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Lehrerportal

Hintergrund

In dieser Einheit verwenden die Schüler VEX GO, um eine Demonstration der Erdrotation zu erstellen. Diese Rotation verursacht zusammen mit der Sonne den Tag- und Nachtzyklus und die scheinbare Bewegung der Sonne über den Himmel. Die Schüler erstellen ein VEX GO-Modell, um dieses Phänomen zu modellieren und mehr über die Erdrotation und die dadurch entstehenden erkennbaren Muster von Tag und Nacht auf der ganzen Welt zu erfahren.

Was sind die Ursachen für Tag und Nacht auf der Erde?

Tag und Nacht werden auf der Erde durch ihre Rotation verursacht, die einer Drehung um eine imaginäre Linie, eine sogenannte Achse, gleicht, die vom Nordpol zum Südpol verläuft. Er dreht sich um seine Achse und benötigt für eine vollständige Umdrehung etwa 24 Stunden. Wenn also ein Teil der Erde der Sonne zugewandt ist, ist es Tag. Und wenn dieser Teil der Erde von der Sonne abgewandt ist, ist es Nacht. 

Diagramm der Erde und der Sonne mit dem Titel „Tag und Nacht“. Ein Lichtstrahl erstreckt sich von der Sonne zur Erde, und die Stelle, an der er auf die Erdoberfläche trifft, wird als Tag bezeichnet. Die andere, vom Licht abgewandte Seite der Erde wird als „Nacht“ bezeichnet, und eine Linie zeigt die Erdachse an und trägt die Bezeichnung „Rotation“.

Die Erdrotation begann vor über 4,5 Milliarden Jahren und wurde durch die Art und Weise verursacht, wie die Erde entstand. Als das Sonnensystem entstand, war es zunächst eine große Wolke aus Gas und Staub. Diese Wolke kollabierte unter ihrer eigenen Schwerkraft und begann dabei zu rotieren. Dies ist auf ein physikalisches Prinzip zurückzuführen, das als Drehimpulserhaltung bekannt ist.

Denken Sie daran, wenn Sie einem Eiskunstläufer beim Drehen zusehen. Wenn sie die Arme anziehen, drehen sie sich schneller. Das liegt daran, dass sie ihren Drehimpuls beibehalten. Dasselbe geschah mit der Wolke, aus der unser Sonnensystem entstand. Als es zusammenbrach, drehte es sich immer schneller. Als die Planeten, einschließlich der Erde, begannen, sich aus dieser rotierenden Materiescheibe zu bilden, erbten sie diese Rotation. Und wenn ein Objekt im Weltraum einmal anfängt, sich zu drehen, neigt es dazu, sich weiter zu drehen. Im Weltraum gibt es weder Luft noch Boden, die Reibung erzeugen könnten, die auf der Erde normalerweise für eine Verlangsamung sorgt. Die Erde dreht sich also seit ihrer Entstehung, und das ist es, was uns unsere Tage und Nächte beschert.

Berechnung der Erdrotation

In Labor 2 untersuchen die Schüler, warum es so aussieht, als würde sich die Sonne im Laufe des Tages über den Himmel bewegen. Sie werden VEXcode GO verwenden, um die Rotation der Erde stundenweise zu modellieren. Die Schüler verwenden den Block [Drehen für], um die Erde in 15-Grad-Schritten zu drehen. 15 Grad wurde durch die folgende Berechnung bestimmt: 

360 Grad / 24 Stunden = 15 Grad/Stunde

Da die Erde alle 24 Stunden eine 360-Grad-Rotation vollführt, können Sie berechnen, dass sich die Erde jede Stunde um 15 Grad dreht. 

Häufige Missverständnisse über die Erdrotation

Wenn Schüler beginnen, ein Verständnis für die Erdrotation zu entwickeln, treten häufig bestimmte Missverständnisse auf. Es ist wichtig, Missverständnisse frühzeitig auszuräumen, damit sie bei zunehmender Komplexität der Arbeit nicht zu noch größerer Verwirrung führen.

Missverständnis: „Die Sonne bewegt sich um die Erde und erzeugt so Tag und Nacht.“ 
Es ist leicht zu erkennen, wie Schüler diesem Missverständnis erliegen können, da sie jeden Tag die Bewegung der Sonne über den Himmel sehen und es daher so aussieht, als würde sie sich um die Erde drehen. In Wirklichkeit dreht sich die Erde nicht nur um ihre Achse, sondern auch um die Sonne. Indem wir in diesem MINT-Labor mit den Schülern den Tag- und Nachtzyklus modellieren, können sie die Bewegung der Erdrotation visualisieren und den Zusammenhang zwischen der Rotation und Tag und Nacht besser verstehen.

