Hintergrund

In der STEM-Laboreinheit „Mars Math Expedition“ lernen die Schüler die verschiedenen Elemente des Fachgebiets kennen und nehmen am Wettbewerb „Mars Math Expedition“ teil. Während sie die verschiedenen Wertungselemente des Wettbewerbs kennenlernen, können die Schüler verschiedene Elemente der Missionen erkunden, die zum Mars durchgeführt werden.

PDF-Geschichtenbuch zur mathematischen Mars-Expedition

Introduce the Mars Math Expedition Competition to your students using the Mars Math Expedition PDF Storybook! The book gives a diary account of Col. Jo as part of the Mars Math Expedition crew, and contextualizes competition tasks for students through Col. Jo's experiences in a fun and engaging story. Begleiten Sie Col. Jo bei den verschiedenen Aufgaben während der Mars Math Expedition. Lesen Sie den Schülern die Geschichte vor, drucken Sie eine Kopie für Ihre Klassenbibliothek aus und kehren Sie während des gesamten Wettbewerbszyklus zu der Geschichte zurück. Sie können Ihre Schüler auch eigene Expeditionsprotokolle erstellen lassen, um gemeinsam mit Col. Jo ihre Fortschritte bei den Wettbewerbsaufgaben zu verfolgen!

NASAs Mars-2020-Mission

Die Mars-2020-Mission der NASA widmet sich wichtigen wissenschaftlichen Zielen der Marserkundung: Leben, Klima, Geologie und Menschen. Der Rover Perseverance wird Oberflächenoperationen durchführen, um Daten zu sammeln, die zur Erforschung des Roten Planeten beitragen. Der Roboter der Mars Math Expedition ist so modelliert, dass er den Rover bei einigen seiner Aufgaben unterstützt, etwa beim Sammeln von Proben, beim Transport von Materialien wie Brennstoffzellen und beim Entfernen von Trümmern von einer Landestelle.

Verknüpfung der Aufgaben der Mars-Mathe-Expedition mit der Mars-2020-Mission

Während die Schüler an verschiedenen Aufgaben arbeiten, könnten sie daran interessiert sein, zu erfahren, in welchem Zusammenhang die Aktionen ihres Heldenroboters mit den Missionen auf dem Mars stehen. Nachfolgend finden Sie eine Tabelle, in der die Wertungselemente des Wettbewerbs mit Teilen der Mars-2020-Mission verglichen werden.

VEX GO-Wettbewerbe

Wettbewerbe im Klassenzimmer bringen die Spannung von Roboterwettbewerben in Ihre Lernumgebung und ermöglichen es den Lehrern, die Kreativität und Motivation der Wettbewerbsumgebung in ihren Klassenzimmern zu nutzen. Durch die Organisation Ihres Klassenwettbewerbs stellen Sie dessen Erfolg sicher und sorgen dafür, dass Sie und Ihre Schüler während des Unterrichts auf dem gleichen Stand sind.

Vorbereitung auf VEX GO-Wettbewerbe

Beim Durchgehen der Einheit werden Sie feststellen, dass das VEX GO-Wettkampffeld stufenweise aufgebaut werden kann. Dies hilft den Schülern, sich auf einzelne Aufgaben auf dem Feld zu konzentrieren, damit sie ihre Fähigkeiten üben können. Nach dem Aufbau und der Übung auf allen vier Bühnen verfügen die Schüler über Erfahrung mit allen Wertungsmethoden auf dem endgültigen Wettkampffeld. Bevor Sie beginnen, sollten Sie entscheiden, ob Sie die Phasen selbst aufbauen möchten oder ob die Schüler beim Aufbau des Felds helfen sollen. Durch den Aufbau des Felds erhalten die Schüler eine Einführung in die Arbeit mit Bauanleitungen, Erfahrungen beim Bauen im Team und Erfahrung im Umgang mit VEX GO-Teilen.

