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Mars-Mathe-Expedition
Einheit Hintergrund

Lehrerportal

In der STEM-Laboreinheit der Mars Math Expedition lernen die Schüler die verschiedenen Elemente des Fachgebiets kennen und nehmen am Mars Math Expedition-Wettbewerb teil. Während sie die verschiedenen Bewertungselemente des Wettbewerbs erlernen, können die Schüler verschiedene Elemente der Missionen erkunden, die auf dem Mars durchgeführt werden.

Mars Math Expedition PDF-Märchenbuch

Stellen Sie Ihren Schülern den Mars Math Expedition-Wettbewerb vor, indem Sie das Mars Math Expedition PDF Storybook verwenden! Das Buch enthält einen Tagebuchbericht über Col. Jo als Teil der Crew der Mars Math Expedition und kontextualisiert Wettbewerbsaufgaben für Schüler anhand der Erfahrungen von Col. Jo in einer unterhaltsamen und fesselnden Geschichte. Begleiten Sie Col. Jo bei verschiedenen Aufgaben während der Mars Math Expedition. Lesen Sie die Geschichte den Schülern vor, drucken Sie eine Kopie für Ihre Klassenbibliothek aus und greifen Sie während des gesamten Wettbewerbszyklus wieder auf die Geschichte zurück. Vielleicht möchten Sie die Schüler ihre eigenen Expeditionsprotokolle erstellen lassen, um ihren Fortschritt bei Wettbewerbsaufgaben zusammen mit Col. Jo zu verfolgen!Bild des Covers des Mars Math Expedition PDF Storybook

Die NASA-Mission Mars 2020

Die NASA-Mission Mars 2020 befasst sich mit vorrangigen wissenschaftlichen Zielen für die Erforschung des Mars: Leben, Klima, Geologie und Menschen. Der Perseverance-Rover wird seine Oberflächenoperationen abschließen, um Daten zu sammeln, die als Grundlage für die Forschung auf dem Roten Planeten dienen. Der Roboter der Mars Math Expedition ist so modelliert, dass er den Rover bei einigen seiner Aufgaben unterstützt, etwa beim Sammeln von Proben, beim Bewegen von Materialien wie Brennstoffzellen und beim Entfernen von Trümmern von einem Landeplatz.

Marsoberfläche.
Quelle: NASA/JPL

Zuordnung der Aufgaben der Mars Math Expedition zur Mars 2020-Mission

Während die Schüler an verschiedenen Aufgaben arbeiten, könnte es für sie interessant sein, zu erfahren, wie die Aktionen ihres Heldenroboters mit den Missionen auf dem Mars zusammenhängen. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der die Bewertungselemente des Wettbewerbs mit Teilen der Mars-2020-Mission verglichen werden.

Aufgabe der Mars-Mathe-Expedition Die NASA-Mission Mars 2020

Sammeln Sie Proben aus den Kratern

Lila Spielelementprobe auf einem lila Quadrat innerhalb eines Kraters auf einem Vex-Go-Feld

Der Perseverance Rover wird im Rahmen seiner Oberflächenoperationen geologische Proben sammeln.

Bringen Sie Proben ins Labor

Probe auf einem Labor, das mit VEX GO-Teilen gebaut wurde

Der Rover Perseverance wird Proben mithilfe von Depot-Caching vergraben, damit eine zukünftige Mission die Proben sammeln und zur Erde zurückbringen kann.

Bewegen Sie das Solarpanel

von oben nach unten auf das Solarpanel

Der Perseverance-Rover und der Ingenuity-Helikopter sind mit Solarpaneelen ausgestattet, um die Stromversorgung aufrechtzuerhalten.

Räumen Sie den Landeplatz frei und landen Sie den Hubschrauber

Hubschrauber und Landeplatz

Der Mars-Helikopter Ingenuity flog am Bauch des Rovers Perseverance befestigt zum Mars. Es wird während der Mission Versuchsflüge durchführen, benötigt jedoch eine freie Zone zum Starten und Landen.

Heben Sie das Raketenschiff an 

Raketenschiff liegt flach auf einer roten Fliese

Während der Perseverance-Rover die Marsoberfläche nicht verlassen wird, benötigen zukünftige Missionen eine Rakete, um abzuheben und die Reise vom Mars zurück zur Erde anzutreten.

