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Programmieren mit LEGO Mindstorms EV3/NXT

LEGO Mindstorms ist ein Lernsystem für den Bau von Robotern, das speziell für den Technologie- und Informatikunterricht in Schulen entwickelt wurde. Es ging aus Forschungen der Gruppe von Seymour Papert, dem Erfinder der Programmiersprache LOGO, hervor, die im MIT Medialab durchgeführt wurden. Der Bausatz besteht aus einem programmierbaren Legostein, drei Motoren, fünf Sensoren und über 400 LEGO-Steinen. Damit lassen sich eine Vielzahl von autonomen Robotern und/oder interaktiven Maschinen entwickeln. Der Bausatz wird ergänzt durch eine unkomplizierte grafisch steuerbare Programmiersoftware. Man programmiert den Roboter ganz einfach, indem man die gewünschten Steine platziert und sie wie ein Puzzle miteinander verbindet.

Mit diesen Roboter-Bausätzen können die Schülerinnen und Schülern also Roboter konstruieren und mit Hilfe von Piktogrammen programmieren. LEGO Mindstorms bietet zudem die Möglichkeit, die Kinder mit drei grundlegenden Elementen der Robotik vertraut zu machen: Sensoren (die auf Berührung, Klang, Farben und Ultraschall reagieren), Aktoren (Motoren, Display, Lautsprecher) und Mikrokontroller.

Die mit diesen Bausätzen vorgeschlagenen Aktivitäten stellen die Kinder in der Regel vor Herausforderungen, die sie meistern müssen. Eine davon ist, einen Roboter zu bauen und zu programmieren, der eine klar definierte Aufgabe erfüllen kann (einen Parcours absolvieren, einen Gegenstand bewegen usw.). Die Bausätze sind so konzipiert, dass der Schwierigkeitsgrad zunimmt und mit der Zeit mehrere Roboter für eine einzige Herausforderung kombiniert werden können (Teamarbeit).

Die gestellten Aufgaben fördern nicht nur einen gesunden Wettbewerb zwischen allen Beteiligten, sondern ermöglichen es den Schülerinnen und Schülern auch, einen ersten Schritt hin zum Verständnis der inneren Funktionsweise von Robotern zu tun. Die Kinder beschränken sich dabei nicht einfach auf die Nutzung des Roboters. Vielmehr entdecken sie die zentrale Rolle der Programmierung. Sie können selbst erfahren, dass sie Roboter bauen können, die absolut identisch konstruiert sind, sich aber völlig unterschiedlich verhalten (Quelle: www.robotsenclasse.ch).

Programmierung

Die leistungsstarke Software zur Programmierung und zum Datenlogging (= Aufzeichnen und Speichern von Daten) ist einfach zu erlernen und zu nutzen. Sie basiert auf der Systemdesign-Software LabVIEW™ von National Instruments. Die grafisch gestaltete Umgebung ist ein Industriestandard, der von Wissenschaftlern und Ingenieurinnen in aller Welt verwendet wird. Die äusserst benutzerfreundliche Software wurde für den Einsatz in Schulen optimiert und umfasst die neusten Entwicklungen im Bereich des intuitiven Software-Designs. Die Programmierung mit der EV3-Software erfolgt über Symbole, die per Drag-and-Drop auf die Programmierfläche gezogen werden, so dass Befehlssequenzen entstehen. Dank der grafischen Benutzeroberfläche können die Schülerinnen und Schülern einfache Programme entwickeln und ihr Wissen nutzen, um intuitiv komplexe Algorithmen aufzubauen.

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Das Datenlogging ist ein wichtiges wissenschaftliches Instrument für die Durchführung von Experimenten. Mit dieser Funktion lassen sich die Daten von Sensoren ganz einfach sammeln, veranschaulichen, analysieren und verändern und danach in interaktiven Grafiken visuell darstellen. Eine besondere Funktion – die Programmierung mit Zustandsdiagrammen – ermöglicht lebendige Erfahrungen: So können die Schülerinnen und Schüler unter anderem Schwellenwerte für die Sensoren festlegen, so dass der Roboter beispielsweise einen Ton aussendet, wenn der Sensor eine gewisse Temperatur misst. Dank dem integrierten Inhalts-Editor kann die Lehrperson alle Unterrichtsmaterialien individuell anpassen und eigene Lektionen gestalten. Die Kinder können ihre Arbeit direkt im Inhalt erfassen, um so ihr eigenes digitales Schulheft zu kreieren, was die Führung und Evaluation der Klasse erleichtert. Die Software wird mit dem Robot Educator geliefert: einem Lernprogramm, das die Konzepte von LEGO® MINDSTORMS® zusammenfasst. Es enthält 48 Multimedia-Anleitungen, die den Lehrpersonen und Kindern Schritt für Schritt zeigen, wie elementares und fortgeschrittenes Programmieren funktioniert. Ebenfalls enthalten sind Informationen zum Material und zu den Funktionen des Datenloggings.

In Kürze

Eine Lösung für ein Problem finden und sie direkt ausprobieren: Genau das (und noch viel mehr) ist mit der Programmierung von LEGO-Robotern möglich! Die Schülerinnen und Schülern lernen, Herausforderungen auf spielerische und kreative Weise anzugehen. Die Arbeit mit Robotern gibt ihnen die Möglichkeit, sich mit einem ganz besonderen Instrument Kompetenzen in Bereichen wie etwa logisches Denken, Problemlösung, (partnerschaftliche) Teamarbeit und Kreativität anzueignen. Roboter-Unterricht ist fächerübergreifend: Durch die Beschäftigung mit Robotern im Unterricht lassen sich ganz unterschiedliche Lernziele aus verschiedenen Fächern erreichen.

resource60.jpg Die Fachstelle fri-tic stellt 12 LEGO Mindstorms EV3-Roboter
und 12 EV3-Roboter sowie den EV3-Bausatz für Raumschiffe 
zur Verfügung,
um im Unterricht Programmieren zu unterrichten. Wenn Sie diese Materialien
ausleihen möchten, nehmen Sie bitte Kontakt mit der Fachstelle auf.
Die Fachstelle bietet Ihnen zudem eine persönliche Betreuung bei Ihren Programmier­tätigkeiten.

Weiterführende Informationen (Französisch)