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Wir sind die Roboter

19. Januar 2014 Maik Riecken Kommentar hinterlassen

Die Dämpfe von Lötzinn brennen einer konzentriert über den Lötkolben gebeugten Schülerin in den Augen, der Geruch von Röstzwiebeln liegt in der Luft, überall liegen elektronische und mechanische Bauteile herum. Seltsame Gefährte, die an diejenigen aus der Mad-Max-Triologie anzuknüpfen scheinen, fahren über den Flur und drehen wie von Geisterhand vor Wänden und Hindernissen um. Rechts wird geflucht über die unvermeidlichen Treiberprobleme unter Windows8, links lacht sich darüber der Nutzer eines Ubuntu-Desktops ins Fäustchen, während die Gruppe im hinteren Bereich das Scheitern des letzten Algorithmus bei einem kräftigen Biss in das selbstgebaute Hotdog und einer Partie Minecraft verarbeitet.

Die Situation entstammt nicht dem Entwicklungslabor einer nerdigen Elektronikfirma, sondern beschreibt die Atmosphäre in unserer neuen Arduino-AG auf dem letzten Regionalgruppentreffen recht genau. Da kann nach nicht einmal acht Wochen dann schon sowas herauskommen:

Die Hardware habe ich nach einem Schülerentwurf nachgebaut. Die hier zu sehenden Komponenten

ein Arduino UNO-Nachbau
ein Adafruit-Motorshield-Nachbau
ein HC-SR04 Ultraschallsensor
ein 4WD-Chassis
sechs Mignon-Akkus
ein Batteriefach
Kabel und anderer Kleinkram

kosten etwa 50,- Euro, wenn man etwas warten kann. Die notwendige Software gibt es kostenlos zum Download. Programmiert wird in einem C‑ähnlichen Dialekt. Der Roboter aus dem Video wird von diesem Programm gesteuert:

    #include <AFMotor.h>
 
    AF_DCMotor motor_01(1, MOTOR12_64KHZ);
    AF_DCMotor motor_02(2, MOTOR12_64KHZ);
    AF_DCMotor motor_03(3, MOTOR12_64KHZ);
    AF_DCMotor motor_04(4, MOTOR12_64KHZ);
 
    // HC-SR04
    // VCC auf 5V
    // Trig auf Trigger Pin (löst Ultraschallimpuls aus)
    // Echo auf Echo Pin (Zeit in ms bis zum Empfang des Echos)
    // GND auf GND
 
    #define echoPin 15 // Echo Pin
    #define trigPin 14 // Trigger Pin
    int turn = 1;      // Drehrichtungsänderung wenn "festgefahren"
    int count = 0;     // Anzahl der Drehausweichversuche pro Richtung
 
    long duration, distance; // Dauer um Abstand zu berechnen
 
    void setup() {
 
     motor_01.setSpeed(190);  // Wir fahren nicht volle Pulle
     motor_02.setSpeed(190);
     motor_03.setSpeed(190);
     motor_04.setSpeed(190);
 
     Serial.begin (9600);
     pinMode(trigPin, OUTPUT);
     pinMode(echoPin, INPUT);
 
    }
 
    void loop() {
 
 
     /* The following trigPin/echoPin cycle is used to determine the
     distance of the nearest object by bouncing soundwaves off of it. */ 
 
     digitalWrite(trigPin, LOW); 
     delayMicroseconds(2); 
 
     digitalWrite(trigPin, HIGH);
     delayMicroseconds(10); 
 
     digitalWrite(trigPin, LOW);
     duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
 
     //Calculate the distance (in cm) based on the speed of sound.
     distance = duration/58.2;
 
     //Delay 50ms before next reading.
     delay(50);
 
     if (distance < 25 && turn > 0 )
 
