Feb 022017
 

Den Halbjahres-Abschluss meiner Physik-Kurs Klasse 7 habe ich eine Doppelstunde Logik-Gattern gewidmet. Da wir vorher verschiedene elektronische Schaltungen als Thema hatten war der Übergang von einer Reihenschaltung und zwei Schaltern sowie einer AND Schaltung recht einfach, nur dass die Tabellen etwas erläutert werden mussten, d.h. bei einer Schaltung mit Batterie leuchtet z.B. die Lampe oder sie ist dunkel und bei logischen Schaltelementen liegt an einem Pin ein HIGH oder ein LOW, also 1 oder 0. Insgeheim wollte ich damit natürlich auch die informatische Bildung fördern und Grundlagen legen, um diese vielleicht in den nächsten Jahren in Informatik wieder aufgreifen zu können.

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Nun hatten wir nach einem leider etwas leise gesprochenen Video (Grundlagen der Logikbausteine) die Möglichkeit, mit einer Simulation (unter: http://www.neuroproductions.be/logic-lab/) zu experimentieren. Hierfür braucht es einen Browser und etwa eine Schulstunde Zeit mit ein paar Screenshots zum Einstieg. Die grundlegenden Gatter NOT, AND, OR , NAND und NOR waren vom Umfang her inhaltlich passend.

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Die Aufgabe, die Beobachtungen zu beschreiben wurde recht knapp bearbeitet. In Moodle können Texteingaben direkt als Abgabe hinzugefügt werden und nachträglich von der Lehrperson gelesen werden. Das erstpart einige Arbeit, hat aber auch bei jüngeren Schüler_innen den Nachteil, dass sie manchmal mit der Technik überfordert sind und z.B. die Abgabe nicht absenden oder aus versehen Fenster schließen in denen sie arbeiten. Dabei gibt es auf der anderen Seite natürlich Lernpotential, den Umgang mit CMS zu lernen und allgemein mit digitalen Werkzeugen selbstbewusster umzugehen. log3

(Ich habe hier die Namen und Mailadressen meiner Schüler_innen für die Veröffentlichung herausgeschnitten)

Die Simulation verleitete einige Schüler_innen auch ziemlich schnell zu kühnen Basteleien, ohne wirklich den Überblick zu behalten, es bewegten sich am Ende auch Propeller und viele bunte Lichter.

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Jan 152017
 

Letzte Woche habe ich zum Thema “Sensoren und Signalverarbeitung” in meinem Kurs Klasse 8, der sich zur Zeit mit Robotik beschäftigt, Grundlagen der Digitaltechnik besprochen.

Die Leitfrage der kurzen Einzelstunde war “Wie werden  Informationen aus der Umgebung einer Maschine über Sensoren in Signale gewandelt, die als Daten von einem Prozessor verarbeitbar sind?”

Alle sprechen von “Digitalisierung”, aber was der Unterschied zwischen einem analogen und digitalen Signal ist oder was für Signale ein Digitalrechner empfängt, wussten meine Schüler_innen bisher kaum. Am Beispiel verschiedener Bauarten von Mikrofonen habe ich vereinfacht die technischen Grundlagen elektroakustischer Wandler dargestellt. Hierzu gibt es bei Wikipedia sehr einfach gehaltene, anschauliche Grafiken.

 

Zentrales Thema war die Wandlung eines analogen Signals in ein digitales. Was das bedeutet habe ich sehr verkürzt anhand einer Grafik dargestellt, d.h. eine kontinuierliche Spannungsfunktion wird in Zeitintervallen gemittelt und damit in Rechteckform gebracht (auch hierzu gibt es schöne Grafiken bei Wikipedia). Diese wird für einen definierten Schwellwert in “high” und “low” aufgeteilt und damit binär codiert. Das Prinzip ist eigentlich nicht so schwer, die (Elektro)Technik dahinter habe ich vollkommen außen vorgelassen, die Schüler_innen wissen auch noch nicht, was ein Transistor oder IC ist, haben aber nun zumindest eine grobe Vorstellung, wie verschiedene elektrische Signale aussehen und was das binäre 0 und 1 mit Spannungen zu tun hat.

