In dieser Arbeit wird das Lego Mindstorm System untersucht und kritisch bewertet. Ich habe mich entschlossen, in meiner Ausarbeitung den Schwerpunkt auf die Sensorik und Aktorik des Mindstorm Systems zu legen und die Programmierbarkeit nur in einem kleinen Umfang zu betrachten. Dennoch werde ich auch der Programmierbarkeit ein kleine Einheit widmen und kurz auf die Möglichkeiten der Programmierung eingehen.
Das Grundlagenset bietet eine solide Basis für den Einsatz im Schulunterricht, auf welche in den folgenden Kapiteln immer wieder Bezug genommen wird. Auch ist diese Arbeit nicht nur geeignet für Berufliche Schulen, sondern auch für andere Schulzweige, wie zum Beispiel für die Fachoberschule Fachrichtung Elektrotechnik, oder auch für eine Realschule zum Beispiel in den Fächern Physik oder Informatik.
In den beruflichen Schulen, meinem späteren Wirkungsfeld, sind die Einsatzmöglichkeiten fast unbegrenzt. Das Set bietet diverse Nutzungsmöglichkeiten. Es könnte dazu genutzt werden, um den Schülerinnen und Schülern die graphische Programmierung von Steuerungen näher zu bringen. Auch haben die Lernenden hier die Möglichkeit, ihr programmiertes Programm direkt auf den Baustein zu laden und auf mögliche Fehler zu testen. Das System kann auch zur Vernetzung des Systems per LAN, Wireless LAN oder Bluetooth eingesetzt werden. Dies könnte dann fortgeführt werden in eine Unterrichtseinheit zum Thema „Kommunikation im modernen Haushalt beziehungsweise in der Industrie“. Auch kann das Set zur Einführung in die Theorie der Sensoren und Aktoren genutzt werden.
Inhaltsverzeichnis
1.) Grundlegendes
1.1. Warum habe ich mich für dieses Thema entschieden?
1.2. Was ist ein Lego® EV3 Mindstorm?
1.3. Beschreibung des Lieferumfanges
2.) Über welche Sensoren verfügt der Bausatz?
2.1. Farbsensor
2.2. Ultraschallsensor
2.3. Berührungssensor / Tastsensor
2.4 Kreiselsensor
3.) Über welche Aktoren verfügt der Baukasten?
3.1. Die großen Motoren
3.2. Der mittlere Motor
3.3. Lautsprecher
3.4. Tastatur
3.5. Bildschirm
4.) Programmierbarkeit des Bausteins
4.1. Direkte Programmierung über das Bausteininterface
4.2. Direkte Programmierung per Computer
4.3. Die Lego Software
4.4. Andere Programmieroberflächen
4.4.1. RobotC
4.4.2. LeJos
4.4.3. Open Roberta / NEPO
5.) Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es im Unterricht?
5.1.1. Testung der Genauigkeit des Ultraschallsensors
5.1.2. Testung der Berührungs-/ Tastsensoren
5.1.3. Testung des Farbsensors
5.1.4. Testung des Kreiselsensors
5.2. Aufwand und Probleme
6.) Einsatz an den Schulen
7.) Fazit
10.) Anhang
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die fundierte Untersuchung und kritische Bewertung des Lego Mindstorm EV3-Systems, um Lehrenden als Handreichung für die Planung und Durchführung von Unterrichtseinheiten zu dienen.
- Sensorik und Aktorik des EV3-Systems
- Programmiermöglichkeiten und Software-Umgebungen
- Praktische Einsatzmöglichkeiten im MINT-Unterricht
- Empirische Untersuchung der Sensorgenauigkeit
- Erfahrungsbericht zum Einsatz des Systems an Schulen
Auszug aus dem Buch
1.1. Warum habe ich mich für dieses Thema entschieden?
„Da waren lauter Nullen und Einsen und ich dachte, ich hätte sogar ne Zwei gesehen!“
Ganz ähnlich fühlte ich mich, als mein betreuender Professor das Thema „Untersuchung und kritische Bewertung des Lego Mindstorm EV3-Systems“ für meine Thesis-Arbeit vorschlug. Zuerst war ich skeptisch gegenüber dem Vorschlag meines Professors – jedoch war eine gewisse Neugierde vorhanden. Also befasste ich mich in den nächsten Tagen mit dem Thema Lego Mindstorm und die Neugierde wuchs mit jedem Tag, an dem ich mich in Internetforen und der Internetseite der Herstellerfirma über das Lego Mindstorm System informierte. Als ich wusste, was ein Lego Mindstorm System ist, war der Drang in mir geweckt, ein solches Projekt für meine Thesis umzusetzen und ich entschloss mich, das Thema anzunehmen. Dazu wird das Lego Mindstorm System untersucht und kritisch bewertet.
