Robotics

Robotik-AG am Helmholtz Gymnasium

Informatik und Digitalisierung sind bereits heute wichtig und werden auch in der Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Eine der Zielsetzungen am HGH ist es, unsere Schüler gut auf die vor ihnen liegenden technologisch komplexen Aufgaben der Zukunft vorzubereiten. Deshalb bieten wir als einen Baustein zur Erreichung dieses Ziels für unsere Fünftklässler eine Robotik-AG an, in der sie sich auf spielerische Art und Weise frühzeitig mit den Grundlagen der Entwicklung und Programmierung von Robotern vertraut machen. Dabei hat sich der Einsatz des Lego Mindstorms EV3-Sets seit vielen Jahren bewährt, da hier in hervorragender Weise Lernen und Spiel miteinander verknüpft werden. So werden die bereits vorhandenen Erfahrungen der Schüler mit den Lego-Technik-Modulen durch den Einsatz des EV3-Mikrocontroller-Bausteins langsam, aber kontinuierlich erweitert. Sie lernen, wie ein Roboter seine Umgebung mithilfe von Sensoren wahrnimmt und wie diese ermittelten Daten nun in Algorithmen z.B. mithilfe von Schleifen und der Auswertung von Bedingungen verarbeitet und sinnvoll zur Lösung interessanter Probleme auf unserem Spielfeld genutzt werden können. Die zur Programmierung verwendete grafische Benutzeroberfläche erlaubt es auch jüngeren Schülern, schon recht komplexe Programme zu entwickeln, die sie dann den anderen Teilnehmern in Mini-Präsentationen erklären. Dies und die Tatsache, dass die Schüler immer zu zweit mit einem Roboter arbeiten, unterstützen unsere Schüler bei der Entwicklung der für die gewinnbringende Zusammenarbeit in Teams unabdingbaren Kompetenzen.

Um unseren Fünftklässlern einen möglichst problemlosen Start an unserer Schule zu ermöglichen, findet die AG erst im zweiten Schulhalbjahr statt. Die Erfahrung zeigt, dass dann in den meisten Fällen der Übergang an die weiterführende Schule gut vollzogen wurde und der Kopf wieder frei für neue Dinge ist.

Nach erfolgreicher Teilnahme an der Robotik-AG und bei großem Interesse besteht die Möglichkeit, sich auch in den höheren Klassen mit Robotik zu beschäftigen und sich für unser FLL-Wettbewerbs-Team zu bewerben. Unsere Schule nimmt regelmäßig am Robotik-Wettbewerb (F)irst-(L)ego-(L)eague teil. Um Ihnen einen Eindruck von der spannenden Atmosphäre, die den Wettbewerb jährlich umgibt, zu vermitteln, finden Sie hier einen Artikel, den einer unserer erfahrensten Teilnehmer im Rahmen der Aktion "Schüler machen Zeitung" für die Rhein-Neckar-Zeitung geschrieben hat.

 

Text: Steffen Schwember

 

First Lego League - eine Forschungs- und Robotikweltmeisterschaft für Schülerinnen und Schüler

 

Alle Jahre wieder findet die First® Lego® League (FLL) im Mathematikon statt. Ausgerichtet wird der Wettkampf von der NanoGiants Academy e.V. und ist ein internationaler Roboter- und Forschungswettbewerb für Kinder und Jugendliche von 9-16 Jahren. Die FLL findet unter anderem in Heidelberg sowie in vielen weiteren Städten überall auf der Welt statt. Heute begleiten wir das Team des Helmholtz-Gymnasiums in Heidelberg, die „Lego Spirits“, durch den Wettkampf am 7.12.2019. Werden sie gewinnen?

Angekommen gegen 8:30 Uhr morgens, fangen die „Lego Spirits“ direkt an, ihre Aufgaben für das Robot-Game an den Übungstischen zu testen. Der vom Team selbst entwickelte Roboter muss hierfür exakt funktionieren, um vorgegebene Aufgaben auf dem Spielfeld zu bewältigen. Obwohl Teilaufgaben noch nicht ganz zuverlässig laufen, arbeitet das 12-köpfige Team motiviert und zielgerichtet. Währenddessen füllt sich die langsam lauter werdende Halle mit den weiteren ankommenden Teams.

Auch die Konkurrenz, bestehend aus weiteren 15 Schulteams aus Heidelberg und der Region sowie privaten Teams, verfolgt dasselbe Ziel: in allen vier Kategorien so gut wie möglich abzuschneiden.

Neben dem Robot-Game gibt es auch noch das Teamwork, die Forschungspräsentation und das Robot-Design. Das Thema des diesjährigen Wettbewerbs nennt sich „City Shaper“: Städtebau und Stadtentwicklung. Diese Thematik spiegelt sich in allen Kategorien wider.

10:40 Uhr, die Lego Spirits müssen ihren Teamgeist während der ersten Jury-Sitzung unter Beweis stellen. In einem kleinen Seminarraum finden die Schüler einen Kartenstapel vor, aus dem ein Kartenhaus in nur fünf Minuten gebaut werden soll. Die Lego Spirits machen sich zunächst alle auf einmal an die Aufgabe, um dann zu erkennen, dass es gar nicht so leicht ist, gemeinsam ein Kartenhaus zu bauen. Nachdem sie ihr Haus aufgestellt haben und die Zeit abgelaufen ist, stellt die Jury (auch Judges genannt) Fragen, ohne jedoch zu verraten, wie sie die Gruppe bewertet. Es bleibt spannend.

