bildung+ Startseite Mediadaten Impressum Links Newsletter

Journal der Leipziger Buchmesse Referendare reisen Lernen science bildungSPEZIAL medien

MINT-Unterricht

Fit für die Zukunft

Robotik im Unterricht erleichtert den späteren Berufseinstieg

Markus Schöllner

Längst stimmen Wirtschaft, Politik und weite Teile der Bevölkerung überein, dass der Verbindung von Theorie und Praxis im mathematischen und naturwissenschaftlichen Schulunterricht ein stärkerer Stellenwert eingeräumt werden muss, um im internationalen Wettbewerb zukunftsfähig zu bleiben. Um das Verständnis der Schüler in den MINT-Fächern (Mathe, Informatik, Naturwissenschaften und Technik) grundlegend zu erweitern, setzen einige Schulen bereits auf Robotik im Unterricht

Das Lernsystem LEGO MINDSTORMS Education EV3 enthält die Hardware, also den Baukasten mit über 540 LEGO Bauelementen, Sensoren, Motoren und das Herzstück, den programmierbaren EV3-Stein sowie die EV3-Software

Beim Konstruieren von Robotern werden besondere Kompetenzbereiche der Schüler gefördert: Ihre Wahrnehmung beispielsweise, denn zweidimensionale Modelle zu entwerfen, um diese dann drei­dimensional aufzubauen, ist eine Kunst der Interpretation und des Begreifens. Mathematische Grundfähigkeiten wie das Schätzen und Messen von Distanzen, Zeiten und Geschwindigkeiten werden gefestigt und die effektive Kommunikation unter Verwendung von wissenschaftlichen und technischen Fachbegriffen ausgebaut.

Mit seinem LEGO MINDSTORMS Education EV3 hat LEGO Education schon die dritte Evolutionsstufe seiner beliebten Robotik-Baukästen eingeläutet. Den EV3-Roboter habe ich genau unter die Lupe genommen, denn er ist sowohl für Einsteiger wie auch sehr komplexe Projektaufgaben und schnelle Prototypen in der weiterführenden Informatik geeignet.

Das Kernstück des Systems ist der intelligente EV3-Baustein. Seine Ein- und Ausgänge ermöglichen den Bau von autonomen Robotern und Messwerterfassungssystemen – ideal also für den Einsatz im fächerverbindenden Kontext. Über die Ein- und Ausgänge können verschiedenste Sensoren, zum Beispiel Ultraschallsensor, Farb-/Lichtsensor, Gyrosensor oder Berührungssensoren sowie Motoren angeschlossen werden. Mit LEGO-Steinen können vorliegende Modelle nach Bauanleitungen oder eine unzählige Vielfalt eigener, fantasievoller Roboter kreiert werden. Den leichten Einstieg in die Materie garantieren die beigelegten Roboter-Bauanleitungen oder weitere Baupläne, die in der Software zu finden sind.

Das Herzstück unter der Lupe

Nach dem Begreifen der Aufgabenstellung folgt das Bauen eines Modells und das Entwickeln von Lösungsansätzen, die mit einfachen Mitteln in den Roboter programmiert werden

Mit dem USB-Host-Anschluss am Master-Brick lässt sich der EV3 um zusätzliche Geräte wie WLAN-Stick oder andere Mikrocontroller-Boards erweitern. Ein Micro-SD-Kartenslot für bis zu 32 GByte große Speicherkarten ist vorhanden. Unter der Haube des Bricks hat sich einiges getan: Das Herzstück bildet ein ARM9 mit 300 MHz, 64 MByte Hauptspeicher und 16 MByte Flash‚ die technischen Daten sind gegenüber dem NXT-Vorgängersystem mit seinen 48 MHz Takt und 64 KByte RAM kaum vergleichbar. Der EV3 befindet sich auf der Höhe der Zeit und räumt mit Hardware-Hürden auf, dank des neuen Linux-Betriebssystems des Brick. Der Bluetooth-Standard ist nun auf die Version 2.1 angehoben. Neben Android Smartphones und Tablets können nun auch iOS-Geräte mit dem EV3 kommunizieren. Mit einer sogenannten Daisy-Chain lassen sich über USB bis zu vier EV3-Bricks (Steuermodule) zusammenschließen. Eine Einheit kann als Master seine Sensordaten an die anderen Steuereinheiten weitergeben und die Weiterverarbeitung anordnen. Damit sind komplexe Produktionsstränge oder sehr umfangreiche Roboter mit 16 Schrittmotoren realisierbar.

Programmiert wird in einer grafischen Umgebung auf Grundlage von LabView, in der sich Funktionsbausteine wie Lego-Sensoren und Motoren, aber auch Konstrukte wie Schleifen, bedingte Anweisungen und Verzweigungen, visuell zu beliebig komplexen Programmen zusammensetzen lassen. Der Vorteil ist die niedrige Einstiegshürde: Die Programmierung erfolgt rein visuell und kann trotzdem eine nahezu beliebige Komplexität annehmen.

Lernen fürs Leben

Ergründen und erweitern: Die Schüler realisieren den Lösungsansatz mit Hilfe des gebauten Modells und evaluieren das Resultat. Am Ende geht es darum, das Modell des Roboters anhand der neuen Erkenntnisse zu verbessern, um an zusätzliche Lösungswege zu gelangen

Mit dem an die Lerninhalte der deutschen Schulen angepassten Lernkonzept von LEGO Education ermutigen Lehrer ihre Schüler schon bei der Entwurfsplanung eines Projekts, eigene Überlegungen und Ideen zu entwickeln und diese in die Lerngruppe einzubringen, um eine kreative Lösung für Aufgaben und Probleme zu finden. Auch die Auswertung von Lösungen, der Produkttest und die Produktbewertung sind wichtige Punkte des professionellen Projektmanagements. Hier entstehen Chancen, Zusammenhänge im wahrsten Sinne des Wortes zu begreifen und im Langzeitgedächtnis zu verankern.

Das Bundesland Nordrhein-Westfalen startete kürzlich mit neuen Lehrplänen für Informatik und Naturwissenschaften in der Gesamtschule und Informatik, Physik und Technik in der Real­schule ins neue Schuljahr 2015/16. Für mich ist das ein Vorzeigebeispiel, das die anderen Bundesländer ganz schnell nachmachen sollten.

Mit der neuen LEGO MINDSTORMS Education EV3 Programming App gibt es jetzt eine weitere Möglichkeit, den EV3-Roboter zu programmieren. Dank der Portabilität kann nun auch ohne PC in Schule, Freizeitgruppe oder im Kinderzimmer mit dem EV3 experimentiert und das Programmieren intuitiv erlernt werden.

MINT-Unterricht

Showdown der Techno-Kicker

Fußball ist eine Wissenschaft. Das wissen nicht nur alle begeisterten Fußballfans, die mitdiskutieren, wenn sich die Profi-Kicker h … mehr

MINT-Unterricht

Lernen in Bewegung

Richtig eingesetzt, heben Tablet-Computer wie das iPad den MINT-Unterricht auf ein ganz neues Qualitätsniveau: Die Schüler können m … mehr