Modell 8: Süßigkeitenautomat

Gib mir Süßes!

Klassenstufe
6-8
Zeitaufwand
2 Doppelstunden
Schwierigkeitsgrad
Modell: mittel, Programmierung: schwer
Modellart
Spenderautomat: ein stationäres Gerät, individuell befüllbar für die Ausgabe unterschiedlicher Kleinigkeiten (Süßigkeiten, Tabletten, Nahrungsergänzungsmittel)
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MODELLBESCHREIBUNG / AUFGABE

Die Schülerinnen und Schüler (SuS) planen und realisieren einen Automaten für die Bevorratung und gezielte Ausgabe von Kleinteilen, z.B. Süßigkeiten. Die Auswahl des gewünschten Produkts auf einem motorisierten Drehteller erfolgt über einen Taster. Dabei ist das Produkt erkennbar, aber noch nicht entnehmbar. Erst über ein Zugangssystem mittels Magnetschalter (Reedkontakt) lässt sich das Produkt dann entnehmen. Hierzu öffnet sich eine motorisierte Zugangssicherung.
Um die Anlage zu erweitern, lässt sich eine Warnlampe (LED) integrieren, die anzeigt, wenn das Produkt sicher entnommen werden kann. Vor dem Schließen der Sicherung blinkt diese Lampe als Warnung.  
 

 

ALLTAGSBEZUG

Das automatische Agieren einer Maschine sowie die Ausgabe eines (essbaren) Gegenstands haben einen starken motivationalen Effekt für die SuS. Aus dem Alltag sind viele vergleichbare Lösungen bekannt (Kaugummiautomat, Getränkeautomat, Auto Scooter …). Der Anreiz, eine professionelle Anlage zu eigenen Gunsten zu manipulieren, ist jedoch auch bekannt. Hieraus ergeben sich Überlegungen, die eigene Lösung einerseits transparent, andererseits aber auch möglichst manipulationssicher zu gestalten.

Leitfragen

  • Welche Funktionen müssen für das codierte Auslösen eines Vorgangs erfüllt werden? (Kommunikation und Kollaboration)
  • Wie kann die im Automaten enthaltene Ware vom Anwender ausgewählt werden? (Kommunikation und Kollaboration)
  • Wie kann die Ware in der Anlage vor Zugriffen geschützt bzw. wie kann ein Zugriff gewährt werden? (Kreativität und kritisches Denken)
  • Welche Aspekte beim Design sind zu berücksichtigen, damit die Anlage vor Manipulation geschützt und möglichst robust ist? (Kreativität und kritisches Denken)
     

Fächerbezug
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Informatik
Grundlagen der Programmierung, Schalter, Sensoren, Zeitschleifen
Mathematik
Kreiswinkel
Wirtschaftslehre
Verkaufsstrategien
Physik
Erfassen von physikalischen Größen (Rotationswinkel, Endanschlag)

Unterrichtsverlauf
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Einführungsphase

Unterrichtsgespräch (ohne App)

  • Alltagsanwendungen abfragen, in denen Prozesse durch codierungsgesteuerte Anlagen in Gang gesetzt werden. 
  • Manipulationsmöglichkeiten entsprechender Anlagen erörtern sowie Schutz vor Manipulation besprechen.
  • Vor- und Nachteile verschiedener Möglichkeiten des Manipulationsschutzes erörtern.
  • Festlegen, welche Sensoren und Aktoren verwendet werden sollen. Das Funktionsprinzip der Sensoren und des Aktors wird besprochen.
  • Ggf. erste Differenzierungsmöglichkeiten in Aussicht stellen. 
  • Gemeinsam wird die zu erzielende Grundfunktion der Anlage von der Lehrkraft vorgegeben und gemeinsam besprochen. 
     
ggf. Hilfestellung

  • Sensoren, Aktoren und Bauteile aus dem Baukasten zeigen, wenn nötig Präsentationsmedien einsetzen.

Planungsphase

Unterrichtsgespräch (mit App)

  • Die Lehrkraft gibt den Ablauf mittels der Arbeitsschritte in der App vor.