     {
 
       motor_01.run(FORWARD);   // Motor 1 vorwärts laufen lassen
       motor_02.run(FORWARD);
       motor_03.run(FORWARD);
       motor_04.run(FORWARD); 
 
       delay(200);
 
       motor_01.run(BACKWARD);
       motor_02.run(BACKWARD);  // Motor 2 rückwärts laufen lassen
       motor_03.run(FORWARD);
       motor_04.run(FORWARD);
 
       delay(200);
 
       count++;
 
       if (count >= 3 ) {   
 
         turn = -turn;
 
       }
 
     } 
 
     else if (distance < 25 && turn < 0 )
 
     {
 
       motor_01.run(FORWARD);   // Vorwärts fahren
       motor_02.run(FORWARD);
       motor_03.run(FORWARD);
       motor_04.run(FORWARD); 
 
       delay(200);
 
       motor_01.run(FORWARD);
       motor_02.run(FORWARD);  // Motor 2 rückwärts laufen lassen
       motor_03.run(BACKWARD);
       motor_04.run(BACKWARD);
 
       delay(200);
 
          count++;
 
       if (count >= 3 ) {   
 
         turn = -turn;
 
       }
 
     }
 
     else
 
     {
       motor_01.run(BACKWARD);   // Motor 1 vorwärts laufen lassen
       motor_02.run(BACKWARD);
       motor_03.run(BACKWARD);
       motor_04.run(BACKWARD); 
 
       count = 0;
 
     }
 
    }

Beim Experimentieren mit der Arduinoplattform gibt es ganz viele verschiedene Herausforderungen:

Es muss zumindest in Grundzügen programmiert werden
Diese Programme bedürfen einer ständigen Optimierung
„Verdrahtet“ man mit Lötkolben und Schrauberndreher oder gleich im Programm selbst? – Im oberen Programm sind z.B. „falsch“ angeschlossene Motoren durch entsprechende Codeänderungen kompensiert worden.
Wie strukturiert man sein Programm so, dass man es die Woche darauf noch versteht? – Morgen werden wir uns mit Unterprogrammen und der Parameterübergabe beschäftigen.
Wie arbeiten die Sensoren eigentlich? (Der HC-SR04 muss z.B. so ausgerichtet werden, dass er nicht schon Unebenheiten auf dem Boden als Hindernis erfasst, mit mehreren Sensoren erhöhe ich die Messgenauigkeit usw.)
Wie löse ich die vielen mechanischen Probleme?
Die meisten Programmierbeispiele im Netz sind auf Englisch …

Ich finde es prima, dass Informatik hier erfahrbar wird und dass nicht nur virtuell vermittelte Erfahrungen und Lernanlässe vorhanden sind. Grundstrukturen zum Programmieren geben wir in der AG vor, da reines Ausprobieren schnell zu Frusterlebnissen führt, insbesondere wenn mehrere Aktoren und Sensoren dazukommen.
Die Schülerinnen und Schüler dokumentieren das im in einem DokuWiki, was sie über Aktoren und Sensoren herausfinden oder stellen auch ganz Codeschnipsel ein. Nebenbei lernen sie etwas über Syntax.

Aus der Schule, Tech-Talk AG, Arduino, programmieren, Projekt, Roboter, Schule, Technik

Technologie allein löst und initiiert nichts

26. März 2012 Maik Riecken 3 Kommentare

In der Chemie gibt es den Begriff des dynamischen Gleichgewichts. Damit ist nicht ein statisches Gleichgewicht auf einer Pendelwaage gemeint, sondern eines, dass sich durch ständige Veränderungen auszeichnet. Diese Veränderungen vollziehen sich jedoch auf der Mikroebene und sind für unsere Sinne nicht wahrnehmbar, so dass es in der Summe so scheint, als verändere sich nichts. Ein gutes Beispiel dafür ist eine geschlossene Sprudelflasche. Zwischen dem Sprudelwasser und der auch in der Flasche eingeschlossenen Luft besteht folgendes Gleichgewicht:

$(1)\; HCO_{3(aq)}^- + H_3O^+_{(aq)} \rightleftharpoons CO_2_{(g)} + 2H_2O_{(l)}$

