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Lehrerhandreichung zur Bremer Explorationsstudie Calliope mini - Modul 2

Authors:

Abstract

In dieser Einheit lernen die Schüler*innen, anhand einer kleinen Geschichte Programmieraufgaben selbstständig zu lösen. Es wurden fünf Programmieraufgaben gestellt. Dabei können die Schüler*innen ihr bisheriges Wissen zur Bedienung des Editors und Mikrocontrollers Calliope mini vertiefen. Diese Einheit wurde für die fächerübergreifende Medienbildung und den Sachunterricht entwickelt. Unterrichtszeit: ca. eine Stunde.
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LEHRERHANDREICHUNG ZUR BREMER
EXPLORATIONSSTUDIE CALLIOPE MINI
MODUL 2
Roboter Rumpelstilzchen
Autor*innen:
Iris Bockermann, Simon Engelbertz, Saskia Illginnis, Antje Moebus, Lydia Murmann,
David A. Reid, Heidi Schelhowe
Deckblattgestaltung:
Claire Granereau
In Zusammenarbeit mit dem Landesinstitut für Schule Bremen (LIS)
2. Version, Oktober 2018
Ermöglicht durch die Deutsche Telekom Stiftung
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INHALTSVERZEICHNIS
I. Abbildungsverzeichnis ................................................................................... 3
II. Abkürzungen .................................................................................................. 3
III. Über diese Handreichung .............................................................................. 4
IV. Die Unterrichtseinheiten................................................................................ 4
1. Roboter Rumpelstilzchen .............................................................................. 8
1.1 Kurze Beschreibung der Einheit .............................................................. 8
1.2 Empfehlungen/ Tipps/ Praxisbeispiel(e) .................................................. 9
1.3 Übersicht „Roboter Rumpelstilzchen“ .................................................. 11
1.4 Zeitlicher und inhaltlicher Aufbau ........................................................ 12
1.5 Arbeitsblätter ........................................................................................... 14
3
I. ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 1: Übersicht über die Unterrichtseinheiten ................................................ 4
Abbildung 2: Material zur Unterrichtseinheit 'Roboter Rumpelstilzchen' .................. 9
II. ABKÜRZUNGEN
Die Unterrichtsmaterialien bestehen pro Unterrichtseinheit jeweils aus einer Über-
sicht, dem Unterrichtsverlauf und den Arbeitsblättern. Folgende Abkürzungen sind
aufgeführt:
AN = Anleitung
ÜB = Übungsblatt
ÜA = Übungsaufgabe
SP = Spiel
VÜ = Vorüberlegung
WB = Wissensbit
4
III. ÜBER DIESE HANDREICHUNG
Was ist ein Mikrocontroller? Was hat er mit der Technik in meinen alltäglich genutzten
Gegenständen zu tun? Diesen Fragen gehen wir in dieser Handreichung unter anderem
nach. Sie soll eine praktische Hilfestellung für den Einstieg in die informatische
Grundbildung im Primarbereich liefern und damit einhergehend das Verständnis der
Schüler*innen in Bezug auf ihre digitale Lebenswelt fördern.
Neben einer theoretischen Rahmung werden die ersten Schritte der Inbetriebnahme
des Mikrocontrollers Calliope mini im Modul 1 gezeigt sowie praktische Arbeitsma-
terialien für den Unterricht bereitgestellt. So kann der Mikrocontroller mit neuen
grundschuldidaktischen Unterrichtskonzepten im Unterricht eingesetzt werden.
