Lernreihe
Windkraft mit Scratch und Makey Makey
Eine eigene Windkraftanalage bauen – das geht mit dem Makey Makey ganz einfach.
In dieser Lernreihe lernen Kinder, wie man mit einem Windrad Energie gewinnt und bauen ihr eigenes kleines Windkraftwerk.
Das Projekt eignet sich als Aufbauprojekt für Schüler*innen, die schon erste Projekte mit Scratch und dem Makey Makey abgeschlossen haben, z.B. “Bringe einen Apfel zum Miauen” oder “Bananen-Klavier„.
Ein Windrad selbst bauen und programmieren
In dieser Unterrichtseinheit beschäftigen sich die Schüler*innen zunächst mit dem Thema „erneuerbare Energien“. Der Fokus liegt hierbei auf Windkraft. Anschließend basteln sie ein Windrad, womit sich Strom „erzeugen“ lässt. Dafür programmieren sie mit Scratch eine Simulation, die mit dem Makey Makey gesteuert wird.
Es empfiehlt sich, vorab unsere Lernkarten Einführung in Scratch mit den Schüler*innen zu bearbeiten und den Makey Makey kennenzulernen. Dafür eignen sich unsere Einstiegsprojekte “Bringe einen Apfel zum Miauen” oder “Bananen-Klavier„.
Wir haben für euch vorbereitet:
- Einen beispielhaften Ablauf für eine Unterrichtsreihe oder einen Projekttag à 180 Minuten
- Materialien zum Thema erneuerbare Energien und Windkraft
- Ideen für fächerverbindendes, projektbasiertes Lernen
Das erwartet euch in dieser Lernreihe:
Die Kinder lernen, wie ein Windkraftrad funktioniert und bauen selbst ein Windrad. Dieses programmieren sie anschließend mit Scratch und dem Makey Makey und simulieren damit eine Windkraftanlage.
Zentrale Fragen
- Was sind erneuerbare Energien?
- Wie funktioniert eine Windkraftanlage?
- Wie programmiere ich eine Windkraftanlage in Scratch und dem Makey Makey?
Die Schülerinnen und Schüler:
- erlangen Wissen zum Thema „erneuerbare Energien“ mit dem Fokus auf Windkraft
- veranschaulichen ihre Ideen mit Hilfe von digitalen Medien, indem sie mit Scratch eine Simulation programmieren, die mit dem Makey Makey gesteuert werden kann
- arbeiten kollaborativ im Team.
Material
- Beamer/ interaktives Whiteboard
- 1 Computer/ Laptop pro 2er-Team
- Internetzugang
- https://scratch.mit.edu (kostenlos)
- Materialien zum Basteln des Windrades (Altpapier, Pappreste, gebrauchte Alufolie, Scheren, Kleber, Metallklemmen)
Die aufgeführten Kompetenzbereiche orientieren sich an den Vorgaben Kompetenzen in der digitalen Welt der Kultusministerkonferenz.
Windkraftanlage mit Makey Makey und Scratch bauen
⏰ Umsetzung: 7 x 90 Minuten
Vorbereitung und Material
- Verschafft euch einen Überblick über die gesamte Unterrichtseinheit, lest den Ablauf und sichtet die Materialien und Videos.
- Orientiert euch am Klimaziel 13.
- Lernt die Software Makey Makey und Scratch mit unseren Lernmaterialien kennen.
💡 Zeitliche Gliederung: Durch die Durchführung innerhalb von zwei 90-minütigen Einheiten kann eine längere und durchgehende Programmierphase realisiert werden. Überlegt, inwiefern das für eure Schüler*innen sinnvoll ist. Insgesamt kann die Unterrichtsreihe auch im Rahmen eines Projekttages von ca. 4 Schulstunden stattfinden.
💡Differenzierung: Für Schüler*innen mit Förderbedarf im Bereich des Lesens und Rechtschreibens bietet sich eine Kooperation mit Schüler*innen an, die in den genannten Bereichen keinen Förderbedarf haben. So kann eine gegenseitige Unterstützung gefördert werden.
Ablauf
Phase 1: Einführung Erneuerbare Energien – Windkraft
Dauer: 45 min
Ziel: Erarbeitung der Fragen: Was sind erneuerbare Energien?
Wie lässt sich daraus Strom erzeugen? Wie funktionieren Windkrafträder?
Phase 2: Windrad: Basteln, programmieren, ausprobieren
Dauer: 45 min
Ziel: Basteln des Windrades und testen mit dem Makey Makey.
