Coding in der Schule mit Calliope mini. Schon für Grundschulen ab Klasse 3

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1 Coding in der Schule mit Calliope mini Schon für Grundschulen ab Klasse 3

2 >> Mit Calliope mini können schon Grundschulkinder kreativ und spielerisch lernen, wie die digitale Welt funktioniert. << Gesche Joost, Professorin für Designforschung an der Universität der Künste Berlin und Mitbegründerin Calliope Liebe Lehrerinnen und Lehrer, liebe Damen und Herren, Coding in der Schule ist ein recht junger Trend, der den heranwachsenden Generationen das Potential bietet, sich technologisches Wissen zu erschließen und für die Entdeckung der Welt zu nutzen. Die Platine Calliope mini ist ein faszinierendes Werkzeug, mit dem sich Coding wunderbar in den schulischen Unterricht integrieren lässt. Die spielerische Herangehensweise trainiert neben dem technologischen Verständnis ebenso die Kreativität, die Eigeninitiative und das analytische Denken. Wir laden Sie ein, mit Ihren Schülern zusammen Coding im Unterricht auszuprobieren. Dafür skizzieren wir konkrete Einsatzszenarien und entwickeln didaktisch-aufbereitete Unterrichtsmaterialen für forschend-entdeckendes Lernen. Die Begleitung und Beratung von Schulen, die sich diesem neuen Trend anschließen, ist uns besonders wichtig. Wir evaluieren daher auch den Einsatz von Calliope mini, um weitere Erkenntnisse über Unterrichtsqualität und Lernerfolg mit Coding zu erlangen. Wir wollen uns mit den Schulen und Ihnen, den Lehrerinnen und Lehrern, gemeinsam weiterentwickeln und Ihnen bei der Bildung der jungen Generation für die Herausforderungen der Zukunft ein starker und verlässlicher Partner sein. Viel Vergnügen beim Coden! Mark van Mierle CEO Cornelsen Verlag 2 3

3 Ist Coding etwas für die Schule? Und was ist das überhaupt? Programmieren war bis vor wenigen Jahren die Expertise von Spezialisten. Mit der Platine Calliope mini und ihrer Programmierumgebung lassen sich kinderleicht kleine Spiele und Maschinen bauen. Besonders logisches Denken und Problemlösen werden beim Coden optimal geschult und gefordert und damit zwei der wichtigsten schulischen und beruflichen Kompetenzen unterstützt. Dabei erwerben die Schülerinnen und Schüler relevantes Wissen zur Computertechnologie, können selbstständig eigene Programme schreiben und kreative Projekte entwickeln Erfolgserlebnis inklusive. Es gibt zahlreiche Beispiele und Ideen, die im regulären Unterricht eingesetzt werden können und die zu den Lernfeldern des Schulunterrichts passen. Von einfachen Würfelprogrammierungen über Rechenübungen bis hin zu komplexen Anwendungen wie einer Straßenbeleuchtung mit Lichtsensoren hier ist fast alles möglich. Entdecken Sie die Programmierumgebung von Calliope mini und Hinweise zur Bespielung der Platine unter calliope.cc 4 5

4 LED-Panel So funktioniert Calliope mini Ganz ohne Vorkenntnisse nutzbar Knopf A Knopf B Auf den nächsten Seiten stellen wir Ihnen ein paar Programmierbeispiele vor. Dafür benötigen Sie diese vier Funktionen: LED-Panel P2 als analoger Eingang P1 als analoger Ausgang Knöpfe A und B Der Calliope mini hat noch viele weitere Sensoren und Funktionen. Sie möchten es genauer wissen? Schauen Sie nach unter: calliope.cc/ueber-mini P1 als analoger Ausgang P2 als analoger Eingang 6 7

