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Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form
Auszug aus:
Roboter aus geometrischen Körpern bauen - Vom Fotokarton
zum Alltagshelfer
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III.23
Modellieren, bauen, Umwelt gestalten
Vom Fotokarton zum Alltagshelfer –
Roboter aus geometrischen Körpern bauen
Stefanie Rapp
© Kali/E+/Getty Images
Nie wieder Hausaufgaben machen, Zimmer aufräumen oder Spülmaschine ausräumen? Davon träumt
wohl so manches Kind. Und zumindest in der vorliegenden Unterrichtseinheit wird dieser Traum wahr:
in Form eines Roboters. Ihre Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich zunächst damit, welche Rolle
Roboter in unserem Alltag spielen. Anschließend zeichnen sie dann einen Wunsch-Roboter und letzt-
endlich bauen sie aus geometrischen Körpern ihren eigenen kleinen Alltagshelfer.
KOMPETENZPROFIL
Klassenstufe: 3 und 4
Dauer: ca. 6 Unterrichtsstunden
Kompetenzen: Graische und bautechnische Verfahren kennen und anwenden;
Fantasie und Kreativität beim Lösen gestalterischer Aufgaben ein-
setzen
Thematische Bereiche: Sich mit Robotern und deren Einsatz auseinandersetzen; geomet-
rische Körper entwerfen und bauen; einen Roboter bauen
Medien: Bilder, Arbeitsblätter, Texte, Gestaltungsaufgaben, Beobachtungs-
bogen
Zusatzmaterial: Farbfolie
2 von 24 III Modellieren, bauen, Umwelt gestalten Beitrag 23 Roboter aus geometrischen Körpern bauen
Was sollten Sie zu diesem Thema wissen?
Helfer im Alltag – Roboter und ihre Einsatzbereiche
Roboter nehmen einen immer größeren Stellenwert in unserem Leben ein. In der Industrie arbeiten
sie routiniert, präzise und ohne besondere Ansprüche, im Haushalt saugen sie klaglos die Wohnung
und in der Medizin ermöglichen sie z. B. amputierten Menschen das Greifen oder Gehen. Dabei
schreitet die Entwicklung der automatischen Helfer in rasantem Tempo fort. Mitunter wird diese
Entwicklung sogar verglichen mit der Industrialisierung und deren Auswirkungen auf das Leben der
Menschen.
Der Duden deiniert Roboter als Apparaturen, die bestimmte Funktionen eines Menschen ausführen
können, bzw. als einen Automaten, der statt eines Menschen bestimmte mechanische Tätigkeiten
verrichten kann, indem er ferngesteuert wird oder nach Sensorensignalen bzw. nach Befehlsfolgen
agiert. Der Name „Roboter“ kommt aus dem Tschechischen und bedeutet so viel wie „Zwangs-
arbeit“. Er geht dabei zurück auf das Drama „R.U.R.“ des tschechischen Autors Karel Čapek aus dem
Jahr 1920, in dem eine amerikanische Firma den Namen „Rossum’s Universal Robots“ trägt. Diese
Firma stellt künstliche Menschen her, die zunächst als billige Arbeitskräfte ohne Rechte eingesetzt
werden, dann aber gegen ihre Unterdrückung rebellieren und schließlich die Menschheit unter-
werfen – ein Motiv, das bis heute immer wieder in verschiedenen Romanen und Filmen auftaucht,
beispielweise in „I robot“ aus dem Jahr 2004 oder in der „Matrix“-Reihe (1999–2003).
Rasante Entwicklung – Meilensteine der Robotik
Die Entwicklung bewegungsfähiger Roboter begann schon in der ersten Hälfte des 20. Jahrhun-
© RAABE 2020
derts. Im Jahr 1937 wurde das Modell „Elektro“ der Firma Westingshouse der Öffentlichkeit vor-
gestellt. Der Roboter war über 2 m groß und wog etwa 130 kg. Er trat öffentlich zu PR-Zwecken für
den Hersteller elektrischer Haushaltswaren, der ihn auch entwickelt hatte, auf. Gesteuert wurde er
über sprachliche Befehle, das waren einsilbige Wörter, die in ein Mikrofon gesprochen wurden. Eine
bestimme Anzahl an Wörtern, die in einer abgehackten Art und Weise gesprochen wurden, löste
Impulse aus, die dann wiederum eine bestimmte Aktion des Roboters in Gang setzten. Der „Elektro“
konnte zwar nur ein paar einfache Tricks vorführen, belügelte aber dennoch die Fantasie der Men-
schen in Sachen „Computerentwicklung“.
