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Open Ended STEM Lab Exploration: Design

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  • Aktivitätsübersicht
    Diese Erkundung ermöglicht es den Schülern, die grundlegenden Programmierverhaltensweisen anzuwenden, die sie gelernt haben, um ein komplexes Verhalten beim Fahren eines bestimmten Pfades zu erzeugen. Klicken Sie auf einen der folgenden Links, um einen Überblick über diese Aktivität zuerhalten ( Google Doc/.docx/.pdf).

  • Erkundungsrollen der Schüler
    Organisieren Sie die Schüler in Gruppen, bevor Sie mit der Erkundung beginnen. Die Schüler können bei der Teilnahme an der Erkundung in Gruppen von zwei bis vier Schülern organisiert werden. Jeder Schüler sollte 1 (oder mehr) Rollen übernehmen. Die Rollen für Entdeckungen sind: Builder, Programmierer, Fahrer und Recorder. Weitere Informationen zu Rollen und Tipps und Rubriken für die Zusammenarbeit finden Sie unter einem der folgenden Links (Google Doc/.docx/.pdf).

Der Builder in jeder Gruppe sollte die erforderliche Hardware erhalten. Der Recorder sollte das technische Notizbuch der Gruppe erhalten. Der Programmierer sollte VEXcode IQ öffnen.

Erforderliches Material:
Menge Benötigtes Material
1

Autopilot-Roboter

1

Geladener Roboterakku

1

VEXcode IQ

1

USB-Kabel (bei Verwendung eines Computers)

1

Technisches Notizbuch

1

Großes Mapping-Papier

1

Markierungen

1 pro Gruppe

Block zur Verwendung als Hindernis (optional)

Lehrer-Toolbox-Symbol Lehrer-Toolbox - Design

Das Ziel dieses STEM-Labors ist es, den Antrieb für Blöcke anzuwenden und diese zu drehen, um ein reales Problem zu lösen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen die Schüler einen Weg entwerfen, den der Roboter zurücklegen kann.

  • Teilen Sie die Klasse in ihre Gruppen ein - jedes Mitglied der Gruppe sollte mindestens eine Rolle für die Entdeckung auswählen.
  • Überprüfen Sie als Klasse schnell das Problem und die Anforderungen, Richtlinien und Einheiten, die Sie gemeinsam definiert haben.
  • Geben Sie den Schülern 5–10 Minuten Zeit, um einen entworfenen Weg für den Roboter in ihren technischen Notizbüchern zu skizzieren.
  • Wenn jede Gruppe ein Design fertigstellt, sollten Sie es überprüfen, um sicherzustellen, dass es die erforderlichen Anforderungen erfüllt und bereit ist, auf großes Papier übertragen zu werden.
  • Übertragen Sie die Karte auf großes Papier, auf dem der Roboter reisen kann. (Verwenden Sie Lineale und stellen Sie sicher, dass die Messungen auf der Karte mit den vereinbarten Einheiten/Parametern übereinstimmen.)
  • Wenn jede Gruppe die groß angelegte Karte fertigstellt, sollten Sie sie überprüfen, um sicherzustellen, dass sie den Anforderungen entspricht und für die Codierung bereit ist.

Bevor die Schüler mit der Programmierung beginnen, müssen sie sich entscheiden und ein Design entwerfen, das die oben aufgeführten Anforderungen (und alle zusätzlichen Lehreranforderungen) erfüllt. Gehen Sie während der Entwurfsphase herum, um sicherzustellen, dass jedes Mitglied der Gruppe an diesem Prozess beteiligt ist und innerhalb der Rollen in der Gruppe arbeitet. Notieren Sie alle Probleme bei der Fehlerbehebung während des Designprozesses, die frühzeitig behoben werden können, damit die Schüler ein erfolgreiches Programm schreiben können.