Brennstoffzellen bewegen

Zwei aus Vex-Go-Teilen gefertigte Brennstoffzellen nisten auf ihren Halterungen

Zukünftige Missionen zum Mars werden Energiequellen jenseits von Sonnenkollektoren benötigen, um Raketen zurück zur Erde zu starten oder fortgeschrittenere Missionen anzutreiben. Zur Bereitstellung dieser Energie können Brennstoffzellen eingesetzt werden.

VEX GO-Wettbewerbe

Klassenzimmerwettbewerbe bringen die Spannung von Robotikwettbewerben in Ihre Lernumgebung und ermöglichen es Lehrern, die Kreativität und Motivation des Wettbewerbsumfelds in ihren Klassenzimmern zu nutzen. Durch die Organisation Ihres Klassenwettbewerbs können Sie dessen Erfolg sicherstellen und sicherstellen, dass Sie und Ihre Schüler während des Unterrichts auf dem gleichen Stand sind.

Vorbereitung auf VEX GO-Wettbewerbe

Wenn Sie die Einheit durchgehen, werden Sie feststellen, dass das VEX GO-Wettkampffeld in Etappen gebaut werden kann. Dies hilft den Schülern, sich auf einzelne Aufgaben vor Ort zu konzentrieren, damit sie ihre Fähigkeiten üben können. Nach dem Aufbau und dem Üben auf allen vier Bühnen verfügen die Schüler über Erfahrung mit allen Bewertungsmethoden auf dem endgültigen Wettkampffeld. Bevor Sie beginnen, sollten Sie entscheiden, ob Sie die Bühnen selbst bauen möchten oder ob Sie möchten, dass Schüler beim Aufbau des Feldes helfen. „Building the field“ bietet den Schülern eine Einführung in die Arbeit mit Bauanweisungen, Erfahrungen beim Aufbau im Team und Erfahrung in der Arbeit mit VEX GO-Teilen.

Wenn Sie sich dafür entscheiden, das Feld von Schülern bauen zu lassen, planen Sie bitte mehr Zeit ein (schätzungsweise eine zusätzliche Stunde pro Phase). Die Moderationsstrategien in jedem Lab (auf der Seite „Engage“) listen empfohlene Optionen für die Aufteilung der Build-Anweisungen nach Teams auf. Ein Beispiel für diese Aufschlüsselung ist unten dargestellt.

Moderationsstrategien

Durchführung eines VEX GO-Wettbewerbs

Erstellen Sie eine Match-Reihenfolge

Spiele können reibungsloser ablaufen, wenn Sie und Ihre Schüler wissen, wann sie voraussichtlich für den Wettbewerb bereit sind. Die meisten Spiele dauern 1 Minute, Sie müssen jedoch Zeit für den Aufbau und das Aufräumen einplanen, damit sich die Schüler problemlos im Klassenzimmer zurechtfinden können. Wenn Sie also einen Zeitplan aufstellen, der ungefähr 5 Minuten pro Spiel vorsieht, sollten Sie die Bewegung, den Aufbau und das Aufräumen der Schüler berücksichtigen.

Hängen Sie den Zeitplan an die Teams aus oder drucken Sie ihn aus und verteilen Sie ihn an die Schüler, damit diese deutlich sehen können, wann sie voraussichtlich bereit sein werden. Eine Beispiel-Match-Reihenfolge ist in der Zusammenfassung der Labs verlinkt. Eine beispielhafte Match-Reihenfolge ist unten dargestellt.

Screenshot der Spielreihenfolge

Sie möchten mehrere Wettbewerbsrunden durchführen, damit die Schüler ihre Strategie wiederholen und zwischen den Spielen aufbauen können. Die Erstellung eines Zeitplans hilft Ihnen daher bei der Planung Ihrer Unterrichtszeit, um eine erfolgreiche Wettbewerbsstunde zu ermöglichen. Mit einem vorab festgelegten Zeitplan können Sie die Spiele auch während des gesamten Unterrichts ankündigen, sodass Sie sich weiterhin auf das Punktezählen und die Zeitmessung auf dem Wettkampffeld konzentrieren können.

