„Sprechende Lego-Roboter für Schulen“ pries die Werbetafel auf der CeBit 2008, Halle 9, Stand B35, an. Wissenschaftler der Universität des Saarlandes stellten dieses Jahr auf der weltweit größten Informations- und Telekommunikationstechnologie-Messe in Deutschland eine Sprachsteuerungssoftware für Lego-Roboter vor. Wie demonstriert wurde, macht diese Software es möglich, mobilen Kleinrobotern mündliche Anweisungen zu geben, woraufhin die Roboter Gegenstände ansteuern, sie ergreifen und den Befehlenden bringen.
Die Robotik wird vielfach als Schlüsseltechnologie des dritten Jahrtausends bezeichnet. Laut der Studie „World Robotics 2007“ hatte die Wissenschaft der Roboter Ende 2007 weltweit eine beachtliche Anzahl eingesetzter Roboter vorzuweisen. Die Zahlen bewegten sich in der Industrie im Bereich von einer Million, im Servicebereich um die 40.000. Besonders die Anzahl der Service Roboter, so das „IFR Statistical Department“, wird sich bis 2010 verdoppeln.
Folglich erscheinen Roboter sehr verbreiten und für die gegenwärtige Lebenswelt von wesentlicher Bedeutung zu sein.
Unbeantwortet bleibt nun die Frage, wie Roboter mit Schule in Verbindung zu bringen sind. Zunächst einmal, ob die Thematik Robotik überhaupt einen für das schulische Lernumfeld der Realschule relevanten Gegenstandsbereich darstellt und wenn, wie sich dieser realisieren lässt.
Wie dem Titel zu entnehmen ist, befasst sich die vorliegende wissenschaftliche Hausarbeit mit der Einführung der Robotik in der Realschule. Der Stellenwert der Robotik, als Schlüsseltechnologie des dritten Jahrtausends, legitimiert von sich aus noch nicht eine Einführung im Rahmen des allgemein bildenden Technikunterrichts. Zunächst müssen die Inhalte der Thematik Robotik auf ihre Relevanz hinsichtlich einer allgemeinen technischen Bildung, überprüft werden.
Erst danach können unterschiedliche Möglichkeiten der Umsetzung erdacht und im Sinne technischer Bildung, bezüglich ihrer Fruchtbarkeit erörtert werden.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Auf dem Weg zur Automatisierung
2.1 Ursprünge der Automatisierung
2.1.1 Der Mensch ein Technologe (Vom Werkzeug zur Maschine)
2.1.2 Automaten der Antike und des 18. Jahrhunderts
2.1.3 Der erste programmierbare Computer
2.2 Steuern und Regeln
2.2.1 Steuern
2.2.2 Regeln
2.2.2.1 Die automatische Regelung
2.2.2.2 Die automatische Regelung im 17. und 18. Jahrhundert
2.3 Die Kybernetik – ein bindendes Glied
2.3.1 Der kybernetische Vorgang in Mensch und Maschine
2.3.2 Kybernetik - die Brücke zwischen den Wissenschaften
3 Automatisierung und Roboter
3.1 Grundlagen heutiger Automatisierung
3.1.1 Automatisierung gestern und heute
3.1.2 Ziele und Aufgaben der Automatisierungstechnik
3.1.3 Das Grundprinzip der Automatisierung
3.1.4 Das Rückkopplungsprinzip
3.1.5 Anwendungsfelder der Automatisierung
3.2 Von der Vision zum Einsatz von Robotern
3.2.1 Von der manuellen Massenproduktion zur Vision von Robotern
3.2.2 Handhabungstechnik als Erfüllungsgehilfe
3.2.3 Handhabungseinrichtungen
3.3 Roboter, deren Wissenschaft und Anwendung
3.3.1 Der erste Roboter
3.3.2 Robotik, die Wissenschaft der Roboter
3.3.3 Geburtsstunde des Begriffs Roboter
3.3.4 Vorfahren der Roboter
3.3.5 Anwendung der Robotertechnik
4 Didaktische Überlegungen
4.1 Allgemeinbildender Technikunterricht
4.1.1 Legitimation und Intention des allgemein bildenden Technikunterrichts