Phase 3: Energie-Simulation: Programmieren & ausprobieren
Dauer: 45 min
Ziel: Programmierung einer Energie-Simulation in Scratch.
Phase 4: Fertigstellen und Feedback geben
Dauer: 45 min
Ziel: Abschluss Programmierung des Makey Makey mit Scratch und Feedback geben.
Phase 1: Einführung Erneuerbare Energien – Windkraft
Vorbereitung
- Beamer/ interaktives Whiteboard zum Abspielen der Videos vorbereiten
- Tablet/ Computer/ Laptop mit Internetzugang (1 je 2er-Team) vorbereiten
- Arbeitsblatt: Suchsel „Erneuerbare Energien“ ausdrucken (min. 1 je 2er-Team)
- Projektvideos anschauen (Bauanleitung, Visualisierung)
- Wordwall Quiz „Erneuerbare Energien“ ausprobieren
Einführung & Warm-Up
⏰ 10 min
Erklärt den Schüler*innen, dass sie innerhalb eines Rätsels eigenständig das Thema der Unterrichtseinheit herausfinden sollen. Informiert darüber, dass ihr anschließend gemeinsam Ziele und den Ablauf der Unterrichtseinheit besprecht.
Teilt das Arbeitsblatt: Suchsel „Erneuerbare Energien“ aus und gebt den Schüler*innen folgende Aufgabe:
Bitte findet euch im 2er-Team zusammen und bearbeitet das Arbeitsblatt. Dafür habt ihr 5 Minuten Zeit.
Fragt anschließend im Klassenverband, welche Begriffe die Schüler*innen gefunden haben, und stellt gemeinsam Vermutungen zum Thema dieser Unterrichtseinheit an.
Gebt zusammenfassend einen Kurzüberblick der Unterrichtseinheit und des heutigen Ziels. Erklärt den Schüler*innen, dass sie im Rahmen der Unterrichtseinheit ein Windrad basteln, womit sich Strom „erzeugen” lässt. Dafür programmieren sie mit Scratch eine Simulation.
In der ersten Stunde geht es darum, Wissen zum Thema erneuerbare Energien zu erlangen und dazu ein Quiz zu lösen.
Wissensaufbau zum Thema Erneuerbare Energien
⏰ 5 min
Zeigt das Video „Erneuerbare Energien“ vom zdf Programm „logo!“ (1:24min)
Besprecht die Inhalte des Videos.
Dazu können folgende Fragen leitend sein:
- Woraus lässt sich erneuerbare Energie gewinnen?
- Was bedeutet in diesem Zusammenhang erneuerbar?
- Wie heißen die Anlagen, die aus Sonnenlicht Strom erzeugen?
- Wie wird aus Sonnenenergie Strom erzeugt?
- Wie wird aus Pflanzenenergie Strom erzeugt?
- Aus welcher Art der erneuerbaren Energien wird in Deutschland am meisten Strom erzeugt?
💡 Die Beispielfragen entsprechen teilweise den Inhalten des anschließend zu lösenden Quiz. Entscheidet selbst, wie viel ihr mit den Schüler*innen vorweg besprecht.
Wissensaufbau zum Thema Windkraft
⏰ 5 min
Zeigt anschließend das Video „So funktionieren Windkraftanlagen“ vom zdf Programm „logo!“ (1:13min)
Besprecht die Inhalte des Videos.
Dazu können folgende Fragen leitend sein:
- Welche Bestandteile hat ein Windkraftrad?
- Wie wird aus Windenergie Strom erzeugt?
- Wie groß sind Windkrafträder in etwa?
💡 Die Beispielfragen entsprechen auch hier den Inhalten des anschließend zu lösenden Quiz.
Quiz zu Erneuerbare Energien
⏰ 20 min
Um die Ergebnisse zu sichern, sollen die Schüler*innen ein interaktives Quiz lösen. Stellt sicher, dass jedes 2er-Team Zugang zu einem internetfähigen Tablet hat. Gebt den Schüler*innen folgende Aufgabe:
Bitte findet euch im 2er-Team zusammen. Scannt mit eurem Tablet den QR-Code und löst das Quiz. Dafür habt ihr 15 Minuten Zeit.
💡 Du kannst der Lerngruppe anstelle des QR-Codes auch den Link zukommen lassen, wenn ihr mit einem Laptop / Computer arbeitet.
