Robotik ist eines der spannendsten und innovativsten Fächer in der Schule. Sie lehrt die Erstellung von Algorithmen, gamifiziert den Lernprozess und führt Kinder an das Programmieren heran. In einigen Schulen wird bereits ab der 1. Klasse Informatik unterrichtet, wobei die Schüler Roboter bauen und Flussdiagramme erstellen. Um den Kindern ein einfaches Verständnis für Robotik und Programmierung zu ermöglichen und ihnen zu helfen, Mathematik und Physik in der weiterführenden Schule vertieft zu lernen, haben wir das neue Lernset LEGO Education SPIKE Prime eingeführt. Die Einzelheiten dazu erfahren Sie in diesem Beitrag.
LEGO Education SPIKE Prime richtet sich an Schüler der Klassen 5 bis 7 in Schulen und Robotik-AGs. Das Set ermöglicht es, Algorithmen mithilfe von Flussdiagrammen zu erstellen und zu beobachten, wie Bilder auf dem Bildschirm in Bewegungen und Aktionen umgesetzt werden. Für moderne Schüler sind anschauliche Darstellungen und der WOW-Effekt entscheidend, und SPIKE Prime ist ein Anreiz, der Kindern die Welt des Programmierens und der Naturwissenschaften näherbringen kann.
Überblick über das Set
Das Set wird in einer minimalistischen gelb-weißen Kunststoffbox geliefert. Unter dem Deckel befindet sich eine Anleitung zum Starten und eine Übersicht zur Anordnung der Teile in den Fächern. Das Set ist so konzipiert, dass der Einstieg leicht ist und der Lehrer nur minimalen zusätzlichen Vorbereitung benötigt.
Die einzelnen Teile sind in Beuteln mit Nummern verpackt, die den Nummern der Fächer in den Fächern entsprechen.
Im Basis-Set sind mehr als 500 LEGO-Elemente enthalten, einschließlich neuer Teile.
- Mehrere neue Rahmen, die die Montagezeit von Prototypen verkürzen und den Bau von großen Modellen ermöglichen.
- Ein neuer 2×4 Block mit einer Bohrung für Technic-Achsen. Dies ermöglicht es, Technic-Elemente und LEGO System in einem einzigen Projekt zu kombinieren.
- Die Basisplatte aus dem Technic-Sortiment wurde aktualisiert.
- Neue schmale Räder, die eine präzise Steuerung gewährleisten und die Manövrierfähigkeit der Modelle erhöhen.
- Ein neues drehbares Rad in Form einer Stützrolle.
- Neue Kabelklemmen, die in mehreren Farben erhältlich sind, ermöglichen eine ordentliche Befestigung der Kabelstränge.
Neben den einzelnen Teilen sind drei Motoren enthalten – ein großer und zwei mittelgroße sowie drei Sensoren: Abstand, Farbe und Kraft.
Die Motoren werden direkt an das Hub angeschlossen und verfügen über Drehgeber mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Grad. Diese Funktion ist vorgesehen, um die Motoren zu synchronisieren, sodass sie gleichzeitig mit konstanter Geschwindigkeit bewegt werden können. Darüber hinaus kann der Sensor auch zur Messung der Geschwindigkeit und der zurückgelegten Distanz des Modells verwendet werden.
Der Farbsensor unterscheidet bis zu 8 Farben und kann auch als Lichtstärkesensor eingesetzt werden. Zudem ist ein Infrarotsensor integriert, der beispielsweise Lichtreflexionen erkennen kann.
Der Berührungssensor erkennt folgende Situationen: Taste gedrückt, losgelassen, starkes Drücken. Dabei misst der Sensor den Druck in Newton oder Prozent.
Der IR-Sensor dient zur Bestimmung des Abstands vom Roboter zu einem bestimmten Punkt oder zur Vermeidung von Kollisionen. Er kann den Abstand in Prozent, Zentimetern und Zoll messen.
Die Funktionalität des Basissatzes kann durch das Ressourcenpaket erweitert werden, das aus 603 Teilen besteht. Es umfasst: ein zusätzliches großes Set und einen Lichtsensor, zwei große Räder, große konische Zahnräder, die den Bau großer Drehplattformen ermöglichen.
Hub
Im Hub ist ein Gyroskop integriert, das seine Position im Raum bestimmen kann: Orientierung, Neigung, Rollwinkel, die Bestimmung der oberen Fläche, den Status des freien Falls des Hubs usw. Der integrierte Speicher ermöglicht das Laden und Speichern von bis zu 20 Programmen. Die Programmnummer wird auf dem 5x5-Pixeldisplay angezeigt, wo auch benutzerdefinierte Bilder und der Status des Hubs dargestellt werden.
Außerdem befinden sich auf dem Hub:
- Ein microUSB-Anschluss zum Laden des Akkus oder zur Verbindung mit einem PC.
- Eine Bluetooth-Synchronisierungstaste, mit der eine drahtlose Verbindung zu einem PC für die Programmierung des Hubs hergestellt werden kann.
- 6 Ports (A-F) zur Ausführung von Befehlen oder zum Empfang von Informationen von Sensoren.
- Drei Tasten zur Steuerung des Hubs.
- Ein integrierter Lautsprecher.
Software
Die LEGO Education SPIKE Software ist für Windows, Mac OS, Android, iOS und Chromebook verfügbar und kann heruntergeladen werden . Die Programmierumgebung basiert auf der kindgerechten Programmiersprache Scratch. Sie besteht aus einer Sammlung von Befehlen, wobei jeder Befehl einen grafischen Block in einer bestimmten Form und Farbe mit anpassbaren Parametern darstellt, wie z.B. Geschwindigkeit, Bewegungsreichweite, Drehwinkel usw.
