Im Rahmen des 1. KidZ-Symposiums in St. Johann im Pongau im März 2014 haben wir von der Fördermöglichkeit von Lego Mindstorms Roboter-Sets im Rahmen des KidZ-Projektes erfahren. Dadurch konnten wir 2 Lego Mindstorms EV3-Bausätze anschaffen. Lego Mindstorms bietet uns die Möglichkeit Roboter zu planen, zu bauen und zu programmieren.
Die ersten 2 Lego Mindstorms NXT-Bausätze haben wir über eine Förderung durch die Firma SAP in Kooperation mit dem bmukk erhalten. Wir haben als “Gegenleistung” im November 2013 am Regionalbewerb der First Lego League mit einer Schülergruppe teilgenommen und den 8. Gesamtrang in Niederösterreich erreicht.
Mit diesen 4 Bausätzen ist es uns nun möglich einer größeren Schülerzahl bei Interesse Roboterprogrammierung mit Lego Mindstorms anzubieten. Seit September 2013 setzen wir Lego Mindstorms im Unterricht ein.
Im heurigen Schuljahr 2014/2015 meldete sich mehr als ein Viertel der SchülerInnen unser Schule zur Roboterprogrammierung an.
Zwei Drittel der angemeldeten SchülerInnen haben noch keine Kenntnisse in der Roboterprogrammierung.
In den ersten 2 Unterrichtseinheiten bauen die Schülerinnen in 3er oder 4er Gruppen nach Anleitung das NXT- oder EV3 Basismodel auf. Dies ist ein Rover, der mit 2 Motoren ausgestattet ist. Die Lenkung des Rovers erfolgt durch unterschiedliche Ansteuerung des rechten und linken Antriebmotors. Je nach Arbeitsfortschritt der Gruppe wird auf einem Netbook der Schülerinnen die NXT bzw. EV3 Software zur Roboterprogrammierung installiert. Falls noch Zeit bleibt, wird ein erstes einfaches Programm erstellt, das den Rover noch vor und zurück fahren lässt. Auch erste Links- und Rechtskurven werden versucht zu programmieren.
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In der Unterrichtseinheiten 3 und 4 geben wir den Schülergruppen die Aufgabe den Roboter so zu programmieren, dass dieser Gegenstände einsammeln und zum Ausgangspunkt bringen kann. Hier wird von den SchülerInnen oft ein 3. Motor zum Heben und Senken, eines selbst geplanten und konstruierten Greifarmes, eingesetzt. Wenn noch Zeit bleibt, wird auf den Roboter mit einem Ultraschallsensor ausgestattet, um den Roboter vor Hindernissen stoppen zu lassen.
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In den Unterrichtseinheiten 5 und 6 bringen wir den SchülerInnen bei mit Schleifen und Schaltern zu arbeiten. Die erste Schleife (siehe Bild unten) dient dazu den Roboter ein Quadrat fahren zu lassen. Zuerst wird das Quadrat ohne Schleife programmiert, dann werden gleiche Programmteile gesucht und mit einer Schleife ersetzt. Die Anzahl wie oft diese Programmteile vorkommen ergibt die Anzahl der Wiederholungen der Schleife.
Nachdem wir den Roboter das Quadrat fahren haben lassen, möchten wir, dass der Roboter selbständig fährt und Hindernissen ausweicht. Dazu nehmen wir den Ultraschallsensor. Wenn sich der Roboter einem Hindernis bis auf 30 cm nähert, ändert er die Fahrtrichtung und fährt weiter, bis er auf das nächste Hindernis trifft. Dies erreichen wir mit Warteblöcken und verpacken diese in eine Endlosschleife.
In den Unterrichtseinheiten 7 und 8 arbeiten wir am Programm der Hindernisbewältigung weiter. Anstatt eine Schleife zu verwenden arbeiten wir nun mit Schaltern (siehe Bild unten).
In den Unterrichtseinheiten 9 und 10 möchten wir, dass der Roboter einer Linie folgt. Als Einstiegsprogramm lassen wir den Roboter unendlich vorwärts fahren und wenn er eine schwarze Linie erkennt (Farb- oder Lichsensor), soll er stoppen. Das funktioniert auch, wenn der Roboter auf einer weißen Tischplatte unterwegs ist und die Tischkante erreicht, die weniger Licht reflektiert. Somit hätten wir eine Absturzsicherung für den Roboter geschaffen, wie er in vielen Staubsauerrobotern integriert ist. Das Bild unten zeigt nun das Programm zur Linienverfolgung mit Warteblöcken.
In den Unterrichtseinheiten 11 und 12 optimieren wir noch das Programm der Linienverfolgung (mit Schaltern, Bild unten) bzw. lassen den SchülerInnengruppen Zeit um Roboter nach ihren eigenen Vorstellungen zu bauen. Am Ende werden die Roboter wieder zerlegt und verstaut.