5 Diese Code-Blöcke kommen bei den Unterrichtsbeispielen zum Einsatz: Kinderleicht programmieren Anweisung, dass der analoge Pin P2 des Calliope minis auszulesen ist (s. S. 18). Um die Platine für die Unterrichtsbeispiele zu programmieren, benötigen Sie diese Coding-Kategorien: Grundlagen enthalten Basisoperationen, die auf der Platine direkt angesteuert werden können wie LEDs, Farben und Anzeige. Über Eingabe lässt sich einstellen, was geschehen soll, wenn z. B. die Knöpfe A und B der Platine gedrückt werden. Über Schleifen lässt sich festlegen, wie oft bzw. wann Prozesse wiederholt werden sollen. Hinter Logik verbirgt sich die Möglichkeit Bedingungen zu formulieren. Dadurch hält die Anwendung bestimmte Regeln ein und führt vorgegebene Entscheidungen in der richtigen Reihenfolge aus (z. B. wenn-dann-bedingung, kleiner-als...). Variablen sind eine Art Container mit ein oder mehreren Elementen. Die Elemente können entweder eine festgelegte Eigenschaft aufweisen oder flexibel sein. Mathematik ermöglicht das Verknüpfen von Variablen (z. B. durch eine der Grundrechenarten) oder gibt Zufallszahlen aus. Fortgeschritten bietet einen erweiterten Funktionsumfang für die Nutzung der Anschlüsse/Eingänge auf Calliope mini. Für die Programmierung wählen Sie zunächst die Code-Kategorie aus und ziehen innerhalb der entsprechenden Kategorie den gewünschten Code-Block in das Programmierfenster. Die Abfolge Ihrer Code-Blöcke ergibt Ihr individuelles Programm und schon sind Sie Programmierer! Hier wird die eingetragene Variable auf einen Wert geändert, der direkt im Anschluss festgelegt wird (s. S. 11). Bewirkt, dass alle LEDs des LED-Panels wieder ausgeschaltet werden (s. S. 13). Ist eine sogenannte Endlosschleife, welche den Code innerhalb seiner selbst immer wieder bearbeitet (s. S. 18). Der Pin P1 wird als digitaler Ausgang benutzt. Er kann dementsprechend nur eine 1 oder eine 0 ausgeben (s. S. 18). Diese Schleife wird so oft ausgeführt, bis der Wert der Variablen erreicht ist (s. S. 15). Für die angegebene Zeit in ms wird eine Pause eingelegt (s. S. 13). Eine zufällige ganze Zahl zwischen 0 und dem eingegebenen Wert wird ausgegeben (s. S. 11). Eine Schleife wird wiederholt, solange die Bedingung wahr ist. Wenn die Bedingung falsch ist, wird die Schleife nicht ausgeführt (s. S. 15). Werden der Knopf A oder der Knopf B oder A und B zusammen gedrückt, wird der nachfolgende Code ausgeführt (s. S. 11). Bedingte Anweisung: Wenn eine Bedingung wahr ist, dann wird der Code im dann - Bereich ausgeführt. Ist die Bedingung falsch, wird der Code im ansonsten -Bereich ausgeführt (s. S. 15). Die gewählte Rechenoperation (hier Multiplikation) zwischen den eingetragenen Variablen wird ausgeführt (s. S. 13). Der (durch den Code abgeänderte) Wert der zuvor eingetragenen Variablen wird angezeigt (s. S. 11). 8 9

6 Calliope mini: Würfel Kurzbeschreibung Calliope mini wird zum Zufallsgerät (sechs-flächiger Würfel) programmiert. Einsatzszenarien im Unterricht Mathematik: Häufigkeitslisten erstellen in Partnerarbeit Anwendungsbezug Eigene Erfahrungen beim Würfeln (Glück, Pech) und Erkenntnisse aus großen Versuchsreihen verknüpfen Ideen für den Lehrer Digitalen Würfel mit echtem Würfel vergleichen/untersuchen; manipulieren Erweiterung: weitere platonische Körper im Code hinterlegen und untersuchen Schulform/Fach: Grundschule/Mathematik Lehrplanbezug/Kompetenzen: Klasse 3/4 Wahrscheinlichkeitsrechnung Einfache Zufallsexperimente planen, durchführen und dokumentieren Versuchsreihen nutzen, um die Wahrscheinlichkeit von Ergebnissen einzuschätzen Anordnungen nutzen, um die Wahrscheinlichkeit von Ergebnissen einzuschätzen Beschreibung des Programmiercodes Bei diesem Programm wird ein Würfel realisiert. Dieser gibt mit dem Knopf A eine zufällige Zahl zwischen 0 und 6 aus. Erklärung des Codes Nach Betätigen des A-Knopfes, wird eine zufällige Zahl zwischen 0 und 6 ausgewählt und in die Variable würfel übertragen. Als nächstes wird der Wert von würfel ausgegeben. Zusammengestellter Programmiercode aus Code-Blöcken Code-Gruppe 10 11

