Seit 2020 beschäftige ich mich mit »Calliope mini« in der Schule. Es begann in der Grundschule, wo ich Bundesfreiwilligendienst geleistet habe. Während der Schulschließung war es wohl das erste Ganztagsangebot, welches online als Videokonferenz über LernSax durchgeführt wurde. Inzwischen bin ich jeden Tag in einer anderen Schule.
»Calliope mini« ist ein kleiner Computer, der in die Hände von Kindern gehört. Mit einer LED Matrix, Tasten und Sensoren ist Hardware on Board, die mit Batterie auch unterwegs funktioniert. Auf makecode.calliope.cc oder mit der App Calliope mini kann mit Blöcken oder mit Script programmiert werden. Das ist sogar ohne Calliope zu Hause möglich, weil die Editoren auf dem Bildschirm einen Simulator anzeigen.
Im Gegensatz zu den Education-Baukästen für den Unterricht kann jedes interessierte Kind einen eigenen CALLIOPE besitzen. Mit dem überspielten Programm und der Batteriebox (im Lieferumfang) gibt es schon viele Anwendungsbeispiele auf der offiziellen Webseite calliope.cc oder makecode.calliope.cc.
In der Schule sind »Calliope mini« in ausreichender Stückzahl vorhanden. Zur Programmierung verwenden wir iPads mit der App Calliope mini und den Editor MakeCode. Auch Calliope Baukästen oder Calli:bot 2 können wir von der Schule benutzen.
Anders als im Unterricht können wir im GTA technische Modelle bauen und Elektronik-Module programmieren, die es in der Schule nicht gibt.
Als GTA-Leiter bringe ich das entsprechende Material mit. Mindestens 10 verschiedene »fischertechnik« Modelle können gleichzeitig gebaut werden. Außer den Baukästen, die viele Modelle enthalten, habe ich zusätzliche Bausätze für ein oder zwei Modelle nach Bedarf zusammen gestellt. Die Schülerinnen und Schüler finden nach Interesse und Erfahrung einfache und anspruchsvolle Modelle und können ohne Vorkenntnisse jederzeit anfangen.
Die einfachsten Modelle sind ohne Elektronik. Als nächstes bewegt sich etwas, mit
Achsen, Rädern und Zahnrädern. Bei vielen Modellen kann optional ein Motor oder
LED Beleuchtung angebaut werden.
→ Titel-Bild rechts: Traktor, Bollerwagen, Motorrad, Uhrwerk, Schaltgetriebe mit
Drehtisch
Für das folgende Fahrzeug habe ich verschiedene Bauanleitungen kombiniert. Ohne Elektronik entstand ein Prozessor. Mit zwei Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang ist das Getriebe programmierbar. Wie etwas funktionierte, als es noch keinen Computer gab, wird auch thematisiert. Zum Beispiel eine mechanische Ampelsteuerung. Ich habe das als Lehrling bei der Reichsbahn noch erlebt.
Wenn es passt, können die »fischertechnik« Motoren, Servo-Lenkung und LEDs mit CALLIOPE gesteuert werden. Teilweise kommen dafür externe Elektronik Module zum Einsatz. Zum Beispiel kann der Kran mehrere Motoren haben, die alle mit einem zweiten CALLIOPE mit Joystick über Bluetooth ferngesteuert werden können. Am Kran hängt ein Elektromagnet und fahren und lenken kann er auch - ferngesteuert. Das Kranauto im Titelbild ist übrigens noch ohne Elektronik, es muss verdrahtet und programmiert werden.
Schon voll funktionstüchtig ist das große Fahrzeug. »Calliope mini 1.3« ist über den Hinterrädern eingebaut. Es heißt deshalb CaR 4 (Calliope auf Rädern Version 4). CaR 4 kann mit Joystick ferngesteuert werden, aber auch eine programmierte Strecke fahren und dabei auf Sensoren reagieren. Sensoren sind: Helligkeit (Fototransistor), Entfernung (Ultraschall), 2 Spursensoren (Infrarot), Encoder (Umdrehungen Motor), Spannung und Strom (I²C-Modul) und 2 Tasten. Aktoren sind: Relais, Motor (I²C-Modul), Servo (Lenkung), Licht, Hupe und natürlich das LCD-Display (I²C-Modul) mit 16x2 Zeichen.
