Arbeitsblatt: Roboter aus Holz

EINSTIEG Das Lernarrangement basiert auf dem thematischen Schwerpunkt Roboter und dem Aufbau von Verfahren und Konstruktionsmöglichkeiten im Bereich der Holzbearbeitung. Der folgende Text regt zu ersten gemeinsamen Überlegungen zum Thema Roboter an. Roboter werden intelligenter und beweglicher! Paul ist ein freundlicher Mitarbeiter: • Er begrüsst die Kunden an der Eingangstür und beantwortet geduldig ihre Fragen. • Wenn sie ein bestimmtes Produkt suchen, führt Paul sie zielsicher zum gewünschten Regal. • Er ist speziell ausgebildet für die Spielzeugabteilung. • Paul ist den ganzen Tag auf seiner Etage beschäftigt. • Wenn sich jedoch das Gesuchte auf einem anderen Stockwerk befindet, muss Paul die Kunden an andere Mitarbeiter verweisen. Denn eines kann er nicht; Treppen steigen. • Paul ist nämlich ein Roboter auf Rollen. Weshalb gehört die beschriebene Situation in die Gegenwart oder in die Zukunft? Erinnert euch die Beschreibung an eine selbst erlebte Situation? 1. SAMMELN ORDNEN Eigenschaften von Robotern Die Lehrperson stellt eine Bilderauswahl von Robotern zur Verfügung. Die Schülerinnen und Schüler wählen ein Bild aus und schreiben ihre Assoziationen dazu auf. Im Klassengespräch werden die gesammelten Stichwörter erläutert und besprochen. Was ist deine Definition für Roboter? • Aus welchen Materialien sind Roboter hergestellt und welche äusseren Merkmale zeichnen sie aus? • Welche Roboter ähneln den Menschen stark? • Was macht sie menschenähnlich? • Welche Aufgaben übernehmen Roboter? In welchen Bereichen wird sich der Mensch in Zukunft von Robotern helfen lassen? • Wo stossen Roboter an ihre Grenzen? • Welche Vor- und Nachteile bringt die Entwicklung von Robotern? Die Konzepte der Schülerinnen und Schüler zu diesem Thema können je nach Lerngruppe und Alter sehr unterschiedlich sein. Ihre Erklärungen können Lehrpersonen verunsichern: Realität oder Science-Fiction? Am besten gelassen bleiben und offene Fragen gemeinsam recherchieren! Die Schülerinnen und Schüler führen die Ideen aus dem Klassengespräch individuell weiter. Sie skizzieren und beschreiben ihre eigene Idee für einen Roboter. Damit die Roboter nicht zu gross und zu schwer werden, zerkleinert die Lehrperson die Holzreste vorgängig maschinell. Roboter bestehen aus unzähligen, zusammengebauten Einzelteilen, die zum Teil beweglich, zum Teil starr verbaut sind. Mit einer Sammlung von Holzabschnitten tasten sich die Schülerinnen und Schüler an eine robotertypische Darstellung aus Einzelteilen heran. In einer ersten Phase legen sie auf spielerische, experimentelle und lustvolle Weise roboterähnliche Figuren. Hierbei wird der konstruktiven Umsetzbarkeit noch keine Beachtung geschenkt. Die Roboterfiguren mit Filzstift umranden und anschliessend das Innenleben aufzeichnen. 2. EXPERIMENTIEREN UND ENTWICKELN Einführung von Holzverbindungen Der eigene Roboter wird aus unterschiedlich grossen Holzabschnitten konstruiert, welche miteinander verbunden werden müssen. So wird z. B. der Kopf an den Körper montiert und der Oberschenkel mit dem Unterschenkel verbunden. Für die Konstruktion des Roboters werden starre und bewegliche Holzverbindungen unterschiedlicher Komplexität verwendet. