Lernfeld Automatisierte Prozesse

Unterschiedliche, überschaubare Physical Computing Projekte bilden bei diesem Materialpaket den Kontext für den Einstieg in die Algorithmik. Als Sensor-Aktor-System kommt dabei der Calliope mini zum Einsatz. Neben den Sensoren und Aktoren wird auch das Funkmodul des Calliope verwendet. Abschließend wird das EVA-Prinzip sowohl auf Software- als auch auf Hardwareebene am Beispiel des Calliope mini veranschaulicht. Die Materialien eignen sich für den Einstieg in die Algorithmik bereits ab Klasse 6.

Im ersten Teil dieser Unterrichtseinheit lernen die Schüler*innen die gezielte Bewegung eines Roboters mit Fahrgestell mithilfe zweier Motoren. Im zweiten Teil kommt die Reaktion auf die von den Sensoren gemessenen Werte hinzu. Der Schwerpunkt liegt auf der Rekonstruktion bekannter Systeme aus dem Alltag.
Die Materialien wurden in der neuen Version an die Programmierumgebung LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 Classroom sowie das neue Roboterset LEGO® Education Spike^TM Prime angepasst.

Im Rahmen dieser Unterrichtsreihe entwickeln Schüler*innen eigenständig Ideen für ein "Fitnessarmband der Zukunft". Im Vordergrund steht dabei der kreative Charakter sowie das Erschaffen eines eigenen, tatsächlich funktionsfähigen Produktes. Als Werkzeug wird der Calliope mini verwendet, der verschiedenste zur Umsetzung von Schüler*innenideen nötige Sensoren zur Verfügung stellt.

In diesen Materialien steht das algorithmische Problemlösen mit dem App-Inventor unter Verwendung von Sensoren und Aktoren des Smartphones im Vordergrund. Die Arbeitsblätter und Leitfäden bieten zum Teil unterschiedlich gestufte Hilfen an und können sowohl in Lerngruppen mit als auch ohne Programmiervorerfahrungen eingesetzt werden. Zusätzlich laden ausgewählte Beispiele zur Diskussion über Chancen und Risiken der selbst implementieren Funktionalitäten ein.

Informatiksysteme begegnen uns überall, sei es der Rasenmähroboter im heimischen Garten, ein Fahrassistenzsystem im Auto oder eine Lichtschranke zum Zählen der Besucher einer Veranstaltung. Viele Systeme lassen sich bereits mit Mitteln der Schulinformatik rekonstruieren. In diesem Materialpaket werden zwei Beispiele konkret angeleitet sowie eine Vielzahl weiterer Ideen zur Rekonstruktion von Informatiksystemen im Alltag aufgelistet. Als Werkzeuge werden Calliope mini oder der Roboter LEGO® MINDSTORMS® Education EV3 verwendet, alternativ können ausgewählte Beispiele in Scratch 3.0 oder Snap! simuliert werden.

Mithilfe dieser von Andreas Flemming entwickelten Software können Sensordaten unterschiedlicher Sensorboards (unter anderem des Calliope mini) an Snap! weitergeleitet werden.

Im Rahmen des Leitfadens konstruieren die Schüler*innen Schaltnetze aus den Grundgattern UND, ODER sowie NICHT und verwenden die Darstellungsformen Schaltterm, Wahrheitstabelle und Schaltung aus Schaltsymbolen. Bei den Aufgaben wird nach Möglichkeit ein Kontextbezug zu Systemen aus der Lebenswelt der Schüler*innen hergestellt.
Weiterhin können in einem abschließenden Gruppenpuzzle die Standardschaltnetze Multiplexer, Demultiplexer, Komparator sowie Ansteuerung einer 7-Segmentanzeige untersucht werden.
Im unterrichtlichen Zusammenhang knüpfen die Schaltnetze an die Konstruktion von Sensor-Aktor-Systemen, z. B. mit dem Calliope mini an. Einfache Probleme, die mit Algorithmen ohne Variablen gelöst werden können, können alternativ als festverdrahtetes Schaltnetz realisiert werden.
Auch die Untersuchung der Hardwarekomponenten eines Rechners führt zu der Frage, wie die Daten auf der Ebene der Nullen und Einsen verarbeitet werden, so dass sich hier ein weiterer Anknüpfungspunkt bietet. Da das Themengebiet der technischen Informatik im niedersächsischen Kerncurriculum für die Oberstufe keinen Platz gefunden hat, bietet es sich an, entsprechende Vorstellungen zu den Vorgängen im Rechner in der Sekundarstufe I zu entwickeln.