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • SuS machen sich mit der App bekannt und laden die entprechende Aufgabe.
  • Die SuS bearbeiten zwei Aufgaben zur Planung der Anlage in der App

Optionale Partner- oder Gruppenarbeit (ohne App)

  • Die SuS skizzieren eine mögliche Anlage, diskutieren die Ergebnisse und einigen sich auf ein Design.
Konstruktionsphase

Partner- oder Einzelarbeit (mit App)

  • Die SuS nutzen die App zum Bau des Spenderautomaten. Die App führt kleinschrittig durchs Programm.
Programmierphase

Partner- oder Gruppenarbeit (mit App)

  • Die SuS schreiben das Programm für den Spenderautomaten. Die App führt kleinschrittig durchs Programm; Hilfe wird in der App angeboten.
  • Das Programm wird auf den RX Controller übertragen
Experimentier- und Testphase

Partner- oder Gruppenarbeit (mit App)

  • Der Automat wird in Betrieb genommen und getestet
  • Mögliche Störungen im Funktionsablauf müssen erkannt und behoben werden. Hilfe wird in der App angeboten.
  • Eventuelle Optimierungen in der Programmierung (Zeitschleifen für das Schließen der Entnahme) sind vorzunehmen.
  • Der Schutz der Anlage vor Manipulation wird ggf. getestet
Abschlussphase

Optional: Vorstellung und Zuteilung von Differenzierung (mit App)

  • Für die Differenzierung infrage kommende SuS werden ggf. durch die Lehrkraft angesprochen. Dabei werden die Optimierungsmöglichkeiten der Anlage (optische Anzeige) geklärt.
  • Die App führt die schnellen SuS durch die notwendigen Schritte.

Diskussion im Plenum

  • Nachbesprechung des Projekts im Klassenverbund
  • Stärken und Schwächen der Lösungen werden erkannt und auf Alltagsautomaten übertragen.

 

Informationen und Hinweise
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Methodisch-didaktische Hinweise
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Differenzierungsmöglichkeiten

Die Anlage kann um eine grüne LED ergänzt und so programmiert werden, dass die Anlage eine optische Freigabe erteilt (grüne LED) wenn die Ware entnommen werden kann. Auch eine Blinkfunktion kann einprogrammiert werden, die das Schließen der Entnahmesicherung anzeigt.

Motivationale Aspekte

Süßigkeiten an sich haben eine gewisse Wirkung auf die SuS. Aber auch die automatisierte Ausgabe von fassbaren Dingen (im Gegensatz nur zu Informationen) übt einen Reiz aus. Das dazugehörige Thema der Manipulation von Informationen (im vorliegenden Fall von Eingabeinformationen) ist den SuS bekannt und in vielen anderen Lebensbereichen relevant. Beide Faktoren ermöglichen die Förderung von intrinsischer Motivation. 

Zusatzmaterialien

Optional: Zeichenmedien (wie z.B. Papier, Whiteboard oder Projektionsfläche) verwenden.

Bauanleitung

Stromlaufplan

Funktionen des Modells und deren technische Lösungen
​

Funktionen der Aktoren/Sensoren
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Technische Lösung


Erfassen eines Signals zu Rotation des Warenlagers
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Auswerten des Signals des Eingabetasters


Rotation des Warenlagers
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Ansteuerung des Motors des Drehkarussells


Stoppposition des Warenlagers
​


Auswerten des nockengesteuerten Signals des Positionstasters
​


Erfassen der Legitimation der Ausgabe
​


Auslösen des Reedkontaktes


Öffnen des Zugangsschutzes
​


Ansteuerung des Motors der Schranke über eine Zeitschleife
​


Wartezeit der Motorsteuerung zur Entnahme der Ware
​


Zeitschleife


Schließen des Zugangsschutzes
​


Ansteuerung des Motors der Schranke über eine Zeitschleife
​


Abschalten des Motors des Zugangsschutzes
​


Auswerten des Signals des Endschalters


Differenzierung 1: Optische Ausgabe, dass Waren entnommen werden können
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Grüne LED blinkt


Differenzierung 2: Optische Ausgabe, dass Zugangsschutz gleich schließt


Grüne LED blinkt

Materialliste
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Materialliste Grundschaltung Spenderautomat

 

Sensoren

 

Funktion

 

1 Taster

 

 

Signal für Getriebemotor 1

 

1 Taster

 

 

Endschalter für Getriebemotor 1

 

1 Taster

 

 

Endschalter für Getriebemotor 2

 

1 Reedkontakt

 

Signal für Getriebemotor 2

 


Aktoren

 


Funktion

 

1 Getriebemotor 1

 

 

Drehen des Warenlagers

 

1 Getriebemotor 2

 

 

Öffnen des Zugangsschutzes

 


Materialliste Differenzierungsaufgabe Spenderautomat

 

Aktoren

 

Funktion

 

1 LED, grün

 

 

Optische Kontrolllampe

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