Die Befehlssätze, die mit verschiedenen Komponenten der Lösung verbunden sind (Motoren, Sensoren, Variablen, Operatoren usw.), sind farblich voneinander getrennt, was eine schnelle und intuitive Programmierung erleichtert.
Darüber hinaus enthält die Anwendung eine Vielzahl von Unterrichtsplänen sowie etwa 30 unterschiedliche Montageanleitungen für Modelle.
Erste Schritte
Nach dem Start der Anwendung und der Auswahl der Sprache werden sofort drei Einstiegsschritte angeboten:
1) Programmieren Sie den Hub, um ein Smiley auf dem Bildschirm anzuzeigen;
2) Machen Sie sich mit der Funktionsweise der Motoren und Sensoren vertraut;
3) Bauen Sie das Modell „Floh“ zusammen und programmieren Sie es zum Bewegen.
Die Einführung in SPIKE Prime beginnt mit einer Beschreibung der Anschlussmöglichkeiten (über microUSB oder Bluetooth) und der Nutzung des Pixelbildschirms.
Zuerst müssen Sie die Befehlsfolge festlegen, die nach dem Start des Programms ausgeführt werden soll, sowie die spezifischen Pixel auswählen, die auf dem Hub-Bildschirm leuchten sollen.
Der zweite Schritt besteht darin, die Reaktion der Motoren auf verschiedene Signale von Sensoren zu konfigurieren und zu programmieren. Beispielsweise kann der Motor so programmiert werden, dass er sich zu drehen beginnt, wenn eine Hand oder ein anderes Objekt zum Abstandssensor gebracht wird.
Dafür erstellen wir eine Befehlsfolge: Wenn sich ein Objekt in weniger als n Zentimetern zum Sensor befindet, beginnt der Motor zu arbeiten.
Der dritte und spannendste Schritt: den Flohroboter zusammenbauen und ihn auf Zuruf zum Springen programmieren. Dazu muss zunächst der Roboter aus Einzelteilen und zwei Motoren zusammengesetzt werden.
Anschließend gehen wir zur Programmierung über. Hierfür setzen wir den folgenden Algorithmus fest: Beim Start des Programms soll der "Floh" zweimal nach vorne springen, weshalb beide Motoren gleichzeitig zwei volle Umdrehungen ausführen müssen. Die Drehgeschwindigkeit stellen wir auf 50% ein, damit der Roboter nicht zu hoch springt.
Am Ende haben wir einen kleinen Roboter, der beim Starten des Programms vorwärts hüpft. Wunderschön!
Der Flohroboter raste vorwärts, fand sein erstes Ziel, aber irgendetwas ging schief.
Nach diesem Abschluss der Schulung können wir uns komplexeren Projekten widmen: In der App gibt es über 60 Flussdiagramme für verschiedene Teile des Sets (Motoren, Hub, Sensoren usw.). Jedes Flussdiagramm kann leicht durch Parameter angepasst werden. Zudem bietet die Software die Möglichkeit, Variablen und eigene Flussdiagramme zu erstellen.
Für Lehrkräfte
Im Set enthalten sind für Lehrkräfte. Diese beinhalten Lehrpläne, Aufgaben mit Lösungen und Aufgaben, für die es keine Antworten gibt, sodass kreative Lösungsansätze erforderlich sind. Dies ermöglicht einen schnellen Einstieg in die Arbeit mit dem Set und die Erstellung von Ausbildungsprogrammen.
Auf der Website sind insgesamt 4 Kurse verfügbar. Der Kurs „Erfinderteam“ ist für den Unterricht in Technologie gedacht und festigt das Verständnis der Schülerinnen und Schüler für den Projektmanagementprozess. Zwei Kurse gehören zur Informatik. „Wir gründen ein Geschäft“ vermittelt grundlegende Programmier- und Algorithmuskenntnisse, während „Nützliche Geräte“ die Funktionsweise des Internets der Dinge erklärt. Der vierte Kurs „Bereit für Wettbewerbe“ ist zur Vorbereitung auf Wettbewerbe gedacht und erfordert sowohl Grundkenntnisse als auch Ressourcen.
Jeder Kurs umfasst 5 bis 8 Lektionen, die ein fertiges methodisches Konzept beinhalten, das in den Unterricht integriert werden kann, um STEAM-Kompetenzen zu festigen.
Vergleich mit anderen Sets
LEGO Education SPIKE Prime gehört zur Robotikreihe von LEGO Education, die Sets für Kinder unterschiedlichen Alters umfasst:
- Express „Junger Programmierer“ für die frühkindliche Bildung.
- WeDo 2.0 für die Grundschule.
- LEGO Education SPIKE Prime für die Mittelschule.
- LEGO MINDSTORMS Education EV3 für Oberstufenschüler und Erstsemesterstudierende.
Die Funktionen von SPIKE Prime überschneiden sich mit LEGO WeDo 2.0, das in diesem Jahr Unterstützung für Scratch erhalten hat. Im Gegensatz zu WeDo 2.0, das auf die Modellierung physikalischer Experimente ausgerichtet ist, eignet sich SPIKE Prime besser für den Bau von Robotern. Es ist für den Einstieg in die Robotik in der 5. bis 7. Klasse konzipiert.
Mit dieser Lösung können Schüler spielerisch die Prinzipien der Algorithmenentwicklung erlernen, ihre Problemlösungsfähigkeiten verbessern und grundlegende Kenntnisse in der Robotik erwerben. Nach SPIKE Prime können sie zu LEGO MINDSTORMS Education EV3 wechseln, das die Arbeit mit MycroPython ermöglicht und sich für das Verständnis komplexerer Robotik- und Programmierkonzepte eignet.
P.S. Bei der Erstellung dieses Artikels wurde kein Roboter und kein Husky verletzt.
Quelle: habr.com
