Archive for March 2015


Elektro-Basteln mit Grundschülern – Stufe 2 mit Mikro-Controller “Thekla”

March 21st, 2015 — 3:23pm

Da es bei der ganzen Elektro-Bastelei ja um das Ziel “Vermittlung digitaler Fertigkeiten” gehen soll, fehlte natürlich noch ein bisschen digitales, konkret Computer und Programmierung.
Habe mir Gedanken gemacht, wie man das mit GrundschülerInnen hinbekommen könnte, und dabei den Prinzipien der Elektro-AG treu bleiben kann. Herausgekommen ist Thekla, der Mikro-Controller mit kinderfreundlichen Krokodilklemmen anstelle von Lötkontakten:
thekla

Thekla basiert auf dem Adafruit Gemma Board, das man für wenige Euro bei diversen Händlern bestellen kann. Gemma ist für Wearables konzipiert und kann auch gut eingenäht werden. Es ist überdies ein Arduino-kompatibler Mikro-Controller, d.h. ein kleiner Computer, der ein Stück Code permanent ausführt (siehe unten in der Sektion “loop”) und dabei verschiedene Dinge tun kann, u.a. auch an seinen Kontakten Strom messen sowie ausgeben (um z.B. eine LED zu schalten). Die Schaltung unten misst z.B. den Strom an Pin 1 (“sensor”), dieser wird über eine Licht-Zelle vermittelt und schwankt daher mit der Intensität des Lichtes. Damit das gut messbar ist, muss ein Spannungsteiler eingebaut werden mit einem zusätzlichen Widerstand, der gegen “Ground” geschaltet wird. Der Spannungsteiler ist eine wichtige Basis-Schaltung in der Elektronik mit der Spannungen reduziert werden können – indem hier ein kleinerer Teil der Spannung durch die Lichtzelle geht kann deren Ausschlag besser gemessen werden.

//Thekla - LED Steuerung mit Licht
int led = 0; //die LED hängt an PIN 0
int sensor = 1; //der Sensor (Lichtzelle) an PIN 1
int pause; //Variable für Wartezeit der Blinksequenz

void setup() {
pinMode(led, OUTPUT); //LED PIN wird konfiguriert
}

//der folgende Programmblock läuft in einer ständigen Schleife
void loop() {
int light = analogRead(sensor); //Lichtzelle auslesen
pause = light/2; //Pause aus Sensordatum berechnen
digitalWrite(led, HIGH); //LED anschalten
delay(pause); //warten
digitalWrite(led, LOW); //LED ausschalten
delay(pause); //warten
}

Hier im Einsatz:
YouTube Preview Image

Wenn Ihr das selbst ausprobieren wollt, könnt Ihr einfach Gemma “naked” kaufen, z.B. hier bei Tinkersoup. Man kann mit dem Kupfer-Klebeband auch direkt an die Pads von Gemma kleben, die Krokodilklemmen oben sollen es nur einfacher und robuster machen (die von mir verwendeten gibts bei Conrad, die sind schön klein). Die Lichtzelle gibts auch bei Tinkersoup, ebenso den benötigten 1K-Ohm Widerstand.
Vielleicht sind die Leute von Tinkersoup ja sogar bereit das ebenfalls als Set anzubieten, mal schauen.
Ich werde jedenfalls “Thekla” noch ein wenig weiterentwickeln, evtl. wird daraus ein eigenes Board mit diesen Klemmen. Wäre auch schön Feedback von Euren Erfahrungen dazu zu bekommen sowie ggf. Anregungen. Wir (der Grundschuldirektor vom letzten Post und ich) werden das Set auf dem Informatik-Tag in Aachen Grundschul-LehrerInnen in der Ausbildung vorstellen und auch damit rum-experimentieren.

Ach – dabei soll es ja auch darum gehen die Kids ans Programmieren heranzuführen. Was dabei keinesfalls fehlen darf ist das grandiose Scratch, die kinderfreundliche graphische Programmier-Umgebung, die am MIT entwickelt wurde, und eine grosse Entwicklergemeinde weltweit begeistert. Scratch ist kostenlos zu haben, auch auf deutsch. Und es kommt noch besser – ein paar verrückte Spanier haben mit Scratch for Arduino eine Variante herausgebracht, die sogar mit einem angeschlossenen Arduino-Board kommunizieren kann (es sollte ein Arduino Uno sein) – so kann man “echte” elektronische Komponenten, Sensoren, Motoren, Servos mit Elementen innerhalb von Scratch verbinden, z.B. indem man ein Spiel programmiert, das physische Interaktion von aussen benötigt, oder sonstwie auf irgendwas reagiert. Und Scratch ist wirklich eine hervorragende Möglichkeit, um ins Programmieren einzusteigen – es gibt Schleifen, Variablen, Objekteigentschaften, Events usw. – aber alles mit schönen graphischen Elementen und sehr kinderfreundlich umgesetzt. Probiert es einfach mal aus.
Hier zum Schluss ein Screenshot meines ersten kleinen Scratch 4 Arduino Programms (auch für Montag). Eine Biene schwirrt über den Bildschirm (rechts im Bild) und bleibt stehen, wenn der Finger auf eine Lichtzelle am angeschlossenen Arduino gelegt wird (nicht im Bild). Man muss also versuchen, die Biene auf dem Honiglöffel stoppen zu lassen. Der gesamte Programmcode dafür ist in der Mitte zu sehen.
scratch

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Elektro-Basteln mit Grundschulkindern: Erfahrungen, Anleitung und Material-Liste

