In Physik lernen die Schüler etwas über Licht und Elektrizität. Das Problem des Betriebs von Straßenlaternen wird den Schülern vorgestellt, damit sie einen Schaltkreis aus einem Fotowiderstand und einer LED bauen können. Sie programmieren ein Nachtlicht mit Hilfe der S4A-Software. Dieses Lernszenario zielt darauf ab, den SchülerInnen Programmierkonzepte vorzustellen, die sie zur Lösung eines realen Problems einsetzen.
| Autor | Maria Nikita |
| Fach | Informatik, Physik |
| Länge | 120 Minuten |
| Ansatz | Problem-Basiertes Lernen |
| Kompetenzen | in einfachen Worten erklären können, was ein Fotowiderstand ist erklären können, wie Nachtlichter funktionieren die Grundlagen der Stromkreise lernen Erlernen grundlegender Programmierkonzepte |
| Klasse | 5-6. Klasse |
| Technologien | S4A (Scratch für Arduino) Software, Arduino Bausatz |
Beschreibung
Einleitung: In Physik lernen die Schüler etwas über Licht, Elektrizität und Stromkreise.
Αktivität 1: Die Lehrkraft stellt das Problem der Straßenlaternen vor, die sich nicht immer einschalten, wenn es dunkel wird, sondern früher. Dies ist eine Ursache für Energieverschwendung und Lichtverschmutzung. Wenn die Zeit umgestellt wird (Sommerzeit), müssen die Straßenlaternen wieder so eingestellt werden, dass sie zur richtigen Zeit angehen. Die Lehrerin fragt, ob es nicht praktischer wäre, einen Sensor zu haben, der auf Licht reagiert. (5 Minuten)
Diskussion: Die Schüler diskutieren in der Klasse darüber, wie ein Sensor, der auf Licht reagieren kann, die Straßenlaternen automatisch funktionieren lassen würde. Der Lehrer stellt den Schülern einen Fotowiderstand (lichtempfindlicher Widerstand) vor und erklärt ihnen dessen Verwendung. (10 Minuten)
Übung 2: Die SchülerInnen teilen sich in 3er- oder 4er-Gruppen auf. Die Lehrkraft gibt jeder Gruppe ein Arduino UNO Board, ein Breadboard, einen Fotowiderstand, eine LED, 2 Widerstände (220Ω und 10kΩ), Überbrückungsdrähte und ein USB-Kabel. Die Gruppen erhalten außerdem einen Ausdruck mit dem Arduino-Schaltkreisentwurf, den sie erstellen sollen. Die Lehrkraft erklärt den Schülern, dass sie ein automatisches Nachtlicht herstellen werden. Die Schülerinnen und Schüler werden aufgefordert, zusammenzuarbeiten, um die richtigen Komponenten an den richtigen Stellen auf dem Breadboard und dem Arduino-Board zu platzieren. In der Zwischenzeit erklärt die Lehrkraft in einfachen Worten, was der Arduino ist und welche Rolle die anderen verwendeten Komponenten spielen. (25 Minuten)
Aufgabe 3: Die Schüler erstellen ein Programm in S4A, das den Eingang des Fotowiderstands zum Ansteuern der LED verwendet. Die Schülerinnen und Schüler sind bereits mit der Scratch-Umgebung vertraut, sodass die S4A-Umgebung für sie nicht völlig neu zu sein scheint.
Arbeitsblätter
https://docs.google.com/document/d/12IrytizBuuDGqhLjmfAM-aR6rC6vW51AqE9HZlTIwG8/edit
A. Öffnen Sie das Programm S4A. Verbinden Sie das Arduino-Board über das USB-Kabel mit dem Computer. Beobachten Sie den Analog0-Wert auf der Sensorplatine.
- Bedecken Sie den Fotowiderstand mit Ihrer Hand. Was können Sie beobachten?
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- Schalten Sie das Licht in Ihrer Klasse aus (oder ziehen Sie die Vorhänge zu). Was können Sie beobachten?
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- Was ist der Schwellenwert, der Dunkelheit von Helligkeit unterscheidet?
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Β. Programmieren Sie die LED so, dass sie in Abhängigkeit vom Wert des Fotowiderstandssensors (Analog0-Wert) ein- und ausgeschaltet wird.
- Mit welchem Block wollen Sie prüfen, ob der Wert des Sensors unter dem Schwellenwert liegt?
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- Mit welchem Baustein schalten Sie die LED ein, wenn es in Ihrer Klasse dunkel ist, und aus, wenn es hell ist?
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- Welchen Block werden Sie verwenden, um Ihr Programm ewig wiederholen zu lassen?
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C. Führen Sie Ihr Programm aus und überprüfen Sie es. Bedecken/entdecken Sie den Fotowiderstand mit der Hand oder schließen/öffnen Sie die Vorhänge in Ihrer Klasse und überprüfen Sie, ob Ihr Nachtlicht richtig funktioniert. Nehmen Sie ggf. Änderungen vor.
(20-40 Minuten)
Aktivität 4: Die Schüler bereichern ihr Programm. Sie erfinden eine Geschichte über die Dunkelheit und das Licht.
A. Erstellen Sie eine Geschichte über die Dunkelheit und das Licht. Fügen Sie Hintergründe und Sprites zu Ihrem Programm hinzu. Befolgen Sie die obigen Anweisungen:
– Wählen Sie einen Hintergrund, der einen Ort bei Tageslicht darstellt, und einen Hintergrund, der einen Ort bei Nacht darstellt.
– Sprite(s) auswählen.
B. Fügen Sie Befehle zu Ihrem Programm hinzu. Programmieren Sie den Hintergrund so, dass er von Tag auf Nacht umschaltet, wenn der Wert des Sensors unter dem Schwellenwert liegt und umgekehrt. Gleichzeitig programmieren Sie Ihr(e) Sprite(s) so, dass sie etwas Bestimmtes sagen oder/und tun, wenn es hell ist, und etwas anderes sagen oder/und tun, wenn es dunkel ist.
(20-40 Minuten)
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