Diese Konzepte wurden bereits in Grundschulen getestet und modifiziert, so dass ne-
ben der Beschreibung der verschiedenen Unterrichtseinheiten auch Praxisbeispiele
und Tipps bereitgestellt werden. Die Arbeitsmaterialien lassen sich beispielhaft in die
Fächer ‚Sachunterricht‘ oder ‚Mathematik‘ bzw. in die fächerübergreifende Medien-
bildung einbetten, können darüber hinaus aber auch flexibel in anderen Grundschulfä-
chern, wie zum Beispiel Kunst oder Sport, eingesetzt werden
IV. DIE UNTERRICHTSEINHEITEN
Es wurden für die Arbeit mit dem Calliope mini in der Grundschule exemplarisch
sechs Unterrichtseinheiten ausgearbeitet. Wir empfehlen, die Unterrichtseinheit „Was
ist Programmieren?” (Modul 1) als Grundlage für weitere Unterrichtseinheiten zu neh-
men.
Abbildung 1: Übersicht über die Unterrichtseinheiten
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Im Anschluss können je nach Interesse oder Unterrichtsfach die anderen Un-
terrichtseinheiten (Module 2-6) behandelt werden. In den Unterrichtsverläufen, die es
für jede Unterrichtseinheit gibt, steht jeweils, in welche Fächer sich diese einordnen
lassen und wie viel Zeit einzuplanen ist. Dabei können die Unterrichtseinheiten in ihrer
Tiefe und im zeitlichen Aufwand variiert werden.
Im Folgenden werden die sechs Unterrichtseinheiten, die für die Explorationsstudie
entwickelt wurden, vorgestellt. Da die fächerübergreifende Medienbildung nicht als
eigenes Fach ausgewiesen ist, wurden die Unterrichtseinheiten nach der inhaltlichen
bzw. thematischen Ausrichtung zusätzlich entweder dem Sach- oder Mathematikun-
terricht zugeordnet.
1. Was ist Programmieren?
Diese Einheit besteht aus insgesamt drei in sich abgeschlossenen Teilen. Ziel dieser
Einheit ist es, die Schüler*innen an die grundlegenden Begriffe und Konzepte von
Informatiksystemen heranzuführen und sie mit den ersten Schritten des Programmie-
rens vertraut zu machen. Die Einheit wurde für den Sachunterricht und die fächerüber-
greifende Medienbildung entwickelt. Unterrichtszeit: ca. drei Stunden.
1.1 Algorithmus, Programm und Programmieren
Im ersten Teil werden die Schüler*innen mit informatischen Begriffen, wie Algorith-
mus‘, ‚Programm‘ und ‚Programmieren‘, vertraut gemacht. Den Begriff des Algorith-
mus lernen sie am Beispiel des Fieberthermometers kennen. Im Anschluss können sich
die Schüler*innen Gedanken darüber machen, welche Algorithmen sie im Alltag ken-
nen und wie zum Beispiel eine Smartwatch funktioniert.
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1.2 Mikrocontroller
Im zweiten Teil lernen die Schüler*innen den Mikrocontroller kennen. Ziel ist es, die
Komponenten und Funktionen des Mikrocontrollers kennenzulernen. Dies umfasst
auch, dass sie den Mikrocontroller an den Computer anschließen und von ihm trennen
sowie die Energieversorgung mittels Batterie herstellen können.
1.3 Datei, Ordner und Speichern
In diesem dritten Teil wird geübt, mit dem Computer/Laptop, der Tastatur, der Maus
und dem Internetbrowser umzugehen. Ziel ist es vor allem, den Weg des Speicherns,
also die Sicherung der Daten, kennenzulernen. Diese Unterrichtseinheit wurde im
Laufe des Projektes erstellt und daher nicht in allen Lerngruppen durchgeführt. Sie
wird der Vollständigkeit halber hier mit dargestellt.
2. Roboter ‚Rumpelstilzchen’
In dieser Einheit lernen die Schüler*innen, anhand einer kleinen Geschichte Program-
mieraufgaben selbstständig zu lösen. Es wurden fünf Programmieraufgaben gestellt.
Dabei können die Schüler*innen ihr bisheriges Wissen zur Bedienung des Editors und
Mikrocontrollers Calliope mini vertiefen. Diese Einheit wurde für die fächerübergrei-
fende Medienbildung und den Sachunterricht entwickelt. Unterrichtszeit: ca. eine
Stunde. Sie wurde im Laufe des Projektes erstellt und daher nicht in allen Lerngruppen
durchgeführt. Sie wird der Vollständigkeit halber hier mit dargestellt.
