Für Einsteiger
Zuerst soll das System vorgestellt werden. Wir zeigen kurz, wie man damit arbeitet und was alles dazu gehört. Auch sollen die Entscheidungen, die Grundlage dieser Entwicklung sind, erläutert werden.
Was ist das?
Dieses Projekt ist entstanden, um Schülern niedriger Klassenstufen ein einfaches Programmier- und Steuerwerkzeug in die Hand zu geben. Die aktuellen Lego-Roboter sind in Bezug auf Mechanik und Software nicht ganz ohne. Schüler der Klassenstufen 3-5, die das Projekt adressiert, tun sich hier noch schwer. Etwas Einfacheres musste her.
So entstand ein System auf Basis von Lego-Duplo, welches mit einem Arduino gesteuert wird.
Designentscheidungen
Das System muss freies Bauen ermöglichen.
Lego oder alternative Produkte bieten sich an. Für Duplo u.a. sind die Patente abgelaufen, so dass man auch von Drittherstellern preiswert Material bekommt.
Die Mechanik muss schnelle Resultate erlauben.
Lego-Steine bieten sich hier an. Die Wahl fiel auf Duplo, da
- die Steine größer sind und man mit dem Bauen schneller fertig ist,
- große Produkte im Klassenraum besser zu sehen sind und
- die Steine auch etwas Elektronik aufnehmen können.
Die Verkabelung muss einfach sein.
Ein nackter Arduino wirkt auf Anfänger doch eher abschreckend. Folglich liegt es nahe, diesen in einer Box zu verpacken. Das Design der Box, die Platzierung der Anschlüsse muss das EVA-Prinzip widerspiegeln, sehen die Kinder doch sonst den Sinn einer zusätzlichen Box nicht ein. Es wurde sich also für eine klassische Plastik-Box mit Zwergensteckern entschieden. Die für die Messung notwendigen Spannungsteiler sind in der Box, somit haben Sensoren nur zwei Anschlüsse.
Die Programmierung muss einfach sein.
Es wurde eine eigene Software entwickelt, da selbst Umgebungen wie S4A für einfache Aufgaben zu komplex sind. Die Programmierumgebung muss in ihrer Komplexität auch zu der der Aufgaben passen.
Alles ist offen. Alles ist Standard.
Wichtig war es, Werkzeuge und Materialien zu verwenden, die preiswert (wenn möglich kostenlos), frei zugänglich und plattformübergreifend sind. Es muss für interessierte Personen möglich sein, das System nachzubauen, die Software zu ändern und das alles auch noch mit dem Schuletat zu finanzieren.
Technische Designentscheidungen
Natürlich gibt es noch eine Menge zu sagen, warum die Programme so sind, wie sie sind. Das sind aber Details. Die zugehörigen Antworten findet man im Kapitel Entscheidungen unter “Für Unzufriedene”.
Typisches Vorgehen
Schüler bekommen eine Aufgabe. Sie bauen eine Umgebung aus Legosteinen, fügen Aktoren (z.B. LEDs) und evtl. Sensoren (z.B. ein Lichtsensor) hinzu. Sensoren und Aktoren werden mit der Arduino-Box verbunden. Am Computer wird ein einfaches Programm geschrieben und an die Box geschickt.
Beispiel Lichtschranke
Die Schüler bauen z.B. einen Raum oder ein Haus. An der Tür werden eine LED und auf der anderen Seite ein Lichtsensor eingebaut. Die Schüler verbinden LED und Lichtsensor mit der Box. Sie messen, welcher Wert hell und welcher Wert dunkel bedeutet.
Sie schließen einen Lautsprecherstein an die Box an. Sie schreiben ein Programm, das bei Dunkelheit - wenn also jemand durch die Lichtschranke geht - einen Ton ausgibt.
Vielleicht haben wir Sie neugierig gemacht? Sie wollen das Material ausprobieren? Oder gar kaufen?
Momentan existieren 10 Sets. Zu jedem Set gehören Bausteine, eine Arduino-Box und natürlich Sensoren und Aktoren. Dieses Material kann man sich beim Lehrerbildungszentrum der Universität Göttingen (Institut für Informatik) ausleihen. Anfragen richten Sie bitte ganz formlos an die auf der Kontaktseite angegebene Adresse.
Gern kommen wir auch persönlich vorbei und helfen Ihnen. Lediglich Rechner müssten vor Ort sein. Wir kümmern uns um die Installation der Software und führen den Unterricht durch.
Kaufen kann man das Material noch nicht.
Sie wollen dies alles in Ihrer Schule einmal ausprobieren, haben aber etwas Sorge bzgl. all der technischen Probleme und Stolperstellen? Kein Problem, wir kommen vorbei und helfen bei der Installation.
Wenn Sie es selbst versuchen wollen, sollten Sie mit folgenden Dingen vertraut sein: Arduinos, Processing3, serielle Schnittstellen.
Ein paar Tipps wollen wir geben:
- Die Arduinos brauchen unter Windows (manchmal) Treiber. Die Treiber befinden sich samt Anleitung im Arduino-Paket (www.arduino.cc). Man muss nicht das ganze Arduino-Paket installieren. Unserer Erfahrung sagt: WinXP braucht die Treiber uns verlangt immer dieselbe Box. Win7 braucht die Treiber, kommt dann aber mit jeder Box zurecht. Win8.1 braucht keine Treiber.
- Unter Linux müssen die Nutzer der dialout-Gruppe zugeordnet sein.
- MacOS wird sich wie Linux verhalten (vermuten wir mangels Erfahrung).
- Sollten die Programme nicht starten, installiert man Processing und lädt das Projekt (vermutlich sind unterschiedliche Java-Versionen Ursache des Problems).
Wenn einmal alles eingerichtet ist, kann man die Rechner immer wieder verwenden.