Ohne Pause geht es direkt weiter zur Forschungspräsentation. Jedes Team hat sich ein lokales Problem zum Thema Städtebau gesucht und eine mögliche Lösung ausgearbeitet. Das Team des Helmholtz-Gymnasium hat sich Gedanken darüber gemacht, dass beim Städtebau der Lebensraum für viele Tiere verloren geht. Als Beispiel für die Erschaffung neuer Lebensräume stellt es den Schulteich vor, in dem bereits viele, auch bedrohte Tierarten, ein neues Zuhause gefunden haben. Trotz Nervosität beim Vortrag  gelingt die Präsentation. „Das war die beste Forschungspräsentation in meinen gesamten acht Jahren FLL“, kommentiert Thibaud, der Teamälteste, die Vorstellung.

12:00 Uhr, Zeit für die Robot-Design - Jurysitzung. In einem ähnlichen Raum, ausgestattet mit einem Robot-Game-Tisch, muss jetzt erklärt werden, wie der entwickelte Roboter aufgebaut und wie er programmiert worden ist. Während sich Thibaud und Felix mit einem der zwei Judges für die Programmierung zusammensetzen, geht der Rest des Teams an den Wettbewerbs-Tisch, um dort den Roboter vorzustellen. Hierbei ist hohe Konzentration gefragt, da nur wenig Zeit zur Verfügung steht, man aber kein wichtiges Detail auslassen will. „Ich denke, wir haben gute Chancen aufgrund unserer besonderen Programmierung. Wir können nämlich direkt auf dem Programmierbaustein des Roboters arbeiten, anstelle, wie die anderen Teams, vom PC aus zu programmieren. Das spart viel Zeit“, erklärt Felix nach der Jurysitzung.

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Nach der Mittagspause ist endlich der Zeitpunkt für die Robot-Game-Runden gekommen. Die Vorhalle ist gefüllt mit Zuschauern, die von Balustraden und dem offenen Treppenhaus aus auf die vier Wettkampf-Tische herabschauen. Noch prüfen die Schiedsrichter mit den Teams unter den hellen Lampen den korrekten Aufbau der Tische. Die laute Musik des DJ, die überall zu hören ist, spiegelt die positive Atmosphäre wider. Jetzt werden die Roboter auf dem Spielfeld ausgerichtet und die Teams treffen letzte Vorbereitungen.

Dann hört man den Moderator laut rufen:

„Drei! Zwei! Eins! LEGO!“ Die Runde startet.

Innerhalb der nächsten zweieinhalb Minuten muss der Roboter so viele Aufgaben wie möglich lösen, um entsprechend viele Punkte zu sammeln. Zwischen den einzelnen Aufgaben werden Module ausgetauscht - unter Zeitdruck, so schnell wie nur möglich. Hier muss jeder Handgriff sitzen. Der Moderator kommentiert die fahrenden Roboter, während das Publikum die beiden Teams anfeuert. Gleichzeitig machen sich die nächsten zwei Teams an den anderen Tischen bereit. Drei Durchläufe hat jedes Team, um sein Bestes zu geben. In der zweiten Runde läuft alles perfekt für die Lego Spirits und sie können sich ganze 335 Punkte sichern. Damit landen sie in der Zwischenwertung auf Platz 3 und kommen ins Viertelfinale. Die Freude im Team ist riesig.

Es bleibt eine knappe Stunde zur Vorbereitung auf das Viertelfinale. Das Team zieht sich in einen ruhigen Raum zurück, um sich besser konzentrieren zu können. Nun werden letzte Optimierungen am Programm vorgenommen und man tankt Energie sowie Ruhe.lego_spirits

16:35 Uhr, das Viertelfinale steht an.  Alle sind angespannt, denn wer jetzt nur einen einzigen Fehler macht, fliegt raus.

Bei den Lego Spirits läuft es aber nicht so gut. „Das liegt daran, dass unser Roboter nicht konstant genug ist und dadurch nicht zuverlässig genug die Aufgaben erfüllt“, gibt Rasmus, ein Teammitglied, zu. Am Ende schaffen sie nur 190 Punkte, womit sie als Achte ausscheiden.

Nach sehr langer und harter Arbeit über das Schuljahr hinweg trifft dies das Team schwer. Die Team-Ältesten haben zuhause viele zusätzliche Stunden gearbeitet, nur damit alles funktioniert. „Ich hoffe noch auf eine gute Platzierung in der Kategorie Robot-Design“, sagt Noah optimistisch, denn dies war schon immer eine besondere Stärke des Teams.

Nach den Finalrunden findet endlich die Siegerehrung im Foyer statt. Unter tosendem Applaus des Publikums werden die Gewinner der einzelnen Kategorien sowie der Gesamtsieger geehrt. Spannung herrscht unter den Teams, denn jeder würde am liebsten auf dem 1. Platz stehen. Als dann die Sieger im Robot-Design ausgerufen werden, ist die Enttäuschung sehr groß. Die Lego Spirits haben es nur auf Platz 4 geschafft.

Gesamtsieger wird das Team „Strg+R(obotics)@sap“ vom Bunsen-Gymnasium. Dieses Team sowie die Zweitplatzierten rücken nun weiter vor ins Europa-Halbfinale am 02.02.2020 in Mannheim.

Doch die Spirits lassen sich nicht unterkriegen und haben schon erste Ideen für die nächste Saison. Im nächsten Dezember wird man sie also wieder auf dem Wettbewerb antreffen.

 

Text: Felix

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