Digital gesteuerte Kugelbahn

.

.

.

.

.

Tipps und Tricks

Hinweise für Lehrpersonen

.

Didaktische Hintergrundinformationen zu dieser Challenge können Sie einsehen und downloaden, wenn Sie sich hier kostenlos anmelden.

[member]

Didaktische Hinweise

Die Challenge im Überblick

Challenge	Zeit	Aufgabentyp	Schwierigkeitsgrad	Kreativität und Tüfteln
Mit Computer	90+ Minuten; es handelt sich hierbei um eine Mindestzeitangabe!	Auftragsorientierte Umsetzung	schwer	technisches Problemlösen; Erfinden, Aufzugslösung konstruieren

Das Entwickeln (technisches Problemlösen) und Erfinden stehen hier im Vordergrund. Die Schülerinnen und Schüler konstruieren ein interaktives System, das auf die Kugel reagiert, sobald sie ihren Endpunkt erreicht hat. Die Konstruktion des Aufzugs und die Programmierung erfordern ein hohes Mass an Tüftelgeist (insbesondere die Festlegung des Helligkeitsschwellenwerts). Gegebenenfalls finden die Schülerinnen und Schüler auch alternative Lösungen – beispielsweise mit einem Tastschalter oder mit dem Rüttelsensor/Lagesensor.

Challengecards – Download

Lehrplanbezug (Lehrplan 21)

Fach	Kompetenz	Kompetenzziele	Konkret in der Challenge
Natur, Mensch, Gesellschaft (NMG)	NMG.5.2.1f	Die SuS können Zeiten und Strecken messen und darstellen sowie Messgenauigkeiten einschätzen (z.B. Streckenmessung: Anzahl Schritte vs. Messband).	Die SuS können messen, wie lange die Kugel braucht, um die Strecke vom Sensor zum Kugelaufzug zu überbrücken.
Medien und Informatik (MI)	MI.2.2.f	Die SuS können Programme mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern schreiben und testen.	Die SuS verwenden Programmierbefehle wie «dauerhaft» (Schleife) oder mit «wenn-dann-Funktionen». Beim Weitertüfteln arbeiten sie mit Variablen, um die Kugelrunden via Display zu zählen.
	MI.2.3.l	Die SuS kennen die wesentlichen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeelemente von Informatiksystemen und können diese mit den entsprechenden Funktionen von Lebewesen vergleichen (Sensor, Prozessor, Aktor und Speicher).	Die SuS steuern einen Elektromotor mit Sensoren an (z.B. Helligkeitssensor).
	MI.2.2.g	Die SuS können selbstentdeckte Lösungswege für einfache Probleme in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern formulieren.	Die SuS können das Aufzugsteuerprogramm so optimieren, dass die Kugel hochgezogen und der Aufzug anschliessend wieder in die Ausgangsposition zurückversetzt wird.
	MI.2.2h	Die SuS können selbstentwickelte Algorithmen in Form von lauffähigen und korrekten Computerprogrammen mit Variablen und Unterprogrammen formulieren.	Die SuS verwenden Variablen, um die Kugeldurchlaufrunden digital zählen zu lassen.
Technisches und textiles Gestalten (TTG)	TTG.2.A.2b	Die SuS können zu ausgewählten Aspekten Lösungen suchen und eigene Produktideen entwickeln (z.B. Funktion, Konstruktion, Gestaltungselementen, Verfahren, Material).	Die SuS erfinden eine Lösung, wie sie die Kugel in die Startposition zurückversetzen lassen können.
	TTG.2.A.3b	Die SuS können die formalen, funktionalen und konstruktiven Bedingungen der Aufgabenstellung berücksichtigen und für die Planung des Prozesses verwenden (z.B. Skizze, Plan, Arbeitsablauf, Schnittmuster, Modell). Die SuS können das geplante Produkt mit punktueller Unterstützung herstellen.	Die SuS können eine digital gesteuerte Kugelbahn konzipieren, geeignete Steuerbefehle und -verfahren ausloten und zielgerichtet umsetzen.

Nötige Vorkenntnisse

Die Schülerinnen und Schüler müssen mit den Grundlagen der Programmierung des Calliope Mini Boards vertraut sein. Erfahrungen mit der Ansteuerung von Motoren sind von Vorteil. Zuvor sollte eine herkömmliche Kugelbahn gebaut worden sein (vgl. Challenge: «Lass die Kugel rollen»).

Hinweise zur pädagogischen Begleitung

Eine digitale Kugelbahn mit Selbstaufladung zu bauen, ist eine grosse Herausforderung. Das Projekt eignet sich für Schülerinnen und Schüler mit Durchhaltevermögen und mit hoher Frustrationstoleranz. Die Schwierigkeit besteht neben der Konstruktion eines Kugelaufzugs, der die Kugel am oberen Ende ausgibt, in der Programmierung des Helligkeitssensors. Es ist schwierig, den richtigen Schwellenwert zu finden, so dass das Calliope den Motor ansteuert, sobald die Kugel über den Helligkeitssensor gerollt ist.

Umfang mit dem Elektromotor

Die Challenge benötigt unbedingt einen Elektromotor mit Getriebe. Ein eigenes Übersetzungsgetriebe zu bauen, ist zu aufwendig. Damit der Elektromotor die Laufrichtung ändern kann, muss er unbedingt an Pin 2 und Pin 3 angeschlossen werden (s. Tipps und Tricks). Achtung: Mit der Standardstromversorgung des Calliope (ca. 3V) funktioniert der Motor nur, wenn mindestens 80% Leistung eingestellt sind. Wenn eine zusätzliche externe Stromversorgung verwendet wird, kann der Wert bis zu 65% liegen. Tiefere Werte liefern in der Regel kein befriedigendes Ergebnis.

Programmierung

[/member]