Informatik mit Arduino

Ich habe in die­sem Jahr einen Infor­ma­tik­kurs in der Klas­se 10 über­nom­men. Den besucht man als Schü­le­rin oder Schü­ler zusätz­lich zu einem recht vol­len Stun­den­plan in Klas­se 10, um die Opti­on auf eine Teil­nah­me an einem Infor­ma­tik­kurs in Klas­se 11 zu bekom­men. Man darf dann im Abitur zwei Kur­se Natur­wis­sen­schaft durch Infor­ma­tik erset­zen. Ich bin kein gelern­ter Infor­ma­tik­leh­rer – ich bin ein­fach nur ein grö­ßen­wahn­sin­ni­ger Freak und wahr­schein­lich schlägt die Infor­ma­tik­di­dak­tik über mei­ne Ansät­ze die Hän­de in der Luft zusam­men.  Egal – ent­we­der man ist kon­ven­tio­nell oder man lebt.

Stu­fe 1:

Wir haben Pro­ble­me in Ein­zel­pro­ble­me zer­legt – z.B. soll­ten 20 Zah­len von 20 Per­so­nen abge­fragt und addiert wer­den. Unse­re Stra­te­gien haben wir auf­ge­schrie­ben. Dabei spielteh fol­gen­de Fra­gen eine Rolle:

• Wie mer­ken wir uns die gan­zen Zahlen?
• Wenn wir sie uns auf­schrei­ben: Wir machen wir das genau? Neben­ein­an­der? Untereinander?
• Addie­ren wir bei jeder Abfra­ge oder fra­gen wir alle Zah­len ab und addie­ren dann?
• […]

Stu­fe 2:

Wir haben mit dem Fluss­dia­gramm ein Ver­fah­ren ken­nen gelernt, dass Auf­ge­schrie­be­ne zu visua­li­sie­ren und die­se Visua­li­sie­rung für wei­te­re Pro­ble­me durch­ge­spielt, die z.B. Fall­un­ter­schei­dun­gen enthielten.

Stu­fe 3:

Mit Scratch haben wir unser Pro­blem aus Stu­fe 1 ganz kon­kret gelöst und zwar durch Pass&Fail. Für Scratch muss man heu­te im Prin­zip nicht ein­mal ein Pro­gramm instal­lie­ren – das läuft auch kom­plett im Brow­ser – wenn man beim MIT einen Account anlegt. Wer moch­te, konn­te sich auch schon am klas­si­schen Rate­spiel „rate eine Zahl zwi­schen 1 und 100“ ver­su­chen oder sich eines der vie­len ver­öf­fent­lich­ten Pro­jek­te zu Scratch vor­neh­men. Die Lösungs­an­sät­ze haben wir uns vor­ge­stellt und teil­wei­se diskutiert.

Stu­fe 4:

Anhand eines Aus­drucks eines „Scratch­pro­gram­mes“ galt es, ein Fluss­dia­gramm zu zeich­nen und einen fie­sen, von mir natür­lich absicht­lich ein­ge­bau­ten Feh­ler zu fin­den. Dazu gab es noch eini­ge Erwei­te­rungs- und Optimierungsaufgaben.

Stu­fe 5:

In einem Doku­wi­ki­sys­tem haben die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Sei­ten zu Pro­gram­mier­spra­chen erstellt. Ich habe eine kla­re Struk­tur vor­ge­ge­ben: Eine kur­ze Beschrei­bung zur Spra­che, ein „Hel­lo World!“- , ein „if ‑then – else“- und ein „while“-Codebeispiel. Doku­wi­ki kann das abso­lut pri­ma, weil es einen leis­tungs­fä­hi­gen Syn­tax­high­ligh­ter für fast alles hat. Es braucht kei­ne Daten­bank, ist ajax­ba­siert – ein­fach und umkom­pli­ziert. Unnö­tig zu erwäh­nen, dass dabei die Kon­fron­ta­ti­on mit dem Begriff „Syn­tax“ sowohl theo­re­tisch (für die Spra­che suchen) als auch prak­tisch (Wiki­syn­tax) erfolgte.

Zwi­schen­stand:

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler haben bis jetzt eigent­lich schon alles erlebt, was man beim Pro­gram­mie­ren so erle­ben kann:

• „Mein Code läuft nicht!“ – „Hm. Da fehlt ’ne Klam­mer“ – „Oha, wenn ich da etwas ein­rü­cke, dann wird es ja viel übersichtlicher.“
• „Sein Code läuft und mei­ner auch. Wel­cher ist denn nun rich­tig?“ – „Wel­cher gefällt dir denn war­um besser?“
• „Boah, ist das viel zu schrei­ben!“ – „Nun­ja – aber wenn sich das stän­dig wie­der­holt, könn­test du ja viel­leicht auch …“
• […]

Stu­fe 6:

Kur­zer Leh­rer­vor­trag zu Ardui­no. Dann ran an den Simu­la­tor – der ist abso­lut toll und zu emp­feh­len, bevor die ers­ten Bau­tei­le in Rauch aufgehen.