Tafelbild-Signalverarbeitung

Jan 172013
 

Wie im letzten Jahr nahm ich auch dieses Mal am Hamburger Regionalwettbewerb der First Lego League teil. Allerdings nicht als Schiedsrichter, sondern mit einem eigenen Team. Unser Wahlpflichtkurs der 7.Klasse hatte sich, teilweise mit einigen “Überstunden” engagiert auf den Wettbewerb vorbereitet und dort auch ganz gut abgeschnitten.

Als Coach hatte ich einen anderen Blick auf den Wettbewerb, da unser Team permanent in die Überarbeitung der Programme und Positionierungen eingebunden war. Es wurde getestet, verglichen und mit Frust gekämpft. Am Tag des Wettbewerbes wurde unter Zeitdruck intensiv mehr erarbeitet, als zwischenzeitlich im vorhergehenden Unterricht. Allerdings waren auch besonders engagierte Schüler vor Ort und meine Unterstützung ganz bei ihren Bemühungen. Der jahrgangsübergreifende Effekt war durch das zweite Team unserer Schule aus dem Jahrgang 9. besonders durch Austausch und gegenseitiger Förderung positiv.

Bauen des Wettbewerb-Roboters der “Bobbycar-Gangster”

Im Vorfeld des Wettbewerbes hatten einige Schüler das Programm zur Abholung des Stuhls mit einem einfachen Greifarm ohne Motor, der durch ruckeln umfällt geschrieben und beim Wettbewerb festegestellt, dass diese Lösung nicht besonders günstig ist. Daher haben wir in der darauffolgenden Woche in Kleingruppen mehrere Roboter umgebaut, so dass die Aufgabe durch einen Greifarm mit Motor gelöst werden soll. Anschließend wurde der Roboter programmiert und getestet. Weitere Probleme, die sich mit Greifarmen und Hebeln lösen lassen wurden bearbeiten. Dies soll auch in Hinblick auf die nächste First-Lego-League im kommenden Jahr geschehen und das Erlernte festigen.

Der Greifer ohne Motor, den wir bei der FLL verwendeten

Eines der Gruppenergebnisse “Greifer mit Motor”

Ein weiteres Gruppenergebniss “Greifer mit Motor” – durch testen wurde später erkannt, dass der Motor eine andere Bewegung vollzieht und das Modell umgebaut

Das dritte Gruppenergebnis “Greifer mit Motor”

Nov 202012
 

Am vorletzten Wochenende fand die jährliche GI-Fachtagung der Hamburger und Schleswig-Holsteiner Informatik Lehrer/innen in unserer Schule am Richard-Linde-Weg statt. Ich nehme seit einigen Jahren an diesem “Familientreffen” teil (siehe meinen Bericht von 2011 und von 2010)

Dieses Jahr war Michael Kölling zu Gast, ein bekannter Softwareentwickler und Professor der Informatik aus Großbritannien, der maßgeblich BlueJ und Greenfoot entwickelt hat. Er stellte die neuesten Entwicklungen im Bereich Software-Werkzeuge für die Lehre und Bildungsarbeit vor und gab damit auch einen Ausblick auf die Weiterentwicklungen von Greenfoot. Es soll weg gehen von den Java-Klammern und Syntax-Hürden hin zur einer ausdrucksbasierten grafischen Oberfläche (d.h. z.B. Schleifen und Fallunterscheidungen nur vollständig als Block zuzulassen) zum Programmieren mit der Tastatur. Ein interessanter Ansatz, wird doch im Unterricht viel Zeit auf das Einüben syntaktischer Korrektheit vergeben, wohingegen es auch möglich wäre, durch eine Scratch-ähnliche Struktur (in der sich keine halben Schleifen oder Fallunterscheidungen erzeugen lassen) mehr Zeit auf die grundlegenden, Programm-unabhängigen Strukturen und Konzepte zu verwenden. Interessant war auch der Hinweis auf die Praxis, eigenes Wissen im Bereich als das Relevanteste einzuschätzen, wobei sich Generationen massiv unterscheiden. So ist es durchaus zutreffend, dass ganz unterschiedliche Dinge als “Grundlagen” “der” Informatik definiert werden, wobei Informatik sehr umfangreich und vielseitig ist.