„Vabot 2“ war im Jahr 1982 ein weiterer Meilenstein der Robotik. „Vabot 2“ hatte Hände und Ge-
lenke, die bereits nahe an die menschlichen Extremitäten herankamen. Mithilfe der Steuerung
durch 16-Bit-Mikrocomputer konnte „Vabot 2“ sogar Klavier spielen. Computer imitierten dabei das
menschliche Nervensystem und sendeten Signale zu den Händen des Roboters, so schnell, dass
dieser eine Klaviertaste mit einem Finger etwa 20 Mal pro Sekunde anschlagen konnte – schneller
als die besten Pianisten der Welt.
Einer der ersten selbstständig laufenden Roboter, „WHL 11“ aus dem Jahr 1985, ahmte dann die
menschliche Anatomie nach. Er besaß Gelenke, Füße sowie Ober- und Unterschenkel und wurde
mithilfe von kleinen Hydraulik-Motoren gesteuert. Rund 60 km konnte dieser Roboter laufen, wenn
auch eher langsam: Er schaffte nur fünf Schritte pro Minute.
Etwa zwanzig Jahre nach „WHL 11“ gab es dann mit „Wabian 2“ einen Roboter, der das menschliche
Becken imitierte, was einen schnelleren und lüssigeren Gang ermöglichte.
Eine solche Nachahmung des menschlichen Bewegungsapparats wird immer weiter perfektioniert.
Roboter werden immer leichter, lexibler und sind selbst auf unwegsamem Gelände einsetzbar.
Aber auch nicht humanoide Roboter werden weiterentwickelt, z. B. Roboter, die sich teils mithilfe
von Rädern, teils auf vier Beinen fortbewegen und nicht mehr an die menschliche Gestalt angelehnt
sind, inden ihren Einsatz u. a. in der Industrie oder beim Militär.
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Heute sind Roboter hochspezialisierte Maschinen, die sich nicht mehr am Menschen, sondern an
den Anforderungen orientieren und die meist für einzelne speziische Aufgaben geschaffen werden.
Dabei sind sie sogar verlässlicher als Menschen, wenn sie vorprogrammierte Aufgaben bearbeiten,
beispielsweise in der Automobilindustrie in Sektoren, in denen in der Herstellung ehemals am Fließ-
band gearbeitet wurde.
Vom Würfel zum Roboter – didaktisch-methodische Konzeption
Das Besondere an der vorliegenden Unterrichtseinheit ist die Verknüpfung von Elementen aus dem
Mathematikunterricht mit denen aus dem Kunstunterricht. Das kann vor allem für Lernende, die
sonst schwer für Kunst zu motivieren sind, ansprechend sein. Dabei befassen sich die Schülerinnen
und Schüler1 zunächst mit dem Einsatz von Robotern im Alltag (vgl. M 1 und M 2), betrachten und
bauen dreidimensionale geometrische Körper, hier Würfel (vgl. M 3 und M 4), und relektieren bei
der Entwicklung der Idee für einen eigenen Roboter auch die Vereinfachung des Alltags (vgl. M 5
und M 6). Die Hauptaufgabe besteht dann in der Gestaltung von Wunsch-Robotern, die mithilfe der
Anleitung M 7 sowie den Differenzierungsmaterialien M 8 und M 9 sicherlich allen Schülern gelingt.
Die Roboter werden gebaut, indem die Schüler Netze für Würfel entwerfen, diese aus Karton aus-
schneiden, falten und zusammenkleben. Neben dem geometrischen Wissen, das dabei erarbeitet
wird, enthält dieser Vorgang ein hohes Potenzial zur Erfahrung von Selbstwirksamkeit: Die Kinder
schaffen etwas Neues, nämlich einen Körper mit Volumen, aus dem, was vorher lach war und kein
Volumen hatte. Nach der Durchführung eines solchen Projektes sind viele Kinder hoch motiviert und
tüfteln an der Herstellung auch andere geometrischer Körper.
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Schere, Kleber, Karton – Wissenswertes zum Bau der Roboter
Grundsätzlich gilt bei der Konstruktion von Quadern mithilfe von Netzen, dass zwei Grundseiten be-
nötigt und diese dann durch Seitenteile verbunden werden. Bei Quadern sind das zwei Grundseiten
und vier Seitenteile, die so aneinander gezeichnet werden, dass möglichst wenig geklebt werden
muss. Beim Würfel sind alle Seiten gleich.
