Bei “WILMA unterwegs“ bauen die Kinder mit einer Auswahl einfacher Materialien wie Karton und anderen gereinigten Recyclingmaterialien Prototypen, erweitern und programmieren diese mit Sensoren und Elektronikmodulen.
„Lernen durch machen“ ist ein Grundprinzip von WILMA. Um aber ein Verständnis für die technischen Bauteile zu bekommen und diese in die Lösung einer Aufgabe einbeziehen zu können, braucht es ein Basiswissen über deren Funktion sowie deren Programmierung. Für diesen Zweck folgen zuerst Übungen zum Einstieg in die Welt des Programmierens, danach zur Programmieroberfläche mBlock und der Hardware mit dem MeAuriga Board und einer Auswahl an elektrischen Sensoren und Aktoren der Firma Makeblock. Die Beilagen dienen als Workshopmaterial, können aber auch als Selbstlernmaterial verwendet werden.
Dauer ca. 100 min
Lernziele
- Die Kinder lernen die Materialen und Werkzeuge kennen, welche ihnen für die Prototypen zur Verfügung stehen und können sie kreativ einsetzen.
- Sie wissen was Computer und was Programme sind und wie diese Computerprogramme funktionieren.
- Sie verstehen die Grundlagen einer Programmiersprache, erkennen Einsatzmöglichkeiten von Software im täglichen Leben und können einfache Programmierbefehle selbst durchführen.
- Sie kennen die Software mBlock und können diese bedienen.
- Sie wissen das MeAuriga Board zu nützen und kennen die Funktionen der zur Verfügung stehenden elektrischen Makeblock Sensoren und Aktoren.
Benötigtes Material und Tools
- Verbrauchsmaterial
- Leere Flip-Charts
- Bunte Post-Its
- Marker und Stifte
- Karton, Rohre, Schachteln und gereinigte
- Abfallmaterialien wie Pet-Flaschen
- Klebebänder, Bastelmaterial
- Werkzeug
- Schere, Cutter oder Mehrzweckschere
- Tacker und Locher
- Pinsel und Malfarben
- eventuell Heißkleber
- Technik
- Tablets oder Laptops
- Beamer (optional)
- Tablets oder Computer mit Internetzugang
- WILMA Edu-Tech-Hardware Koffer
- Makeblock-Bauteile mit Schrauben und geladenen Batterien/Akkus
- Käseplatten-Verbindungen
- Makedo Tools
Tipps, Inspiration und weiterführende Materialien:
- Material
Um die Kinder nicht zu überfordern, macht es Sinn, sich auf wenige Materialien und Werkzeuge zu beschränken. Es sollte hauptsächlich Rohmaterial verwendet werden, jede vorgefertigte Form gibt eine Idee vor. Sinnvoll ist auch, auf die Nachhaltigkeit der Materialien zu achten.
- Physical Computing
Die passende Hard- und Software für einen Kinderhackathon zu finden ist gar nicht so einfach. Bei uns, in der Erfinderwerkstatt WILMA können Kinder ihre Prototypen mit elektronischen Bauteilen von Makeblock erweitern. Wir haben Einiges getestet und gute Erfahrungen mit dem MeAuriga Board gemacht.
Das Board ist eine modifizierte Version des Arduino UNOs und die kostenlose Software basiert auf Scratch.
Es gibt aber auch andere Edu-Tech-Hardware, mit welchen Physical Computing gut funktioniert.
Die elektronischen Bauteile von Makeblock, welche wir verwenden, können über https://store.makeblock.com bestellt werden. Auf den folgenden Seiten sind diese genauer beschrieben. Ein gutes Starter-Set für den Anfang ist der mBot Ranger www.shorturl.at/mFGIK. Hier bekommt man die Basis im Gesamtpaket, welches jederzeit erweitert werden kann. Die Makeblock Co. Ltd ist ein seit 2013 bestehendes Robotik-Startup-Unternehmen aus Shenzhen, China und erleichtert vor allem Kindern und Anfängern den Einstieg in die Welt der Robotik und Mikrocontroller.
- Käseplatten – Zubehör aus dem 3D-Drucker:
Für die Verbindung der Bauteile von Makeblock mit Karton, haben wir drei einfache aber effektive Verbindungen entwickelt. Diese ermöglichen, Makeblock-Bauteile mit anderen Materialien zu verbinden. Die „Käseplatten“ können einfach mit jedem 3D-Drucker ausgedruckt werden. Ohne Nachbearbeitung! Schrauben können eingedreht werden und halten ohne Mutter. Die STL-Dateien können kostenlos heruntergeladen werden: http://education.makeblock.com. Wenn möglich, diese während der Arbeit mit den Kindern bei WILMA ausdrucken, damit die Kinder sehen, wie die Käseplatten-Verbindungen produziert werden.
