Aufbau der Unterrichtseinheit

Erste Connect-Phase: Einführung ins Thema

Kurze Erklärung des Modells

Zu Beginn der Unterrichtseinheit zum Intelligent Car kann das Modell kurz gezeigt und erklärt werden. Es ist mit zwei Motoren - einem für den Antrieb und einem für die Lenkung -, verschiedenen Sensoren und einer Steuereinheit sowie einem kleinen Computer, dem NXT-Stein, ausgestattet. An den NXT-Stein können unterschiedliche Aktoren und Sensoren angeschlossen werden. Aktoren können vom Programm gesteuert werden; zum Beispiel können Motoren gedreht, Lampen angeschaltet oder Töne ausgegeben werden. Sensoren übermitteln Informationen aus der Umwelt an die Steuereinheit, zum Beispiel Helligkeitswerte und Entfernungen, aber auch logische Signale wie "gedrückt" oder "nicht gedrückt".

Sensoren des Intelligent Car

Das Intelligent Car enthält einen nach unten gerichteten Lichtsensor, der aber bei den hier durchgeführten Experimenten keine Rolle spielt, einen nach vorne gerichteten Ultraschallsensor zur Abstandsmessung und zwei Berührungssensoren im hinteren Stoßfänger. Außerdem kann ein zur Seite gerichteter Ultraschallsensor bei Bedarf angebaut werden.

Von der Connect- zur Construct-Phase

Das einfache Zeigen des Modells und das Erklären der Funktionen wären jedoch nicht ausreichend, um einen nachhaltigen Eindruck bei den Schülerinnen und Schülern zu hinterlassen. Das LEGO Education Lernkonzept sieht vor, dass nach einer sogenannten Connect-Phase, in der Bezüge zur Alltagswelt hergestellt und die Schülerinnen und Schüler für Probleme sensibilisiert werden, eine Construct-Phase stattfindet.

Aufgaben von IT-Systemen in modernen PKW

Mit den Jugendlichen kann nun über sogenannte Fahrerassistenzsysteme gesprochen werden. Manche kennen die Jugendlichen schon, andere können sie sich gut vorstellen. Wesentlich im Gespräch ist die Sensibilisierung dafür, dass moderne PKW nicht nur voller Technik und Elektronik stecken, sondern dass auch viele Steuerungs- und Regelungsaufgaben von IT-Systemen übernommen werden. 

Sicherheits- und Komfort-Funktionen

Sowohl sicherheitskritische Aspekte wie ABS, ESP, Spur- oder Brems-Assistenten als auch Komfort-Funktionen wie Einparkhilfen oder In-Car-Entertainment-Systeme sind hier zu nennen. Alle Systeme erleichtern die Bedienung und erhöhen die Sicherheit beim Fahren. Über diese Anwendungsbeispiele gelingt es leicht, das Interesse der Jugendlichen zu wecken und weitere Nachfragen zu provozieren. So kann die Unterrichtseinheit mit Interesse begonnen werden.

Construct-Phase: Aufbau

In der Construct-Phase wird den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit gegeben, das LEGO-Modell des Intelligent Car aufzubauen. Hier werden feinmotorische und sensorische Fähigkeiten angesprochen, aber auch sorgfältiges Arbeiten nach einer Bauanleitung. Viele Kinder und Jugendliche entwickeln hier erstaunliche Fertigkeiten, auch wenn diese zuvor vielleicht nicht vermutet wurden.

Zweite Connect-Phase: Beispiele

Fahrerassistenzsysteme

In einer erweiterten oder sich nach der Konstruktion erneut anschließenden Connect-Phase werden zwei konkrete Fahrerassistenzsysteme thematisiert: ein Abstandsregeltempomat und eine automatische Einparkhilfe. Beide Beispiele folgen dem gleichen Aufbau. Im Gespräch wird die Funktionsweise erklärt und in einer sprachlichen Umschreibung beziehungsweise in einem Pseudo-Code ausformuliert.

Selbstständige Erarbeitung

Anschließend kann eine erste Implementierung gezeigt werden. Das Programm dazu kann dann entweder ebenfalls gezeigt und erklärt werden oder, was einen wesentlich größeren Lernerfolg verspricht, von den Schülerinnen und Schülern selbstständig implementiert werden. Hierfür ist es nicht notwendig, textuellen Programmcode zu verstehen. 

Visuelle Programmiersprache

Das LEGO Mindstorms NXT-System beinhaltet eine visuelle Programmiersprache, die es auch ohne Syntax-Kenntnisse einer textbasierten Programmiersprache ermöglicht, Programme zu erstellen, zu lesen und zu verstehen. In den später folgenden Implementierungen ist jedoch meist der Übersichtlichkeit halber NXC, ein Dialekt der Programmiersprache C für den NXT-Baustein, als Implementierungssprache gewählt.

Contemplate-Phase: Beobachtung

Nachdem Lösungen entstanden sind, können diese durch konkrete Beobachtung des Modells und der implementierten Funktionalität beurteilt und diskutiert werden. Im LEGO Education Lernkonzept wird dies die Contemplate-Phase genannt. Schwachstellen der Lösung sollen gesucht und thematisiert werden.

Continue-Phase: Ausbau

Insgesamt sind in dieser Unterrichtseinheit drei Varianten vorgesehen, die strukturiert erarbeitet und besprochen werden sollten und die es immer ermöglichen, direkte Verbesserungen in der Implementierung zu beobachten. Diese abschließende Phase heißt Continue-Phase im LEGO Education Lernkonzept.

Stufenweise Herangehensweise

Schritte der Unterrichtseinheit

Die Unterrichtseinheit besteht aus den folgenden großen Schritten:

• Motivation (Anforderung, Planung)
• Erste Implementierung beziehungsweise Beispiel-Code (Konzept und Entwurf)
• Verbesserungen (Rückkopplung aus Anforderung zu dem Entwurf)

Moderne Produktentwicklung verstehen

Insbesondere durch diese stufenweise Herangehensweise ist es auch möglich, eine moderne Produktentwicklung von der Planungsphase über Konzept- und Entwurfsphase bis hin zur konkreten Realisierung anzusprechen und am Beispiel zu verdeutlichen. Den Kindern und Jugendlichen kann so klar werden, dass Lösungen meist nicht als singuläre Leistung von Individualisten entstehen, sondern dass neben der Problemlösung auch Teamwork, Kommunikation und Kreativität wesentliche Bestandteile von Entwicklungen in der der ITK-Branche sind.