Challenge-Matte Mars, Lektion 1: Landung auf dem Mars

Ablauf der Lektion

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   Unterrichtsablauf

   Schritt 1: Schritt 1 – Missionsbesprechung

   Willkommen in der Missionskontrolle von OzoM.A.R.S., der Mission von Ozobot als autonomem Marsrover. Erst gestern landete unser unerschrockener Ozobot nach einer Reise von rund 370 Millionen Kilometern zwischen den zerklüfteten Schluchten und hoch aufragenden Vulkanen des Roten Planeten. Umgeben von wirbelndem rotem Staub beginnt Ozobot eine wichtige Suche. Er ist eine Mischung aus einem Hightech-Käfer und einem kleinen Marsrover – in einer Welt, in der die Schwerkraft nur ein Drittel so stark ist wie auf der Erde. Stell dir vor, wie hoch du dort beim Basketball springen könntest! Ozobot sucht nach Vorratskisten und Brennstoffzellen. Sie sind unverzichtbar, um das erste Basislager der Menschheit auf dem Mars zu errichten. Die Vorräte wurden schon vor diesem historischen Tag abgeworfen. Sie sind die unverzichtbaren Puzzleteile unseres großen Plans, uns eines Tages auf dem Mars niederzulassen.

   Eure Teams wurden eigens ausgewählt und in dieses Zentrum voller summender Bildschirme und blinkender Knöpfe gerufen. Ihr alle spielt eine wichtige Rolle in einer neuen Geschichte, die zwischen den Sternen geschrieben wird. Ihr seid die Köpfe hinter dem mutigsten Entdecker auf dem Mars: unserem eigenen Ozobot. Eure Mission ist es, kluge und zugleich praktische Anweisungen zu entwickeln, mit denen Ozobot durch Marstäler und über staubige Dünen fahren kann. Jede Codezeile, die ihr schreibt, ist ein Schritt, eine Kurve oder ein Sprung auf dem Weg zu unserem zukünftigen Zuhause auf dem Roten Planeten. Denkt daran: Jede große Reise auf dem Mars beginnt mit einem einzigen Befehl hier auf der Erde. Lasst eurer Fantasie freien Lauf, setzt eure Fähigkeiten zum Problemlösen ein und sorgt dafür, dass euer Code so fehlerfrei ist, wie das Weltall leer ist. Der Erfolg von OzoM.A.R.S. liegt in euren Händen.

   Bevor wir Ozobots Route durch die Marslandschaft planen, tauchen wir zunächst in die spannenden Geschichten früherer Marsforscher*innen ein. Denkt an Pioniere wie Sojourner, Spirit und Opportunity, Perseverance und Ingenuity sowie an den beliebten sechsrädrigen Marsrover Curiosity. Ihre Missionen haben die Grundlage für unsere heutige Reise gelegt. Wenn ihr ihre Abenteuer, Herausforderungen und bahnbrechenden Entdeckungen untersucht, gewinnen eure Teams wertvolle Einblicke in die Umgebung auf dem Mars und lernen, wie man einen Marsrover navigiert. Jetzt liegt es an euch, diese Tradition der Erkundung und Entdeckung auf dem Roten Planeten fortzusetzen.

   1. Wecke das Interesse der Schüler*innen mit kurzen Videos und einem Klassengespräch über frühere und aktuelle Marsmissionen der NASA sowie über die Marsrover, die sich derzeit auf dem Roten Planeten befinden. Die folgenden NASA-Quellen sind englischsprachig.
      • Mars Pathfinder – Sojourner
      • Mars Exploration Rover – Spirit und Opportunity
      • Mars 2020 – Perseverance und Ingenuity
      • Mars Science Laboratory – Curiosity
      • InSight-Mission – InSight-Marslander
   2. Lass eventuell jede Gruppe eine Mission genauer untersuchen und ein Klassengespräch über diese Marsmission und die zugehörigen Marsrover leiten.
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   Unterrichtsablauf

   Schritt 2: Schritt 2 – Die Landung

   Ozobot ist genau an der richtigen Stelle auf dem Mars gelandet, ganz in der Nähe des zuvor markierten Landeplatzes. Doch der Mars hielt eine Überraschung bereit. Ein paar Sols, also Marstage, vor Ozobots Ankunft fegte ein gewaltiger Staubsturm über das Gebiet. Die Landezone war danach ein einziges Durcheinander. Überall lagen Trümmer verstreut wie Konfetti nach einer planetengroßen Feier. Bevor Ozobot mit seiner offiziellen Arbeit für OzoM.A.R.S. beginnen und nach den unverzichtbaren Vorratskisten und Brennstoffzellen suchen kann, wartet eine neue Mission: Operation Großreinemachen. Alle Trümmer, ob groß oder klein, müssen weggeräumt werden, um Platz für die Zukunft der Menschheit auf dem Mars zu schaffen. Erst danach kann Ozobot seine Mission beginnen und ein Basislager auf dem Mars errichten.

