und einer Inspektion bedarf. In Übung 5 testen sie ihre Behauptung, indem sie das VEXcode GO-Projekt ausführen, um die Unterseite der von ihnen ausgewählten Brücke zu scannen und Daten über die Größe und den Ort aller vorhandenen Risse zu sammeln. Anhand der Daten wird entschieden, ob ihre Behauptung begründet oder widerlegt ist und die Daten anschließend in einem Brückeninspektionsbericht präsentiert.

Während die Schüler die Aktivitäten der einzelnen Labore durchlaufen, verwenden sie die gesammelten Daten zur Beschreibung räumlicher Beziehungen, indem sie Daten zur Lage und Größe der Brückenrisse sammeln. Sie verwenden die räumliche Sprache auch auf verschiedene Weise, unter anderem beim Erstellen der Code-Basis anhand von Bauanweisungen in Labor 1, beim Führen der Code-Basis mit dem Augensensor nach unten über die Risse in der Brücke und beim Visualisieren, wo sich die Risse in Labor 2 und 5 befinden könnten, wenn sie Daten von der Unterseite der Brücke erfassen. 

Programmieren lehren

Während dieser Einheit werden die Schüler mit verschiedenen Kodierungskonzepten wie Zerlegung und Sequenzierung konfrontiert. Die Labore dieser Einheit folgen einem ähnlichen Format:

• Engagieren:
  • Die Lehrer helfen den Schülern dabei, eine persönliche Verbindung zu den Konzepten herzustellen, die im Labor vermittelt werden.
  • Die Studierenden werden den Bau fertigstellen.
• Spielen:
  • Anweisungen: Lehrer stellen die Programmierherausforderung vor. Stellen Sie sicher, dass die Schüler das Ziel der Herausforderung verstehen.
  • Modell: Lehrer stellen Befehle vor, die bei der Erstellung ihres Projekts verwendet werden, um die Herausforderung zu meistern. Modellieren Sie die Befehle, indem Sie VEXcode (GO/123) projizieren oder physisch darstellen (Darstellungen der Blöcke/Coder-Karten). Zeigen Sie den Studierenden in Laboren, die Pseudocode enthalten, wie sie ihre Projekte planen und ihre Absicht darlegen.
  • Moderieren: Die Lehrer erhalten Anregungen, um mit den Schülern eine Diskussion über die Ziele ihres Projekts, das räumliche Denken, das mit der Aufgabe verbunden ist, und die Fehlerbehebung bei unerwarteten Ergebnissen ihrer Projekte anzuregen. In dieser Diskussion wird auch überprüft, ob die Schüler den Zweck der Herausforderung und die ordnungsgemäße Verwendung der Befehle verstehen.
  • Erinnern: Der Lehrer wird die Schüler daran erinnern, dass ihr Lösungsversuch beim ersten Mal nicht korrekt sein oder nicht ordnungsgemäß funktionieren wird. Ermutigen Sie die Schüler zu mehreren Wiederholungen und erinnern Sie sie daran, dass Versuch und Irrtum zum Lernen dazugehören.
  • Frage: Die Lehrer werden mit den Schülern eine Diskussion führen, in der die Laborkonzepte mit realen Anwendungen verknüpft werden. Beispiele hierfür könnten sein: „Wollten Sie schon immer Ingenieur werden?“ oder „Wo haben Sie in Ihrem Leben schon Roboter gesehen?“
• Teilen: Die Studierenden haben die Möglichkeit, ihr Wissen auf vielfältige Weise mitzuteilen. Mithilfe des Choice Boards erhalten die Schüler eine Stimme und eine Wahlmöglichkeit bei der Frage, wie sie ihr Lernen am besten darstellen.