💡Tipp zur Differenzierung: Unterhalb des Quiz können in Wordwall verschiedene Einstellungen an die Schüler*innen angepasst werden.
Abschluss
⏰ 5 min
Schließt die Stunde mit einem kurzen Feedback ab und gebt einen Ausblick auf die nächste Einheit, in der die Schüler*innen ihr Windrad basteln und testen werden.
💡 Ihr könnt Schüler*innen bitten, für die nächste Stunde Pappreste von Zuhause mitzubringen oder diese im Klassenraum zu sammeln.
Phase 2: Windrad: Basteln, programmieren, ausprobieren
Vorbereitung
- Beamer/interaktives Whiteboard zum Abspielen des Videos vorbereiten
- Video zur Bauanleitung Windrad anschauen
- Arbeitsblatt: Bastelanleitung Windrad ausdrucken (min. 1 Mal pro 2er-Team)
- Materialien zum Basteln des Windrades bereitlegen
- Falls nötig: Wissen zu Scratch und Makey Makey auffrischen
- Computer/ Laptop mit Internetzugang (1 je 2er-Team) vorbereiten
Einführung
⏰ 10 min
Vorstellung des Ziels der heutigen Einheit: Verdeutlicht den Schüler*innen, dass sie heute ein Windrad basteln und dieses mit dem Makey Makey testen werden.
💡 Wiederholt bei Bedarf kurz gemeinsam im Klassenverband, wie aus Windenergie Strom erzeugt wird.
Zeigt das Video „Bauanleitung für ein Windrad mit Makey Makey“, um das Ziel der Unterrichtseinheit zu verdeutlichen.
Filme zur Bauanleitung des Windrads:
Windrad basteln
⏰ 15 min
Zeigt den Schüler*innen die Bastelanleitung des Windrades über den Beamer/ das interaktive Whiteboard. Erarbeitet mit den Schüler*innen, was besonders wichtig ist, damit das Windrad auch wirklich den Strom leiten kann. Weist auf die Leitfähigkeit von Metall (Alufolie und Klemme) hin. Teilt das Arbeitsblatt Bastelanleitung Windrad aus und gebt den Schüler*innen folgende Aufgabe:
Bitte bastelt im 2er-Team ein Windrad. Nutzt dafür die Bastelanleitung auf dem Arbeitsblatt.
Dafür habt ihr 10 Minuten Zeit.
💡 Tipp zur Differenzierung: Schüler*innen, die mit dem Basteln schneller fertig sind, können ihr Windrad noch individuell farbig gestalten.
💡Mehr Stabilität erhält das Windrad, wenn die Schüler*innen die Bastelanleitung auf Pappresten aufkleben und dann ausschneiden. Die Alufolie muss gut auf der Bodenplatte und den Rotorblättern des Windrades befestigt werden, damit sie sich beim Drehen des Windrades nicht löst.
Wiederholung Makey Makey
⏰ 5 min
Bevor ihr das Windrad in Kombination mit dem Makey Makey testet, wiederholt kurz das Wichtigste zur Verkabelung und Funktionsweise des Makey Makey.
Inhalte könnten sein:
- Erdung (wichtig um den Stromkreis zu schließen)
- Pfeiltasten
- Space (Leertaste)
- Click (linke Maustaste)
- USB (PC) und USB Mini (Makey Makey)
- Krokodilklemmen
Weitere Infos zu Makey Makey findet ihr auf unserer Seite
„Einstieg in Makey Makey„.
Windrad und Makey Makey verbinden
⏰ 10 min
Probiert die Funktionsweise des Windrades anhand der Makey Makey Bongos aus. Teilt den Makey Makey (1 pro 2er-Team) aus und stellt den Schüler*innen folgende Aufgabe:
Bitte öffnet im 2er-Team die Seite https://apps.makeymakey.com/bongos/ .
Schließt den Makey Makey dann an den Computer/ Laptop und das Windrad an. Testet, ob euer Windrad funktioniert, indem ihr es dreht. Wenn die Bongos spielen, ist alles richtig! Dafür habt ihr 5 Minuten Zeit.