4.1.2 Gegenstandsbereiche des allgemein bildenden Technikunterrichts
4.2 Informationstechnische Bildung
4.2.1 Informationstechnik als Bestandteil technischer Sachsysteme
4.2.2 Informationstechnik als Gegenstandbereich des allgemein bildenden Technikunterrichts
4.2.3 Informations- und Kommunikationstechnik im Technikunterricht
4.3 Roboter erobern die Schule
4.3.1 Roboter auf der Ebene kybernetischer Modelle
4.3.1.1 Variante Eigenbau
4.3.1.2 Variante Baukasten
4.3.2 Eine Durchführungsmöglichkeit
4.3.2.1 Die First LEGO League
5 Schlussbemerkung
Zielsetzung & Themen
Diese wissenschaftliche Arbeit untersucht die Einführung der Robotik als Schlüsseltechnologie des dritten Jahrtausends in das schulische Lernumfeld der Realschule. Ziel ist es, den Stellenwert der Robotik hinsichtlich einer allgemeinen technischen Bildung zu prüfen und konkrete, didaktisch begründete Umsetzungsmöglichkeiten aufzuzeigen.
- Grundlagen der Automatisierung und Robotik
- Kybernetik als theoretisches Bindeglied zwischen Mensch und Maschine
- Fachliche Legitimation und didaktische Einordnung im Technikunterricht
- Konstruktion und Programmierung mobiler Kleinroboter als Unterrichtsmedium
- Analyse von Baukastensystemen und Wettbewerbsformaten
Auszug aus dem Buch
3.2.1 Von der manuellen Massenproduktion zur Vision von Robotern
Übersetzt man den englischen Ausdruck „automatic motivation“ sinngemäß ins Deutsche, meint dieser prinzipiell Automatisierung. Den Ausdruck nutzte ein Ingenieur der „Ford Motor Company“ erstmals in den 40er Jahren des 20. Jahrhunderts, um die Art und Weise der Produktion großer Automengen in einer Fabrik in Detroit zu beschreiben. Diese Fabrik in Amerika führte das Fließband zur Massenproduktion in der Automobilherstellung ein.
Auch in Deutschland war die Fließbandfertigung seit 1926 zum grundlegenden Element in der Fertigung von Automobilen geworden. Einzelne Arbeitsschritte bzw. wenige Handgriffe, wurden in der Montage zuvor durch konsequente Arbeitsteilung, von jeweils spezialisierten Arbeitern, durchgeführt. Monotone Handlungen, Hitze, Staub, Lärm und schwere körperliche Arbeit kennzeichneten die damaligen, in den Fabriken vorherrschenden Arbeitsverhältnisse. „Aus der Anschauung der Produktionsverhältnisse jener Zeit entstanden die Visionen der Robotergesellschaft.“ Die Vision von Robotern bzw. Maschinen, die diese bislang manuellen arbeitsteilige Fertigung übernehmen oder mit gesteigertem Krafteinsatz und höherer Arbeitsgeschwindigkeit durchführen können, sollten sich in der Zukunft bewahrheiten.
Der Ausdruck „Automatic motivation“ bezeichnet nun die Art der gemeinsamen Arbeit zahlreicher, vernetzter Maschinen, die die Arbeitsschritte vom Rohling bis zum fertigen Teil übernehmen konnten. Ebenfalls weitere, zuvor manuell ausgeführte, monotone Aufgaben wie Entnahme und Einspannung von Werkstücken wurden nach und nach von Maschinen übernommen. Durch den Einsatz so genannter Handhabungseinrichtungen reduzierte sich die menschliche Tätigkeit auf Überwachung und Instandhaltung eingesetzter Maschinen sowie auf die Qualitätskontrolle bearbeiteter Werkstücke.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Die Einleitung motiviert die Relevanz der Robotik als Schlüsseltechnologie und definiert das Ziel der Arbeit, deren Einführung in den Technikunterricht der Realschule zu untersuchen.