Zum Beispiel:

Beispielhafte Kartenskizze mit Schritten. Oben im Diagramm steht Beispiel: Skizzieren Sie die Karte ohne Hindernis. Auf der linken Seite ist die Karte gezeichnet. Auf der rechten Seite sind 13 Schritte aufgelistet. Die Schritte lauten: 1. Fahren Sie vorwärts in Richtung Art Room, 2. Biegen Sie links ab, 3. Fahre vorwärts in den Kunstraum, 4. Anzeige einschalten, 5. Fahren Sie rückwärts in Richtung Klassenzimmer, 6. Rechts abbiegen, 7. Fahre vorwärts in den Klassenraum, 8. Anzeige einschalten, 9. Fahren Sie rückwärts in Richtung Büro, 10. Biegen Sie rechts ab, 11. Fahren Sie vorwärts ins Büro, 12. Anzeige einschalten, 13. Fahren Sie rückwärts zum Endpunkt.

Was wird in Ihrem Projekt sein?

Sie erstellen einen Plan oder eine Blaupause für Ihren Recycling-Roboter und erstellen dann ein Projekt, um ihn auszuführen. Während Ihr Roboter nicht wirklich in Ihrer Schule herumläuft, erfordert die Erstellung eines Plans in kleinerem Maßstab immer noch Präzision. Zu diesem Zweck sollte jeder Plan und jedes Projekt Folgendes enthalten:

  • Ihr Klassenzimmer ist "Heimatbasis", wo es verlassen wird und zurückkehrt

  • Der Roboter muss 3 Klassenräume betreten und verlassen

  • Das Projekt muss die vier Befehle enthalten: vorwärts fahren, rückwärts fahren, links abbiegen und rechts abbiegen. (Ein erfolgreiches Projekt umfasst mehrere dieser Befehle.)

  • Ein Indikator dafür, dass Recycling aufgenommen wurde (d. h. Touch-LED LEUCHTET auf; warten Sie 3 Sekunden usw.)

Wenn Ihre Gruppe gemeinsam an Ihrem Designplan arbeitet, sollten der Builder und der Recorder sicherstellen, dass alle diese Anforderungen auf dem von Ihnen entworfenen Weg erfüllt werden.

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  • Wie weit ist das?- Gemeinsam Entfernungen definieren
    Wenn Sie nach einer Möglichkeit suchen, den Designprozess zu rationalisieren, kann die Definition einiger Parameter mit den Schülern hilfreich sein.

    Zum Beispiel:

    • Betreten/Verlassen eines Klassenzimmers = 8 Zoll/203 mm

    • Kurzer Flur = 305 mm

    • Langer Flur = 24 Zoll/610 mm

    Dies wird nicht nur ein Beispiel für die Art der erforderlichen Spezifität geben, sondern auch dazu beitragen, die Entwurfsphase leichter voranzutreiben und Verwirrung der Schüler über Messungen zu vermeiden. Sie können diese im Voraus oder zusammen mit der Klasse brainstormen, wenn es die Zeit erlaubt. (Klicken Sie auf einen der folgenden Links, um ein Diagramm mit "vorgeschlagenen Parametereinheiten" (Google Doc/.docx/.pdf) anzuzeigen.) Bewahren Sie diese sichtbar auf, damit die Schüler sie bei der Arbeit leicht nachvollziehen können.

  • Hervorheben von Rollen in Aktion
    Während jeder Schüler in der Gruppe an der Planung teilnehmen sollte, sollte der Recorder den endgültigen Entwurf des Designs für die Gruppe haben. Während die Schüler arbeiten, möchten Sie vielleicht auf die Stärken des Rekorders bei der Erstellung genauer Designpläne hinweisen und andere Mitglieder des Teams fragen, wie sie in ihren Rollen helfen können. Zum Beispiel möchten der Builder und der Programmierer möglicherweise die Messungen und Schritte, die der Recorder gezeichnet hat, beschriften und verfolgen, während der Fahrer über die Richtung und die Drehwinkel nachdenkt.