Zwei nebeneinander stehende Diagramme, die die Konzepte von Rotation und Umdrehung vergleichen. Rotation wird als „sich drehen“ beschrieben. Das Diagramm zeigt die Erde mit einem Pfeil, der ihre Rotation beschreibt, und besagt, dass sie 24 Stunden oder 1 Tag dauert. Rotation verursacht Tag und Nacht. Eine Umdrehung wird als „Umrundung“ beschrieben. Das Diagramm zeigt die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne. Ein Pfeil beschreibt ihre Umlaufbahn und gibt an, dass die Umdrehung 365 Tage, Stunden oder 1 Jahr dauert. Durch die Revolution entstehen die Jahreszeiten: Frühling, Sommer, Herbst und Winter.

 

Missverständnis: „Überall ist es gleichzeitig Tag und Nacht.“
Manche Schüler glauben, wenn es in einem Teil der Erde Tag ist, ist es auch überall sonst Tag und das Gleiche gilt für die Nacht. Aufgrund der Erdrotation sind Tag und Nacht auf der ganzen Welt jedoch zu unterschiedlichen Zeiten zu beobachten. Dieser Irrtum geht häufig mit Missverständnissen hinsichtlich Uhrzeiten und Zeitzonen einher. Eine visuelle Erinnerung an die unterschiedlichen Uhrzeiten auf der Welt kann den Schülern dabei helfen, sich bewusst zu machen, dass Tag und Nacht relativ zu dem Ort sind, an dem man sich auf der Erdoberfläche befindet. Das Einstellen von Uhren auf unterschiedliche Zeitzonen oder das Überprüfen von Live-Kameraübertragungen aus aller Welt sind hervorragende Möglichkeiten, Schüler daran zu erinnern, dass in den verschiedenen Gebieten der Erde unterschiedliche Tages- und Nachtzeiten herrschen.

Bedenken Sie, dass das Verstehen dieser Konzepte Zeit braucht und es in Ordnung ist, wenn die Schüler sie nicht sofort verstehen. Verwenden Sie unterschiedliche Lehrmethoden, um die Idee zu verstärken. Mit der Zeit sollte das richtige Verständnis die falschen Vorstellungen ersetzen.

Was ist VEXcode GO?

VEXcode GO ist eine Codierungsumgebung, die zur Kommunikation mit VEX GO-Robotern verwendet wird. Die Schüler verwenden die Drag & Drop-Oberfläche, um VEXcode GO-Projekte zu erstellen, die die Aktionen ihrer Roboter in Labor 2 steuern. Der Zweck jedes Blocks kann anhand visueller Hinweise wie Form, Farbe und Beschriftung identifiziert werden. For more information on how to work with VEXcode GO, see the VEXcode GO Section of the VEX Library.

Die Blöcke in VEXcode GO stellen Roboterbefehle dar, die zum Erstellen eines Projekts in VEXcode GO verwendet werden. Unten finden Sie eine Liste der wichtigsten Blöcke, die in dieser Einheit verwendet werden.

VEXcode GO-Blöcke Verhaltensweisen
VEXcode GO-Block „Wenn gestartet“. Der Block {When started} beginnt mit der Ausführung des angehängten Blockstapels, wenn das Projekt gestartet wird.
VEXcode GO Set Eye Light-Block mit dem Text: Augenlicht einschalten. Der Block [Augenlicht einstellen] schaltet das Licht am Augensensor ein oder aus.
VEXcode GO Spin Für einen Block mit dem Text: Motor 1 um 90 Grad nach vorne drehen. Der Block [Drehen für] dreht einen Motor für eine bestimmte Distanz
VEXcode GO-Warteblock mit dem Text: 1 Sekunde warten. Der Block [Warten] wartet eine bestimmte Zeit, bevor zum nächsten Block in einem Projekt übergegangen wird.
VEXcode GO-Kommentarblock. Dieser Block wird verwendet, um dem Programm Kontext hinzuzufügen und die Organisation aufrechtzuerhalten. Im Block [Kommentar] können Sie Informationen eingeben, die beschreiben, was in Ihrem Projekt geschehen soll.
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