Beschreibung und Ziele:

Durch Minicomputer und Microcontroller gesteuerte Prozesse beeinflussen unseren Alltag auf vielfältige Weise und in zahlreichen Situationen. Häufig geschieht dies inzwischen unbemerkt und so sind sie ein konstanter Begleiter unseres Lebens geworden. Auch in der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler kommen diese Prozesse vor und können im Schulalltag erkundet werden - zum Beispiel Fenstersteuerungen durch Regensensoren, Anforderungsampeln für den ÖPNV, Sprachsteuerung z.B. Alexa, Außentemperaturfühler der Heizung. Mit dem Begriff "Internet der Dinge" wird innerhalb der Informatik dieses Phänomen beschrieben und zunehmend weiter erforscht, sodass es auch ein Thema in der schulischen Beschäftigung mit Informatik sein sollte. Neben dem Wahlpflichtbereich II, in dem nur einige Schülerinnen und Schüler Informatik anwählen, sollen sich in Zukunft im Rahmen der informatorischen Grundbildung alle Schülerinnen und Schüler mit diesen Inhalten auseinandersetzen.

Durch die Beschäftigung mit den Einplatinencomputern "Calliope Mini" ist es für die Schülerinnen und Schüler möglich, diese "Fernsteuerungsprozesse" auf verschiedene Art und Weise nachzuvollziehen, da diese Controller mit verschiedenen Sensoren ausgestattet sind z.B. Temperatur, Bewegung. Zudem bietet der hier beantragte Klassensatz für die Sek. I mit dem Feuchtigkeitssensor und dem Ultraschallsensor zwei weitere Sensoren, die einen vielfältigen Einsatz in unterschiedlichsten Kontexten möglich machen. Die Programmierung der Microcontroller erfolgt dabei grafikbasiert, sodass nicht erst eine umfangreiche Programmiersprache mit komplexer Syntax erlernt werden muss. Über das Einfügen von Blöcken kann schnell ein Zugang zur Programmierung der Controller erreicht und Ergebnisse sichtbar gemacht werden. Diese Form der Programmierung kann zum Beispiel über openroberta erfolgen, das ohne weitere Kosten zugänglich ist.

Wie wurden die Kinder in das Projekt eingebunden?

Die Auseinandersetzung der Schülerinnen und Schüler kann auf verschiedenen Kompetenzebenen erfolgen, was für den Einsatz im schulischen Alltag viele Möglichkeiten in zahlreichen Lerngruppen eröffnet und allen Schülerinnen und Schülern einen Zugang zu diesem Aspekt ihres Lebens bietet. Mögliche Kompetenzebenen: Analyse bestehender Programme für eine erste Annäherung: Durch eine Vielzahl verfügbarer Beispielprogramme für den Calliope Mini können Basisfunktionen unmittelbar von den Schülerinnen und Schülern angewendet werden, um die Funktionsweise kennenzulernen. Im nächsten Schritt kann die Programmierung analysiert werden, sodass ein Zusammenhang zwischen Eingabe und Ausgabe informatischer Systeme hergestellt werden kann. Angeleitete Programmierung: Mithilfe verschiedener Projekte, zu denen Anregungen und Dokumentationen im Begleitmaterial aber auch im Internet zu finden sind, können erste Projekte umgesetzt werden, um den Zusammenhang zwischen den Umgebungsmerkmalen z.B. Temperatur, Bewegung, Feuchtigkeit und der Reaktion und Ausgabe des Controller herzustellen. Die Dokumentationen lassen Raum für eigenständige Idee, sodass im Rahmen von Binnendifferenzierung eine freiere oder eine angeleitetere Auseinandersetzung möglich ist. Realisierung eigener Programmierprojekte: Im Rahmen von Projektwochen können Schülerinnen und Schüler auch eigene Szenarien und Anwendungsgebiete für Programmierungen entwicklen und mit dem Calliope Mini umsetzen. Möglich wäre in diesem Zusammenhang zum Beispiel die Entwicklung von Wetterstationen oder kleinen Roboterfahrzeugen. An unserer Schule ist ein konkreter Einstieg in die Arbeit mit dem Calliope Mini im Rahmen der informatorischen Grundbildung in Klasse 6 geplant. Die handlungsorientierte und praktische Herangehensweise ist für die Schülerinnen und Schüler sehr motivierend, um erste Erfahrungen mit Programmierung zu machen. So können im Rahmen der informatorischen Grundbildung die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt werden unmittelbar die Auswirkungen ihres Programmierhandelns zu sehen und zu erfahren. Eine Auseinandersetzung erfolgt dabei auf den ersten beiden Kompetenzstufen. Eine angeleitete Programmierung kann sich zum Beispiel dabei auf eine automatische Bewässerung der Pflanzen im Klassenraum beziehen. Über diese Auseinandersetzung werden die Schülerinnen und Schüler auch zunehmend in die Lage versetzt, den Einsatz solcher von Microcontrollern gesteuerten Prozesse im Hinblick auf Vor- und Nachteile kritisch zu reflektieren.