Workshop „Programme im Flug“

An den Vortrag anschließend verteilten wir uns auf verschiedene Workshops. Im Workshop “Programme im Flug” wurde eine Parrot AR.Drone 2.0 vorgestellt, die sich über ein Smartphone im W-Lan per remote-controll steuern lässt. Das Modell ist für etwa 300 € frei käuflich und mit zwei Kameras ausgestattet. Die zweite Version des Gerätes ist nun mit annähernd HD Qualität erhältlich und sehr robust. Wie uns präsentiert wurde, kann es aus 1m Höhe ohne Probleme auf den Boden fallen gelassen werden. Die Drone hat einen ARM-Prozessor, Orientierungssensoren und Höhenmessung sowie eine Kompass und Drucksensoren und lässt sich über Schnittstellen entsprechend erweitern. Die Daten dieser Sensoren können über das Smartphone oder über eine USB-Schnittstelle erfolgen. Die Standard-Software zur Steuerung „freeflight 2.0“ ist Open Source und bietet über eine in C geschriebene A Schnittstellen zu verschiedenen Endgeräten. Mittels Bildverarbeitungsverfahren können über die Kameras Spiele gespielt werden und es sind augmented reality Anwendungen denkbar, so das z.B. Metainformationen zu Gebäuden, Gegenständen oder Personen eingeblendet werden könnten. Über spezielle Tags (Bilder, auf die die Drone speziell reagiert und sie damit in ihrer Umgebung speziell orientieren lässt) können auch Objekte verfolgt werden. GPS ist geplant, aber noch nicht umgesetzt. Mit dem „drone altitude viewer“ gibt es verschiedene grafische Oberflächen, um das System zu debuggen und alle Features anzeigen zu lassen. Als Sicherheitsvorkehrungen gibt es einen Notaus, der alle Motoren sofort stoppt und auch ausgelöst wird, sobald etwas in die Turbine kommt. Die Drone funktioniert als Access-Point im WLAn und erzeugt ein eigenes Netzwerk mit IP-Adressierung. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, einem WLAN beizutreten und damit auch mehrere Dronen interagieren zu lassen.

Zusammenfassend lässt sich zum Workshop sagen, dass es interessant war, den aktuellen Stand der Technik von Dronen zu erfahren und über technische Details zu diskutieren sowie ein solches Gerät einmal selbst zu steuern. Auf der anderen Seite wurde kein Wort über die gravierenden potentiellen gesellschaftlichen Auswirkungen von Dronen verloren und ich war gerade nicht in Stimmung, das Thema auszubreiten. Gerade im unterrichtlichen Kontext sollte die Frage nach Interessenskonflikten um Herstellung und Nutzung sowie soziale Auswirkungen, wie die Erleichterung und potentielle Vermassung von Kontrolle und Überwachung unbedingt thematisiert werden. Auch ist es fraglich, inwieweit dem Mißbrauchspotential durch private wie staatliche Stellen überhaupt verantwortungsvoll technisch wie gesellschaftlich begegnet werden kann. Ich stelle mir vor, wie in ein paar Jahren jeder Mensch durch die Fensterscheiben direkt per Video alles Mögliche aufnehmen und ins Netz stellen kann und da graut es mir eher, als dass ich fasziniert bin. Wenn man heute bereits die Herausforderungen betrachtet gerade im Hinblick auf Kinder und Jugendliche und Videoproduktion und -verteilung, wächst die Herausforderung noch einmal beträchtlich, wenn ich ferngesteuert aus der Luft direkt und unwiederruflich Youtube füttern kann.