Wenn Sie das Feld von den Schülern aufbauen lassen möchten, planen Sie bitte mehr Zeit ein (schätzungsweise eine zusätzliche Stunde pro Phase). In den Moderationsstrategien jedes Labors (auf der Seite „Engage“) sind empfohlene Optionen für die Aufteilung der Build-Anweisungen auf die Teams aufgeführt. Ein Beispiel für diese Aufschlüsselung wird unten angezeigt.

Durchführen eines VEX GO-Wettbewerbs

Erstellen einer Match-Reihenfolge

Spiele können reibungsloser ablaufen, wenn Sie und Ihre Schüler wissen, wann sie wettkampfbereit sein müssen. Die meisten Spiele dauern eine Minute, Sie müssen jedoch Zeit für den Auf- und Abbau einplanen, damit sich die Schüler problemlos im Klassenraum zurechtfinden. Daher sollten Sie bei der Erstellung eines Zeitplans, der etwa 5 Minuten pro Spiel vorsieht, die Bewegung der Schüler sowie den Auf- und Abbau berücksichtigen.

Hängen Sie den Zeitplan bei den Teams auf oder drucken Sie ihn aus und geben Sie ihn an die Schüler weiter, damit diese deutlich sehen, wann sie fertig sein müssen. In der Laborzusammenfassung finden Sie einen Link zu einem Beispiel für eine Übereinstimmungsreihenfolge. Unten sehen Sie ein Beispiel für eine Übereinstimmungsreihenfolge.

Sie möchten den Wettbewerb in mehreren Runden austragen, damit die Schüler zwischen den Spielen ihre Strategie wiederholen und weiterentwickeln können. Die Erstellung eines Zeitplans hilft Ihnen daher dabei, die Unterrichtszeit so zu planen, dass der Wettbewerb eine erfolgreiche Unterrichtsstunde wird. Ein vorgegebener Zeitplan ermöglicht es Ihnen außerdem, die Spiele während des Unterrichts anzukündigen, sodass Sie sich weiterhin auf die Punktevergabe und Zeitnahme auf dem Wettkampffeld konzentrieren können.

Präsentieren Sie eine Bestenliste

Hängen Sie den Spielplan auf die Tafel in Ihrem Klassenzimmer oder projizieren Sie ihn darauf. Geben Sie den Schülern Platz, um die Gesamtpunktzahlen einzutragen und den Gewinner jedes Spiels zu ermitteln. Diese sichtbare Aufzeichnung der Spiele kann für die Schüler eine Motivation sein, mit den Übungen fortzufahren und ihnen einen Eindruck von anderen Teams vermitteln, die sie bei der Entwicklung ihrer Spielstrategien im Auge behalten können.

You can also use the VEX GO-Rangliste in your classroom. Weitere Informationen zur VEX GO-Bestenliste und ihrer Verwendung finden Sie in diesem Artikel. (demnächst verfügbar)

Richten Sie einen Raum für den Wettbewerb ein

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

• Ein Wettkampffeld – Es gibt ein zentrales Wettkampffeld, auf dem alle Spiele stattfinden. Dieser sollte für alle Schüler gut erreichbar sein und genügend Platz zum Zuschauen für Schüler bieten, die nicht am Spiel teilnehmen, um andere Teams zu beobachten. Während der Spiele fällt dies in die Hauptverantwortung des Lehrers, da Sie für die Wertung und Zeitmessung verantwortlich sind. Daher ist die Bereitstellung eines zentral gelegenen Raums, von dem aus Sie Ihre Schüler weiterhin beaufsichtigen können, optimal.
• Ein Übungsbereich – Stellen Sie ein zusätzliches Feld oder einen abgesperrten Bereich bereit, den die Schüler zum Üben für ihre Wettkampfspiele nutzen können. Wenn der Platz es erlaubt, möchten Sie vielleicht mehr als einen Übungsbereich haben, sodass mehrere Teams gleichzeitig üben können.
• Räume für Teambesprechungen und Vorbereitungen – Halten Sie mehrere Tische oder Besprechungsräume bereit, die den Allianzen während des gesamten Wettbewerbs als „Heimatbasis“ oder „Pit“ dienen können. Dies bietet Platz für die Dokumentation in ihrem Engineering-Notizbuch, für Besprechungen zur Entwicklung der Spielstrategie oder zum Bauen und Iterieren ihrer Roboter.

