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Unterrichtsidee

Die unnötig-nötige Maschine

Innovatives Lernen: Making und Robotik trifft auf agiles Arbeiten im Unterricht

Beschreibung

Unnötig – aber höchst vergnüglich: Eine Rube-Goldberg-Maschine erledigt eine bestimmte Arbeit konsequent – wenn auch in äusserst umständlicher Art und Weise. Die Chain-Reaction-Bahn führt ebenfalls nicht auf direktestem Weg zum Ziel, sondern folgt einem ausgeklügelten, verspielten Pfad zur Auslösung der gewünschten Aktion. Bei beiden Konzepten zählt weniger der praktische Nutzen der Maschine, sondern das Vergnügen, das sich beim Beobachten der Abläufe einstellt – und beim Entwickeln und Tüfteln sowieso!

Ausgangspunkt der über 18 Lektionen (je 2 Lektionen alle zwei Wochen im Rahmen der Lektionen Medien und Informatik, bzw. informatische Bildung) führenden Unterrichtseinheit ist der Auftrag, eine Chain-Reaction-Bahn oder eine Rube-Goldberg-Maschine zu entwickeln, in welcher folgende Elemente vorhanden sind:

  • ein autonomer Roboter
  • zwei Sensoren
  • ein Tonsignal, das automatisch ertönt oder ausgelöst wird
  • ein Objekt aus einem 3-Drucker,
  • ein Motor, der etwas bewegt (nicht identisch mit dem Roboter-Motor)

Alles weitere ist frei – ausser dass der Brandalarm der Schule nicht ausgelöst werden darf …

Wichtig ist das Verständnis dafür, dass das entwickelte Produkt den Status eines Prototyps hat. Es ist kein Anspruch an fehlerfreies Funktionieren oder eine anschliessende mediale Vermarktung damit verbunden. Fails und Fehler sind in diesem Prozess selbstverständliche Begleitung; zentral ist der Umgang damit.

Die Entwicklung der Maschinen und Bahnen geschieht in Gruppen, basierend auf dem Konzept von agilem Unterricht. Mit diesem Beispiel wird gut nachvollziehbar, was sich hinter Schlagwörtern des agilen Arbeitens (und Unterrichtens)  wie Kanban-Board, Tasks, Stand-up-Meetings, Pair-Programming und Pitches verbirgt.


Mögliche Aufgabenstellungen

Einstieg

  • Das Videobeispiel einer Chain-Reaction-Bahn und der «100-Sekunden-Wissen»-Audiobeitrag (siehe «Materialien für den Unterricht») führen in das Prinzip der unnötig nötigen Maschinen ein.
  • Der Auftrag wird mit Hilfe eines Padlets (siehe Beispiel) eingeführt, die Schüler:innen denken sich in die Aufgabenstellung inkl. Bewertungssystem ein.
  • Die zentralen Elemente der agilen Arbeitstechnik werden wiederholt oder bei Bedarf eingeführt (die detaillierte Einführung wird in der Unterrichtsidee «Zahn um Zahn ein Zahnrad», beschrieben, eine Zusammenstellung der zentralen Elemente finden sich unter «Materialien für die Lehrperson»).
  • Das Vorgehen der Beurteilung wird vorgestellt, die Beurteilungskriterien, Erwartungen und Punktezahlen diskutiert und festgehalten (z.B. in einem Padlet).
  • Der Stellenwert des Protokolls wird auf der Basis früherer Erfahrungen damit diskutiert und auf die Bedeutung der Unterschriften der Gruppenmitglieder hingewiesen.

Rollenklärung und Gruppenbildung

  • Rollenklärung: Pro Doppellektion übernimmt je ein Gruppenmitglied alternierend den Lead und führt das Protokoll (siehe Beispiele). Die Lehrperson begleitet im Hintergrund und steht bei fachlichen und gruppendynamischen Problemen als Ansprechperson zur Verfügung.
  • Alle Mitglieder eines Teams müssen einen Überblick über das Projekt und die einzelnen Tasks haben; die Dokumentation der einzelnen Aufgaben ist deshalb zentral.
  • Die Klasse wird idealerweise in 4er-Gruppen eingeteilt. Auf der Basis des Padlets mit den Aufgabenbeschreibungen überlegen sich die Schüler:innen, wo ihre Stärken für diese Aufgaben liegen. Nicht Sympathie soll das Hauptkriterium für die Gruppenbildung sein, sondern eine Vielfalt der Stärken.

Die Gruppen erhalten einen geschlossenen Kanal im gemeinsamen Microsoft Team und bekommen die Accounts für die zu nutzenden Programme.

