Sensortechnik – das Informatische und die Bildung

[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.

[Informatik-Unterricht] Sensoren und Signalverarbeitung

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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.

Eine der Mikrofon-Grafiken zur Funktionsweise von Sensoren. (Quelle: Wikipedia, von Arne Nordmann (norro) – Own illustration, based on Image:Mic-dynamic.PNG by Banco, CC BY-SA 3.0)

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.