Ein Beispiel für die Anordnung eines Unterrichtsraums könnte ein zentral gelegenes Wettkampffeld sein, mit Tischen an einer Seite des Klassenraums, die als Bereiche für Teambesprechungen dienen, und einem Übungsbereich auf der anderen Seite des Raums. Sie müssen anhand der räumlichen Einschränkungen und der Bedürfnisse Ihrer Schüler ermitteln, was für Ihre Umgebung am besten geeignet ist. Das Beispiellayout unten verfügt über einen Bereich für Wettkämpfe, Übungen, Räume für Teambesprechungen und einen Platz zum Veröffentlichen der Bestenliste.

Sie können Ihre Schüler während der Spiele alle auf dem Spielfeld sitzen lassen und ihnen zuschauen, oder Sie können einen Ablauf wie den folgenden einhalten: 

• Der Lehrer würde zwischen dem Wettkampffeld und der Bestenliste stationiert sein.
• Am Ende eines Spiels gibt der Lehrer den Gewinner bekannt und schreibt die Punkte auf die Bestenliste, während die beiden konkurrierenden Gruppen das Wettkampffeld für das nächste Spiel räumen und neu einrichten.
• Der Lehrer kündigt die nächsten Wettkampfgruppen an und gibt ihnen 2 Minuten Zeit, bevor ihr Spiel beginnt.
• Sobald das Feld geräumt ist, bringen die Schüler, die den Wettkampf beendet haben, ihre Roboter zum Treffpunkt zurück, um Strategien für die nächste Runde zu entwickeln, und die Schüler, die zum Spielen nachrücken, können sich vom Übungsplatz und/oder Treffpunkt aus auf dem Wettkampffeld versammeln.

Moderation eines VEX GO-Wettbewerbs 

Es gibt eine Reihe von Moderationsstrategien, die Sie nutzen können, um den Erfolg Ihrer Wettbewerbe sicherzustellen und dafür zu sorgen, dass Sie und Ihre Schüler den größtmöglichen Nutzen aus dieser Lernerfahrung ziehen.

Ausgewogene Teams bilden

Einige Wettbewerbe finden in Teams statt, bei denen die Schüler zusammenarbeiten, um an dem Wettbewerb teilzunehmen. Die Einteilung der Teams sollte durch den Lehrer vor der Wettkampfstunde erfolgen. Berücksichtigen Sie bei der Zuweisung von Teampartnerschaften die Stärken und Schwächen Ihrer Schüler, um sicherzustellen, dass die Teams in der Klasse ausgewogen sind. Durch die Zusammenführung erfahrenerer und weniger erfahrener Gruppen erhalten die Schüler 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 Robotervorbereitung über das Training bis hin zum Spiel selbst. Um dies zu erleichtern, stellen Sie sicher, dass die Schüler einfachen Zugriff auf ihre Teamzuweisungen haben, indem Sie die Liste an einer sichtbaren Stelle im Klassenzimmer aushängen oder ausdrucken und an die Schüler verteilen.

Tipps und Tricks zur Durchführung eines Wettbewerbs

Es gibt viele Möglichkeiten, wie Sie Ihre Klassenwettbewerbe planen und organisieren können. Mit der Zeit werden Sie 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 Klassenwettbewerb zu veranstalten.