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3. Hüpf-/Klickzähler (Thema Variablen)
Thematisch geht es beim Hüpf- oder Klickzähler um Variablen und darum, wie diese
programmiert werden können. Diese Einheit wurde für das Fach ‚Mathematik‘ und die
fächerübergreifende Medienbildung entwickelt. Unterrichtszeit: ca. eine bis zwei
Stunden.
4. Nachrichten senden (Thema ‚Funk’)
In dieser Einheit findet ein spielerischer und kreativer Einstieg in das Thema Funk
statt. Die Schüler*innen sollen in Grundzügen verstehen, wie Nachrichten kabellos
gesendet und empfangen werden können. Diese Einheit wurde für das Fach Sachun-
terrichtund die fächerübergreifende Medienbildung entwickelt. Unterrichtszeit: ca.
zwei Stunden.
5. Zufallsgenerator-Würfel (Thema Wahrscheinlichkeiten
und Zufall“)
In dieser Einheit lernen die Schüler*innen, einen digitalen Würfel zu programmieren
und zu benutzen. Dabei wird auf das Konzept von Zufallszahlen eingegangen und auf
die Programmierung des digitalen Würfels übertragen. Die Einheit wurde für das Fach
Mathematikund die f.cherübergreifende Medienbildung entwickelt. Unterrichtszeit:
ca. zwei Stunden.
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6. Alarmanlage (Thema „Sensoren und Aktoren“)
In dieser Einheit wird eine Alarmanlage programmiert. Sie lässt sich in das Fach ‚Sa-
chunterricht und die fächerübergreifende Medienbildung einbetten und dauert ca.
zwei Stunden. Ziel ist es, dass die Schüler*innen das Konzept von Sensoren und Ak-
toren kennenlernen und es beim Programmieren des Mikrocontrollers anwenden kön-
nen. Diese Einheit wurde für das Fach ‚Sachunterricht‘ und die fächerübergreifende
Medienbildung entwickelt. Unterrichtszeit: ca. zwei Stunden.
1. ROBOTER RUMPELSTILZCHEN
1.1 KURZE BESCHREIBUNG DER EINHEIT
In dieser Einheit lernen die Schüler*innen, anhand einer kleinen Geschichte,
Programmieraufgaben selbstständig zu lösen. Diese Einheit lässt sich fächer-
übergreifend durchführen oder in den Sachunterricht einbetten und dauert ca.
eine Unterrichtsstunde.
Dabei können die Schüler*innen ihr bisheriges Wissen zur Bedienung
des Editors und des Mikrocontrollers Calliope mini vertiefen.
Die Lehrkraft trägt eine kleine Geschichte vor, in der es darum geht,
dass Calli ihre Mutter aus dem Reich des Roboters „Rumpelstilzchen“ befreien
soll. Dafür bekommen die einzelnen Kleingruppen einen Laufzettel und fünf
Aufgabenkärtchen. Um Callis Mutter zu befreien, müssen sie diese fünf Auf-
gaben „1. Zugangskontrolle“, „2. Schlafzauber“, „3. Schüttelzauber“,
„4. Farbrätsel“ und „5. Siegesmelodie“ erfolgreich programmieren und auf
den Calliope mini speichern.
Alle Aufgaben können in einem Projekt untereinander programmiert
werden, so dass der Calliope mini zum Ende auch mehrere Programmierungen
aufweist. Als Anerkennung und um deutlich zu machen, was die Kinder ge-
schafft und gelernt haben, kann eine Urkunde ausgeteilt werden.
