[Informatik-Unterricht] Einen Arduino programmieren in Klasse 8

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Dez 232018
 

Seit mehreren Wochen bin ich dabei, testweise mit Arduinos in Klasse 8 im Wahlpflichtfach Informatik zu arbeiten. Bisher hatten wir die LEGO-Mindstorms verwendet und uns in den Parallelkursen abgewechselt. Weitere Inhalte in Klassen 8 sind Programmierung mit Scratch und Grundlagen der Informatik (da der Informatik-Unterricht in Klasse 8 startet).

Die Kompetenzen zu dem bisherigen Block (ca. 8 Wochen dreistündig) sind Folgende:

  • die Roboter-Sensoren nennen und deren Aufgaben beschreiben.
  • in der Programmiersprache NXC das Ansteuern der Sensoren implementieren.
  • Kontrollstrukturen implementieren und so auf Signale der Sensoren reagieren.
  • Variablen anhand von gegebenen Aufgaben implementieren.

Diese sollen entsprechend vergleichbar mit dem Arduino statt dem LEGO Mindstorms abgedeckt werden.

das von uns verwendete Set von Funduino
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Bausteine und Impulse zur Förderung medialer und informatischer Bildung durch das „Digital.learning.lab“ Hamburg

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Sep 162018
 

Letzten Donnerstag wurde das digital.learning.lab vom Hamburger Bildungssenator Thies Rabe auf einer großen Veranstaltung mit zahlreichen Workshops und Gesprächsrunden am Gymnasium Altona vorgestellt und die webbasierte Plattform mit Unterrichtsmaterialien, Toolbeschreibungen und Rezensionen zu externem Materialien veröffentlicht. Die Plattform zu Bildung und Digitalisierung wurde von der Technische Universität Hamburg (TUHH), der Behörde für Schule und Berufsbildung (BSB) und der Joachim Herz Stiftung entwickelt.

Startseite des digital.learning.labs, Strukturiert nach den Kompetenzen des KMK Strategiepapiers

Ich arbeite seit einem halben Jahr bei der Initiative „digitale Unterrichtsbausteine“ der BSB mit, die ein Kernelement des digital.learning.labs darstellen und habe mit einem Kollegen aus der Informatik einen unserer Bausteine in einem Workshop am Gymnasium Altona vorgestellt. Die Unterrichtsbausteine verschiedener fachlicher Schwerpunkte von Deutsch über Religion bis Mathe werden erstellt, um Impulse für die Umsetzung der Digitalstrategie der Kultusministerkonferenz in Hamburg zu setzen. Das Strategiepapier der KMK-Konferenz von 2016 bietet Orientierung, welche Schwerpunkte zu Bildung und Digitalisierung in allen Fächern aller Schulen aller Bundesländer zukünftig erwartet werden. Hierzu gibt es durchaus auch kritische Anmerkungen von Seiten der Gesellschaft für Informatik, wie in einem Vortrag auf unserer Fachtagung der SH-HILL von Prof.Dr.Torsten Brinda.
Das praktische, konkrete Arbeiten an gutem Unterricht ist motivierend und es gibt auch Gestaltungsspielraum zu Schwerpunktsetzungen. So haben wir als Zweierteam uns entschieden, zunächst Bausteine zu entwickeln, die eher grundlegende Themen der Informatik betreffen, wie sie in den Hamburger Bildungsplänen in Natur und Technik im Bereich „Daten und Informationen“ für Klasse 5 und 6 formuliert sind. So war unser erster Baustein entstanden unter der Fragestellung „Wie passen hunderte von Fotos und Videos auf einen USB-Stick?“ und zielte damit auf den Aspekt des Dagstuhl-Dreiecks „Wie funktioniert das?“.

Unser zweiter Baustein, nun öffentlich, bezieht sich ebenfalls auf Klasse 5 und 6, indem eine kleine Ampelsteuerung mit Arduino als Unterrichtsvorhaben vorgestellt wird: „Wie funktioniert eine Ampelsteuerung?“

Der dritte Baustein, der Schwerpunktthema im Workshop war und auch praktisch von Fachkolleg_innen und anderen interessierten Lehrkräften in den beiden Workshops erprobt wurden bezieht sich auf den Wahlpflichtbereich Klasse 8/9 Informatik mit „Wie funktionieren Sprachnachrichten?“, wozu wir in einer Doppelstunde natürlich nur ansatzweise Antworten erarbeiten können.

Mit der App „phyphox“ der RWTH Aachen lassen sich mit einem mobilen Endgerät Schallwellen aufzeichnen und als CSV-Daten exportieren. Diese lassen sich in einer Tabellenkalkulation analysieren und anschließend werden mit Audacity weitere Attribute von Audio-Daten unter die Lupe genommen. Soweit im Groben die Idee. Im Praxistest zeigten sich einige Potentiale der Überarbeitung, aber auch Zustimmung zur Baustein-Idee. Schön wären vor allem:

  • Audacity als App (existiert – bisher – nicht)
  • eine Rückübersetzung einer CSV-Datei als Audio-Datei / Klang, z.B. als Import in Audacity

Den vierten Baustein zu „Datenkompression“ konnten wir im Workshop nur kurz andeuten, aber vielleicht ergibt sich ja nochmal eine Gelegenheit, die Bausteine der Öffentlichkeit schmackhaft zu machen.

Pressemitteilungen und weitere Artikel zum Thema „Digital.learning.lab“:

Informatik-Treffpunkt „Mikrocontroller, mobile Webseiten, QR-Codes“

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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.