• Damit die Schüler während der Wettbewerbsstunde konzentriert und engagiert bleiben, können Sie sie Rollen innerhalb ihrer Teams zuweisen lassen, basierend auf den Rollen und Routinen in der Laborbild-Diashow. 
• Nehmen Sie sich ausreichend Zeit zum Üben und Entwickeln einer Spielstrategie. Besonders für Schüler, die neu im Wettkampfumfeld sind, wird die Teamarbeit und das gründliche Nachdenken über Spielstrategien Zeit und Übung erfordern. Um sicherzustellen, dass Ihre Schüler den größtmöglichen Nutzen aus dem Wettkampf im Klassenzimmer ziehen, planen Sie zusätzliche Zeit für den ersten Spielteil jedes Labors ein, in dem die Schüler ihre Fähigkeiten üben. Sie können die Idee der Spielstrategie auch in einer Diskussion mit der gesamten Klasse vorstellen, damit die Schüler denselben Ausgangspunkt haben, bevor sie sich in Teams aufteilen.
• Vermitteln Sie den Schülern Strategien zur Entscheidungsfindung im Team. Diese können an einem schwarzen Brett ausgehängt oder mit Gruppen geteilt werden, wenn es zu Meinungsverschiedenheiten hinsichtlich der Strategie kommt. Die Einigung auf einen „Tie-Breaker“ vor Beginn der Gruppenarbeit kann den Schülern dabei helfen, während eines Wettbewerbs weiter voranzukommen.

Teil 2 jedes Labors enthält auch Moderationshinweise dazu, was die Schüler vor, während und nach einem Wettkampfspiel fragen können. Verwenden Sie diese, um die Aufmerksamkeit der Schüler während des gesamten Wettbewerbs aufrechtzuerhalten.

Der technische Designprozess

Die Schüler verwenden den Engineering Design Process (EDP), um ihre Spielstrategie zu erstellen und ggf. Änderungen am Roboter vorzunehmen. Das EDP 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 den EDP in die folgenden Schritte: DEFINIEREN → LÖSUNGEN ENTWICKELN → OPTIMIEREN. Dies ist ein zyklischer Prozess. Die Schüler können diesen Zyklus immer wieder durchlaufen und dabei versuchen, den Highscore zu erreichen.

• Bei der Problemdefinition geht es darum, das zu lösende Problem hinsichtlich Erfolgskriterien und Einschränkungen bzw. Beschränkungen möglichst klar zu formulieren. Für einen Wettbewerb bedeutete dies die Definition folgender Elemente:
  • Punktzahl 
  • Spielregeln
  • Roboterdesign
  • Spielstrategie
• Das Entwerfen von Lösungen beginnt mit der Generierung einer Reihe unterschiedlicher möglicher Lösungen. Anschließend werden potenzielle Lösungen ausgewertet, um zu sehen, welche die Kriterien und Einschränkungen des Problems am besten erfüllen. Diese Entwurfsoption kann Schritte zum Sammeln von Daten enthalten, die im Rahmen des Entscheidungsprozesses verwendet werden können.
  • Prüfen
  • Wetteifern
  • Auswerten
  • Beobachten
• Die Optimierung der Designlösung umfasst einen Prozess, bei dem Lösungen systematisch getestet und verfeinert werden und das endgültige Design durch den Austausch weniger wichtiger Funktionen gegen wichtigere verbessert wird.
  • Überprüfen Sie die Regeln
  • Spielstrategie
  • Roboterdesign

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

Gemeinsame Entscheidungsfindung

Während die Studierenden den technischen Entwurfsprozess durchlaufen, müssen sie mit ihren Teammitgliedern kommunizieren. Gute Kommunikation und gemeinsame Entscheidungsfindung sind eine großartige Möglichkeit, um sicherzustellen, dass die Schüler produktive Gespräche über Strategien führen und ihre Fähigkeiten als gute Kommunikatoren ausbauen. Ermutigen Sie die Schüler, bei ihren Entscheidungen zunächst Daten miteinander zu teilen, diese Daten zu verwenden, um Strategieideen vorzuschlagen, einander zuzuhören und sich auf die Strategie zu einigen, die sie während ihres nächsten Zyklus durch das EDP ausprobieren möchten. 