Natür­lich habe ich zunächst eine ganz ein­fa­che Bei­spiel­schal­tung vor­ge­stellt (blin­ken­de LED).

(circuits.io klappt bis­her so rich­tig gut nur mit Chro­me oder Chro­mi­um als Browser.)

Die soll­te dann um drei LEDs in einer Ampel­schal­tung erwei­tert wer­den. Dazu muss­te man schon ein Biss­chen was am Bread­board ver­ste­hen. Neben­bei wur­de auch etwas über die Wel­len­län­ge des Lichts und Far­be gelernt: Im Simu­la­tor ändert man die LED-Far­be durch Ein­ga­be von Wel­len­län­gen in nm. Und ohne Vor­wi­der­stand macht die LED „peng“, ver­polt macht sie gar nichts. Es gab sofort das Spiel: „Wie klein darf ich den Wider­stand machen, dass die LED heil bleibt?“ Neben­bei ist die Simu­la­tor­home­page auf Eng­lisch (Wider­stand = resistor).

Stu­fe 7:

Es kommt etwas Theo­rie zur Ardui­no-IDE. Wir wer­den den Ardui­no Leo­nar­do bzw. einen pin­kom­pa­ti­blen Nach­bau  nut­zen, weil der durch sein HID-Funk­tio­nen in Kom­bi­na­ti­on mit Lage­sen­so­ren auch als Game­con­trol­ler oder Mau­ser­satz taugt. Den Ardui­no kau­fen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler selbst, das Zube­hör stift­tet unser För­der­ver­ein. Die Kos­ten sind aber sehr mar­gi­nal im Ver­hält­nis zu den sich bie­ten­den Mög­lich­kei­ten. Dann kön­nen wir unse­re Schal­tung aus Stu­fe 6 real aufbauen.

Aus­blick

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler sol­len sich nach Mög­lich­keit eige­ne Pro­jek­te suchen, die sie mit dem Ardui­no rea­li­sie­ren. Natür­lich habe ich not­falls Pro­jek­te von unter­schied­li­chem Schwie­rig­keits­grad in der Hin­ter­hand. Der Kom­ple­xi­täts­grad der Pro­jek­te darf natür­lich mit dem wach­sen­den Wis­sens­be­stän­den stei­gen. Die Schu­le bekommt aus einem N21-Pro­jekt für eine AG Robo­ter auf Ardui­no­ba­sis gestellt, auf die sich dann ggf. die erwo­be­nen Kennt­nis­se über­tra­gen lassen.

Mit der stei­gen­den Kom­ple­xi­tät der Pro­jek­te erwar­te ich ein Anwach­sen der Pro­gramm­codes, das irgend­wann dazu füh­ren soll, bestimm­te Funk­tio­nen aus­zu­la­gern in objekt­ori­en­tier­te Set­tings (Ende 2. Halb­jahr). Schön wäre es, wenn der Code für einen allei­ne nicht mehr zu pfle­gen ist, sodass auch Struk­tu­ren wie SVN not­wen­dig werden.

Ers­te Eindrücke

1. Ich ler­ne mit den Schü­le­rin­nen und Schü­lern mit. Für mich ist vie­les Neuland.
2. Schü­le­rin­nen und Schü­ler fin­den Feh­ler im Pro­gramm­code viel schnel­ler in Peer-Reviews als ich
3. Die­ser Ansatz schreckt auch eini­ge ab. Man muss ja aller­hand aus­hal­ten und sogar auch Elek­tro­nik- und Eng­li­schwis­sen ausbauen
4. Ich muss­te die Beschäf­ti­gung mit der Hard­ware vor­zie­hen. Ich und die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kön­nen es teil­wei­se kaum erwarten.
5. Es wird sehr selbst­stän­dig und kon­zen­triert gear­bei­tet – auf die Fra­ge: „Kann ich das so machen?“ ant­wor­te ich oft: „Pro­bie­re es aus!“ – und mit die­ser Ant­wort sind sie oft zufrieden.
6. Per­fek­tio­nis­ten sind in der Hin­ter­hand – am effek­tivs­ten arbei­ten die Experimentierfreudigen
7. Man kann wun­der­bar dif­fe­ren­zie­ren: Der C‑Freak bekommt eben eine Bild­röh­re mit Com­po­si­te-Ein­gang, auf der er ein Spiel pro­gram­miert. Das ist vom Timing her nicht tri­vi­al, da der Ardui­no von sei­ner Rechen­leis­tung damit an eine Gren­ze kommt. Dem Anfän­ger reicht viel­leicht ein Lauf­licht als ers­tes Pro­jekt – oder ein Ther­mo­me­ter (NTCs haben eine Kenn­li­nie, muss muss mathe­ma­ti­siert oder mit einem ande­ren Ther­mo­me­ter kal­li­briert werden).
8. Es kom­men Fra­gen wie: „Darf ich zu Hau­se an mei­ner Schal­tung im Simu­la­tor wei­ter­ar­bei­ten?“ „Dür­fen wir unser Pro­jekt auch mit nach Hau­se nehmen?“