Präsentieren Sie eine Bestenliste

Hängen Sie den Spielplan an die Tafel in Ihrem Klassenzimmer oder projizieren Sie ihn und geben Sie den Schülern Raum, die Gesamtpunktzahl einzutragen und den Sieger jedes Spiels zu ermitteln. Diese sichtbare Aufzeichnung der Spiele kann den Schülern beim weiteren Durcharbeiten Motivation geben und ihnen eine Vorstellung davon geben, welche anderen Teams sie bei der Entwicklung von Spielstrategien erkunden können.

Vex Go-Rangliste

Sie können das VEX GO Leaderboard auch in Ihrem Klassenzimmer verwenden. Weitere Informationen zum VEX GO Leaderboard und seiner Verwendung finden Sie in diesem Artikel. (bald verfügbar)

Richten Sie einen Raum für den Wettbewerb ein

Es gibt drei Hauptbereiche, die Sie in Ihrem Raum für Ihren Klassenwettbewerb festlegen sollten:

  • Ein Wettkampffeld – Haben Sie ein zentrales Wettkampffeld, auf dem alle Spiele stattfinden. Dieser sollte für alle Schüler leicht zugänglich sein und genügend Platz für Schüler bieten, die nicht am Spiel teilnehmen, um andere Teams zu beobachten. Dies wird die Hauptverantwortung des Lehrers sein, während Ihre Spiele stattfinden, da Sie für die Wertung und Einhaltung der Zeit verantwortlich sind. Daher ist es optimal, einen zentral gelegenen Raum einzurichten, in dem Sie Ihre Schüler weiterhin beaufsichtigen können.
  • Ein Übungsbereich – Verfügen Sie über ein zusätzliches Feld oder einen abgesperrten Bereich, den die Schüler zum Üben für ihre Wettkampfspiele nutzen können. Wenn es der Platz zulässt, möchten Sie möglicherweise mehr als einen Übungsbereich haben, damit mehrere Teams gleichzeitig trainieren können.
  • Teambesprechungs- und Vorbereitungsräume – Stellen Sie den Allianzen mehrere Tische oder Besprechungsräume zur Verfügung, die sie während des gesamten Wettbewerbs als „Heimatbasis“ oder „Grube“ nutzen können. Dies bietet Raum für die Dokumentation in ihrem technischen Notizbuch, für Treffen zur Entwicklung einer Spielstrategie oder für den Bau und die Iteration ihrer Roboter.

Ein Beispiel für die Gestaltung eines Klassenzimmers könnte ein zentral gelegenes Wettkampffeld mit an einer Seite des Klassenzimmers aufgestellten Tischen als Teambesprechungsräume und einem dafür vorgesehenen Übungsbereich auf der anderen Seite des Raums umfassen. Sie müssen anhand Ihrer Platzbeschränkungen und der Bedürfnisse Ihrer Schüler ermitteln, was für Ihre Umgebung am besten geeignet ist. Das folgende Beispiellayout umfasst einen Bereich für Wettkämpfe, Übungen, Räume für Teambesprechungen und einen Ort zum Aushängen der Bestenliste.

Beispiellayout

Vielleicht möchten Sie, dass Ihre Schüler während der Spiele alle um das Spielfeld herumsitzen und die Spiele beobachten, oder Sie könnten einem Ablauf wie dem folgenden folgen: 

  • Der Lehrer würde zwischen dem Wettbewerbsfeld und der Bestenliste angesiedelt sein.
  • Am Ende eines Spiels gibt der Lehrer den Gewinner bekannt und schreibt die Ergebnisse auf die Bestenliste, während die beiden teilnehmenden Gruppen das Wettbewerbsfeld für das nächste Spiel räumen und zurücksetzen.
  • Der Lehrer kündigt die nächsten antretenden Gruppen an und gibt ihnen eine „2-Minuten-Warnung“ vor Beginn ihres Spiels.
  • Sobald das Feld geräumt ist, bringen die Schüler, die mit dem Wettbewerb fertig sind, ihren Roboter zum Besprechungsraum zurück, um Strategien für die nächste Runde zu entwickeln, und die Schüler, die zum Spielen kommen, können sich vom Übungsraum und/oder vom Besprechungsraum aus auf dem Wettbewerbsfeld versammeln.