9
1.2 EMPFEHLUNGEN/ TIPPS/ PRAXISBEISPIEL(E)
Es bietet sich an, die Aufgabenkärtchen farbig auszudrucken und zu la-
minieren. So können auch mehrere Schüler*innen-Gruppen damit arbeiten. Pro
Gruppe sollten nicht mehr als drei Schüler*innen beteiligt sein, da sie sonst
nicht gut gemeinsam am Computer/Laptop arbeiten können.
Die Aufgaben müssen im Prinzip nicht in der Reihenfolge, in der sie
aufgeführt sind (von 1. nach 5.), bearbeitet werden. Es wäre aber für den Auf-
bau der Geschichte zu empfehlen. Gut wäre, wenn alle Programmierungen un-
tereinander im Editor gespeichert werden, um sie später auf den Calliope mini
zu sichern und abzuspielen.
Wenn es in der Stunde zeitlich nicht gelungen ist, Callis Mutter zu ret-
ten, sollten die Schüler*innen an einem anderen Termin noch einmal Zeit dafür
erhalten. Die Freude über eine Urkunde als Anerkennung ist groß und in der
Regel wird sie stolz eingeheftet und zu Hause Eltern, Geschwistern und Freun-
den gezeigt.
Abbildung 2: Material zur Unterrichtseinheit 'Roboter Rumpelstilzchen'
Nach unserer Erfahrung können sich die Schüler*innen gut in die Ge-
schichte einfühlen und einen persönlichen Bezug zu ihr herstellen. Die Tipps
auf den Arbeitskarten finden nicht immer automatisch Beachtung. Daher sollte
im Laufe des Miteinanderarbeitens mehrmals darauf hingewiesen werden, so
dass die Schüler*innen lernen, durch Nachschauen und Prüfen der Tipps selbst-
ständig die Aufgaben lösen.
1.3 ÜBERSICHT „ROBOTER RUMPELSTILZCHEN“
Inhalt
In dieser UE lernen die Schüler*innen anhand einer kleinen
Geschichte Programmieraufgaben selbstständig zu lösen.
Fach
Fächerübergreifende Medienbildung
Sachunterricht
Lernziele
Die Schüler*innen können ihr bisheriges Wissen zum
Editor, Programmieren und Speichern vertiefen.
Sie können die Lernkarten in Kleingruppen selbstständig
bearbeiten.
Zeit
Eine Stunde
Klassenstufe
Ab der 3. Klasse
Voraussetzung
Internetzugang, Computer/Laptops, Calliope-Mikrocontroller
Material
2. Unterrichtsverlauf "Roboter 'Rumpelstilzchen'"
2.1 Laufzettel
2.2 Zugangskontrolle einschließlich Tipps
2.3 Schlafzauber einschließlich Tipps
2.4 Schüttelzauber einschließlich Tipps
2.5 Farbrätsel einschließlich Tipps
2.6 Siegesmelodie einschließlich Tipps
2.7 Urkunde
1.4 ZEITLICHER UND INHALTLICHER AUFBAU
Zeit
Sozialform
Inhalt
Material
Bemer-
kung
5 Min
Plenum
Nach der Begrüßung wird die letzte Stunde
wiederholt.
5 Min
Plenum/ Sitz-
kreis
Die Lehrkraft trägt eine kleine Geschichte vor,
in der Calli ihre Mutter aus dem Reich von Ro-
boter "Rumpelstilzchen" befreien muss:
Ihr habt jetzt schon erste Schritte im Program-
mieren gemacht. Könnt ihr Calli helfen? Callis
Mutter wird in dem Reich des Roboters "Rum-
pelstilzchen" gefangen gehalten! Durch die Lö-
sung von fünf Rätseln könnt ihr Callis Mutter
befreien.
Ihr müsst die Aufgaben in der richtigen Reihen-
folge lösen. Dabei sollen alle Programmcodes
in dem gleichen Projekt bearbeitet und gesi-
chert werden.
