Eigene Programme erstellen: Programmieren mit dem Calliope mini

Dieser Fachartikel zum Thema "Eigene Programme erstellen – Programmieren mit dem Calliope mini" beschreibt, wie bereits Kindern der Grundschule die Grundlagen des Programmierens näher gebracht werden können. Zum Programmieren wird der Mikrocontroller "Calliope mini" verwendet. Der Artikel wurde im Kontext des von der Deutschen Telekom Stiftung geförderten Programms "Digitales Lernen Grundschule" entwickelt.

Hintergründe zum Projekt

Im Rahmen einer Explorationsstudie der Universität Bremen wurde mit dem Calliope mini gearbeitet. Dies ist ein sogenannter Mikrocontroller, der explizit dafür entwickelt wurde, Grundschulkindern erste eigene Programmiererfahrungen zu ermöglichen. Der Calliope mini kann puzzelnd programmiert werden. Das bedeutet, dass nicht direkt eine Programmiersprache zur Programmierung verwendet wird. Einzelne Programmier-Elemente in Form von Puzzleteilen werden zusammengesetzt. So können auch nur Teile zusammengesetzt werden, die funktional zusammenpassen. Der Mikrocontroller reagiert dann entsprechend der Programmierung auf Knopfdruck oder auf Umgebungsbedingungen wie Licht, Schütteln, Wärme oder seine eigene Lage und zwar indem er beispielsweise blinkt, Laufschrift anzeigt, etwas steuert oder Töne erzeugt. Benötigt werden ein Computer (Laptop, Tablet oder ähnliches), ein Calliope mini und eigene Ideen oder Anregungen.

Insgesamt wurden im Projekt sechs Unterrichtsvorschläge entwickelt, deren Ziel es war, Grundlagen der Programmierung bereits im Grundschulalter begreifbar zu machen. Diese wurden in drei verschiedenen Schulen erprobt. Dabei sollte Verschiedenes in Erfahrung gebracht werden:

  • Was brauchen Lehrkräfte, um mit Kindern im Grundschulunterricht zu programmieren?
  • Was verstehen Kinder?
  • Welche Ideen und Umsetzungen können sie in kleinen Teams selbstständig entwickeln?
  • Welche Randbedingungen sind nötig, um den Calliope mini erfolgreich im Deutsch-, Sach- oder Mathematik-Unterricht einzusetzen?

Die Unterrichtseinheiten wurden in insgesamt sechs Module eingeteilt. Modul 1 dient dabei der Einführung "Was ist Programmieren?" Die übrigen fünf Module lassen sich weitestgehend unabhängig voneinander durchführen. Als Basis ist jedoch immer die Durchführung des ersten Moduls empfohlen.

Informatische Bildung in der Grundschule

Die Schülerinnen und Schüler der heutigen Generation wachsen als Digital Natives auf. Technik gehört rund um die Uhr zum Alltag vieler Kinder. Die reine Nutzung der Geräte führt jedoch nicht zu einem Grundverständnis der Funktionsweisen. Es bietet sich also an, informatische Konzepte bereits in der Grundschule einzuführen. Dies soll durch forschendes Lernen, algorithmisches Denken und vor allem lebensweltnah umgesetzt werden.

Türen, die sich öffnen, wenn man sich ihnen nähert, Rolltreppen, die anspringen, wenn man sie betritt, Bedarfsampeln, Apps auf dem Smartphone – wir alle begegnen im Alltag oft unbewusst programmierten Funktionen und Geräten. Wie Steuerungen für Geräte aufgebaut sind und was nötig ist, um per Knopfdruck eine Laufschrift zu starten, können Kinder am besten erfahren, indem sie selbst solche Programme erstellen. Der Calliope mini lässt sich beispielsweise so programmieren, dass er als Alarmanlage für eine Schatztruhe eingesetzt werden kann: Wenn der Deckel der Truhe geöffnet wird, fällt Licht auf den Lichtsensor und ein Warnton ist zu hören.

Unterrichtsvorschlag "Sensoren und Aktoren (Alarmanlage)"

Im Folgenden wird eine Einheit aus den Handreichungen (siehe Linkliste am Ende der Seite) exemplarisch dargestellt. Dabei wird gezeigt, wie Schülerinnen und Schüler der Grundschule mit dem Calliope mini eine kleine Alarmanlage produzieren. Diese lässt sich fächerübergreifend in den Sachunterricht einbetten und ist auf etwa zwei Unterrichtsstunden ausgelegt. Ziel der Einheit ist es, dass Schülerinnen und Schüler den Unterschied zwischen Sensoren und Aktoren begreifen. Sensoren können Dinge erfassen, zum Beispiel ein Temperatur-Sensor. Aktoren können hingegen Dinge bewirken.

Ablauf

Nach einem Einstieg kann ein Gespräch darüber folgen, welche Sensoren und Aktoren den Schülerinnen und Schülern aus ihrem Alltag bekannt sind. Mögliche Antworten sind hier Türen, die sich automatisch bei Annäherung öffnen oder Straßenlaternen, die anfangen zu leuchten, wenn es dunkel wird. Anschließend erfolgt die Definition der Begrifflichkeiten und wie diese in Beziehung zueinander stehen.

Daraufhin beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Lichtsensor: Diesen können die Lernenden auf dem Calliope mini identifizieren. Zudem erfolgt eine Einteilung, ab welchen Werten Licht hell und ab welchen es dunkel ist.

Nach der theoretischen Einführung besprechen die Schülerinnen und Schüler, wofür eine Alarmanlage genutzt werden kann: Haustür, Tresor oder auch Keksdose. Somit kann auf andere Sensoren eingegangen werden (Lichtsensor, Lagesensor).

Es ist in allen Einheiten üblich, dass mit den Schülerinnen und Schülern gemeinsam überlegt wird, welche Bausteine sie für nun für die Programmierung benötigen. Der entsprechende Code wird abschließend auf dem Calliope mini gesichert und kann beispielsweise an einer Box oder einem Schuhkarton getestet werden.

Didaktisch-methodische Hinweise und Empfehlungen

Es erscheint sinnvoll, wenn diese Unterrichtseinheit in eine kleine Geschichte eingearbeitet wird, zum Beispiel: "Stellt euch vor, ihr habt eine Box, in der ihr etwas sehr Wertvolles aufbewahren wollt. Ihr möchtet nicht, dass eine andere Person an den Inhalt eurer Box kommt. Deshalb möchtet ihr eine Alarmanlage programmieren, um eure Box zu schützen. Was benötigt ihr dafür?" Die Geschichte kann natürlich entsprechend der aktuellen Unterrichtsthemen angepasst und verändert werden. Dies gilt auch für die Programmierung: Soll der Alarm losgehen, wenn die Box geöffnet wird oder bereits, wenn die Box bewegt wird?

Einen detaillierten Ablaufplan, Arbeitsblätter und nähere Erläuterungen finden Sie in der folgenden Linkliste. Dort sind auch alle weiteren Unterrichtsvorschläge mit den entsprechenden Handreichungen zu finden.

Herausgeber

Digitales Lernen Grundschule

Die Materialien sind im Projekt "Digitales Lernen Grundschule" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden.

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