Moderation eines VEX GO-Wettbewerbs 

Es gibt eine Reihe von Moderationsstrategien, mit denen Sie sicherstellen können, dass Ihre Wettbewerbe erfolgreich sind und dass Sie und Ihre Schüler das Beste aus dieser Lernerfahrung machen.

Ausgeglichene Teams bilden

Einige Wettbewerbe finden in Teams statt, bei denen die Schüler gemeinsam an Wettbewerben teilnehmen. Der Lehrer sollte die Teams vor dem Wettkampfunterricht einteilen. Berücksichtigen Sie bei der Zuweisung von Teampartnerschaften die Stärken und Schwächen Ihrer Schüler, um sicherzustellen, dass die Teams im gesamten Klassenzimmer ausgewogen sind. Die Kombination erfahrenerer Gruppen mit weniger erfahrenen Gruppen gibt den Schülern die Möglichkeit, auf authentische Weise voneinander und miteinander zu lernen.

Wenn die Schüler das Klassenzimmer betreten, sollten sie in ihrer Teamgruppe beginnen und in ihrem Team am gesamten Wettbewerb teilnehmen, von der Spielstrategie und der Robotervorbereitung über das Training bis hin zum Spiel selbst. Um dies zu erleichtern, stellen Sie sicher, dass die Schüler einfachen Zugriff auf ihre Teamaufgaben haben, indem Sie die Liste an einer sichtbaren Stelle im Klassenzimmer aushängen oder sie ausdrucken und an die Schüler verteilen.

Tipps und Tricks zur Durchführung eines Wettbewerbs

Es gibt viele Möglichkeiten, Ihre Klassenwettbewerbe einzurichten und zu organisieren, und Sie werden mit der Zeit herausfinden, was für Sie und Ihre Schüler am besten funktioniert. Im Folgenden finden Sie einige Überlegungen, die Ihnen und Ihren Schülern dabei helfen können, einen erfolgreichen Unterrichtswettbewerb zu veranstalten.

  • Um den Schülern zu helfen, während der Wettbewerbsstunde konzentriert und engagiert zu bleiben, möchten Sie sie möglicherweise Rollen innerhalb ihrer Teams zuweisen lassen, basierend auf den Rollen und Routinen in der Bild-Diashow des Labors. 
  • Planen Sie ausreichend Zeit zum Üben und Entwickeln der Spielstrategie ein. Besonders für Studierende, die neu im Wettbewerbsumfeld sind, erfordert die Arbeit im Team und das gründliche Nachdenken über Spielstrategien Zeit und Übung. Um sicherzustellen, dass Ihre Schüler das Beste aus dem Wettbewerbserlebnis im Klassenzimmer herausholen, planen Sie zusätzliche Zeit für den ersten Teil jedes Labors ein, in dem die Schüler ihre Fähigkeiten üben. Möglicherweise möchten Sie die Idee der Spielstrategie als Diskussion in der gesamten Klasse einführen, damit die Schüler denselben Ausgangspunkt haben, von dem aus sie arbeiten können, bevor sie in ihre Teams einbrechen.
  • Vermitteln Sie den Studierenden Strategien für die Entscheidungsfindung im Team. Diese können an einer Pinnwand veröffentlicht oder mit Gruppen geteilt werden, wenn es zu Meinungsverschiedenheiten bezüglich der Strategie kommt. Die Vereinbarung eines „Tie-Breakers“ vor Beginn der Gruppenarbeit kann den Schülern dabei helfen, während eines Wettbewerbs weiter voranzukommen.

Der zweite Teil des Spiels jedes Labs enthält auch Moderationsaufforderungen dazu, was die Schüler vor, während und nach einem Wettkampfspiel fragen sollten. Nutzen Sie diese, um die Schüler während des gesamten Wettbewerbs zu motivieren.

Der technische Designprozess

Die Schüler verwenden den Engineering Design Process (EDP), um ihre Spielstrategie zu erstellen und etwaige Änderungen am Roboter vorzunehmen. Die EDV besteht aus einer Reihe von Schritten, die Ingenieure befolgen, um Lösungen für Probleme zu finden. Die Lösung besteht häufig darin, ein Produkt zu entwerfen, das bestimmte Kriterien erfüllt oder eine bestimmte Aufgabe erfüllt.