   Aufbau

   1. Alle Trümmer müssen vom Landeplatz entfernt und in eine der Sammelzonen gebracht werden.
   2. Platziere die Begrenzungen des Landeplatzes und der Sammelzonen wie im Diagramm „Aufbau für die Landung“ gezeigt. Verwende die Mars-Canyonwände, um die Sammelzonen abzugrenzen.
   3. Forme aus zerknülltem Schmierpapier sechs Trümmerstücke. Denk daran, dass Ozobot auf dem Mars ist: Nimm daher rotes Papier. Orientiere dich bei der Größe der Trümmerstücke an diesen Angaben:
      • 1 Stück mit einem Durchmesser von etwa 24 mm
      • 2 Stücke mit einem Durchmesser von etwa 21 mm
      • 3 Stücke mit einem Durchmesser von etwa 18 mm
   4. Lege die Trümmerstücke wie im Diagramm gezeigt auf die Marsmatte. Jedes Trümmerstück ist mit einem X markiert.
   5. Ozobot muss mit Roboterarmen ausgestattet sein, um Operation Großreinemachen durchführen zu können.

   Herausforderung

   1. Die Schüler*innen nutzen ihr Wissen über die Bewegungsblöcke in OzoBlockly und darüber, wie sich der Roboter im Raum bewegt. Damit erstellen sie ein Programm, das Ozobot vom Landeplatz aus fahren und alle sechs Trümmerstücke in eine der Sammelzonen bringen lässt.
   2. Die Schüler*innen dürfen jeden Teil von Ozobot und seiner Grabausrüstung verwenden, um die Trümmer zu bewegen.
   3. Ermutige die Teams, beim Programmieren und bei ihrer Strategie zum Bewegen der Trümmer kreativ zu sein. OzoBlockly bietet mehr als nur Bewegungsblöcke.

   Unterstützung

   1. Verringere die Anzahl der Trümmerstücke, die bewegt werden müssen.
   2. Verwende nur eine Sammelzone, die näher an der Landezone liegt.

   Vertiefung

   1. Begrenze die Anzahl der Blöcke, die für Operation Großreinemachen verwendet werden dürfen.
   2. Gib den Teams ein Zeitlimit, innerhalb dessen sie alle Trümmer bewegen müssen, um die Operation abzuschließen.
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   Unterrichtsablauf

   Schritt 3: Schritt 3 – Bewegungen auf dem Mars verfeinern

   Bewegungsblöcke bilden die Grundlage für den meisten Code, den Schüler*innen für die Herausforderungen, Aufgaben und Missionen schreiben. Damit die Teams die verschiedenen Aufgaben erfolgreich abschließen können, müssen sie unterschiedliche Bewegungsblöcke einsetzen können.

   1. Zeige der ganzen Klasse die folgenden Bewegungsblöcke:
      • Level 2 und 3 – der Block zum Vorwärtsfahren
      • Level 2 und 3 – der Block zum Drehen
      • Level 2 und 3 – der Block zum Fahren in einem kleinen Kreis
      • Level 2 und 3 – der Block zum Fahren in einem großen Kreis
   2. Frage die Schüler*innen, ob und wie sie diese Blöcke verwendet haben.
      • Welche dieser Blöcke habt ihr verwendet, um die Trümmer zu bewegen?
      • Welche dieser Blöcke waren für die Aufgabe am hilfreichsten?
      • Welche anderen Blöcke habt ihr verwendet? Warum?
      • Habt ihr den Block für einen kleinen oder einen großen Kreis verwendet?
   3. Gib den Teams Zeit, mit den Bewegungsblöcken Großer Kreis und Kleiner Kreis zu experimentieren.
      Wie hätten diese Blöcke helfen können, oder wie könnten sie später nützlich sein – besonders beim Bewegen anderer Gegenstände?
   4. Die Blöcke für Kreisbewegungen sind beim Bewegen von Gegenständen hilfreich, weil Ozobot damit weniger scharfe Kurven fährt als mit dem Drehblock.
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   Unterrichtsablauf

   Schritt 4: Schritt 4 – Auf der Suche nach Vorräten, Teil 1

   Unser nächster Schritt ist eine echte Schatzsuche auf dem Mars. Jetzt, wo die Trümmer nur noch in Ozobots Rückfahrkameras zu sehen sind, ist es Zeit, den Blick über den staubigen, unaufgeräumten Landeplatz hinaus auf das fremde Gelände zu richten. Die Mission: eine der schwer zu findenden Vorratskisten und nicht nur eine, sondern gleich zwei unverzichtbare Brennstoffzellen aufspüren. Wenn wir diese wichtigen Gegenstände nicht finden, könnte das für unsere gesamte OzoM.A.R.S.-Mission verheerend sein.

   Doch unser Weltraumabenteuer geht weiter: Sobald Ozobot die Vorratskiste gefunden hat, müsst ihr den mutigen Weltraumroboter so programmieren, dass er die wertvolle Fracht zu unserem künftigen Basislager auf dem Mars bringt. Das ist nicht irgendeine Kiste. Sie enthält Baupläne für das Basislager und unverzichtbare Kommunikationssatelliten, die die digitale Verbindung zwischen Erde und Mars ermöglichen. Und die Brennstoffzellen? Die gehören zu einer späteren Mission – denn selbst im Weltraum kommt alles zu seiner Zeit. Überlegt euch jetzt eine Strategie, programmiert Ozobot und sorgt dafür, dass eure Anweisungen ihn schnell und sicher ans Ziel führen.

