Die Schülerinnen und Schüler lernen, ihre programmierten Sequenzen um Sensoren zu erweitern. Sie verwenden hierbei die Sensoren des Calliope mini Tasten und PINs und verstehen deren jeweiligen Besonderheiten.
Lernausgangslage
Kenntnisse aus den Unterrichtssequenzen 1-4
Smart Home mit den 3 Komponenten “schön und bequem, sicher, sparsam” (Sequenz 1)
Coden
Editor, Account und eigene Dateien speichern/öffnen (Sequenz 2)
Anknüpfen an die Lebenswirklichkeit: Automatische Bedienung von elektrisch betriebenen Alltagsgegenständen
Schülerinnen und Schüler, die z.B. Kaffeemaschinen, Waschmaschinen, usw. kennen
Schülerinnen und Schüler, die erkennen, dass heute nahezu jeder elektrische Gegenstand Computerprogramme beinhaltet: Fernseher, Wecker, Zahnbürste, ...
Schülerinnen und Schüler, welche die speziellen Programmierungen im Smart Home kennen: Mit dem Handy dimmbares Licht, selbstöffnende Garagentore, ...
Inhalt der Sequenz
Anknüpfend an das Erproben von einzelnen Befehlen und Befehls-Sequenzen werden nun Sensoren eingeführt, welche den Impuls geben, dass jene ausgeführt werden.
1. Inhaltliche Einbindung an das Smart Home
Die Unterrichtssequenz “Mein smarter Feierabend” gehört zum Aspekt “schön und bequem wohnen” eines Smart Home.
Mit dem Betreten des Hauses braucht nur ein kleiner Taster (z.B. gleich neben der Schlüsselablage platziert) gedrückt werden, damit vollautomatisch ein warmer Kakao zubereitet wird, während man in Ruhe den Schlüssel ablegt, den Mantel auszieht und sich die Hände wäscht.
2. Coding
Während in Unterrichtssequenz 4 die programmierten Sequenzen sofort mit dem Einschalten des Calliope mini in Gang gesetzt wurden, bedarf es nun die Betätigung eines Sensors, um einen Befehl auszuführen. In der Coding-Fachsprache spricht man hier von einer bedingten Anweisung. In unserem Beispiel betätigen wir zunächst die Taste A. Als weitere Variationen können wir in dieser Unterrichtseinheit die Taste B, 4 Pins und den Lagesensor nutzen. Das ganze soll in einer Endlosschleife eingebunden werden. Die Befehle zum ansprechen der Sensoren finden sich im NEPO-Editor under "Sensoren" und die bedingte Anweisung und Schleife unter "Kontrolle".
Neue Kerninhalte
Sensoren:
2 Tasten: A, B
4 Pins: 0, 1, 2, 3
(Lagesensor: z.B. geschüttelt)
Das EVA-Prinzip:
Eingabe → Sensoren
Verarbeitung → Kontrolle (und alle internen Verarbeitungsprozesse)
Ausgabe → Aktion
Neue Kategorien und Blöcke im Editor:
Kontrolle→ Widerhole unendlich oft...mache
Kontrolle → Wenn...mache
Sensoren → Taste A, B
Sensoren → Pin 0, 1, 2, 3
Sensoren → Lage
Bedingte Anweisung
Endlossschleife
Sensor Taste A
Sensor Pin 1
Lagesensor
Damit der Trickfilm ordentlich funktioniert muss die bedingte Anweisung „wenn...mache“ mit der Endlosschleife „wiederhole unendlich oft” eingekleidet werden. (Erklärung: Eine Befehlssequenz wird immer in Bruchteilen von Sekunden von oben nach unten durchgeführt. Das Programm “rauscht” also am Befehl „wenn … mache“ regelrecht vorbei und bleibt dann unten hängen. Durch die Wiederholungsschleife startet die Programmsequenz immer wieder von vorne, so dass der Befehl „wenn...mache“ immer wieder durchlaufen wird und somit zur Anwendung kommen kann.)
Die Sensoren Taste A und B sind durch einfaches Drücken zu bedienen.
Zum Auslösen der PINs muss ein Kontakt zwischen dem Minus-Pin und dem als Sensor verwendeten PIN 0, 1, 2, oder 3 hergestellt werden. Dies geschieht durch gleichzeitiges Anfassen. Dies kann durch das Bilden einer Menschenkette in Klassenstärke veranschaulicht werden. (In Unterrichtseinheit 9 werden die PINs durch Drähte verlängert und können hierdurch aus der Ferne bedient werden.)
Der Lagesensor bietet vielfältige Möglichkeiten, die beim Anklicken angezeigt werden. (z.B. für Alarmanlagen an Türklinken) Für die Kinder als besonders motivierend hat sich der Schüttelsensor erwiesen, z.B. zum Erstellen von Würfelergebnissen. (Beachte: Beim Schütteln nicht versehentlich das Kabel zum Batteriepack abreißen)
Die weiteren Sensoren sind nur in Verbindung mit dem Logikblock nutzbar und werden hier noch nicht angewendet. Dieser wird in Sequenz 8 eingeführt.