Titel: "Befreiung aus Roboter "Rumpel-
stilzchens" Reich
1. Zugangskontrolle
Zuerst muss Roboter "Rumpelstilzchen" erfah-
ren, mit wem er es zu tun be-
kommt! Überlegt euch zusammen einen
Gruppennamen. Beim Start des Calliope
soll euer Gruppenname angezeigt wer-
den
2. Schlafzauber
Roboter "Rumpelstilzchen" wettet, dass ihr es
nicht schafft, ihn zum Schlafen zu brin-
gen. Ein schlafendes Bild/Smiley muss
gezeigt werden, wenn Knopf A gedrückt
wird. So schläft er sofort ein!
3. Schüttelzauber
Den Schüttelzauber braucht ihr, damit sich
das Tor zum Verließ des Roboters "Rum-
pelstilzchens" öffnet. Wenn der Calli-
ope geschüttelt wird, muss er ein Ja-
Häkchen anzeigen. Dann ist das Tor of-
fen!
4. Farbrätsel
Das Tor zum Verließ ist offen! Jetzt muss Cal-
lis Mutter nur noch den Weg nach drau-
ßen finden. Dauerhaft muss ein blaues
Licht erscheinen. So findet Callis Mutter
den Weg zurück.
2.1 Laufzettel
mit der Kurz-
geschichte
und den Auf-
gaben, die
von der Lehr-
kraft abgehakt
werden.
Plenum/ Sitz-
kreis
5. Siegesmelodie
Toll! Ihr habt es geschafft! Jetzt erstellt noch eine
Melodie, damit der Roboter "Rumpelstilzchen"
mit einem Zauberbann für 100 Jahre im Ver-
ließ festgehalten wird. Wenn Knopf A und
Knopf B gedrückt werden, sollen die No-
ten "Middle C", "High C", "Middle G", "Mi-
ddle E", "Middle F", "Middle G" und "Mi-
ddle C" zu hören sein.
Wenn alle Rätsel gelöst sind, sind Calli und
ihre Mutter wieder glücklich vereint!
Die Codes
sollen alle
in ein Pro-
jekt ge-
speichert
werden.
40 Min
Partner-
arbeit
Die Schüler*innen sollen sich nun in Kleingruppen
(am besten zu zweit) zusammenfinden.
Sobald sie ihre Gruppe gefunden haben, bekom-
men sie die Aufgabenkärtchen. Auf der Vorder-
seite steht ein Teil der Geschichte und auf der
Rückseite stehen Tipps.
Sie arbeiten die Lernkarten nacheinander ab. So-
bald sie mit einer Karte fertig sind, muss die Lehr-
kraft ihr Ergebnis abnehmen.
Dabei soll jeder/jede Schüler*in erklären können,
warum dieser Code der Richtige ist (Lösungsweg).
Für jede Aufgabe haben die Schüler*innen ca. 5
bis 10 Minuten Zeit. In dieser Zeit sollen sie selbst-
ständig arbeiten und nur fragen, wenn sie gar
nicht weiterkommen.
Nach dieser Zeit präsentieren die Gruppen der
Lehrkraft kurz ihre Ergebnisse und die Lehrkraft
macht ein Häkchen auf dem Laufzettel.
Wenn alle Rätsel gelöst sind, gibt es eine Ur-
kunde
Fünf Aufga-
benkärtchen
(2.2 bis 2.6)
Urkunde
5 Min
Plenum/ Sitz-
kreis
Die Schüler*innen berichten, ob sie Callis Mutter
retten konnten und wie die Arbeit in der Gruppe
funktioniert hat.
Die Lehrkraft fragt sie, wo sie ihrer Meinung nach
noch Schwierigkeiten haben.
5 Min
Einzelarbeit
Plenum
Die Schüler*innen heften ihre Arbeitsergebnisse in
ihre Calliope-Mappe ein.
Die Ergebnisse werden präsentiert und die Unter-
richtseinheit wird resümiert sowie geschlossen.
2.1Laufzettel: BefreiungausdemReichdes
Roboters"Rumpelstilzchen"
IhrhabtjetztschonersteSchritteim
Programmierengemacht.