An CaR 4 Geschwindigkeit, Lenkung und Strecke von einem zweiten Calliope über Bluetooth
zu senden, ist eine leichte Aufgabe mit großer Wirkung. Benötigt wird nur ein CALLIOPE
mit Batteriebox, ein iPad mit MakeCode in der App und die von GitHub geladene Erweiterung
calliope-net/car4-sender.
So kann jeder seinen eigenen Sender bauen. Auf den Start Knopf drücken sollte aber
immer nur einer.
→ Fahrplan programmieren und an CaR 4 senden.
Die Erweiterung »CaR 4 Sender« (und viele andere) habe ich selbst programmiert und bei GitHub veröffentlicht. Mit den neuen Blöcken können Schülerinnen und Schüler sehr einfach 5 Teilstrecken programmieren, die ein Fahrzeug nach dem Senden dann abfahren soll.
Wenn in der Schule Calli:bot 2 vorhanden sind, kann jeder ein eigenes Fahrzeug in Bewegung versetzen.
An den neuen (schwarzen) »Calliope mini 3« können zwei große Motoren (bis 9V) gleichzeitig angeschlossen werden. Damit ist es zum ersten Mal möglich, die 100 Jahre alte Dampflock (Spur 0 mit eingebauter 4,5V Flachbatterie) einfach mit 4 Drähten (Batterie und Motor) in die Löcher vom »Calliope mini 3« zu stecken und fernzusteuern.
Am Hafenkran mit »Calliope mini 2« ist der Solar-Motor direkt angeschlossen und zwei weitere Motoren mit einem Qwiic Modul. Mit diesem I²C-Modul können alle in Schulen vorhandenen CALLIOPE auch Motoren steuern.
Mit einem neuen »fischertechnik« Baukasten kann man ein Uhrwerk bauen. Eine Umdrehung
der Kurbel ist eine Stunde (Titel-Bild rechts). Das hat mich motiviert, den Encodermotor
mit »Calliope mini 3« einzusetzen. Ich habe das mechanische Uhrwerk neu erfunden.
Eine Umdrehung der Motorwelle ist eine Minute. Ein Encoder meldet die Umdrehung
der Motorwelle an den Prozessor. Der Prozessor sagt nach 63,9 Impulsen Stop.
Schülerinnen und Schüler bekommen die Aufgabe, eine Kopie davon zu bauen. Und hier
sind die MakeCode Blöcke dazu:
→ calliope-net/uhrwerk-63.
Das OLED Display hat eine Auflösung von 128x64 Pixeln. Erweiterungen zum Anzeigen
von Text kann man bei MakeCode laden. Eine Matrix, in der jedes Pixel programmierbar
ist, gab es noch nicht. Nachdem »Calliope mini 2« einen Kreis malen konnte, war
es bis zur Analog Uhr nicht mehr weit. Den Algorithmus, einen Kreis und eine Linie
mit Pixeln zu zeichnen, hat übrigens die KI geliefert. Den richtigen Winkel für
die Uhrzeiger mit Sinus und Cosinus zu berechnen, hat sich ein Schüler ausgedacht.
Die Matrix für CALLIOPE ist im GTA ganz neu entstanden:
→ calliope-net/matrix.
»fischertechnik« kann auch - ganz ohne CALLIOPE - zeigen wie analoge Schaltungen mit Transistoren funktionieren. Das ist ein Garagentor. Dabei wollen wir uns aber nicht lange aufhalten. Wir machen lieber Digitalisierung.