Einführung Robotik- / Tinkercad-Aufgaben:

Die Schüler:innen verfügen über Grundlagen-Kenntnisse in Blockprogrammierung aus früheren Scratch- und Tinkercad-Projekten.

  • Die Lehrperson stellt die in diesem Beispiel verwendeten Maqueen-micro:bit-Roboter vor, zeigt Spezifisches zur Blockprogrammierung dieser Systeme und zu den zur Verfügung stehenden Sensoren.
  • Die Lehrperson führt die Zeichnungsfunktionen in Tinkercad ein und regt zum Suchen nach bestehenden Projekten an, welche angepasst werden können.

Arbeitsphasen:

  • 15 min: Die Gruppen beginnen die Doppellektion jeweils vor dem Kanban-Board. Darin klären sie die geplanten Aufgaben («Tasks»), verteilen die Arbeiten und bestimmen die Gruppenleitung und Protokollführung dieser Arbeitseinheit.
  • 60 min: Erarbeitung mit stetiger (multimedialer) Dokumentation der wichtigen Arbeitsschritte, z. B. Screenshots, Versuchsanlagen etc. Hier braucht es immer wieder Begleitung und Anregung durch die Lehrperson!
  • 15 min: Präsentationen (Pitches): Vorstellung des Arbeitsprozesses, der Ergebnisse, Herausforderungen und nächsten Schritte, max. 2 min pro Gruppe

Beurteilung:

In die Bewertung werden die Dokumentation und die Pitches einbezogen, entlang der im Einstieg gemeinsam besprochenen Kriterien und geklärten Vorgaben bzw. Erwartungen.

  • Dokumentation: die Gruppen müssen ihren Prozess und verwendete Ressourcen (Links etc.) multimedial festhalten, z.B. in OneNote oder BookCreator.
  • Neben den jeweiligen 2-Minuten-Pitches zum Abschluss einer Arbeitsphase gibt es zum Abschluss eine 6-minütige Präsentation
  • Die Lehrperson setzt eine Note. Diese wird mit der Anzahl der Gruppenmitglieder multipliziert und kann von diesen dann wiederum auf die einzelnen Schüler:innen verteilt werden, so dass qualitativ unterschiedliche Beiträge zum Gesamtresultat unterschiedlich bewertet werden können. Hier kommt das Protokoll zum Einsatz, in welchem der Arbeitseinsatz der Einzelnen festgehalten und von den Teammitgliedern unterschrieben wurde.
Mögliche Reflexionsfragen

Fachbezogen:

  • Wie sinnvoll war die Wahl der beiden Sensoren und deren Kalibrierung für die jeweilige Aktion in der Chain-Reaction-Bahn oder der Rube-Goldberg-Maschine?
  • Wie sinnvoll waren die gewählten Extensions des Roboters für das Auslösen der jeweiligen Aktion?
  • Wie gut ist die Kombination der durch den Roboter, bzw. die eingebauten Sensoren ausgelösten Handlungen mit den im 3D-Drucker produzierten Teile gelungen? Was müsste optimiert werden?

Prozessbezogen:

  • Welche Erfahrungen wurden mit den agilen Formen wie Kanban-Board oder Pitches gemacht? Was hat euch im Prozess unterstützt? Wo habt ihr Verbesserungen im Verlauf der Arbeit oder gegenüber früheren Projekten feststellen können? Was daraus nehmt ihr mit für die Arbeit in anderen Fächern?

Materialien für den Unterricht

  • Maqueen-micro:bit-Roboter und Sensoren
  • TinkerCAD, 3D-Drucker
  • Stellwände oder andere Flächen für die Kanban-Boards. Idealerweise können diese über die ganze Phase stehen gelassen werden. 
  • Div. Bastel- und Werkmaterialien

Materialien für die Unterrichtsvorbereitung

Buchtipp: 
Peter Brichzin, P., Kastl, P., Romeike, R. (2019): agil unterrichten. Bern: hep

 

Beispiele

Dieses vielschichte Unterrichtsprojekt wurde von Lukas Vogelsang mit einer 2. SekP-Klasse in Olten durchgeführt.

Lehrplan 21

Medien und Informatik - 2.2
Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
Natur, Mensch, Gesellschaft - NT.1.2
Die Schülerinnen und Schüler können technische Alltagsgeräte bedienen und ihre Funktionsweise erklären.
Gestalten - TG.2.A.3
Die Schülerinnen und Schüler können gestalterische und technische Produkte planen und herstellen.
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