   Aufbau

   1. Lass die Schüler*innen die Vorratskiste und die zwei Brennstoffzellen so platzieren, wie es in der Abbildung „Auf der Suche nach Vorräten, Teil 1“ gezeigt wird.
   2. Ozobot muss beim Aufspüren der drei Gegenstände mit Roboterarmen ausgestattet sein.

   Herausforderung

   1. Die Teams erstellen eine Erkundungsroute, auf der Ozobot alle drei Gegenstände aufspürt, bevor er zum Landeplatz zurückkehrt.
   2. Die Teams programmieren außerdem eine Folge von Lichtsignalen mit Ozobots oberer LED. Damit zeigt Ozobot bei seiner Ankunft den Standort der Versorgungskiste und jeder Brennstoffzelle an.
      Standortsignal für die Versorgungskiste:
      Standortsignal für die Brennstoffzelle:
      • Blau (0,5 Sekunden)
      • Aus (0,2 Sekunden)
      • Rot (2,0 Sekunden)
      • Aus (0,2 Sekunden)
      • 3-mal grün blinken: jeweils 0,2 Sekunden an und 0,2 Sekunden aus.
      • Obere LED ausschalten
      • Orange (0,5 Sekunden)
      • Aus (0,2 Sekunden)
      • Violett (2,0 Sekunden)
      • Aus (0,2 Sekunden)
      • 3-mal grün blinken: jeweils 0,2 Sekunden an und 0,1 Sekunden aus.
      • Obere LED ausschalten
   3. Ozobot muss beim Erkunden Felsformationen und Kratern ausweichen.
   4. Nachdem Ozobot die Position jedes Gegenstands erfasst und übermittelt hat, muss er zum Landeplatz zurückkehren, um sich darauf vorzubereiten, die Vorratskiste abzuholen und zu transportieren.

   Unterstützung

   1. Gib den Schüler*innen das folgende Grundprogramm als Starthilfe. Geteilter Code: https://ozo.bot/b/4g9tf4
   2. Vereinfache die Abfolge der Lichtsignale, mit denen die Position angezeigt wird.
   3. Lass die Schüler*innen nur einen Gegenstand aufspüren und dessen Position mit einem Signal anzeigen.

   Vertiefung

   1. Die Teams müssen die Erkundung und das Senden der Signale innerhalb einer festgelegten Zeit abschließen.
   2. Platziere die Gegenstände näher an Felsformationen oder Kratern, um die Aufgabe schwieriger zu machen und mehr Präzision zu erfordern.
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   Unterrichtsablauf

   Schritt 5: Schritt 5 – Auf der Suche nach Vorräten, Teil 2

   Aufbau

   1. Lass die Schüler*innen die Begrenzung des Basislagers wie im Diagramm „Auf der Suche nach Vorräten, Teil 2“ gezeigt aufstellen.
   2. Ozobot muss beim Transport der Vorräte mit Armverlängerungen ausgestattet sein.

   Herausforderung

   1. Die Teams erstellen nun eine Folge programmierter Anweisungen, mit denen Ozobot die Vorratskiste abholt und transportiert.
   2. Ozobot startet am Landeplatz, fährt zur Vorratskiste, nimmt sie mit den Armaufsätzen auf und transportiert sie in die Mitte des neu errichteten Basislagers.
   3. Ozobot muss Felsformationen und Kratern ausweichen.
   4. Wenn Ozobot die Versorgungskiste erreicht, muss die obere Leuchte blau werden, um anzuzeigen, dass der Transport beginnt.
   5. Die Teams dürfen nur die Blöcke zum Fahren in einem kleinen oder einem großen Kreis verwenden, um Ozobot wenden oder von einer geraden Strecke abweichen zu lassen.
   6. Wenn Ozobot mit der Versorgungskiste das Basislager erreicht, muss die obere Leuchte grün werden, um anzuzeigen, dass die Kiste sicher verstaut ist.

   Unterstützung

   1. Vereinfache die Abfolge der Lichtsignale, mit denen die Position angezeigt wird.
   2. Stelle die Versorgungskiste an einen Ort mit mehr freiem Platz, damit sie leichter abgeholt werden kann.

   Vertiefung

   1. Nachdem die Teams die Versorgungskiste abgeholt haben, müssen sie zuerst zum Landeplatz zurückfahren, bevor sie zum Basislager fahren.
   2. Ozobot muss die Versorgungskiste erreichen, indem er ausschließlich rückwärts fährt.
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   Unterrichtsablauf

   Schritt 6: Schritt 6

   1. Nutze bei Bedarf die Denkroutine „Früher dachte ich … Jetzt denke ich …“ (öffnet in einem neuen Tab) von Project Zero (englischsprachige Quelle), um ein Klassengespräch anzuleiten. Besprich, was die Schüler*innen zu Beginn der Lektionen über die Programmierung von Ozobots Bewegungen wussten und was sie am Ende der Lektion gelernt haben.