Wer programmieren will, ohne fahrende Roboter zu bauen, kann an CALLIOPE alle möglichen
Elektronik-Module anstecken. Mehrere I²C Module gleichzeitig können an jeden CALLIOPE
- wie er aus der Verpackung kommt - an den linken Anschluss A0 gesteckt werden.
→ calliope-net.github.io/i2c-liste
Für Qwiic und Grove Module eignet sich »fischertechnik« hervorragend als Halterung. Die erzgebirgische Holz-Ampel wird mit einem GPIO Modul über I²C gesteuert. Auch der Händetrockner aus dem Schul-Baukasten hat ein 4-Ziffern-Modul bekommen, das die Helligkeit der Lichtschranke anzeigt. Ein Servo Funktionsmodell wird mit I²C Qwiic Joystick gelenkt. In der Mitte ist das größte LCD Display 20x4 Zeichen und ein Keypad mit 12 Tasten einfach an den I²C Bus angesteckt.
Rechts ist ein »Calliope mini 2« auf ein Calli:bot 2E gebaut. Wenn ein anderes Programm aus dem FLASH geladen wird, kann der selbe CALLIOPE an die 26-polige Steckerleiste angeschlossene Hardware steuern. Wird eine (Modelleisenbahn-) Tastatur angeschlossen, kann über den Lautsprecher Orgel gespielt werden. Im Bild ist eine 7-Segment-Anzeige an die Pins angeschlossen. Diese Anzeige lässt sich aber auch ohne Löten mit dem oben gezeigten GPIO-Modul über I²C steuern. Schülerinnen und Schüler bekommen die Aufgabe, die 7 Segmente so zu programmieren, dass die Ziffern 0 bis 9 nacheinander angezeigt werden.
Auf dieser Webseite sind alle Möglichkeiten erwähnt, die von mir angeboten werden können. Das beginnt mit dem ersten »fischertechnik« Modell nach Bauanleitung und geht bis zur Förderung älterer Schülerinnen und Schüler, die zu Hause auch programmieren oder Elektronik basteln und sich auf ein technisches Studium vorbereiten. Ich beantworte auch Fragen zwischen den Terminen. Neben GTA stehe ich gern für Projekte oder Mitwirkung im Unterricht mit meinem gesamten Material und Wissen zur Verfügung. Projekte sind auch in den Ferien z.B. im Hort denkbar.
Die Realität ist, dass ich nach 6 Unterrichtsstunden erschöpfte Schüler antreffe. In der Grundschule kommen sie immer wieder gern zum GTA. In der Oberschule blieb ich oft allein.
In der Situation ist es einfacher, mit den Händen Modelle zu bauen, als mit dem Kopf zu programmieren. Das Programmieren beschränkt sich oft auf MakeCode Blöcke zusammen schieben nach gedruckten Bildern. Lesen und machen was geschrieben steht, fällt in allen Schulen schwer. Man lässt sich lieber vom iPad ablenken.
Es sind die Mädchen, die überrascht sind, dass sie Bauanleitungen verstehen und beim Programmieren eine Wirkung erzielen können. Ich kenne auch nur Mädchen, die sich einen CALLIOPE gewünscht haben und sich damit zu Hause beschäftigen. Es sind auch Mädchen, die mich fragen wie etwas funktioniert. Es sind auch Mädchen, die von anderen Begeisterung spüren und sich nachträglich anmelden. Schade, dass in manchen Schulen überhaupt keine Mädchen zum GTA CALLIOPE kommen. Hier ist der Ort, wo Mädchen für technische Berufe gewonnen werden.
Hauptberuflich betreue ich mit Honorarvertrag die "pädagogisch genutzte Informationstechnik
in Schulen". Das sind iPads, Lehrerlaptops, digitale Tafeln, MNSpro und alles
was dazu gehört. Mit Mobile Device Management kann ich vieles im Home Office erledigen.
Vor Ort sind so wenige Stunden nötig, dass ich noch viel mehr Schulen betreuen könnte
- für ungefähr 300€ im Monat.
→ www.elssner.net
Lutz Elßner