Gelöste Kohlensäure (linke Seite) sprudelt aus der Flasche und zersetzt sich dabei in Kohlenstoffdioxid und Wasser. In einer verschlossenen Sprudelflasche steigt dadurch der Druck in der Gasphase unter dem Schraubdeckel. Mit höherem Druck läuft die Gleichung (1) wieder rückwärts, d.h. Kohlenstoffdioxid löst sind unter Bildung von Kohlensäure wieder im Sprudelwasser. Irgendwann pendelt sich das ein: In dem Maße wie Kohlenstoffdioxid entsteht löst es sich auch wieder. Sowohl der Druck in der Flasche als auch die Konzentration der Kohlensäure im Sprudel ändern sich nicht mehr – für uns sieht es dann so aus, als geschehe gar nichts mehr.

Kurzfassung:

Jemand, der von außen auf ein solches System schaut, sieht nichts, bzw. nimmt nichts wahr. Er weiß aber, dass mehrere Faktoren in der Flasche eine Rolle spielen: Kohlensäure, Kohlenstoffdioxid, Druck usw.. Wann immer er misst, verfeinert er nur seine Sinne – die Messung ändert am System selbst nichts.

Dynamische Gleichgewichte haben eine witzige Eigenschaft. Unser Außenstehender könnte jetzt auf die Idee kommen, z.B. einfach den Druck im System zu erhöhen, um eine Veränderung herbeizuführen. Wie reagiert das System darauf?

Mehr Druck ist „unangenehm“ bzw. eine Störung. Also wird das System dafür sorgen, dass mehr gasförmiges Kohlenstoffdioxid gelöst wird und damit der äußere Druck kompensiert ist – in der Chemie sagt man, dass das System so ausweicht, dass die Auswirkungen eines äußeren Zwanges minimiert werden (Gesetz von Le Chatelier). Lässt der äußere Druck nach, justiert sich das System wieder auf den Ursprungszustand zurück.

Um das System zu ändern, muss ich nicht an einem Parameter drehen, sondern ich muss z.B. die Flasche aufschrauben. Das ist bei Sprudelflaschen begrenzt mühsam, da das Aufschrauben ja mit einer Druckentlastung verbunden ist und sich der Deckel dadurch recht leicht löst. Soziale Systeme halten ihren Deckel oft von innen fest.

Und jetzt zur Technologie

Technologie trifft immer auf ein soziales System. Wenn ich einer Schule einen Computerraum hinstelle, wird mit Computern gearbeitet werden. Es wird dabei einige wenige geben, die damit eine neue Methodik und Didaktik entwickeln. Es wird aber auch Menschen geben, die den impliziten Druck dadurch mindern, dass sie gewohnte Strukturen einfach digital abbilden. Mit einem iDingens kann ich z.B. eBooks lesen und vielleicht bald auch Schulbücher aufschlagen. Wenn es das ist, was ich damit primär mache, werde ich iDingens doof finden, weil die ja teuer und deren Akkus irgendwann alle sind. Das ist ein Buch ja viel besser. Das kann jedenfalls nicht kaputt gehen.

Haltung

Die Haltung ist idealer Weise so, dass sich der Deckel abschrauben lässt, das System sich dadurch öffnet und aus dem bisherigen Gleichgewicht kommt. Die Arbeit mit lokalen Apps z.B. halte ich für keinen großen Fortschritt, sondern lediglich für eine Digitalisierung von Bestehendem mit natürlich(!) berechtigtem Stellenwert. Das geht aber teilweise sogar so weit, dass real mögliche Experimente durch Apps ersetzt werden („gefährliche Versuche“ auf Youtube schauen, Fall- und Beschleunigungsexperimente per App). Die Ergebnisse sind dabei immer super und vorhersagbar – mit einem Experiment hat das aber nichts zu tun. Der Moment, in dem mir der Wasserschlauch damals vom Kühler gesprungen ist und mich von oben bis unten eingesaut hat, war wahrscheinlich derjenige, der einen chemischen Zusammenhang bei den SuS verfestigt hat (und mich seitdem Schlauchschellen verwenden lässt).

