Noten
3+ (ab 8 Jahren)
Zeit
40 Minuten pro Labor
Wesentliche Frage(n) der Einheit
- Was ist ein Sensor?
- Was sind Daten?
- Wie können wir Daten zur Lösung von Problemen nutzen?
Verständnis der Einheiten
In dieser Einheit werden die folgenden Konzepte behandelt:
- Ein Sensor erzeugt Daten über die reale Welt
- So nutzen Sie den Augensensor effektiv zur Datenerfassung
- So verstehen Sie die vom Augensensor bereitgestellten Daten
- So erstellen Sie eine Hypothese und testen sie anhand von Daten
Laborzusammenfassung
Klicken Sie auf die folgenden Registerkarten, um eine Zusammenfassung dessen zu erhalten, was die Studierenden in jedem Labor tun und lernen werden.
Lab 1 - Daten verstehen
Hauptfokusfrage: Was ist der Augensensor und welche Daten meldet er?
- Die Studierenden erstellen die Codebasis – Eye Down.
- Sie erhalten eine Einführung in den Augensensor, erfahren, wie er funktioniert und wie er Daten als Farbtonwerte meldet.
- Die Schüler bewegen die Codebasis bei ausgeschaltetem Augenlicht über die rissige Oberfläche einer Brücke und beobachten und zeichnen die vom Augensensor im VEXcode GO Monitor gemeldeten Daten auf.
- Die Schüler sollen vorhersagen, ob das Einschalten des Augenlichts die gemeldeten Sensordaten beeinflusst.
- Anschließend bewegen die Schüler die Codebasis mit eingeschaltetem Augenlicht über die Brückenoberfläche und beobachten und zeichnen die vom Augensensor im VEXcode GO-Monitor gemeldeten Daten auf.
- Sie vergleichen ihre Datensätze, um ihre Vorhersagen zu bestätigen oder zu widerlegen, und diskutieren, wie und warum die Datensätze voneinander abweichen.
Übung 2 - Daten sammeln
Hauptfokusfrage: Wie kann ich mit einem Sensor Daten erfassen?
- Den Schülern wird mitgeteilt, dass ein Bürger gemeldet hat, dass es in seiner Stadt möglicherweise eine unsichere Brücke gibt. Sie fungieren als Brückeninspektoren lernen die Kriterien für sichere, gefährdete und gefährliche Brücken kennen, um diesen Anspruch prüfen zu können.
- Die Schüler verwenden den Augensensor auf der Codebasis um Daten über die Unterseite der Brücke zu sammeln.
- Sie zeichnen die in Abständen gemeldeten Entfernungs- und Farbwertdaten in ihren Brückeninspektionsberichten auf.
- Die Schüler verwenden dann die Daten um den Farbtonwert und die vom Roboter zurückgelegte Entfernung grafisch darzustellen.
Übung 3 - Daten analysieren
Hauptfokusfrage: Wie kann ich Daten von einem Sensor analysieren?
- Die Schüler setzen ihre Untersuchung aus Labor 2 fort, um zu bestimmen, ob an der Unterseite der Brücke ein Riss vorhanden ist, sowie um die Größe und Lage etwaiger Risse zu ermitteln.
- Anschließend werden sie ihre Daten farblich kennzeichnen, basierend auf dem, was sie in Übung 1 über Farbwerte gelernt haben.
- Sie analysieren gesammelten Daten anhand der Kriterien, um zu bestimmen, ob ihre Brücke sicher, gefährdet oder gefährlich ist.
Labor 4 - Eine Hypothese aufstellen
Hauptfokusfrage: Wie kann ich Daten verwenden, um ein echtes Problem zu lösen?
- Die Studierenden lernen die Faktoren kennen, die die Struktur von Brücken beeinträchtigen und Risse verursachen können, darunter das Klima, die Brückenspannweite und die Menge des Brückenverkehrs.
- Den Studierenden werden Datensätze zu mehreren Brücken ausgehändigt und sie werden diese Daten verwenden, um zu bestimmen, welche Brücken bei der Inspektion und Reparatur Priorität haben sollten.
- Aufgrund der großen Anzahl an Brücken können nicht alle gleichzeitig besichtigt werden. Die Schüler entscheiden gemeinsam bei welcher Brücke die Wahrscheinlichkeit eines Risses am höchsten ist und welche überprüft werden muss, und zwar auf der Grundlage dessen, was sie gelernt haben.