Kreative Variationen:
Die Kinder sollten die unterschiedlichen Sensoren ausprobieren.
Die Befehlssequenz des Trickfilms Kakao kochen kann beliebig variiert oder durch völlig andere Aktionen ersetzt werden. Dies ist davon abhängig, womit das codende Kind beim Betreten seines Smart Homes “bedient” werden möchte.
Der Grundriss eines Hauses wird schematisch abstrakt dargestellt. Der Eingangsbereich ist besonders hervorgehoben. Hier kann der Calliope mini auf einer entsprechend gekennzeichneten Stelle abgelegt und für die Übung genutzt werden.
Mögliche Vorgehensweisen
Einstieg
Einstieg im Gesprach:
Rückblick: Befehlssequenzen mit 4 Aktoren und Wartebefehl (siehe Lernausgangslage)
Erzählen der Rahmengeschichte
Erläuterung der Ziele
Smarten Feierabend-Taster zum Erfüllen von Wünschen coden.
Hierfür Sensoren als Bedingung zum Auslösen von Befehlen kennen- und nutzen lernen.
Den Zusammenhang zum EVA-Prinzip kennenlernen
Calliope mini in den Grundriss des Smart Home integrieren
Rahmengeschichte Sequenz 5
Wenn Calina und Jope nach der Schule nach Hause kommen, brauchen sie nur auf einen Knopf im Eingangsbereich des Hauses zu drücken und jeder Wunsch für einen angenehmen Feierabend wird sofort erfüllt. Heute freut sich Calina auf ihren warmen Kakao.
Was wünscht sich Calina wohl für morgen? Jope ist so nett, ihr den Wunsch heute schon mal zu programmieren.
Kategorien für die Erarbeitung (Sequenz 3 - 8)
Die Erarbeitungsphase lässt sich in 3 Kategorien gliedern, welche jeweils verschiedene Bausteine enthalten. Die Reihenfolge und Schwerpunktsetzung sollten zunehmend von Unterrichtsstunde zu Unterrichtsstunde wechseln, um den Ausgangspunkt der Planung zu variieren und somit das komplexe Verwoben Sein aller dem Coden innewohnenden Aspekte und Zugangsweisen zu verdeutlichen und handhabbar zu machen.
Erarbeitung 1 (Coden)
Editor, Account und ggf. begonnenen Code öffnen
Code(s) aus der aktuellen Unterrichtseinheit nachprogrammieren
Das Modell gestalten → mit Calliope mini verbinden → die Smart Home-Szene erproben
Gesprächsaspekte
Wie spiegelt sich die Geschichte im Code?
Womit möchte ich jemanden zur Party begrüßen? (Ton, Text, Bild, Licht)
Welche Darstellung verursacht welche Gefühle bei Betrachter*innen? Worüber freut sie/er sich wohl am meisten?
Wie lang soll die Festtagseinladung auf dem Board dauern?
Wie gestalte ich das Modell des Begrüßungsschildes?
Wie integriere ich den Calliope mini in mein Modell?
Erarbeitung 3 (Planung und Theorie)
Theoriearbeit: Planungsskizzen, Offline-Coden, Reflexionen und Erfahrungsaustausch, schriftliche Erfahrungsberichte , Modellskizzen, Lernarbeitsblätter (z.B. zu Fachbegriffen),…
Abschluss (Zwischenreflexion) (Sequenz 3 - 8)
Präsentationen
Codes
Einsatzes des Calliope mini im Modell
Austausch
Erfahrungen
Schwierigkeiten, Tipps, Fragen
Ausblick
Blick auf die nächste Unterrichtssequenz
Material aus der Erprobung
Alle Unterrichtssequenzen (Sequenz 3 - 8) werden mit demselben Material ausgestattet. Dieses besteht aus den untenstehenden Komponenten.
Mit den Modellbaumaterialien können die Schülerinnen und Schüler alle Modelle gestalterisch umsetzen und auf dem vorgegebenen Grundriss platzieren.
Die Modellbaumaterialien können je nach Einbindung in andere Bereiche und Schwerpunkte des Sachunterrichts erweitert werden. (z.B. Kompetenz: Umgang mit Werkzeugen → Modelle aus Sperrholz bauen.)
Das Plakat mit dem Wortspeicher wächst sukzessive mit jeder Unterrichtseinheit. Ebenso werden die Modellbauarbeiten der Kinder mit jeder Unterrichtseinheit zunehmend fertiggestellt.
Modelle (Arbeitsergebnisse der Schülerinnen und Schüler (sukzessive Fertigstellung)
Schülerarbeitsblatt (für die laufende UE)
Angestrebtes Unterrichtsergebnis
Vielfältige Codes schreiben, jeweils unter Nutzung einer der Sensoren Taste A, Taste B oder PIN 0,1,2,3 des Calliope mini, bestehend aus Befehlssequenzen mit allen 4 Aktoren, unter dem inhaltlichen Aspekt eines Feierabend-Tasters.
Modellhafte Nutzung des Calliope mini und entsprechendes Ausbauen des Modellhauses