Wie sieht eine gute gemeinsame Entscheidungsfindung aus? 

• Aktives Zuhören: Jeder im Team sollte zu Wort kommen. Die Teammitglieder sollten abwechselnd Fragen zu den anderen Ideen stellen.
  • Wenn die Schüler sich nicht sicher sind, ob sie die Ideen ihrer Teamkollegen verstanden haben, lassen Sie sie wiederholen, was ihrer Meinung nach die Idee ist. Anschließend kann der Teamkollege klären, ob die Teile benötigt werden.
• Entscheidungen auf der Grundlage von Daten: Die Studierenden sollten die Informationen, die sie während ihrer Tests und Übungen gesammelt haben, für ihre Entscheidungsfindung nutzen. Wie lange hat diese Strategie gedauert? Wie viele Punkte hat es erzielt? Haben Sie auf die andere Art mehr Punkte erzielt? Ermutigen Sie die Schüler, diese Informationen auf Datenerfassungsblättern oder Blueprint-Arbeitsblättern aufzuzeichnen, damit sie bei Teamgesprächen auf Zahlen als Referenz zurückgreifen können.
• Produktiv und respektvoll anderer Meinung sein: Es wird Momente geben, in denen die Teammitglieder keinen klaren Konsens erzielen können. Es ist wichtig, dass sie ihre Meinungsverschiedenheiten auf eine Art und Weise äußern, die von gegenseitigem Respekt geprägt ist. Hier sind einige Beispiele, wie man auf produktive Weise anderer Meinung sein kann: 
  • Verwenden Sie einen ruhigen und freundlichen Tonfall
  • Stellen Sie Fragen in aller Ruhe
• Tauschen Sie weiterhin Strategieideen aus: Die Teams werden wahrscheinlich eine gemeinsame Strategie entwickeln, die die stärksten Teile aller Ideen kombiniert. Ermutigen Sie die Schüler, sich weiterhin abzuwechseln und einander zuzuhören, bis sie einen Kompromiss finden.

Nicht alle Studierenden und Teams werden in der Lage sein, eine klare Einigung zu erzielen. Wenn Sie Streitigkeiten beilegen müssen, legen Sie den Studierenden im Voraus eine Methode klar dar. Sagen Sie den Schülern beispielsweise, sie sollen beide Strategien ausprobieren und dabei mit der Person beginnen, die aus der Checkliste „Rollen und Routinen“ die Rolle „Ersteller“ hat. Dann wird beiden Schülern klar, dass jeder von ihnen seine eigene Strategie ausprobieren und sehen kann, wie er in den Tests abschneidet. Anschließend können sie die Daten aus diesen Tests zur Entscheidungsfindung nutzen.

Registerkarte „Laufwerk“ in VEXcode GO

Die Registerkarte „Fahren“ in VEXcode GO wird verwendet, um den Competition Advance Hero Robot mithilfe von Joystick-Steuerungen zu fahren. See this page for more information on accessing VEXcode GO on your device. 

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. 

Steuerung des Arms des Competition Advanced 2.0 Hero Robot

Um die Armbewegung des Competition Advanced-Roboters zu steuern, muss der Port auf der Registerkarte „Antrieb“ auf „MOTOR“ eingestellt werden. Da der Armmotor an Port 2 angeschlossen ist, schalten Sie Port 2, um den Arm des Hero Robot zu steuern.

Wählen Sie die roten und grünen Pfeile aus, um den Armmotor zu steuern. Beachten Sie, dass hierdurch die Drehrichtung des Motors gesteuert wird und nicht notwendigerweise die Bewegungsrichtung des Arms. 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.