- Die Schüler werden eine Hypothese darüber aufstellen, welche Brücke „gefährlich“ ist, und diese Hypothese in Labor 4 testen.
Labor 5 - Testen einer Hypothese
Hauptfokusfrage: Wie kann ich Daten verwenden, um eine Hypothese zu testen?
- Basierend auf der Hypothese, die die Studenten in Labor 3 aufgestellt haben, werden sie den Augensensor auf der Codebasis verwenden, um in regelmäßigen Abständen Daten über die von ihnen gewählte Brücke zu sammeln.
- Sie werden ihre Daten aufzeichnen und analysieren, um die Hypothese zu testen, die sie in Labor 3 aufgestellt haben.
- Die Studierenden erstellen einen Brückeninspektionsbericht, in dem sie ihre Ergebnisse zusammenfassen und wie die Daten ihre Hypothese stützen oder widerlegen. Sie werden die Berichte mit der Klasse teilen.
Einheitsstandards
Die Einheitsstandards werden in jedem Labor innerhalb der Einheit behandelt.
Vereinigung der Informatiklehrer (CSTA)
1B-DA-06 : Organisieren und präsentieren Sie die gesammelten Daten visuell, um Zusammenhänge hervorzuheben und eine Behauptung zu untermauern.
So wird der Standard erreicht: In Übung 1 sagen die Schüler voraus, ob die Verwendung des Augenlichts die Art und Weise beeinflusst, wie der Augensensor Daten meldet. Sie erfassen Augensensordaten über die Farben auf der Brücke, sowohl mit als auch ohne Augenlicht. Sie ordnen die Daten in einer Tabelle an und verwenden diese, um ihre Vorhersage zu untermauern oder zu widerlegen. In Labor 2 prüfen die Schüler die Behauptung, dass eine Brücke in ihrer Stadt unsicher sei. Sie zeichnen die vom Augensensor gemeldeten Entfernungsintervalle und Farbtonwerte in einer Tabelle auf. Die Schüler verwenden diese Daten und stellen sie in einem Diagramm dar, um die Position des möglichen Risses anzuzeigen. In Übung 3 verwenden die Schüler die von ihnen gesammelten Daten, um die Beziehung zwischen dem Farbtonwert und der Lage und Größe der Risse in ihrer Brücke aufzuzeigen und so die Richtigkeit ihrer Behauptung zu bestimmen.
In Labor 4 erhalten die Schüler einen Datensatz über verschiedene Brücken und analysieren die Daten, um eine Hypothese aufzustellen, welche Brücke am gefährlichsten ist und überprüft werden muss. In Labor 5 testen sie ihre Hypothese aus Labor 3, indem sie Daten über ihre gewählte Brücke sammeln. Die Schüler organisieren und präsentieren ihre Daten und erläutern, wie die Daten ihre Hypothese in ihren Brückeninspektionsberichten stützen.
Vereinigung der Informatiklehrer (CSTA)
1B-DA-07: Verwenden Sie Daten, um Ursache-Wirkungs-Beziehungen hervorzuheben oder vorzuschlagen, Ergebnisse vorherzusagen oder eine Idee zu kommunizieren.
So wird der Standard erreicht: Im Labor 1 verwenden die Schüler die gesammelten Daten, um die Ursache-Wirkungs-Beziehung zwischen dem Augenlicht und der Art und Weise hervorzuheben, wie der Farbtonwert vom Augensensor gemeldet wird. In Labor 2 sammeln die Schüler Daten, indem sie die Brücke mit dem Augensensor auf der Codebasis scannen. Anschließend verwenden sie diese Daten, um Muster in den Daten anhand eines Diagramms darzustellen. In Labor 3 verwenden die Schüler die gesammelten Daten, um die Größe und Position des/der Risse auf der Brücke mitzuteilen.
In Labor 4 verwenden die Schüler Daten, um eine Hypothese zu erstellen und vorzuschlagen, welche Brücke gefährlich ist und überprüft werden muss. In Übung 5 testen sie ihre Hypothese, indem sie Daten über die von ihnen gewählte Brücke sammeln und die Daten verwenden, um ihre Vorstellungen über die Sicherheit der Brücke in ihrem Brückeninspektionsbericht mitzuteilen.