Jedes Experiment ist ein wenig Aufbruch ins Ungewisse – es kann etwas schief gehen, weil es in der Natur des Experiments liegt. Penicillin und Porzellan sind übrigens zwei Produkte von „schief gegangenen Experimenten“. Wenn aber schon ein neues Gerät, dann bitte auch die experimentelle Haltung, auch explorativ zu arbeiten. Das darf sich nicht nur(!) auf Apps beschränken, sondern muss m.E. auch und an zentraler Stelle als Fenster ins Netz realisiert sein (dafür braucht es übrigens kein teures Gerät, das geht tatsächlich auch mit eigenen Devices). Die Haltung dabei ist die gleiche, wie sie bei jedem neu geplanten Experiment ohnehin schon vorhanden ist. Technik oder ein bestimmtes Device haben damit erstmal nichts zu tun – mit einer Ausnahme: Für mich ist der Browser die Zukunft. Alles andere wird immer an den üblichen Barrieren scheitern.

Aus der Schule, Methoden Haltung, Pad, Technik, Unterricht, Veränderung

Schulnetzwerk Reloaded

4. November 2011 Maik Riecken Ein Kommentar

Ich hatte ja schon vor einiger Zeit meine Ideen für ein mögliches Schulnetzwerk zusammengetragen. Das war quasi mein persönliches Pflichtenheft für die Planung hier vor Ort. Was soll ich sagen – es sieht ganz so aus, als wenn wir alles bekommen werden, was vor allen Dingen natürlich das Verdienst unseres Schulträgers ist.

Was ist genau in den letzten Wochen geschehen?

Ich habe viel – unglaublich viel telefoniert. Der Elektriker vor Ort weiß, was zu tun ist. Er darf es aber nur tun, wenn der zuständige Elektroplaner ihn dazu anweist. Der Elektroplaner wird den Elektriker nur grünes Licht geben, wenn der Bauträger z.B. fehlende Komponenten nachfordert. Anfangs spricht man mit dem Elektriker, erkundigt sich beim E‑Planer – Mails gehen über mehrere Ecken hin und her. Am Ende hat man alle Beteiligten persönlich gesehen und man kommuniziert direkt mit Entscheidungsträgern. Dabei bekommt man auch sofort vermeintlich heilige Diagramme zur geplanten Topologie des Netzwerks zu sehen – direkt über den E‑Planer. Nebenbei hält man natürlich die eigene Schulleitung immer auf dem Laufenden. Überall läuft man im Prinzip offene Türen ein, weil ein wenig Koordinierung durchaus dankbar angenommen wird.
Ich habe den Kontakt zu der Firma gesucht, die den technischen Support übernehmen wird. Deren Mitarbeiter müssen mit dem Netzwerk zurechtkommen und Komponenten vorfinden, mit denen sie vertraut sind. Also wurden von mir auch genau diese Komponenten in die Ausschreibung zum E‑Planer gegeben. Dem Bauträger muss man dabei natürlich die Vorteile vermitteln: Ein Techniker, der sich nicht groß in die vorgefundene Hardware einarbeiten muss, wird dauerhaft weniger Stunden für seine Arbeit abrechnen, d.h. die erwartbaren Folgekosten sind geringer.
Gemeinsam mit dem zuständigen Koordinator in der Schule haben wir nach Finanzierungsmöglichkeiten gesucht. Manchmal helfen da Haushaltsposten, die schon lange beantragt worden sind – wir hatten Glück. Da über den Koordinator sehr gute Kontakte zum Schulträger bestehen, können natürlich im Rahmen des Haushaltsrechts der Landkreise Lösungen gefunden werden, die manchmal überraschen.
Dabei sind in meinem Fall eine Reihe von „Ferientagen“ ins Land gegangen. Wenn ich in der Aufbauphase eines Netzes jedoch viel Aufwand betreibe und immer mehrere Stimmen höre, so werde ich ein Produkt erhalten, welches mir im späteren Betrieb wenig Ärger bereitet – diese Ferientage sind also eine Investition in künftige Ferienzeiten und Freistunden.