Abschließend zum Thema habe ich einige Artikel zum Thema Einsatz von Dronen, die einige gesellschaftspolitische Aspekte beleuchten ergänzt:

http://www.heise.de/newsticker/meldung/Bundestag-verabschiedet-Drohnengesetz-1424100.html

http://www.heise.de/newsticker/meldung/Polizeichefs-verabschieden-Richtlinien-fuer-Drohneneinsatz-1670353.html

Ein eher technischer Artikel: http://www.heise.de/hardware-hacks/meldung/Quadrokopter-AR-Drone-2-0-kommt-in-den-Handel-1558893.html

Eine Webseite von Amateur/innen, die sich mit Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) beschäftigen: http://diydrones.ning.com/

Workshop „Messen mit Lego-Mindstorms“

In diesem Workshop eines Lego-Mitarbeiters ging es zum einen um Gtundsätzliches zum Gerät, zum anderen um einfache Anwendungen der Messwerterfassung am Beispiel der Temperaturmessung. Als erstes wird ein Programm erstellt, in dem die Anweisungen beschrieben werden, die der Roboter ausführen soll. Hierfür ist es wichtig, den richtigen Sensor-Typ auszuwählen, dann den Ausgabewert umzuwandeln (von Integer auf String), so dass er vom Display darstellbar ist und dann die Ausgabe zu definieren. Dieses Programm wird dann auf den Lego-Roboter übertragen (siehe unten im zip-Ordner “messen-temp.rbt”).

Als nächstes werden mit dem Roboter und dem Programm Messwerte über einen bestimmten Zeitraum erfasst. Diese speichert der Roboter in einer einfachen log-Datei (siehe unten im zip-Ordner “OBD_8.log”).

Diese log-Datei wird dann über die Messwert-Erfassung am Rechner vom Roboter ausgelesen und grafisch dargestellt.

Hier sind alle Dateien und Bilder zur einfachen Temperaturmessung zusammengefasst: Messen mit Lego

Aug 292012
 

Ich habe gerade eine Prezi-Präsentation erstellt, mit der ich meinen Schüler/innen nächste Woche das Thema der First Lego League “Senior Solutions” näher bringen möchte. Hierfür habe ich lange nach Bildern mit passenden Lizenzen geschaut und auch gefunden. Die online-Präsentationen mit Prezi basieren auf Flash und sind wie gewohnt zum Weiterverwenden gedacht. Hier der Link:

http://prezi.com/qgvzo3cobj0b/service-roboter/

Aug 292012
 

Das Material ist bereits in unserer Schule, nun, wo die Aufgaben und der Forschungsauftrag veröffentlicht sind, können wir mit unserem Team nächste Woche loslegen!

Ich hatte bereits zu Beginn meines Referendariats letztes Jahr an der First Lego League 2011 als Schiedsrichter teilgenommen. Dieses Jahr geht es bei der First Lego League um “Senior Solutions” und unsere Schule ist mit zwei Teams dabei, eines davon unter meiner Aufsicht.

“Wie können FIRST® LEGO® League Teams die Lebensqualität von älteren Menschen verbessern und ihnen helfen, unabhängig, engagiert und in Kontakt mit ihrer Umgebung zu bleiben? Im FLL Wettbewerb 2012 Senior SolutionsSM können die Teams das Altern erforschen und wie es Menschen und ihre Lebensweise beeinflusst. Die Teilnehmer setzen sich beim FLL Forschungsauftrag mit Aspekten der Fortbewegung, sozialem Umfeld und körperlicher Fitness auseinander. Dabei untersuchen sie Hindernisse für ältere Menschen und machen Lösungsvorschläge, wie man deren Lebensqualität verbessern kann.  Außerdem bauen und programmieren die Teams einen autonomen Roboter mit LEGO Bausteinen, der auf einem Spielfeld vorgegebene Missionen lösen soll.” (Kurzbeschreibung des Jahresthemas)

Leider sind keine Creative Commons Bilder zum Thema erhältlich, weshalb ich hier keine weiteren Medien einbinden kann, außer auf die entsprechenden offiziellen Webseiten zu verweisen.

