Arduino-Kurs mit Tinkercad

In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich die Lernenden selbständig die Grundlagen zur Programmierung eines Mikrocontrollers und den Aufbau zugehöriger Schaltungen in Tinkercad.

  • Technik / Sache & Technik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co.
  • Sekundarstufe I
  • circa 5 Doppelstunden
  • Software
  • 12 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Tinkercad erlaubt den Aufbau, die Programmierung und die Simulation von Schaltungen mit verschiedenen Mikrocontrollern. Die Arbeitsergebnisse können vom Lehrenden eingesehen und gemeinsam bearbeitet werden. Tinkercad ist somit für den Einsatz im Distanzunterricht besonders gut geeignet. Mit diesem Arbeitsmaterial können erste einfache Programmieraufgaben in Tinkercad mit dem Arduino-Mikrocontroller durchgeführt werden (Ampelschaltung, Lichtorgel, dimmbare LED). Die Schülerinnen und Schüler lernen sowohl Sensoren als auch Aktoren kennen, die digital und analog ausgewertet beziehungsweise angesteuert werden. Die Grundlagen im Umgang mit Tinkercad sollten vorhanden sein.

Für die erste Aufgabe wird der Programmcode zunächst vorgegeben und untersucht. Die Vorgaben werden in den nachfolgenden Aufgaben sukzessive verringert und die Lernenden programmieren zunehmend selbständig.

Nach einer kurzen Vorstellung des Mikrocontrollers Arduino Uno und der Programmierumgebung in Tinkercad wird in der ersten Aufgabe "Hello World" zunächst der vorgegebene Code untersucht, indem ein Parameter verändert wird. Außerdem lernen die Schülerinnen und Schüler die Kommentarfunktion kennen sowie die allgemeine Struktur eines Programms.

Aufbauend darauf werden beim Bau einer Ampel die digitale Ansteuerung mehrerer LEDs, das Auslesen eines Pins mit angeschlossenem Taster sowie die Ansteuerung eines Buzzers für ein Blindensignal erlernt.

Der zweite Teil beschäftigt sich mit der analogen Auswertung von Spannungssignalen. Ein Drehregler steuert hier die Blinkgeschwindigkeit einer LED und in der zweiten Aufgabe eine Lichtorgel. Im letzten Teil kommt dann die analoge Steuerung der Helligkeit einer LED sowie einer Farb-LED hinzu.

Im Anschluss an den Kurs kann optional ein Projekt (Automatischer Teebereiter) durchgeführt werden, in dem die Lernenden ihre Kenntnisse umsetzen und erweitern können. In Meilensteinen werden die notwendigen Schritte beschrieben.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Vorkenntnisse

Die Lernenden benötigen keine Vorkenntnisse in Programmierung. Sie sollten aber über grundlegende Computerkenntnisse und den Umgang mit Tinkercad verfügen.

Didaktisch-methodische Analyse

Technik nimmt in unserem Leben einen immer höheren Stellenwert ein. Die Programmierung von Mikrocontrollern bietet hier einen einfachen Zugang und gleichzeitig motivierende Erfolgserlebnisse durch den Bau funktionierender Prototypen.

Über verschiedene Stufen nähern sich die Lernenden der Programmierung des Arduino Mikrocontrollers mittels Tinkercad an. Die einzelnen Arbeitsblätter bauen aufeinander auf und sind Voraussetzung für das (optionale) Absolvieren der Lernzielkontrolle und des Projekts zum automatischen Teezubereiter.

Unterrichtsmaterial "Arduino-Kurs" zum Download

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • erarbeiten sich die Grundlagen des Programmierens.
  • lernen den Arduino als Beispiel für einen Mikrocontroller kennen.
  • nutzen Tinkercad, um verschiedene Schaltungen aufzubauen und zu simulieren.
  • lernen, wie Technik (hier am Beispiel eines Teeautomats) in seinen Grundzügen funktioniert.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • erkennen den Wert des Tools Tinkercad, um reale Arduino Schaltungen zu simulieren, ohne dabei zum Beispiel LEDs bei falscher Verkabelung zu zerstören.
  • sichern ihre Arbeitsergebnisse digital auf Tinkercad.
  • nutzen den Computer darüber hinaus zur Recherche und zur Programmierung

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • arbeiten selbstständig (gegebenenfalls mit einem Partner oder einer Partnerin) mit vorbereitetem Material.

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Autorenteam

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Monika Veismann & Sören Eglitis

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Junior-Ingenieur-Akademie

Die Materialien sind im Programm "Junior-Ingenieur-Akademie" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden.