Robotik · Klasse 5

Bewegen.
Beobachten.
Begreifen.

Du entdeckst, was Roboter ausmacht, formulierst eindeutige Befehle und bringst mit Sensoren, Aktoren und einem Arduino erste Systeme zum Reagieren.

6 Lektionen1 Abschlussprojekt45–60 Minuten je Lektion

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Vom Alltagsroboter zur eigenen intelligenten Ampel

So arbeitest du

Erst beobachten, dann planen, anschließend bauen oder simulieren und zum Schluss erklären, was dein System tut.

Orientieren

Roboter im Alltag

Wann ist eine Maschine ein Roboter?

Ein Roboter nimmt seine Umwelt wahr, verarbeitet Informationen und handelt nach einem Programm. Nicht jede automatische Maschine erfüllt alle drei Merkmale.

Arbeitsauftrag

Untersuche Staubsaugerroboter, Ampel und elektrische Zahnbürste. Entscheide jeweils: Sensoren? Programm? Aktoren? Begründe deine Einordnung.

Lerncheck

Welche drei Grundbestandteile suchen wir?

Sensoren beziehungsweise Eingaben, ein Programm zur Verarbeitung und Aktoren beziehungsweise Ausgaben.

Planen

Befehle und Reihenfolgen

Roboter verstehen nur Eindeutiges.

Ein Algorithmus ist eine endliche, eindeutige und ausführbare Folge von Schritten. Schon eine unklare Richtungsangabe kann ein völlig anderes Ergebnis erzeugen.

Arbeitsauftrag

Schreibe eine Anleitung, mit der ein „Roboter“ vom Klassenraumeingang zu deinem Platz gelangt. Eine andere Person führt sie wortgetreu aus.

Lerncheck

Warum muss die Ausgangslage feststehen?

Weil derselbe Befehl von unterschiedlichen Startpositionen zu unterschiedlichen Ergebnissen führt.

Wahrnehmen

Sensoren

Wie bekommt ein Roboter Informationen?

Sensoren wandeln Eigenschaften der Umwelt in Messwerte um. Taster melden Zustände, Lichtsensoren Helligkeit und Abstandssensoren Entfernungen.

Arduino-Aufgabe

Verbinde einen Taster mit dem virtuellen Arduino. Gib im seriellen Monitor aus, ob der Taster gedrückt ist. Teste auch längeres Drücken.

Lerncheck

Ist ein Messwert automatisch eine richtige Entscheidung?

Nein. Erst das Programm deutet den Messwert anhand festgelegter Regeln.

Handeln

Aktoren

Wie verändert ein Roboter seine Umwelt?

Aktoren setzen Programmbefehle in Wirkungen um: LEDs leuchten, Motoren bewegen, Lautsprecher erzeugen Töne und Displays zeigen Informationen.

Arduino-Aufgabe

Lasse drei LEDs nacheinander leuchten. Verändere die Wartezeiten so, dass ein deutlich erkennbarer Rhythmus entsteht.

Lerncheck

Sensor oder Aktor: ein Motor?

Aktor, denn er führt eine Wirkung aus und erzeugt Bewegung.

Verknüpfen

Eingabe – Verarbeitung – Ausgabe

Aus Wahrnehmen wird Handeln.

Im EVA-Prinzip liefert ein Sensor eine Eingabe. Das Programm verarbeitet sie nach Regeln. Ein Aktor gibt das Ergebnis aus.

Arduino-Aufgabe

Wenn der Taster gedrückt wird, soll die LED leuchten. Zeichne zuerst ein EVA-Schema und übertrage es danach in Programmcode.

Lerncheck

Wo gehört die Bedingung „Taster gedrückt“ hin?

Zur Verarbeitung: Das Programm prüft die Eingabe und entscheidet über die Ausgabe.

Verbessern

Testen und Fehler finden

Ein Fehler ist eine Beobachtung.

Beim Testen vergleichst du erwartetes und tatsächliches Verhalten. Gute Tests prüfen normale Fälle, Grenzfälle und bewusst ungewöhnliche Eingaben.

Arbeitsauftrag

Erstelle drei Testfälle für deine Taster-LED-Schaltung. Notiere Erwartung, Beobachtung, mögliche Ursache und Verbesserung.

Lerncheck

Warum ändern wir beim Testen nur eine Sache gleichzeitig?

So lässt sich erkennen, welche Änderung die beobachtete Wirkung verursacht hat.

Abschlussprojekt

Die intelligente Fußgängerampel

Plane eine Ampel, die nach einem Tastendruck sicher von Grün über Gelb zu Rot wechselt, Fußgängern ein Signal gibt und anschließend in den Ausgangszustand zurückkehrt.

1 Anforderungen sammeln2 Ablauf zeichnen3 Schaltung aufbauen4 Code testen5 Ergebnis erklären

Im Arduino-Simulator beginnen ↗