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Modelle und Material und stellen eigene Übungsstücke her, die anschliessend auch als Inspirationsquelle und Hilfestellung dienen. TECHNISCHE EXPERIMENTE Je nach Voraussetzungen der Lerngruppe müssen die folgenden einführenden Sequenzen angepasst werden. Fortgeschrittene erhalten dazu Material, Werkzeuge, Modelle und Aufträge. Wird das Lernarrangement als Einführung in die stufenspezifische Holzbearbeitung verwendet, ruft die Lehrperson Vorwissen und Konzepte ab und ergänzt mit den notwendigen Informationen und Regeln. Starre Holzverbindungen mit Nägeln Die Holzteile werden mit Nägeln verbunden und verschiedene Varianten ausprobiert. Welche Werkzeuge werden gebraucht? Welche Nägel eignen sich für welche Holzteile? Worauf muss beim Nageln geachtet werden? Wer kennt einen Tipp? Für Leim-Nagelverbindungen die Nägel im ersten Element so einschlagen, dass die Spitzen auf der Rückseite leicht herausragen, Weissleim auf beiden Kontaktflächen auftragen und die Nägel ganz einschlagen. Nagelverbindungen halten zuverlässiger, wenn die Nägel in unterschiedlichen Richtungen leicht schräg eingeschlagen werden. Um dem Spalten von Weichholz vorzubeugen, schlägt man mit dem Hammer leicht auf die Spitze des Nagels. Dies vermindert die Keilwirkung im Holz. Starre Holzverbindungen mit Schrauben Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Nägel und Schrauben, überlegen sich den Unterschied und versuchen, diesen zu formulieren. Wie unterscheiden sich Schrauben und Nägel? Welche Werkzeuge werden beim Schrauben gebraucht, welche beim Nageln? Welche Schrauben eignen sich für Holz? Wie geht man vor bei Schraubverbindungen? Worauf muss man beim Schrauben mit dem Schraubenzieher oder mit dem Akkuschrauber achten? Die Lehrperson sammelt die Hinweise der Schülerinnen und Schüler und führt das Bohren und Schrauben ein oder ruft Ablauf und Regeln in Erinnerung. Starre Holzverbindungen mit Dübeln Die Schülerinnen und Schüler suchen an Modellen nach Dübel-Verbindungen. Manche sind sichtbar, manche sieht man nicht. Wann sind solche Verbindungen sinnvoll? Welche Werkzeuge werden gebraucht? Welche Arbeitsschritte sind nötig? Auf welche Sicherheitsmassnahmen muss man beim Schneiden der Rundhölzer und beim Bohren achten? Dübelhilfen mit Zentrierspitzen sind eine sinnvolle Unterstützung beim genauen Anreissen der Bohrlöcher. Auf diese Weise werden die Verbindungen auch ohne aufwendiges Messen passgenau. Rundstäbe mit der Handsäge oder mit einer Sägehilfe auf der Decoupiersäge zuschneiden. Bewegliche Holzverbindungen mit Metallteilen Mit Metallscharnieren, Metallschrauben und Muttern werden bewegliche Verbindungen zwischen den Holzelementen möglich. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen mögliche Konstruktionen an Modellen. Welche Bewegungen werden mit diesen Verbindungen möglich? Welche Arbeitsschritte sind dazu nötig? Worauf muss man bei der Montage speziell achten? Gibt es Tipps, damit es leichter geht? Scharniere zur Probe mit doppelseitigem Klebeband an den beiden Teilen befestigen und überprüfen, ob die gewünschte Beweglichkeit möglich ist. Mit der Ahle durch das Klebeband hindurch tief vorstechen! Bewegliche Holzverbindungen mit verschiedenen Materialien Bewegliche Holzverbindungen regen zu individuellen Lösungsansätzen und zum Tüfteln an. Sobald Schülerinnen und Schüler in das Bohren mit der Maschine eingeführt sind, können sie aus einem breiten Materialsortiment selbst Verbindungen erfinden: Kabelbinder, Schnur, Draht, Leder, Holzkugeln. Welche Materialien eignen sich als Verbindungen? Was ist bei den verschiedenen Materialien zu beachten? Welche Bewegungen werden mit den Verbindungen möglich? Welche Verbindungen sind besonders lustig und geeignet für eine Roboterfigur? 