7 Calliope mini: 1x1-Rechentrainer Kurzbeschreibung Calliope mini wird zum Kopfrechentrainer für das kleine 1x1 programmiert. Einsatzszenarien im Unterricht Mathematik: Üben des kleinen 1x1 Zahlausgabe: Kopfrechnen in Partnerarbeit Ideen für den Lehrer Andere 1x1-Reihen programmieren Programmieren anderer Rechenoperationen. Hinweis: Code wird bei Subtraktion und Division komplex. Erweiterung: Der Code soll die Ausgabe der gesamten Aufgabe und des Ergebnisses mit Druck auf A und B abbilden. Beschreibung des Programmiercodes Das Programm simuliert einen Rechner für das kleine 1x1. Nach Betätigen des A-Knopfes werden zwei zufällige Zahlen ausgegeben und multipliziert, ohne Anzeigen der Lösung. Jetzt kann der Schüler im Kopf das Ergebnis ausrechnen und sich mit Knopf B die Lösung anzeigen lassen, um sein Ergebnis zu überprüfen. Schulform/Fach: Grundschule/Mathematik Lehrplanbezug/Kompetenzen: Klasse 3/4 Zahlen und Operationen/ Schnelles Kopfrechnen: alle Zahlensätze des kleinen Einmaleins automatisiert wiedergeben und deren Umkehrungen sicher ableiten Erklärung des Codes Bei Betätigen des A-Knopfes wird eine zufällige Zahl zwischen 0 und 10 in die Variable zahl1 geschrieben. Diese Zahl erscheint auf dem LED-Panel. Nach einer Pause von einer Sekunde wird das Multiplikationszeichen eine Sekunde lang angezeigt. Danach wird eine zweite zufällige Zahl zwischen 0 und 10 gewählt und in die Variable zahl2 geschrieben und angezeigt. Nach Drücken des B-Knopfes wird das vorher errechnete Ergebnis für eine Sekunde angezeigt

8 Calliope mini: Countdown Kurzbeschreibung Calliope mini wird als Countdown-Zähler programmiert, bei dem die Startgröße selbst gewählt werden kann. Einsatzszenarien im Unterricht Mathematik: Zeitspannen messen Sport: als Messinstrument für Zirkeltraining Kunst, Biologie, Chemie: als Arbeitsmittel, um richtige Einwirkzeiten etc. zu beobachten Beschreibung des Codes Bei diesem Programm wird ein Countdown realisiert. Mit den Knöpfen A und B wird der Countdown eingestellt und gestartet. Die Einheit des Countdowns geht von 1 bis 9. Mit Knopf A wird die Einheit um 1 verringert, mit Knopf B um 1 erhöht. Betätigt man beide Knöpfe gleichzeitig, startet der eingestellte Countdown. Ideen für den Lehrer Zeiteinheiten nach Bedarf (Sekunden, Minuten) auswählen Umkehrung: Timer/Stoppuhr Erweiterung: Der abgelaufene Countdown kann zusätzlich durch ein externes Gerät, z. B. eine Klingel, angezeigt werden. Der Code muss um diesen Teil ergänzt werden. Schulform/Fach: Weiterführende Schulen Mathematik/fachübergreifend Lehrplanbezug/Kompetenzen: Klasse 5/6 Mathematik/Sachrechnen mit Größen/Messverfahren; Zeitpunkte; Zeitspannen Erklärung des Codes Nach Betätigen des A-Knopfes wird ermittelt, ob der Wert in der Variablen Sekunden größer als 1 ist. Wenn ja, wird der Wert um 1 reduziert und angezeigt. Bei Knopf B wird abgefragt, ob die Sekunden kleiner als 9 sind, wenn ja wird der Wert um 1 erhöht. Werden Knopf A und B gleichzeitg betätigt, wird der Wert von Sekunden in die Variable Zeit geschrieben. Es folgt eine für-schleife, entsprechend dem Wert von Sekunden. In dieser Schleife wird der Wert von Zeit angezeigt und danach um 1 verringert