Feb 142012
 

Gestern abend war ich beim Hamburger Informatik-Treffpunkt Sek1, der halbjährlich über das LI als Fortbildung für Informatik-Lehrer/innen angeboten wird. Wir haben uns an der Stadtteilschule Eppendorf getroffen und nach einer Informationsphase mit ausführlichen Linklisten und Praxisberichten (siehe Informatik-Wiki) haben wir selbst auch etwas mit den Arduino-Boards experimentieren können.

Photo by the Arduino Team

Die Mikrocontroller lassen sich über verschiedene Programmieroberflächen steuern, u.a. gibt es auch ein auf Scratch aufbauendes Grafiksystem “S4A“. Zudem gibt es eine Quellcode-basierte Umgebung, in der in einer C Variante programmiert werden kann, sowie eine grafische Umgebung arduBlock, die die Bausteine direkt in diese C Variante umwandelt.

erste Schritte mit ArduBlock

Die Quellcode-Programmierung in der C-Variante mit PIN-Angabe und HIGH / LOW Signalen

Ich habe ein paar einfache Steuerungen laufen lassen und übertragen und denke, dass ein gründliches Arbeiten sehr wichtig ist, um Ergebnisse zu erzielen, dann aber auch Potential in den open-source Hardware Ansätzen liegt, erste Vorstellungen von Mikrocontrollern zu bekommen. Es wäre vorstellbar, aufbauend auf einen Einstieg in die Robotik mit den Mikrocontrollern mehr über das Innenleben von Rechnern zu lernen und einen Einstieg in Steuerungskonzepte im ingenieurwissenschaftlichen und elektrotechnischen Bereich zu ermöglichen. Oder auch Projektarbeit mit besonders interessierten Schüler/innen umzusetzen, die sich selbstständig mit einfachen Schaltungen und Steuerungen beschäftigen können, dies aber beliebig vertiefen können. Erste Erfolge, z.B. eine blinkende LED sind bereits nach einigen Minuten Beschäftigung möglich. Wichtig wäre hier im Unterrichtskontext, Experimentieren mit Analyse und Dokumentation zu vernetzen, um nicht reine Programmierfähigkeiten zu schulen, sondern erste Vorstellungen von den Möglichkeiten digitaler Informationsverarbeitung auf hardware-naher Ebene zu erlangen.

Die Roboter für den Selbstbau von PICAXE habe ich nicht näher in der Praxis untersucht, allerdings sind sie günstiger als die LEGO Mindstorms und vielleicht ebenfalls eine interessante Ergänzung zum Transfair der Konzepte, die sich mit einem Mindstorms lernen lassen. Die Themen “mobile Webseiten” sowie “QR-Codes” haben wir nur kurz gestrichen, allerdings ist das erstellen Handy-Anzeige-tauglicher Webseiten sicher eine sinnvolle und lebensnahe Erweiterung der Unterrichtsinhalte zu Webseiten-Gestaltung mit HTML und CSS. Der Einsatz von QR-Codes im Informatik-Unterricht ist mir noch nicht ganz klar, aber interessant, dass uns auch zu diesem Thema umfangreiche Links mitgegeben wurden:

Viele weitere Links, u.a. auch zu Handbüchern und Bezugsquellen für Hardware und Funktionsbeschreibungen sowie Unterrichtsmaterialien finden sich im Wiki zum Treffpunkt-Termin und im Commsy-Raum “LIF – Informatik in der Sek1” von Jens Stolze. 

Feb 142012
 

Korrektur: Die rbt Datei war in der Praxis noch nicht ganz ausgereift, ich habe sie nun (15.02.) aktualisiert, so dass sie passender für den Mindstorms Standardaufbau ist.

