Projektlabor Robotik MINT grün

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1 Projektlabor Robotik MINT grün Format, Inhalte und Erfahrungen aus der Praxis Felix Bonowski, TU Berlin Duck of Vaucanson (public Domain)

2 Inhalt Bau von kleinen autonomen Robotern auf Arduino-Basis in Teams von 2-5 Studierenden Hardware: Arduino, Modellbau- und Prototyping- Komponenten, IC-Breakouts, Holz und Elektroschrott Weitgehend freie Wahl der Projektthemen Mit minimalem Werkzeug (Lötkolben, Akkuschrauber) gebauter Roboter (Felix Bonowski) Arduino Nano (Arduino Projekt)

3 Rahmenbedingungen Teil des Orientierungsstudiums MINTgrün (1.+2. Semester) 1 Semester, 6 LP, 4SW Block + Tutorien + offenes Labor 2 Kursgruppen à 15 TeilnehmerInnen Betreuung durch 1 WiMi (19,5h/Woche) und zwei TutorInnen Finanziert auf 4 Jahre aus HSP III Mitteln

4 Qualifikationsziele Absolventen des Moduls verfügen über die zum Bau eines kleinen autonomen Roboters nötigen Grundkenntnisse: Einen Mikrocontroller auf Arduinobasis programmieren und dazu Sprachelemente aus C++ anwenden Messdaten auswerten und visualisieren in Java/Processing Die Funktionsweise einfacher elektronischer Schaltungen zur Messung mit analogen Sensoren verstehen und eigene Schaltungen aus diskreten Elementen auf Grundlage von öffentlich verfügbaren Quellen aufbauen Einfache Algorithmen zur Erkennung von Umgebungsfeatures und zur Steuerung von Bewegungsabläufen implementieren, dabei Fehlerquellen analysieren und die Bedeutung von Parametern einschätzen Geeignete mechanische Aufbauten entwickeln und herstellen Techniken des Projektmanagements (Projektstrukturplan, Risikoanalyse, Gantt-Diagramm, Meilensteine, ToDo-Listen und Teamkoordination über ein Wiki) kennen und anwenden, um die Arbeit des Teams zu planen und koordinieren. Die eigene Arbeit in Form eines Wiki-Artikels im wissenschaftlichen Stil dokumentieren. Sie sind in der Lage diese Kenntnisse praktisch anwenden und im Team Probleme zu lösen, welche das Zusammenspiel von Software, Elektronik, Sensoren und Mechanik erfordern. Dabei können sie selbstständig Fehlerquellen analysieren und die gefundenen Lösungen im Rahmen eines Vortrags kritisch reflektieren.

5 Ziele (Übergeordnet) Studienorientierung Welche Arbeiten machen mir Spaß? Was fällt mir leicht, was eher nicht? Vermittlung grundlegender Arbeitstechniken Programmieren, Debugging und Elektronik Projektmanagement und Teamkoordination Motivation zum Erlernen von Theorie Zur Entwicklung eigener technischer Prototypen ermutigen: Erfindergeist wecken Förderung selbstständigen Arbeitens

6 Gemessenes Antennendiagramm Studierende mit ihren Projekten im Kurs (Felix Bonowski)

7 PongAutomat KingPong auf Basis MSc. von recycelten Felix Bonowski, Tintenstrahldruckern(F TU Berlin

8 Studierende mit ihren Projekten im Kurs (Felix Bonowski)

9 Ablauf Einführungskurs (3 Wochen) Vorstellung des Materials und Einführung in das Feld Grundlagen Arduino Programmierung Messwerte erfassen und darauf reagieren Unterricht an Tafel, Übungen, Hausaufgaben Themenfindung, Teambildung und Projektplanerstellung Projektphase (ca. 10 Wochen) Teams aus 2-5 Personen Eigenständige Arbeit in Anwesenheit der Dozenten Vortrag und Dokumentation als Wiki-Artikel

10 Anleitungen und Arbeitsmaterialien Crashkurs mit Skript zu Beginn Wikiartikel zu wichtigen Techniken und Hardwarekomponenten Themenfindung und Erstellung der Projektplanskizze in betreuter Sitzung Intensives Feedback zu den Projektplänen Immer wieder: Live zeigen, wie Lösungen im Netz gefunden werden kann

11 Betreuung während der Projektphase Idealerweise arbeiten die Gruppen selbstständig Erklärungen zu besonderen Eigenschaften der Hardware Vermittlung von fortgeschrittenen Techniken Rechercheaufträge zu aus dem Projektplan abgeleiteten Themen Impulsreferate zu Themen von allgemeinem Interesse Handwerkliches Hilfestellungen beim Debugging Hilfestellungen bei Programmierproblemen und Anregungen zur Codequalität Anregungen zur systematischen Durchführung von Experimenten und zur Aufbereitung von Daten Eingriffe bei extrem einseitiger Arbeitsaufteilung in den Gruppen

12 Einbindung ins Curriculum Kein Pflichtbestandteil eines regulären Bachelor- oder Masterstudiengangs Anerkennung als Wahlpflichtmodul im Informatik Bachelor in Arbeit Anerkennung im Bereich freie Wahl möglich Eine engere Verzahnung mit Vorlesungsinhalten wäre wünschenswert, ist aber in unserem Fall schwer realisierbar

13 Wie gut funktioniert es? Rückmeldungen sehr positiv: auf Skala 1=sehr gut, 5=schlecht: Mw 1,9 sd 1,1 Bin mir meiner Interessen bewusster geworden Mw 1,5, sd 0,5 Qualität der LV insgesamt 100% Würde weiterempfehlen (N=14) Die meisten Studis sind hochmotiviert, einige geben jedoch unvermittelt auf. Fast alle Projektergebnisse laufen am Ende irgendwie Teilw. großer Widerstand gegen systematische Dokumentation von Messergebnissen und Verwendung etablierter Techniken Projekterfolg gut aus Übungsergebnissen vorhersagbar

14 Perspektiven Wie können die Projektergebnisse sinnvoll weiterverwertet werden? Wie können größere Studierendenanzahlen betreut werden? Wie kann ein direkter Bezug zu den bestehenden Vorlesungen hergestellt werden? Wie können systematisch Daten zum Einfluss auf den weiteren Studienverlauf erhoben werden?

15 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen?!

16 Bewertung Bewertung in gewichteten Teilleistungen Hausaufgaben 15% (individuell) Projektplanung 10% (Gruppe) Projektarbeit 45% (Gruppe mit Ausnahmen) Davon 30% Ergebnis, 60% Prozess Vortrag 10% (Gruppe) Dokumentation 20% (Gruppe) Bewertung von Arbeitsprozess und Ergebnis recht aufwändig

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