2 Auf dem Weg zur Automatisierung: Dieses Kapitel legt die historischen Grundlagen der Automatisierung, das Prinzip der Steuerung und Regelung sowie die kybernetischen Grundlagen dar.
3 Automatisierung und Roboter: Hier werden die Grundlagen der Automatisierung vertieft, die Entwicklung von Robotern von der Vision bis zum praktischen Einsatz erläutert und die Robotertechnik als Basistechnologie definiert.
4 Didaktische Überlegungen: Dieser Teil befasst sich mit der Legitimation des Technikunterrichts, der informationstechnischen Bildung und der konkreten Implementierung der Robotik mittels Baukästen und Wettbewerben in der Schule.
5 Schlussbemerkung: Das Fazit bestätigt, dass Roboter als interdisziplinäre Objekte hervorragend geeignet sind, um technische Bildung und variable Lernfelder im schulischen Rahmen zu eröffnen.
Schlüsselwörter
Robotik, Automatisierung, Technikunterricht, Kybernetik, Regelungstechnik, Steuerungstechnik, Informationstechnik, Baukastensysteme, Mobile Roboter, Technische Bildung, First LEGO League, Humandimension, Problemlösung, Realschule, Programmierung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der didaktischen Einführung der Robotik in den Technikunterricht der Realschule.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Felder umfassen die Geschichte und Theorie der Automatisierung, Kybernetik, die Rolle von Robotern in der modernen Technik sowie didaktische Konzepte für die Schule.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist zu prüfen, inwieweit die Thematik Robotik für eine allgemeine technische Bildung an Realschulen relevant ist und wie diese konkret im Unterricht umgesetzt werden kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Die Arbeit nutzt eine fundierte Literaturanalyse, um den technischen Stellenwert der Robotik zu begründen und didaktische Anforderungen für den schulischen Kontext abzuleiten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine fachwissenschaftliche Fundierung (Automatisierung, Regelung, Kybernetik, Robotik) und eine didaktische Einordnung (Technikunterricht, informationstechnische Bildung, Robotik-Baukästen).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den prägenden Begriffen zählen Robotik, Automatisierung, Technikunterricht, Informationstechnik, Kybernetik und technische Bildung.
Warum wird die Kybernetik als so wichtig für das Verständnis erachtet?
Die Kybernetik liefert die theoretische Basis für die Informationsverarbeitung, die als drittes Element neben Materie und Energie für moderne automatisierte Systeme unerlässlich ist.
Welchen Stellenwert nimmt das "ROBO Mobile Set" im didaktischen Konzept ein?
Es dient als Beispiel für ein Konstruktionsbaukastensystem, das es ermöglicht, komplexe technische Probleme auf eine didaktisch reduzierte und handhabbare Weise im Unterricht zu bearbeiten.
Warum wird die Teilnahme an der "First LEGO League" als wertvoll erachtet?
Der Wettbewerb verbindet technische Konstruktionsaufgaben mit einem Forschungsauftrag und fördert durch den Teamcharakter Sozialkompetenzen sowie die Anwendung von Wissen in einer realitätsnahen Wettbewerbssituation.
Wird der Eigenbau von Robotern als gangbarer Weg für Schulen gesehen?
Nein, der Eigenbau wird aufgrund der hohen Anforderungen an elektronische Kenntnisse und des Zeitaufwandes eher für Experten oder Hobbyisten empfohlen, während Baukastensysteme für den schulischen Unterricht als besser geeignet eingestuft werden.
- Quote paper
- Katja Schönfelder (Author), 2008, Robotik in der Realschule. Einführung in die Robotik mit Hilfe des fischertechnik Computing ROBO Mobile Sets, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/118536