Next Generation Science Standards unterteilt die EDV in die folgenden Schritte: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN. Dies ist ein zyklischer Prozess. Die Schüler können diesen Zyklus immer wieder abarbeiten, während sie versuchen, ihren Highscore zu erreichen.

  • Beim Definieren von Problemen geht es darum, das zu lösende Problem im Hinblick auf Erfolgskriterien und Einschränkungen bzw. Grenzen möglichst klar anzugeben. Für einen Wettbewerb umfasste dies die Definition der folgenden Elemente:
    • Punktzahl 
    • Spielregeln
    • Roboterdesign
    • Spielstrategie
  • Das Entwerfen von Lösungen beginnt mit der Generierung einer Reihe verschiedener möglicher Lösungen und der anschließenden Bewertung potenzieller Lösungen, um herauszufinden, welche die Kriterien und Einschränkungen des Problems am besten erfüllen. Innerhalb dieser Entwurfsoption kann es Schritte zum Sammeln von Daten geben, die als Teil des Entscheidungsprozesses verwendet werden können.
    • Prüfen
    • Wetteifern
    • Auswerten
    • Beobachten
  • Die Optimierung der Entwurfslösung umfasst einen Prozess, bei dem Lösungen systematisch getestet und verfeinert werden und der endgültige Entwurf durch den Austausch weniger wichtiger Merkmale gegen wichtigere verbessert wird.
    • Überprüfen Sie die Regeln
    • Spielstrategie
    • Roboterdesign
EDV

Das EDP ist zyklischer oder iterativer Natur. Dabei handelt es sich um einen Prozess der Herstellung, Prüfung, Analyse und Verfeinerung eines Produkts oder Prozesses. Basierend auf den Testergebnissen werden neue Iterationen erstellt und weiter modifiziert, bis das Team mit den Ergebnissen zufrieden ist. Die EDV ist stark auf eine gute Kommunikation zwischen den Teammitgliedern angewiesen. Im folgenden Abschnitt finden Sie Informationen darüber, wie Sie Schüler dazu ermutigen können, während dieser Einheit gemeinsame Entscheidungen zu treffen.

Kollaborative Entscheidungsfindung

Während die Studierenden den Konstruktionsprozess durchlaufen, müssen sie mit ihren Teammitgliedern kommunizieren. Gute Kommunikation und gemeinsame Entscheidungsfindung sind eine hervorragende Möglichkeit, um sicherzustellen, dass Studierende produktive Gespräche über Strategie führen und ihre Fähigkeiten als gute Kommunikatoren ausbauen. Wenn die Schüler Entscheidungen treffen, ermutigen Sie sie, zunächst gemeinsam Daten auszutauschen, die Daten zu nutzen, um Strategieideen vorzuschlagen, einander zuzuhören und sich auf die Strategie zu einigen, die sie in ihrem nächsten Zyklus durch das EDV ausprobieren möchten. 

Wie sieht eine gute gemeinsame Entscheidungsfindung aus? 

  • Aktives Zuhören: Jeder im Team sollte die Möglichkeit haben, zu Wort zu kommen. Die Teammitglieder sollten abwechselnd Fragen zu den anderen Ideen stellen.
    • Wenn die Schüler nicht sicher sind, ob sie die Ideen ihres Teamkollegen verstehen, lassen Sie sie wiederholen, was ihrer Meinung nach die Idee ist. Dann kann der Teamkollege alle benötigten Teile klären.
  • Entscheidungen auf der Grundlage von Daten: Die Schüler sollten die Informationen, die sie während ihrer Tests und Übungen gesammelt haben, nutzen, um eine Entscheidung zu treffen. Wie lange hat diese Strategie gedauert? Wie viele Punkte hat es erzielt? Haben Sie andersherum mehr Punkte erzielt? Ermutigen Sie die Schüler, diese Informationen auf Datenerfassungsblättern oder Blaupausen-Arbeitsblättern aufzuzeichnen, damit sie bei den Teamgesprächen auf Zahlen zurückgreifen können.
  • Produktiv und respektvoll anderer Meinung sein: Es wird Momente geben, in denen Teammitglieder keinen klaren Konsens erzielen können. Es ist wichtig, dass sie, auch wenn sie anderer Meinung sind, dies auf eine Art und Weise tun, in der sie einander respektieren. Hier sind einige Beispiele, wie man auf produktive Weise anderer Meinung sein kann: 
    • Verwenden Sie einen ruhigen und freundlichen Tonfall
    • Stellen Sie ruhig Fragen
  • Weiter Strategieideen teilen: Teams werden wahrscheinlich zu einer gemeinsamen Strategie kommen, die eine Kombination der stärksten Teile aller Ideen ist. Ermutigen Sie die Schüler, sich weiterhin abzuwechseln und einander zuzuhören, bis sie einen Kompromiss finden können.