Lehrer-Tipps-Symbol Lehrertipps - Stellen Sie Fragen, um Feedback zu geben

Wenn die Schüler mit Ihnen über ihre Karten sprechen, versuchen Sie, Ihr Feedback in Form einer Frage zu formulieren, anstatt eine Lösung zu geben. Fragen wie: „Sie haben nur zwei Stopps, wo können Sie eine dritte hinzufügen?“ oder „Wie umgeht Ihr Roboter das Hindernis?“ oder „In welche Richtung fährt der Roboter hier?“ ermöglichen es den Schülern, kritische Denkfähigkeiten zu üben und die Entscheidungsfreiheit bei der Problemlösung aufrechtzuerhalten. 

Schritt 1: Skizzieren  Sie eine Lösung - räumliches Denken in Aktion

Nachdem Sie nun die Anforderungen und Parameter kennen, skizzieren Sie eine Karte in Ihrem technischen Notizbuch, um die drei Stopps zu zeigen, die Ihr Roboter machen wird, um das Recycling in der Schule aufzunehmen.

  • Achten Sie darauf, die Start- und Endpunkte zu markieren und die Unterrichtsräume oder Orte zu beschriften, die wichtig sind.
  • Verwenden Sie Pfeile, um die Richtung und Reihenfolge anzuzeigen, in die der Roboter fahren wird.
  • Verwenden Sie die Beispielskizze als Leitfaden. Denken Sie daran, dass dies ein Plan ist, also muss es nicht genau sein, aber Sie können Notizen oder Erinnerungen für sich selbst hinzufügen, um zu helfen, wenn Sie mit dem Programmieren beginnen.
  • Wenden Sie sich an Ihren Lehrer, wenn Sie eine fertige Karte in Ihrem Notizbuch haben. Der Recorder sollte die endgültige Version haben, um sie mit dem Lehrer zu teilen und Ihre große Karte von zu erstellen.
  • Wenn Ihr Lehrer Ihre skizzierte Karte genehmigt, verwenden Sie das große Papier, die Markierungen und Lineale, um diese Karte in einen größeren Maßstab zu übertragen, auf dem der Roboter fahren kann. Denken Sie daran, die Entfernungen zu messen, die Sie zeichnen, um den besprochenen Parametern und Einheiten zu entsprechen. Auf diese Weise stimmt Ihr Code mit Ihrer Karte überein, damit Ihr Roboter erfolgreich fahren kann.

Skizzenkarte, die einen Plan für den Weg eines Recyclingroboters zeigt. Der Start befindet sich am unteren Rand der Karte, mit Richtungspfeilen zum Kunstraum, oben und links. Die Pfeile gehen weiter zum Klassenzimmer, nach rechts und etwas nach oben, dann weiter nach unten und nach rechts zum Büro und direkt nach links vom Büro bis zum Ende.

Motivations-Diskussionssymbol Diskussion anregen - Dein Denken artikulieren

F: Denken Sie an den Plan, den Sie gemacht haben. Warum haben Sie sich entschieden, an Orte in dieser Reihenfolge zu ziehen? Welche Faktoren haben Sie berücksichtigt, als Sie Ihre Wahl getroffen haben, wohin Sie gehen sollen? (Die Schüler können dies schriftlich in ihrem technischen Notizbuch oder einfach in einer mündlichen Diskussion beantworten, wenn es die Zeit erlaubt.)

A: Die Antworten variieren, können aber auch Dinge beinhalten, wie zum Beispiel, wer am meisten oder am wenigsten abzurufen hätte, wie man das Hindernis vollständig vermeidet, was den kürzesten Code ergeben würde usw.

F: Warum ist es Ihrer Meinung nach wichtig, eine einheitliche Skala zu haben, um Ihren Plan von Ihrem Notizbuch auf ein größeres Papier zu übertragen?

A: Maßstab ist wichtig, um einen kleinen Plan zu nehmen und ihn auf einen größeren Raum zu übertragen. Eine konsistente Skala hält alle Räume gleich zueinander.