- Programmieren lernen
Weitere Einstiegsübung zur Förderung von „Computational Thinking“ sind unter www.helloruby.com/play zu finden.
Input für Kinder
Mentoren-Infos
Zu Beginn sollten die Materialien sowie die Werkzeuge kurz vorgestellt und gemeinsam begutachtet werden. Welche Sicherheitsregeln sind zu beachten? Was ist für alle gedacht und was bekommt jede Gruppe extra? Dies sollte getrennt vorbereitet sein.
Wichtig ist auch zu erwähnen, dass die Sachen, welche gebaut werden, leider nicht mit nach Hause genommen werden können, da diese doch etwas kosten. Wenn möglich/erlaubt kann hier auch etwas Werbung für die Werkzeuge und Tools gemacht werden damit die Kinder diese, wenn gewünscht selbst erwerben können. Sinnvolle Geschenke sind immer Mangelware.
Vorstellung Verbrauchsmaterial
Wie im Erfinderspiel mit dem Lego, sind diese Materialien eure Bausteine für eure Erfindungen. Schaut euch die Materialien und Werkzeuge an. Was kennt ihr, was nicht? Gibt es Sicherheitsregeln?
Es gibt Dinge, die stehen allen zur Verfügung. Wie zum Beispiel der Karton etc. und Tools wie die Makeblock-Hardware, welche später jede Gruppe einzeln erhält. Verwendet das Material nachhaltig!Die Makeblock-Tools bilden die technische Grundlage für unsere Prototypen und hauchen diesen Leben ein. Doch bis man soweit ist, diese zu verwenden, sollte man einige Grundlagen begreifen.
Einstieg in das Programmieren
Mentoren-Infos
Um ein Verständnis für die technischen Bauteile zu bekommen braucht es ein Verständnis was Computer sind, was Programmieren bedeutet und wie dies funktioniert.
Computersafari
Welche Computer kennt ihr? Was machen diese?
Schreibt je einen Computer auf ein Post-It und beschreibt in Stichworten wie dieser funktioniert. Beispiel Kaffeemaschine:
- Wenn >Knopf drücken<
- dann >Kaffee mahlen<
- dann >Presse<
- dann >Wasserpumpe <…
Funktioniere wie ein Computer
Von selbst können Computer gar nichts tun. Wir halten Computer oft für sehr schlau, tatsächlich handelt es sich jedoch nur um Maschinen, die sehr schnell Befehle befolgen.
Wir können aber einem Computer mit langen Befehlslisten sagen, was er tun soll. Dazu müssen wir eine Reihe von sehr genauen Befehlen schreiben und komplizierte Aufgaben in einfache Schritte zerlegen. Sind die Befehle aber ungenau, macht der Computer nicht das, was wir wollen.
- Teilt euch in Zweiergruppen auf. Eine/r ist nun ein Roboter und der/die andere ein/e Programmierer/in. Derjenige, der programmiert, sucht sich eine einfache Aufgabe aus, welche in max. sechs einzelne Schritte zerlegt werden kann.
- Z.B: Schritt nach vorne, Schritt nach vorne, Schritt nach vorne, Linksdrehung, Schritt nach vorne, Türe öffnen, Schritt nach vorne, …
- Der Programmierer schreibt jeden Befehl auf ein Post-It- Zettel auf und gibt diese gesammelt und in richtiger Reihenfolge als Befehlsliste dem Roboter. Dieser darf das Ziel aber nicht kennen.
- Nun geht der Roboter auf die ausgemachte Position und wartet auf das Startzeichen.
- Nach dem Startzeichen führt er Schritt für Schritt die Befehle auf den Post-Its aus. Nicht mehr und nicht weniger, das ist sehr wichtig.
- Wenn die Anweisungen zu ungenau waren, können die Programme angepasst werden.
- Die Rollen können auch einmal getauscht werden.
Wie ist es der Gruppe ergangen? Hat alles geklappt? Was haben wir soeben gemacht? Wir haben uns gegenseitig programmiert.
Einstieg mBlock
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Vorstellung der Software mBlock
Nun sollte, wenn möglich, am großen Bildschirm eine einfache Programmierung (siehe Plakat) in der Software mBlock vorgeführt werden. Gleichzeitig können die Funktionen des Programms und erste Hürden erläutert werden.
Bitte hierfür vorab selber ausprobieren.
– Ist der richtige Anschluss gewählt?
– Wie oft soll das Programm ausgeführt werden?
Plakat mBlock herunterladen
Was ist eine Programmiersprache?
- Ein Computerprogramm ist eine Folge von Befehlen in einer Sprache, die der Computer versteht. Wie bei dem Spiel vorhin. Beim „Programmieren“ schreibt also jemand die Anweisungen in einer Programmiersprache, die dem Computer sagt, was er tun soll.