CallisMutterwirdimReichdesRoboters
"Rumpelstilzchen"gefangengehalten!Durch
LösungvonfünfRätselnkönntihrCallisMutter
befreien.DafürmüsstihrdieAufgabeninder
richtigenReihenfolgelösen.Hinweis:Die
AufgabensollenamEndealleineinem
Programmsein.
Aufgabe
1.
2.
3.
4.
5.
KönntihrnunCallihelfen?
Erledigt?
2.2Zugangskontrolle
Zuerst muss Roboter "Rumpelstilzchen"
erfahren, mit wem er es zu tun bekommt!
Überlegt euch zusammen einen
Gruppennamen. Beim Start des
Calliopes soll euer Gruppenname
angezeigt werden.
Tipps
IhrbrauchtzweiBefehle.
DieBefehle"beimStart"und"zeigeZeichenfolge"findetihr
unterdemBlock.
Der Befehl "beim Start" befindet sich ganz unten im Block   
       . Um den Befehl sehen und auswählen zu können,
musst du nach ganz unten scrollen.
2.3Schlafzauber
Roboter "Rumpelstilzchen" wettet, dass
ihr es nicht schafft, ihn zum Schlafen zu
bringen.
Ein schlafender Smiley muss gezeigt
werden, wenn Knopf A gedrückt wird.
So schläft er sofort ein!
Tipps
Ihr braucht zwei Befehle.
Den Befehl "wenn Knopf A gedrückt"findet ihr unter dem
Block       .
Den Befehl "show icon" (zeige Bild) findet ihr unter dem Block 
        .
Wenn ihr auf dieses Feld       klickt, findet ihr eine große  
Auswahl an Bildern.
'Schlafend' heißt im Englischen "asleep".
2.4Schüttelzauber
Den Schüttelzauber braucht ihr, damit
sich das Tor zum Verlies des Roboters
"Rumpelstilzchens" öffnet.
Wenn der Calliope geschüttelt wird,
muss er ein Ja-Häkchen“ anzeigen. Dann
ist das Tor offen!
Tipps
Ihr braucht zwei Befehle.
Den Befehl "wenn geschüttelt"findet ihr unter dem Block     
     .
Das "ja-Häckchen" findet ihr wieder beim Befehl "show icon"  
(zeige Bild) unter dem Block          .
"Ja" heißt im Englischen "Yes".
2.5Farbrätsel
Das Tor zum Verlies ist offen!
Jetzt muss Callis Mutter nur noch den
Weg nach draußen finden.Dauerhaft
muss ein blaues Licht erscheinen.So
findet Callis Mutter den Weg aus dem
schrecklichen Verließ.
Tipps
Ihr braucht zwei Befehle.
Die Befehle "dauerhaft"und "setze LED-Farbe auf" findet ihr
unter dem Block         .    
Wenn ihr auf das Feld       klickt, könnt ihr zwischen neun
unterschiedlichen Farben wählen   
2.6Siegesmelodie
Toll! Ihr habt es fast geschafft! Jetzt erstellt noch
eine Melodie, damit der Roboter
"Rumpelstilzchen"mit einem Zauberbannfür 100
Jahre im Verlies festgehalten wird.
Wenn dieKnöpfe A und Bgedrückt werden,
sollendie Noten "Middle C", "High C", "Middle
G", "Middle E", "Middle F", "Middle G" und
"Middle C" gespielt werden.
Tipps
Ihr braucht zwei Befehle.
Den Befehl "wenn Knopf A+B gedrückt"findet ihr unter
demBlock        .
Wenn ihr auf das Feld    klickt, findet ihr die
Kombination"A+B".
Den Befehl "spiele Note" findet ihr unter dem Block        .
Wenn ihr auf das Feld        klickt, öffnet sich ein Feld mit
Klaviertasten. Hier könnt ihr die passenden Noten auswählen.
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