Nicht alle Studierenden und Teams werden sich auf eine klare Einigung einigen können. Wenn Sie Streitigkeiten beilegen müssen, legen Sie im Voraus eine Methode fest, die für die Studierenden klar definiert ist. Fordern Sie die Schüler beispielsweise auf, beide Strategien auszuprobieren, beginnend mit der Person, die in der Checkliste für Rollen und Routinen die Rolle „Builder“ innehat. Dann werden beide Schüler verstehen, dass jeder seine Strategie ausprobieren und sehen kann, wie er in den Tests abschneidet. Anschließend können sie die Daten dieser Tests nutzen, um eine Entscheidung zu treffen.

Registerkarte „Laufwerk“ in VEXcode GO

Die Registerkarte „Fahren“ in VEXcode GO wird verwendet, um den Competition Advance Hero Robot mithilfe von Joystick-Steuerungen zu steuern. Weitere Informationen zum Zugriff auf VEXcode GO auf Ihrem Gerät finden Sie auf dieser Seite. 

Auf der Registerkarte „Fahren“ gibt es mehrere Optionen zur Steuerung des Heldenroboters. Diese werden auch als Antriebskonfigurationen oder Antriebsmodi bezeichnet. Wählen Sie einen Fahrmodus aus, indem Sie eine der hier angezeigten Schaltflächen auswählen. 

Auf der Registerkarte „Fahren“ in Vexcode sind der Fahrmodus und 4 hervorgehobene Schaltflächen aufgeführt

Fahrmodus Joystick-Steuerung

Panzerantrieb

Beispielsymbol für Panzerantrieb

Steuern Sie den linken Motor des Roboters mit dem linken Joystick und den rechten Motor des Roboters mit dem rechten Joystick.

Panzerantriebs-Joystick

Linke Spielhalle

Beispielsymbol für die linke Spielhalle

Fahren Sie den Roboter mit dem linken Joystick vorwärts, rückwärts, links und rechts.

Linkes Arcade-Bild

Rechte Spielhalle

Beispielsymbol für die rechte Spielhalle

Fahren Sie den Roboter mit dem rechten Joystick vorwärts, rückwärts, links und rechts.

Rechter Arcade-Joystick

Geteilte Spielhalle

Beispielsymbol für Split Arcade

Fahren Sie den Roboter mit dem linken Joystick nach links und rechts und mit dem rechten Joystick vorwärts und rückwärts.

Geteilte Arcade-Joysticks

Steuerung des Arms des Competition Advance-Roboters

Um die Bewegung des Arms für den Competition Advance-Roboter zu steuern, muss der Port in der Registerkarte „Antrieb“ auf „MOTOR“ eingestellt werden. Da der Armmotor an Port 2 angeschlossen ist, schalten Sie Port 2 um, um den Arm des Hero Robot zu steuern.

Heldenroboter mit angeschlossenem Armmotor

Um den Armmotor zu steuern, wählen Sie die roten und grünen Pfeile aus. Beachten Sie, dass dies die Drehrichtung des Motors steuert, nicht unbedingt die Richtung, in die sich der Arm bewegt. Die Schüler müssen den roten Pfeil drücken, um den Arm des Roboters nach oben zu bewegen, und den grünen Pfeil, um den Arm nach unten zu bewegen.

Armmotor ausgewählt und rote und grüne Pfeile nach oben und unten hervorgehoben