Wir verwenden die Programmiersprache von Scratch. Hier werden Programmblöcke und keine komplizierten Codes verwendet. Ihr wählt Blöcke aus und setzt diese untereinander zu einem „Skript“ zusammen. Ein Skript ist eine zusammengehörende Reihe von Anweisungen. Jeder Programmblock ist hier ein Befehl oder eine Abfrage eines Sensors, Elektronikmodules oder Motorantriebes.
Was ist die mBlock Software?
- Klingt alles recht kompliziert, ist es aber nicht. Das Programm von mBlock basiert auf Scratch und ist in zwei Bereiche aufgeteilt. Rechts sind die Programmblöcke und links werden die Skripte erstellt. Mit dem „Start-Knopf“ geht’s los. Das Programm ist kostenlos für iOS, Android, PC und Mac in Deutsch verfügbar und wird mittels Kabel oder Bluetooth mit dem Board verbunden.
Was für Programmblöcke gibt es? Es gibt folgende Arten von Blöcken:
- BEWEGEN & ANZEIGE (Ergebnisse)
- Diese Blöcke steuern, was eine Figur oder ein Elektronikmodul macht. Fahren, Licht, Musik, drehen, warten oder alles stoppen. Man nennt das die „Ausgabe“ (oder den „Output“).
- START & FÜHLEN (Ereignisse und Fühlen)
- Diese Blöcke nehmen wahr, wenn etwas betätigt wird oder ein Sensor etwas erkannt hat. Sie werden meistens mit Steuerungs- oder Mathe-Bausteinen verbunden.
- DATEN, BLÖCKE, MATHE (Daten, Variablen und Funktionen)
- Diese Blöcke speichern und verwenden Zahlen und Wörter und tun etwas damit. Programme und Computer müssen sich oft Wörter merken, müssen Zahlen verarbeiten und Entscheidungen treffen, indem sie die Fragen stellen ob die Antwort darauf „true“ (wahr) oder „false“ (falsch) ist.
- STEUERN (Steuerung)
- Die „Steuerungs-Blöcke“ bestimmen, wann und wie Blöcke ausgeführt werden.
- Durch „Schleifen-Blöcke“ bestimmt man, wie oft etwas ausgeführt werden soll – einmal, zweimal oder die ganze Zeit.
- Und die „Falls-Blöcke“ sind Regeln und verwenden Wörter wie „falls“ (if), „dann“ (then) und „sonst“ (else) um Entscheidungen zu treffen.Probiert es doch einfach mal aus.
Hardware kennenlernen
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Vorstellung der Hardware!
Nun sollten gemeinsam die Hardwaremodule und Elektronikbausteine erkundet werden. Das Plakat hilft, die einzelnen Teile, deren Name und deren Funktionen zu benennen.
Plakat Makeblock Hardware herunterladen
Das MeAuriga ist ein „Computer“ um eigene Erfindungen zu bauen und diese zu programmieren. Das Arduino kompatible Board besitzt diverse Sensoren, wie z.B. einen Lage- und Bewegungssensor, Temperatur- und Lichtsensor sowie programmierbare LEDs und einen Summer. Durch die RJ25 Kabel und zwei Motoranschlüsse, ist es kinderleicht neue Sensoren, Elektronikmodule und Motorantriebe mit der passenden Farb-Etikette anzuschließen.
Doch was…
- kann ein Sensor?
- Haben wir Menschen auch Sensoren?
- macht ein Motor?
- sind die anderen Elektromodule?
Das erste Programm
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Nun sollen die Kinder durch eine einfache Aufgabe das gelernte umsetzten. In max. 4er-Gruppen sollen sie mit dem Hardware-Koffer gemeinsam eine Lösung finden. Man sollte darauf achten, dass jede/r mitarbeiten kann.
Sind Kinder schneller als die anderen, kann eine Steigerung der Aufgabe ein zwinkerndes Auge sein, oder ein Auge, das sich bei einem lauten Geräusch öffnet, ein Auge, welches Emotionen zeigt (was löst dies bei einem aus?), aber auch wandernde Pupillen mit der StopMotion-Technik. Mit einem Pixel-Raster können Skizzen vorab händisch gezeichnet werden.
Überall um uns herum sind Computerprogramme am Werk. Viele der Geräte, die wir ständig benutzten, werden von ihnen gesteuert. Ein Computerprogramm ist also eine Folge von Befehlen, mit denen ein Computer eine Aufgabe ausführt. Beim „Programmieren“ schreibt jemand wie bei dem Spiel vorhin die Anweisungen in einer Programmiersprache, die dem Computer sagen, was er tun soll. Die Software sagt der Hardware, was sie tun soll.
- Nun könnt ihr Gruppen bilden. Jede Gruppe erhält ein Tablet, ein MeAuriga Board, eine Batteriehalterung mit Batterien, ein RJ25 Kabel und die LED Matrix.
Versucht nun durch ausprobieren (und mit Hilfe des Plakates) ein Auge auf die LED Matrix zu programmieren.