Wie sieht das Produkt aus?

Wir werden ein Netz bekommen, welches ziemlich komplett mit managebaren Switchen ausgestattet ist. Man kann in einem solchen Netz über die gleiche Verkabelung mehrere Netze aufbauen. Da wir ein Medienzentrum, eine Außenstelle der Universität im Hause haben und zusätzlich einen Gebäudeteil gemeinsam mit einer anderen Schule nutzen, findet jede Institution ihre gewohnte Umgebung vor. Man kann auch jedes Netz in jeden beliebigen anderen Gebäudeteil routen, so dass z.B. das Medienzentrum Schulungen in den Räume der Uni durchführen kann – und umgekehrt.
Kernstück für unsere eigenes Schulnetz wird der Portalserver iserv werden. Dieses Produkt ist regional auf Niedersachsen beschränkt, verfügt jedoch über alle von mir im Pflichtenheft vorgedachten Features und eine eigene niedersächsische Supportstruktur, die es mir erst erlaubt hat, das Produkt ausgiebig zu evaluieren. In die Bedienung des iserv lässt sich jeder etwas technikaffine Kollege einführen, so dass in Verbindung mit den lokalen Supportstrukturen die Funktion des Netzes nicht an eine einzelne Person gebunden ist – ein nicht zu unterschätzender Nachhaltigkeitsfaktor.
Alle Überlegungen der letzten Wochen sind in unseren Medienzentrum in eine Vision eingeflossen: Wir möchten hier in der Region einen Supportverbund etablieren, der auf lokale Produkte und Dienstleistungen setzt. Das klingt im Zeitalter des grenzenlosen Internets erstmal altbacken. Unsere Erfahrung damit ist aber schon jetzt ungemein positiv – unsere Kunden und Benutzer müssen schließlich damit zurechtkommen. Und ich weiß, dass in einem derartigen, auch sozialen Supportverbund auch nicht unbedingt immer auf die Zeit oder den Preis geschaut wird. Der Verbund besteht idealerweise aus Menschen, die Dienstleistungen erbringen und daran neben dem erforderlichen Verdienst auch Freude haben sollen.

Was für ein Aufwand!

Ja und Nein. Ich sehe meine momentane Arbeit als Übungsfeld für meine Tätigkeit als MPB-digi. Meine Erfahrungen, die ich hier vor Ort mache, möchte ich natürlich auch anderen Schulen der Region zur Verfügung stellen und sie bei Verhandlungen mit Schulträgern oder Firmen unterstützen. Das was ich hier vor Ort lerne, hat also Synergieeffekte. Das muss es auch, denn eine Abordnung von einer Drittelstelle muss ja auch von einem Gegenwert begleitet sein.

Die Anforderung an mich erlebe ich dabei momentan extrem: Neben dem technischen Wissen sind natürlich auch viele kommunikative Kompetenzen erforderlich – und manchmal auch viel Verständnis für Strukturen, die eben Strukturen sind und das genau so auch sein dürfen. Und ich kenne eben Schule – auch als Personalrat. Schön und entlastet ist der Umstand, dass ich in eine Beratungsstruktur des Landes mit ihren vor allem menschlichen Ressourcen eingebunden bin.

Ich verstehe mich damit als jemand, der hilft, dem Lernen in der Wissensgesellschaft eine Grundlage zu geben – ganz praktisch, ganz konkret – fernab von Apologien auf eine wie auch immer geartete Zukunft.