9 Calliope mini: Straßenbeleuchtung Platine mit Zusatz-Bauset Skizze des Versuchsaufbaus Die Straßenbeleuchtung stellt ein anspruchsvolleres Beispiel beim Einsatz des Calliope mini dar. Durch das Ansprechen verschiedener Ein-/Ausgänge und Funktionen der Platine eröffnen sich interessante Anwendungsbereiche. Solarpanel Kurzbeschreibung Durch das Einbinden des Calliope mini in den Schaltkreis einer per Lichtsensorik gesteuerten Straßenlaterne, lassen sich Prozesse automatisieren und weiterführende Fragestellungen programmiertechnisch bearbeiten. Glühlampe Einsatzszenarien im Unterricht Entdeckendes Lernen anhand von Impulsen rund um das Thema Wie funktioniert das System Straßenbeleuchtung? Anwendungsbezug Stromsparen mithilfe von Automatisierung Helligkeit des Smartphone-Displays Ideen für den Lehrer Anpassen des Lichtsensors für eine bestimmte Jahreszeit in Gruppenarbeit. Erweiterung: Code wird um das Ein-/Ausschalten der Glühlampe per Knopdruck ergänzt. Schulform/Fach: Weiterführende Schulen Physik/Informatik Lehrplanbezug/Kompetenzen: Klasse 7/8 Physik: Grundlagen der Elektrizität/Schaltungen Calliope mini Batterie 16 17

10 Beschreibung des Programmiercodes Dieses Programm schaltet eine Glühlampe bei ausreichender Helligkeit aus und bei Dunkelheit ein. Gesteuert wird dies mit Hilfe eines Solarpanels. Tipp: Sollte der Raum zu dunkel sein, muss der Schwellenwert neu eingestellt werden. Erklärung des Codes In einer Endlosschleife wird der gemessene Wert des analogen Eingangs (P2) in die Variable Licht geschrieben. Daraufhin wird ermittelt, ob der Wert der Variable kleiner als 200 ist. Ist dies der Fall, so wird der digitale Ausgang (P1) auf 1 gesetzt, ist Licht größer als 200, wird der digitale Ausgang (P1) auf 0 gesetzt. Der Versuchsaufbau mit den zusätzlichen Bestandteilen Glühlampe Solarpanel Batterie Relais-Baustein Calliope mini 18 19

11 Calliope mini im Test In den nächsten Wochen und Monaten wird Calliope mini in einigen Schulen bereits testweise eingesetzt. Die Ergebnisse werden detailliert ausgewertet und evaluiert, damit die Platine optimal den Anforderungen unterrichtlicher Einsatzszenarien entspricht. Wenn Sie die Platine auch ausprobiert haben, lassen Sie uns gern teilhaben an Ihren Ideen und Tipps. Wir sind gespannt! Schreiben Sie uns unter Calliope mini ist ein Produkt der Calliope ggmbh i. Gr. Mit der Platine Calliope mini soll es jedem Schulkind in Deutschland ab der 3. Klasse möglich sein, einen spielerischen Zugang zur digitalen Welt zu bekommen. Denn nur wenn wir über digitale Kenntnisse verfügen, können wir alle aktiv an der Gesellschaft teilhaben und sie mitgestalten. Dafür arbeiten im Team von Calliope Fachleute aus dem IT- und Bildungsbereich interdisziplinär zusammen, wie zum Beispiel : Prof. Dr. Gesche Joost, (u.a. Internetbotschafterin der Bundesregierung), Stephan Noller, Digital-Unternehmer und Mitglied des Beirates für junge digitale Wirtschaft im BMWi, oder Franka Futterlieb, u.a. Inhaberin eines Unternehmens für digitales Lernspielzeug. P BIE 1116 Dieses Material unterliegt der Lizenz cc by sa Cornelsen Verlag Berlin cornelsen.de