Ich bereite gerade den Unterricht für morgen früh für den Wahlpflichtkurs 8.Klasse Robotik vor. Ich werde nach der freien Arbeit letzte Woche mit den ersten NXT-Erfahrungen nun eine Analyse-Phase anschließen, indem ich ein Programm “linksrechts-morisse.rbt” vorgebe, welches die Schüler/innen aus unserem Commsy-Raum auf ihr Netbook speichern sollen und mit Hilfe eines Arbeitsblattes Vermutungen und Tests mit meinem Programm dokumentieren sollen. Inhaltlich geht es zum einen um das genauere Verständnis der grafischen Elemente und der Funktionsweise der Motorblöcke, zum anderen um verschiedene Varianten, mit dem Standardaufbau des LEGO Mindstorms über zwei Motoren verschiedene Kurven fahren zu lassen. Letzte Woche wurden die Programme nach dem Schema des “Robot-Educator” erstellt, also Schritt für Schritt einfach aus der Anleitung übernommen. Nun sollen Manipulationen in Programmen ohne Anleitungen vorgenommen werden. Als nächsten Schritt werden wir uns dann vor den Ferien mit Sensoren beschäftigen.

Ein Gruppenergebnis der Doppelstunde letzte Woche

Die Aufgabe mit Material im Commsy-Raum

Materialien zur Doppelstunde (Arbeitsblatt und rbt-Datei)linksrechts-morisse 

Jan 122012
 

Am Donnerstag, den 15.12. habe ich unsere Unterrichtsplanung für die 9.Klasse im Themenbereich Robotik umgesetzt und wurde von meiner Fachseminarleitung und den Mitgliedern meiner Kleingruppe im Fachseminar Informatik hospitiert.
Ich habe die ersten drei Stunden unterrichtet, nachdem ich die Woche zuvor bereits 5 Stunden am Donnerstag im Kurs unterrichtet hatte. In den ersten beiden Stunden ging es um die Leitfrage “Wie orientiert sich eine Roboter?”, im zweiten Teil in der dritten und vierten Stunde um das Problem “Orientierung eines Roboters im Labyrinth“. Continue reading »

Nov 272011
 
der Parcour des Wettbewerbes (eigenes Bild)

Schon seit einigen Wochen beobachte und unterstütze ich die 9.Profilklasse der Richard-Linde-Weg Stadtteilschule, die sich in dieser Zeit mit unseren Lego-Mindstorms Robotern auf die “First Lego League” vorbereitet hatten. Gestern fand nun die Hamburger “First Lego League” in der Wichernschule am Rauhen Haus statt.

Ich nahm als Jury-Mitglied teil und war den Tag über gut beschäftigt, konnte aber auch einige sehr interessante Konstruktionen und Ideen für den Informatik-Unterricht mitnehmen. Die Schüler/innen waren mit Engagement und Interesse bei der Sache und auch das Arbeiten im Team sowie in stressigen Situationen mit Zeitbegrenzung war durch den Wettbewerb praxisnah erlebbar.

Ich hab ein paar Kommentare unter Twitter veröffentlicht, auch um das mit dem Smartphone, mit dem ich gerade experimentiere, zu testen. Das ist auch einer der Gründe, warum ich erst jetzt schreibe, da die Übertragung der Fotos vom Handy auf den Linux-Rechner noch nicht ganz so geklappt hat (die Bluetooth-Einrichtung war nicht erfolgreich bisher).

Ich bin schon gespannt auf die Resonanzen unserer Schüler/innen nächste Woche.

unsere Vorbereitungen im Lego Labor an der Schule (eigenes Bild)

unsere Vorbereitungen im Lego Labor an der Schule (eigenes Bild)


 

der Parcour des Wettbewerbes (eigenes Bild)

der Parcour des Wettbewerbes (eigenes Bild)


 

die Begrüßung durch den Sprecher der SH-HILL als Veranstalterin (eigenes Bild)

die Begrüßung durch den Sprecher der SH-HILL als Veranstalterin (eigenes Bild)


 

ein Teil der Jury-Unterlagen und der Spielplan (eigenes Bild)

ein Teil der Jury-Unterlagen und der Spielplan (eigenes Bild)