"Designer-Signalgeber"
Intention
Die Schülerinnen und Schüler erfahren das Prinzip von Schleifen kennen und lernen, diese zu programmieren. Sie sollen hierbei Programme schreiben, welche die Sinne in vielfacher Weise ansprechen.
Lernausgangslage
Kenntnisse aus den Unterrichtssequenzen 1-6
- Smart Home mit den 3 Komponenten “schön und bequem, sicher, sparsam” (Sequenz 1)
- Coden
- Editor, Account und eigene Dateien speichern/öffnen (Sequenz 2)
- Code auf den Calliope mini übertragen (Sequenz 3)
- Ausgabebefehle für die 4 Aktoren: Aktion → Zeige Text/Zeichen, zeige Bild, Schalte LED an, Spiele ganze Note (Sequenz 3)
- Befehls-Sequenzen (Sequenz 4)
- Sensoren (Sequenz 5)
- Mehrere Sensoren (Sequenz 6), Verlängerte PINs (Sequenz 6.1)
Anknüpfen an die Lebenswirklichkeit: Ein Signalgeber, der verschiedene Sinne anspricht:
- Schülerinnen und Schüler, die schon einmal digitalen Signalgebern begegnet sind: z.B. Martinshorn plus LED-Blaulicht, Stoppsignale auf einem Fahrgeschäft auf der Kirmes, Wecker, Buzzer mit Licht und Ton, Straßenbahn: Hupen plus Klingeln
- Schülerinnen und Schüler, die Schleifen in Programmen entdecken: Blinklicht; sich wiederholende Ton- und Schriftansagen; Werbung auf Werbetafeln, die sich in einem Rhythmus wiederholen
- Schülerinnen und Schüler, die analoge Schleifen in Handlungsalgorithmen kennen: Zähneputzen, Wege gehen, Banane essen, ...
Inhalt der Sequenz
Ein wesentlicher Baustein beim Coden sind sogenannte Schleifen, mit denen man Befehle oder Befehlssequenzen, die sich wiederholen, zu einem Befehl zusammenfassen kann.
1. Inhaltliche Einbindung an das Smart Home
Das Geben von multimedial digital aufbereiteten Signalen als Handlungsaufforderung ist ein Teil unseres Alltags geworden.
- Die Unterrichtssequenz “Designer-Signalgeber” gehört zu den 2 Aspekten eines Smart Home: “schön und bequem, sicher”
- Der Calliope mini besitzt keine real funktionierende Uhr, aber der/die Bedienende des Signalgebers kann zu einer bestimmten Uhrzeit ein Signal absetzen und hierfür die Designelemente einer Uhr verwenden.
- Die Ausgestaltung der Uhrzeit-Anzeige ist, über ihre eigentliche Funktion hinausgehend, zu einem Sinneserlebnis entwickelt geworden. Traditionelle Kuckucksuhren und Kirchenuhren sind hierfür z.B. bekannte Beispiele.
- In der vorliegenden Unterrichtseinheit können die Kinder ihre eigene Uhr “designen”. Das reale Ablesen der Uhrzeit steht hier aber nicht im Vordergrund, da der Calliope mini zwar einen Zeitgeber besitzt, aber kein funktionierendes Uhrwerk.
- Beim Anzeigen von Uhrzeiten werden die gewählten Anzeigeformen immer x-mal wiederholt, so dass es hier einer besonderen Form der Programmierung, dem Einsatz von Schleifen, bedarf.
2. Coding
Mit dem Sensor (hier “Taste A”) wird die Uhrzeit abgefragt. Der Code ist hier beispielhaft so geschrieben, als wenn es 6 Uhr wäre. Analog zu Kirchenuhren werden vor zur vollen Stunde zuvor die 4 Viertelstunden angezeigt. Wenn ein Befehl oder eine Befehlssequenz mehrfach hintereinander ausgeführt werden soll, so nutzt man beim Programmieren sogenannte Schleifen, z.B. “Wiederhole x mal”.
In den Sequenzen treten hier auch mehrere Aktoren gleichzeitig in Aktion, z.B. ein Ton, die LED und der Bildschirm.
Kerninhalte
- Schleifen
- Definierte Wiederholungen
- Unendliche Wiederholungen
Neue Kategorien und Blöcke im Editor
- Kontrolle → Wiederhole x mal, mache
Der Code
Erläuterungen zum Code
Im Code sind 2 unterschiedlich Wiederholungsschleifen hintereinandergeschaltet. Die alles umkleidende Schleife wiederhole unendlich oft dient, wie in Sequenz 6 hier lediglich dazu, dass der Sensor funktioniert.
Hinweise:
- Mehrere Schleifen hingegen können beim Calliope mini nicht parallel programmiert werden, bzw. gleichzeitig ablaufen (wie z.B. kann eine Laufschrift und ein gleichzeitiges Blinklicht nicht angezeigt werden oder zwei im unterschiedlichen Rhythmus blinkende Anzeigen nicht dargestellt werden).
- Für das Verlassen einer Wiederhole-Unendlich-oft-Schleife, bzw. das Wechseln zwischen diesen mit Betätigung verschiedener Sensoren bedarf einer besonderen Programmierung (siehe Spezialfall).