Gesellschaft Beratung, MBP-digi, Medienzentrum, Netzwerk, Schule, Technik

Kleiner Ausfall

4. April 2011 Maik Riecken Kommentar hinterlassen

Mein Webserver macht mir zur Zeit ein wenig Kummer. Daher war riecken.de heute Vormittag nicht zu erreichen. Die Fehlermeldungen ergeben keinen rechten Sinn, eigentlich ist die Konfiguration wie immer. Ich habe mein Adminpanel (froxlor) in Verdacht – offenbar harmoniert dessen neues Konfigurationsdateiformat nicht so ganz mit meinen manuellen Eingriffen – geht jetzt ja erstmal wieder…

Allgemein Ausfall, Server, Technik

Ich habe den PC einfach nur genutzt

5. März 2011 Maik Riecken Ein Kommentar

Um Dinge zu nutzen, brauchen wir nur ein begrenztes Verständnis von ihrer technischen Funktionsweise. Mit einem Auto etwa wollen wir fahren. Wir wollen nicht wissen, wie ein Motor funktioniert, wir wollen es einfach benutzen. Deshalb soll im Bereich der Mediendidaktik nicht primär technisches Wissen vermittelt werden, sondern Wissen um die Herausforderungen und Potentiale der Nutzung der Medien.

So in etwa ließen sich in meinen Augen Teile der vor längerer Zeit stattfindenden Diskussion zum Spiegelartikel „Generation Null Blog“ zusammenfassen. Diese Argumentation besitzt für mich einen wahren Kern, jedoch ein absolut falsches Analogbeispiel mit den Autos, weil die Konsequenzen von Inkompetenz beim Autofahren oder bei Bedienung eines Computers auf völlig verschiedenen Ebenen liegen. Beim ersteren sind sie physikalisch erfahrbar, physisch unmittelbar erlebbar, beim zweiten sind die Konsequenzen eher diffus – allenfalls für Serverbetreiber wie auch mich ergeben sich echte Erlebnisse, wenn man sich des üblichen Grundrauschens virenverseuchter Anwenderclients erwehrt oder dank mitgesendeter Informationen theoretisch einen Client einer natürlichen Person zuordnen kann.

Das Auto

… ist ja des Deutschen liebstes Kind. Selbst aufgeschlossene Pädagogen in meinem Umfeld nutzen diesen Haufen Blech als fahrendes Wohnzimmer oder Repräsentationsgegenstand – oder was auch immer. Für mich bleibt es ein Haufen Blech, der technisch in Stand gehalten wird und so lange die dicke Beule in der Seitentür nicht gammelt, bleibt sie halt: Die Kiste ist bezahlt und nur der Schrotter wird uns irgendwann scheiden und der Kasten Getränke fliegt vor dem Einsteigen auch schon mal auf’s Dach.

Neue Autos sind so konstruiert, dass ein simpler Glühlampenwechsel oftmals einen Werkstattbesuch erfordert. Ich brauche bei meinem Auto dafür in etwa 45 Sekunden – einzig die H4-Lampe im Hauptscheinwerfer ist mit 2–3 Minuten etwas fimmliger. Es sei jedem gegönnt, ein modernes Auto zu fahren: Wirtschaftlich und vom Umweltgedanken her (ein Golf II kommt erst nach ca. 150.000km in die negative Ökobilanz gegenüber einem modernen Golf – Stichwort: Schadstoffausstoß bei der Herstellung) ist sowas oft absoluter Blödsinn. Ob die Versorgung mit elektronischen Ersatzteilen auch über Jahrzehnte hinweg gewährleistet bleibt, ist zusätzlich zu fragen. Allein die gestiegene Sicherheit ist da ein gültiges Sachargument. Die Leute benutzen halt ihre Autos – zu welchem Zweck auch immer – und das sollen sie auch. Wenn an einem Auto ein Defekt auftritt, den man nicht selbst beheben kann, muss man jemanden dafür bezahlen, der den Defekt beseitigt. Das kostet Geld und Zeit – nichts weiter. Ich fahre zur Werkstatt x, mache einen Reparaturvertrag und bekomme mein Auto zurück. Das war’s. Mein Nichtwissen um die Technik bezahle ich mit Geld. Vielleicht denkt mein Mechaniker noch: „Wieder so’n klugscheißender Lehrer“ und damit hat es sich auch schon mit dem sozialen Risiko.

Gesellschaft Informatik, Lernen, Medienkompetenz, Sinn, Technik

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