Überlegt, wie viel weitere Unterstützung die Lerngruppe oder einzelne Schüler*innen bei der Erarbeitung brauchen. Nutzt bei Bedarf Teile der folgenden Beschreibung zur weiteren Erläuterung:
Verbindet den Makey Makey mit dem Computer/ Tablet. Steckt dann ein Kabel (Krokodilklemme) in die linke Taste des Makey Makey oder in die Leertaste (Space). Verbinde das Ende des Kabels mit dem Windrad. Klemmt es dafür auf den Alustreifen der Bodenplatte des Windrades. Steckt nun ein Erdungskabel in die untere Leiste des Makey Makey und befestigt das andere Ende des Kabels an der Metallklemme an der Unterseite der Bodenplatte. Durch das Drehen der Rotorblätter des Windrades sollte die Bongo spielen, mit der ihr den Makey Makey verbunden habt.
💡 Für die Erarbeitung der Aufgabe eignet sich die Methode Pair Programming.
Abschluss
⏰ 5 min
Schließt die Stunde mit einem kurzen Feedback ab und gebt einen Ausblick auf die nächste Einheit, in der die Schüler*innen mit der Programmierung des Makey Makey in Scratch beginnen werden.
💡 Weist die Schüler*innen darauf hin, dass sie ihr Windrad in der nächsten Einheit dringend benötigen.
Phase 3: Energie-Simulation: Programmieren & ausprobieren
Vorbereitung
- Beamer/ interaktives Whiteboard zum Abspielen der Videos vorbereiten
- Film zur Simulation von Windenergie vorher anschauen
- Wissen zu Scratch wieder auffrischen auf unserer „Einstieg mit Scratch“ Seite
- Computer/ Laptop mit Internetzugang (1 je 2er-Team) vorbereiten
- Lernkarten: Windrad programmieren ausdrucken (min. 1 Mal pro 2er-Team)
Filme zur Windenergie simulieren mit Scratch:
Einführung in Lerneinheit und Wiederholung Scratch
⏰ 10-20 min
Vorstellung des Ziels der heutigen Einheit: Verdeutlicht den Schüler*innen kurz, dass sie in dieser Einheit mit der Programmierung des Makey Makey in Scratch beginnen werden.
Zeigt das Video „Windenergie simulieren mit Scratch“, um das Ziel der Unterrichtseinheit zu verdeutlichen.
💡 Bei Bedarf könnt ihr noch einmal kurz die wichtigsten Funktionen der Oberfläche von Scratch besprechen. Dazu könnt ihr auf die Einführungsvideos und auf die Einführungslernkarten Scratch zugreifen und diese über den Beamer/ das interaktive Whiteboard abspielen. Alle Infos zu Scratch findet ihr gesammelt auf unserer „Einstieg mit Scratch“ Seite.
Windrad programmieren
⏰ 30 min
Teilt die Lernkarten „Windrad programmieren“ mit den Schüler*innen, besprecht diese kurz und stellt den Schüler*innen folgende Aufgabe:
Bitte erarbeitet im 2er-Team die Lernkarten „Windrad programmieren“. Dafür habt ihr 30 Minuten Zeit
💡 Für die Erarbeitung der Aufgabe eignet sich ebenfalls die Methode Pair Programming.
Abschluss
⏰ 5 min
Schließt die Stunde mit einem kurzen Feedback ab und gebt einen Ausblick auf die nächste Einheit, in der die Schüler*innen die Programmierung des Makey Makey in Scratch abschließen und Feedback geben werden.
Phase 4: Fertigstellen und Feedback geben
Vorbereitung
- Computer/ Laptop mit Internetzugang (1 je 2er-Team) vorbereiten
Einführung und Fertigstellung des eignen Windrad Projekts
⏰ 35 min
Vorstellung des Ziels der heutigen Stunde: Erklärt den Schüler*innen, dass sie nun die Programmierung des Makey Makey in Scratch abschließen werden und am Ende eine kurze Feedbackrunde folgt. Verweist auf die Aufgabenstellung aus der letzten Einheit:
Bitte bearbeitet im 2er-Team die Lernkarten „Windrad programmieren zu Ende„. Dafür habt ihr 30 Minuten Zeit.
Abschluss & Feedback
⏰ 10 min
Schließt die Unterrichtseinheit mit einem kurzen Feedback ab.
💡 Als mündliche Feedbackmethode eignet sich beispielsweise die Fünf-Finger-Methode (Feedback-Hand). Leitende Fragen könnten sein:
- „Was hat gut funktioniert ?“
- „Was ist euch aufgefallen ?“
- „Was könnte beim nächsten Mal noch verbessert werden ?“
- „Was hat euch bei der Programmierung besonders Spaß gemacht ?“
- „Was ist zu kurz gekommen ?“