3. PLANEN UND HERSTELLEN Die Lernenden überlegen sich, wie ihr Holz-Roboter aussehen soll. Der Roboter muss aufrecht stehen können und soll • mindestens zwei bewegliche Körperteile haben. • Das Gesicht des Roboters muss so gestaltet sein, dass ein Mund sichtbar ist und in einer späteren Phase mit der App «ChatterPix» und einer Tonspur animiert werden kann. Die Lehrperson fotografiert alle entstandenen Roboter aus der Einstiegsphase. Diese werden gut sichtbar aufgehängt und dürfen von allen als Inspirationsquelle gebraucht werden. Realisieren Die Skizze und Beschreibung des eignen Wunsch-Roboters aus dem Punkt «Sammeln und Ordnen» dient als Ausgangslage für den eigenen Roboter: Aus Holzzuschnitten die Skizze nachlegen. Je nach geplanter Grösse und Form müssen Holzteile evtl. zugeschnitten oder bearbeitet werden. Holzverbindungen für Kopf – Hals – Körper, Körper – Beine, Körper – Arme überlegen, aufschreiben/skizzieren evtl. ausprobieren. Zusätzliche Materialien für die Gestaltung wie Schrauben, Nägel oder andere Metallteile bereitstellen. Verarbeitungsreihenfolge der Holzverbindungen festlegen und ausführen. 4. VORGEHEN • Je nach Roboterform wird mit Füssen – Beinen – Körper begonnen oder mit Kopf – Körper. • Roboterkopf ausarbeiten. • • • • Körper mit Holzstücken, Nieten, Bohrungen oder Metallteilen gestalten. Standfestigkeit überprüfen und Anpassungen vornehmen. Optional gezielte Farbakzente mit Holzbeize oder Acrylfarbe setzen. Brandmalkolben ermöglichen weitere Gestaltungsmöglichkeiten. 5. ERKLÄRVIDEOS Die Schülerinnen und Schüler beantworten die folgenden Fragen schriftlich, wodurch sie den Arbeitsprozess reflektieren: • • • • Wie heisst der Roboter? • Was könnte am Roboter noch verbessert werden? Welche Holzverbindungverfahren sind am Roboter umgesetzt worden? Wieso wurden diese Holzverbindungen gewählt? Welche Herausforderungen gab es beim Umsetzen des Roboters und wie wurden diese bewältigt? Die Schülerinnen und Schüler wählen eine der umgesetzten Holzverbindungen aus und schreiben in eine Sprechblase: • Wie heisst der Roboter? • Über welche Holzverbindung erzählt der Roboter etwas? • Wie ist das Vorgehen der ausgwählten Holzverbindung? Die Schülerinnen und Schüler fotografieren ihren Roboter in der App «ChatterPix» und zeichnen den Mund ein. Den Text über das Holzverbindungsverfahren (aus der Perspektive des Roboters formuliert) nehmen sie im nächsten Schritt mit der App auf. Nicht vergessen, die Datei des sprechenden Roboters zu speichern! 6. ZWISCHENHALT Stabilität Damit der Roboter aufrecht stehen kann, gilt es, die Holzverbindungen und die Verarbeitungsreihenfolge mit Weitsicht zu planen. Dies erfordert räumliches Vorstellungsvermögen und ein intuitives Verständnis im Bereich der Statik. Der Schwerpunkt der Figur sollte möglichst tief liegen und die Füsse (Auflage) müssen grossflächig sein. Hier hilft es, wenn die Schülerinnen und Schüler ihre Einschätzungen und Erfahrungen austauschen können. So muss im Nachhinein weniger optimiert werden. Ebenfalls dienen die Holzverbindungsmodelle aus der Experimentierphase als Orientierungshilfe. Die Schülerinnen und Schüler stellen ihre angefangenen Roboterkonstruktionen für alle sichtbar auf eine Fläche. • Welche Roboter können freistehen? • Warum? Konkrete Überprüfungsgesichtspunkte: • Der Schwerpunkt liegt tief. • Die Figur hat eine genügend grosse Standfläche. • Die Figur stützt sich auf mehr als ein Bein ab, am besten steht sie mit drei Auflagepunkten. • Die Verbindungen zwischen Kopf, Körper und Beinen sind stabil und nur höchstens in waagrechter Richtung beweglich. Erklärvideos optimieren Die Schülerinnen und Schüler schauen das Erklärvideo der anderen Person an und notieren: Was ist gut erklärt? Was ist noch unverständlich? Was fehlt? Diese Beobachtungen werden ausgetauscht und das Erklärvideo überarbeitet. Die fertigen Erklärvideos werden in einem Ordner gesammelt, auf welchen die Schülerinnen und Schüler Zugriff haben. Die Links zu den Videos können auch direkt in Beook gespeichert werden. Die Dateien werden mit den Holzverbindungsverfahren betitelt.