Als Material für den Bau der Roboter aus Würfeln eignet sich besonders Fotokarton. Fotokarton
gibt es in unterschiedlichen Farben in jedem Schreibwarenladen oder Bastelgeschäft. Je fester der
Karton, desto stabiler wird der Würfel bzw. der Roboter. Allerdings wird mit der Festigkeit auch das
Falten schwieriger. Für motorisch schwächere Schüler bietet es sich daher an, auf weniger festes
Papier zurückzugreifen oder vorgefertigte quaderförmige Schachteln, z. B. leere Verpackungen, zu
verwenden.
Zum Kleben können sowohl Flüssigkleber als auch Klebestifte verwendet werden. Der Vorteil von
Flüssigkleber ist die höhere Stabilität des Ergebnisses, der Nachteil, dass er schwieriger zu dosieren
ist und sich das Papier wellen kann, wenn die Schüler zu viel verwenden. Zudem benötigt er mehr
Zeit zum Trocknen. Diese Nachteile hat der Klebestift nicht, allerdings kann es sein, dass dieser
nicht ausreicht, um die Kartonteile zusammenzuhalten.
Bei der Ausgestaltung der Roboter sind der Fantasie keine Grenzen gesetzt. Bieten Sie den Schülern
für Antennen, Hebel, Knöpfe usw. möglichst vielfältiges Baumaterial an, z. B. Buntpapier, Pfeifen-
putzer, Draht, Trinkhalme, Perlen, kleine Knöpfe usw.
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Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird im weiteren Verlauf nur noch „Schüler“ verwendet.
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Wie können Sie differenzieren?
Diese Einheit bietet verschiedene Differenzierungsmöglichkeiten. Beim Einstieg und den Aufgaben
zu den Würfeln können Sie leistungsschwächere Schüler zusammen mit stärkeren Schülern im Tan-
dem arbeiten lassen. Auch danach gilt, dass sowohl die schwächeren als auch die stärkeren Schüler
davon proitieren, wenn letztere ihr „Expertenwissen“ weitergeben, indem sie den anderen helfen.
Zusätzlich sind bei den Materialien bzw. den Stundenverläufen immer wieder Möglichkeiten zur
Differenzierung angegeben. So können Sie beispielsweise den Roboter in M 6 mit oder ohne die
Vorlage zeichnen lassen. Das Würfelnetz M 8 können Sie schwächeren Schülern anbieten, stärkere
Schüler zeichnen es selbst und erfahren dadurch ein hohes Maß an Selbstwirksamkeit. Die Tipp-
karten M 9 zum Bau von beweglichen Teilen sind eine weitere Differenzierungsmöglichkeit, die Sie
nach eigenem Ermessen einsetzen können.
Zudem können schnell arbeitende Schüler, für ihren fertigen Roboter auch einen Steckbrief (vgl.
M 10) entwerfen.
Welche fächerübergreifenden Bezüge können Sie herstellen?
Mathematik
– Eigenschaften geometrischer Formen und Körper kennenlernen bzw. wiederholen
– Würfel aus Netzen entwerfen und bauen
Welche Medien können Sie zusätzlich nutzen?
© RAABE 2020
Flessner, Bernd: WAS IST WAS, Band 135. Roboter – Superhirne und starke Helfer. Tessloff Ver-
lag, Nürnberg 2018.
Kindgerecht wird in diesem Was-ist-Was-Band das Thema „Roboter“ inhaltlich erschlossen. Da-
bei gibt das Buch auch Anstöße zum Weiterdenken und stellt kritische Fragen zum technischen
Fortschritt.
Ford, Martin: Aufstieg der Roboter: Wie unsere Arbeitswelt gerade auf den Kopf gestellt wird –
und wie wir darauf reagieren müssen. Plassen Verlag, Kulmbach 2018.
Der Autor entwirft in seinem Buch unterschiedliche Zukunftsperspektiven und nimmt dabei
auch mögliche Entwicklungen der künstlichen Intelligenz in den Blick.
https://www.youtube.com/watch?v=vC8LvWhFlgg
(Suchbegriff auf YouTube: Mensch 2.0)
Der Film „Der Aufstieg der Roboter – Menschen 2.0“ vom Sender „Geo“ auf der Videoplattform
YouTube beleuchtet die Entwicklung der Roboter und ihren Stellenwert in der Gesellschaft heu-
te. Dabei werden aus der Perspektive eines Biologen und einer Ingenieurin zwei Sichtweisen zur
differenzierten Betrachtung der Entwicklungen im Bereich Robotik gezeigt.