Kreative Variationen:
- Die Kinder können die Uhr nun in vielfältigen Gestaltungvariationen zum Anzeigen bringen:
- Die angezeigte Uhrzeit kann verändert werden
- Es können die Designelemente der Zeitanzeige in Licht, Ton und Schrift zu vielfältigen kreativen Uhr-Kunstwerken variiert werden.
- Eine reizvolle Herausforderung wäre die individuelle Gestaltung einer Kuckucksuhr
- Mit Hilfe von Drähten können, analog zu Sequenz 6.1, die PINs als Sensor zum Einsatz kommen und mit Hilfe von Drähten verlängert werden.
- (Das Thema Uhr kann natürlich auch ersetzt werden und die Schleifen kommen in gänzlich anderen Kontexten zum Einsatz.)
Spezialfall: mehrere Endlos-Schleifen:
- Möchte man eine Endlos-Schleife verlassen oder zwischen verschiedenen Endlosschleifen wechseln, muss man sich eines Tricks bedienen: Im Kategorien-Expertenmodus (2) findet man unter Kontrolle → Schleifen den Block Wiederhole bis. Mit diesem Befehl kann man eine Wiederholungssequenz (im Prinzip durch das Hineinziehen in eine neue (hier gegenteilige) Bedingung) beenden.
- Beachte: die Schleife läuft immer bis zum Ende der Sequenz durch, ehe sie nach ihrem letzten Befehl verlassen werden kann.
3. Modellgestaltung, Einsatz des Calliope mini
- Das Uhrengehäuse kann vielfältig gestaltet werden: von der PopArt-Uhr bis hin zu einer Kuckucksuhr. Mit Hilfe der beiliegenden Schablone wird der Umriss des Calliope mini ausgeschnitten. Dieser kann dann z.B. mit Tesa Krepp hinter dem Uhrengehäuse befestigt werden.
Mögliche Vorgehensweisen
Einstieg
Einstieg im Gesprach:
-
Rückblick: Befehlssequenzen mit 4 Aktoren und 3 unterschiedlichen Sensoren (Taster, PINs, Bewegung). Besonderheit der Funktion der einkleidenden Schleife wiederhole unendlich oft beim Einsatz von Sensoren.
-
Erzählen der Rahmengeschichte
-
Erläuterung der Ziele
- Befehls-Sequenzen, die sich mehrfach wiederholen sollen, als Schleifen programmieren.
- Hierfür den Block wiederhole x mal verwenden
- Hierfür eine bestimmte Zeitansage beispielhaft programmieren
- Die besondere Funktion der Schleife wiederhole unendlich oft rekapitulieren
- Eine individuelle Designer-Uhr als Modell gestalten
Rahmengeschichte Sequenz 7
Wie spät ist es eigentlich? Müssen unsere Gäste bald nach Hause gehen? Die Freunde sollen sich schließlich auf den Weg machen, bevor es dunkel wird. Schau´n wir mal nach. Oh, es ist schon 6 Uhr! Calina drückt schnell eine Signaltaste und Nepo und Roberta machen sich sofort für den Heimweg fertig.
Calina und Jope haben übrigens für jede Uhrzeit eine andere Coding-Idee. Ob sie es wohl auch schaffen, hierfür verschiedene Signalgeber zu bauen?
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
- Code(s) kreativ variieren / erfinden (ggf. inklusive Planungsskizze)
- Code(s) fertigprogrammieren --> Code auf Calliope mini übertragen
- Gesprächsaspekte
- Welche Komponenten, Befehle, Blöcke sind bereits bekannt?
- Welche Komponenten, Befehle, Blöcke sind neu?
- Was ist Besonderes zu beachten? Was funktioniert gut? Was ist nicht möglich?
- Welches sind die möglichen Varianten?
- Neue Begriffe aus der Fachsprache
- Fragen, Schwierigkeiten, bisherige Erfahrungen,...
Erarbeitung 2 (Modellbau)
- 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.
Lehrperson
- PC/Notebook/Tablet, Beamer, Leinwand (oder Interaktive-Board)
- mehrere Calliope mini (mit unterschiedlichen aufgespielten Programmen zur Demonstration)
Schülerinnen und Schüler
- 1 Calliope mini pro 2 Kinder
- PC oder Tablet
- zu öffnen: www.calliope.cc, Editor open Roberta (NEPO), eigener Account, eigenes Programm
- Plakate und Modelle
- Modellbaumaterial
- Modelle (Arbeitsergebnisse der Schülerinnen und Schüler (sukzessive Fertigstellung)
- Schülerarbeitsblatt (für die laufende UE)
Angestrebtes Unterrichtsergebnis
- Vielfältige Codes schreiben, jeweils unter Nutzung von Schleifen als Programmierwerkzeug zum Coden von sich wiederholenden Befehlen und Sequenzen, unter dem inhaltlichen Aspekt eines Design-Signalgebers.
- Modellhafte Nutzung des Calliope mini (ggf. mit Drahtverlängerungen) und entsprechendes Ausbauen des Modellhauses.