March 15th, 2015 — 9:08pm

Zusammen mit Pausanias und dem Direktor der Grundschule meiner kleinsten Tochter, haben wir jetzt schon zum zweiten Mal die Elektro-AG durchgeführt. Die Idee ist Kinder schon im Grundschulalter an Elektronik heranzuführen, und das dann sanft mit mehr “informatischen” Inhalten anzureichern, also z.B. einen Arduino dazuzunehmen, der z.B. mit Scratch programmiert werden kann (das wäre dann der “Aufbaukurs” für 3-4. Klasse).
Um dahinzukommen, habe ich unterschiedlichste Ideen getestet (z.B. leitende Tinte), viele neuere Ansätze auch von Kickstarter-Startups aus USA (so z.B. Chibitronics). Habe ich auf meinem englischen Blog dokumentiert.
Zum Glück habe ich auch alles mit dem Grundschuldirektor ausprobiert und vorbesprochen, denn wir sind zum Schluss gekommen, dass eine sehr einfache Variante die pädagogisch beste sein würde:
selbstklebendes und leitendes (auch der Klebstoff) Kupferband + ganz normale LEDs und andere Bastelkomponenten, z.B. Holz-Wäscheklammern, die man sowohl als Stromquelle (Knopfzelle wird eingeklemmt, Klammer mit Kupfer beklebt und zwei Kabel herausgeführt die dann an das Bastelwerk angehalten oder angeklebt werden können) als auch als Taster verwenden kann (einfach andere Seite der Klammer verwenden).
Der Vorteil dieses Materials sind nicht nur die deutlich geringeren Kosten und die besser Verfügbarkeit – es erleichtert es den Kindern auch sehr mit dem Strom zu beginnen, denn es ist ja ganz normales Basteln mit Klebeband, Schere usw. – überdies hatten wir den Eindruck, dass der Einstieg damit weniger “technisch” gerät (als wenn wir z.B. mit Kabeln oder gar Lötkolben operiert hätten) und damit auch für Mädchen nicht abschreckend ist. Jedenfalls hatten wir einen nahezu ausgeglichenen Anteil von Jungs und Mädchen über zwei Kurse (übrigens interessante Beobachtung: Mädchen und Jungen waren zwar im Kurs fast gleich verteilt, nicht aber in der Anmeldeliste. Der erste Kurs bestand tatsächlich zu 95% aus Jungen, der andere andersherum aus Mädchen. Offenbar sind Eltern von Mädchen zögerlicher in der Anmeldung, seltsam, oder?)

Im 3-stündigen Kurs (mit “Bewegungspause”) haben wir erstmal ganz kurz Grundlagen erläutert (mit simplen Schaubildern einer elektrischen Schaltung) und die Kinder mit einer Knopfzelle und einer LED erste Versuche machen lassen. Da stellen sich schnell Erfolgs-Erlebnisse ein, weil man die LED ja nur richtig herum an die Batterie dranhalten muss. Dabei lernt man aber auch schon “plus” und “minus” (bei der LED ist das längere Beinchen immer “plus”).
Dann haben wir drei Aufgaben vorgegeben, eine erste simple Schaltung, bei der die Leiterbahnen vorgezeichnet waren auf dem Arbeitsblatt (unten zum Download), und eine LED zum Leuchten gebracht werden sollte. Dabei lernen die Kinder den Umgang mit dem Kupfer-Klebeband und erste Wackelkontakte treten auf usw.
Zweite Aufgabe war dann eine Fantasie-Landschaft mit Strom. Hier sollte einfach irgendetwas gebastelt werden, wo die LEDs eine Funktion übernahmen, es wurden Raketen gebastelt, Ampeln, Krokodile mit Leuchtzähnen, Meeresbrausen mit Glitzer aus LED, Pferdeköpfe mit Leuchtaugen, Häuser, Türme usw. – die Kreativität der Kinder dabei war wirklich toll (wir hatten zusätzlich ein bisschen Bastelmaterial ausgelegt sowie ein paar Beispiele zur Anregung). Einige der Ergebnisse sind unten angehängt. Bei diesem Basteln traten natürlich auch diverse spannende elektrische Probleme auf, Leitungen die sich überkreuzten, mehrere LEDs in Reihe oder parallel schalten, Leiterbahnen auf der Rückseite verlegen oder überkleben und natürlich zig kleinere Probleme usw. die häufig auch mit Hilfe der Eltern gelöst wurden (es ist ratsam die Elternunterstützung einzufordern. Zum einen macht es den Eltern und Grosseltern offenbar auch viel Spass, zum anderen ist die Betreuungs-Situation dann viel entspannter).
Nach der Bewegungspause gab es eine kurze Präsentation der Zwischenergebnisse, und dann war die Aufgabe einen einfachen Morse-Apparat zu basteln. Auch hier haben wir nach den Erfahrungen des ersten Kurses im Material ein paar Hilfestellungen gegeben, weil die Schaltung nicht ganz einfach ist – vor allem muss man jetzt einen Taster aus der Klammer bauen, und richtig in die Schaltung einsetzen – da kamen teilweise die Eltern auch ins Schwitzen…
Insgesamt ein grosser Erfolg und viel Spass, und wir haben auch vom pädagogischen Leiter Lob für das Material bekommen. Anbei noch ein paar Impressionen von den Arbeitsergebnissen. Das Material kann gerne weiterverwendet werden und steht unter Creative Commons Lizenz wie unten angegeben.

Material-Download hier: Elektro-AG Arbeitsblatt

Einkaufsliste:



UPDATE: Grossartigerweise haben die Leute von Tinkersoup in Berlin das Kit in ihren Shop aufgenommen – kann also alles bequem über eine Adresse bestellt werden: Elektro-Bastel-Kit für Grundschul-Kinder


–> ich überlege, das evlt. mal als Package zum Verkauf anzubieten, lasst mich in den Kommentaren wissen, wenn Ihr das für sinnvoll halten würdet.

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