Rückblick:

Gibt es heute hitzfrei? - Bau einer Wetterstation mithilfe des Calliope Mini und OpenRoberta

Mit den Calliope Mini haben wir Wetterstationen programmiert.
Die mehrfach ausgezeichneten Calliope mini Mikrocontroller stellen einen geeigneten Ansatz für einen kindgerechten Start im Rahmen der technischen Bildung dar. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten des Calliope mini konnte im Projekt "Gibt es heute hitzefrei?" Block für Block eine Wetterstation entwickelt werden, die anhand verschiedener Sensoren Temperaturen und Lichteinfall misst und ausgibt. Hierbei konnten die Schüler:innen - zunächst angeleitet - erste Erfahrungen mit programmiersprachlichen Befehlen und Kontrollstrukturen z.B. Schleifen, Bedingungen, Variablen und logischen Operatoren sammeln. Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten des Calliope mini eignen sich diese Mikrocontroller sowohl für erfahrene Schüler:innen als auch für Neuankömmlinge in der digitalen Welt.
Bei der Entwicklung der Wetterstation konnten die Schüler:innen stets ihre Ideen und Vorstellungen in die Entwicklung einbringen: Soll die Messung auf Knopfdruck durchgeführt werden oder doch regelmäßig über den Tag verteilt erfolgen? Messen wir sowohl nachts oder erst nach Aufgang der Sonne gemessen anhand des Lichtsensors? Werden die Daten gespeichert oder pünktlich von einem Klassendienst abgelesen? All diese Fragen und viele weitere interessante Zusammenhänge haben die Schüler:innen diskutiert und nach eigener Vorstellung in Gruppen umgesetzt. Hierfür haben sie unter anderem die integrierten Temperatur- und Belichtungssensoren sowie die erlernten programmiersprachlichen Strukturen kreativ eingesetzt und interessante Programme entwickelt. Leider mussten viele dieser Arbeitsschritte im Distanzlernen stattfinden, da an unserer Schule aufgrund der Maßnahmen zur Covid-19-Prävention über lange Zeiträume des Projekts kein Präsenzunterricht möglich war.

Rückblickend mussten die gesetzten Ziele des Projekts evaluiert werden. Hierfür wurden die Kinder befragt, welche Aspekte des Calliope mini ihnen gefallen haben. Eine Auswahl der Rückmeldung ist im Folgenden aufgelistet.
Ella: "Mir hat die Arbeit mit dem Calliope Spaß gemacht. Man kann mit dem Calliope so viel ausprobieren und es sah auch meistens sehr schön aus, wenn der Calliope das Programm gemacht hat."
Ben: "Ich mag die Arbeit mit dem Calliope, weil man sehr viele Möglichkeiten hat und das einfach Spaß macht."
Mila: "Am Calliope hat mir gut gefallen, dass man tausende Möglichkeiten hat, selber Programme zu erstellen und auszuprobieren. Wenn man sich schon das ein oder andere Programm auf den Calliope gemacht hat, macht es Spaß, diese auszuprobieren. Der Calliope war neu für mich und ich habe so etwas noch nie gemacht. Umso mehr Spaß hatte ich, mich daran auszuprobieren."
Felix: "Dass der Calliope so viele Sensoren hat, finde ich sehr gut, vor allem mit dem Lautstärke-Sensor zu arbeiten macht mir persönlich viel Spaß. Mit dem Calliope kann man auch "Spiele" spielen, da er viele Knöpfe und Sensoren hat."
Noah: "Die Arbeit mit dem Calliope ist relativ locker. Man konnte sehr viel ausprobieren und testen."
Emma: "Mir macht die Arbeit mit der Calliope Spaß, da es sehr neu ist. Mir gefällt besonders gut, dass es viele verschiedene Möglichkeiten gibt etwas Neues zu machen."