Ich habe mich entschlossen, in meiner Ausarbeitung den Schwerpunkt auf die Sensorik und Aktorik des Mindstorm Systems zu legen und die Programmierbarkeit nur in einem kleinen Umfang zu betrachten. Dennoch werde ich auch der Programmierbarkeit ein kleine Einheit widmen und kurz auf die Möglichkeiten der Programmierung eingehen.
Zusammenfassung der Kapitel
1.) Grundlegendes: Motivation und Einleitung zur Untersuchung des Lego Mindstorm EV3-Systems als Lehrmittel.
2.) Über welche Sensoren verfügt der Bausatz?: Detaillierte Beschreibung der verfügbaren Sensoren wie Farbsensor, Ultraschallsensor, Tastsensor und Kreiselsensor.
3.) Über welche Aktoren verfügt der Baukasten?: Analyse der Aktoren, einschließlich Motoren, Lautsprecher, Tastatur und Bildschirm.
4.) Programmierbarkeit des Bausteins: Vergleich verschiedener Methoden, von der direkten Interface-Programmierung bis hin zur Nutzung der Lego-Software und Drittanbieterlösungen.
5.) Welche Einsatzmöglichkeiten gibt es im Unterricht?: Praktische Erprobung und Auswertung der Sensorik sowie Analyse des Zeitaufwands und typischer Herausforderungen.
6.) Einsatz an den Schulen: Untersuchung der Verbreitung und pädagogischen Einbindung des Systems in der Schulpraxis mittels einer Umfrage.
7.) Fazit: Zusammenfassende Bewertung der Eignung des Systems für den Unterricht und Empfehlung für die pädagogische Praxis.
10.) Anhang: Ergänzende Dokumentationen, Fragebögen und Messergebnisse der durchgeführten Experimente.
Schlüsselwörter
Lego Mindstorm EV3, Berufspädagogik, Sensorik, Aktorik, Robotik im Unterricht, Informatikunterricht, MINT, Graphische Programmierung, Messwertaufnahme, Schulpraxis, Technikdidaktik, EV3-System, Elektronik, Bildungstechnologie, Projektarbeit.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelor-Thesis grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht das Lego Mindstorm EV3-System im Hinblick auf seine technischen Eigenschaften und seine Eignung als Lehrmittel im berufsbildenden und allgemeinen Schulunterricht.
Welche zentralen Themenfelder behandelt die Arbeit?
Die Arbeit fokussiert sich auf die Sensorik, Aktorik, Programmierbarkeit sowie die didaktischen Einsatzmöglichkeiten des Lego-Baukastens.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Ziel ist es, eine kritische Bewertung der Hardware und Software abzugeben und eine Handreichung für Lehrkräfte zu erstellen, die den Einstieg in den Unterricht mit Mindstorm EV3 erleichtern soll.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet der Autor?
Der Autor kombiniert theoretische Grundlagenanalysen mit praktischen Experimenten zur Sensorik sowie einer Befragung von Lehrkräften zum Einsatz des Systems an Schulen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Funktionsweise der verschiedenen Sensoren und Aktoren, vergleicht unterschiedliche Programmieransätze und dokumentiert empirische Messreihen zur Sensorik.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Lego Mindstorm EV3, Technikdidaktik, Robotik im Unterricht und MINT-Bildung charakterisieren.
Wie schneidet der Ultraschallsensor in den praktischen Tests ab?
Die Tests zeigen, dass der Sensor bei Objekten mit komplexen Oberflächen oder ungünstigen Winkeln teilweise ungenaue oder sporadische Werte liefert, was eine Herausforderung für die Programmierung darstellt.
Warum wird der Kreiselsensor als besonders sensibel eingestuft?
Der Kreiselsensor weist eine sogenannte Kreiseldrift auf und erfordert eine präzise Kalibrierung beim Start, um akkurate Messwerte für Drehbewegungen zu gewährleisten.
Welche Bedeutung hat die Programmierung über Drittanbieter?
Systeme wie RobotC, LeJos oder Open Roberta erweitern die Möglichkeiten über das Standard-Interface hinaus, bieten komplexere Textprogrammierung (z.B. Java) und fördern dadurch die informatische Ausbildung.
Wie bewerten Lehrkräfte den Einsatz des Systems?
Trotz der hohen Anschaffungskosten und technischer Defekte einzelner Komponenten bewerten Lehrkräfte den Einsatz des Lego Mindstorm Systems aufgrund der hohen Schülermotivation durchweg positiv.
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- Andreas Gottwald (Autor), 2015, Untersuchung und kritische Bewertung des Lego Mindstorm EV3-Systems, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/307363