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Auf einen Blick
Legende der Abkürzungen
AB: Arbeitsblatt
AL: Anleitung
FF: Farbfolie
TX: Text
VL: Vorlage
1. Stunde
Thema: Roboter im Alltag
M 1 (FF) Hallo Zukunft! / Bildbetrachtung und Zuordnungsaufgabe zu Einsatzberei-
chen von Robotern
M 2a/b (AB) Technik, die das Leben erleichtert / Informationen und Aufgaben zum
Einsatz von Robotern
Benötigt: M 1 mit OHP oder anderem Präsentationsmedium
M 2 (Version a oder b) im Klassensatz
für M 2a Computer mit Internetzugang bzw. Abspielgerät für Online-
Videos
© RAABE 2020
2. Stunde
Thema: Vom Quadrat zum Würfel
M 3 (AB) Vom Quadrat zum Würfel / Wiederholung bzw. Erarbeitung der Eigen-
schaften von Quadraten, Würfelnetzen und Würfeln
M 4 (AB) Oben, unten oder vorn? / Rätsel- und Knobelaufgaben zum Würfel
Benötigt: M 3 im Klassensatz
M 4 im Klassensatz
Scheren
Kreppklebeband
Zeichenpapier (DIN-A4-Format)
Bleistifte
Radiergummis
3.–6. Stunde
Thema: Einen Roboter bauen
M 5 (TX) Max und der Aufräum-Staubsaug-Müllrausbring-Roboter / Geschichte
über einen Roboter und Ideensammlung, was der Wunsch-Roboter alles
können sollte
M 6 (AB) Und wie sieht deiner aus? / Zeichnung eines Roboters
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M 7 (AL) Schere, Kleber, Karton / Bau eines Roboters
M 8 (VL) Für Bauch und Kopf / Vorlage für einen Würfel (Differenzierung)
M 9 (AL) So wird dein Roboter beweglich / Tippkarten für den Bau beweglicher
Roboterteile (Differenzierung)
M 10 (AB) Das ist mein Roboter / Erstellen eines Steckbriefs (Differenzierung)
Benötigt: M 6 im Klassensatz
M 7 im Klassensatz
M 8 nach Bedarf
M 9 nach Bedarf
M 10 nach Bedarf
Scheren
Flüssigkleber und Klebestift
Fotokarton in verschiedenen Farben
Bleistifte
Radiergummis
Lineale bzw. Geodreiecke
Schaschlikspieße, Korken, Messer und Schneideunterlage für die
beweglichen Teile des Roboters (Kopf und Räder)
weitere Baumaterialien zum Ausgestalten des Roboters, z. B.
Buntpapier, Pfeifenputzer, Draht, Trinkhalme, Perlen, kleine Knöpfe usw.
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Stundenverläufe
Legende der Abkürzungen
SuS: Schülerinnen und Schüler L: Lehrperson
Gesprächsimpuls Gestaltung Differenzierung/Variante
1. Stunde
Thema: Roboter im Alltag
Vorbereitung
OHP für M 1 bereitstellen oder ein anderes Präsentationsmedium vorbereiten
(z. B. Beamer), Aufgabe zunächst noch abdecken. M 2 im Klassensatz kopieren.
Für den Einsatz von M 2a Computer mit Internetzugang bzw. Abspielgerät für On-
line-Videos bereitstellen. Lösungen aus M 12 bereithalten.
Einstieg
M1 Hallo Zukunft! / L zeigt Bilder aus M 1. SuS äußern sich zunächst spontan, dann
stellt L Fragen, z. B.:
– Was seht ihr?
– Was machen diese Roboter?
– Kennt ihr schon ein paar der Roboter?
– Wer hat einen Roboter zu Hause?
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L deckt die Aufgabe auf. SuS ordnen Bilder und Einsatzbereiche der Roboter zu.
Hauptteil
M2 Technik, die das Leben erleichtert
Varianten:
– M 2a: L teilt M 2a aus und zeigt den Film (siehe Link auf dem Arbeitsblatt).
– M 2b: L teilt M 2b aus; SuS lesen den Text.
SuS lösen Aufgabe 2 in M 2 (Zuordnung Roboter und Aufgaben); L bespricht Er-
gebnisse anschließend mit SuS im Plenum (vgl. Lösungen in M 12).
Abschluss
L fragt SuS: Wofür hättest du selbst gern einen Roboter? Was sollte er können?
(vgl. Aufgabe 3 in M 2).
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Auszug aus:
Roboter aus geometrischen Körpern bauen - Vom Fotokarton
zum Alltagshelfer
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