Kursthemen

  • Allgemeines

    • Werkzeuge für den Unterricht

    • Der Großteil der im Unterricht eingesetzten Werkzeuge ist kostenfrei und als Open Source oder Freeware deklariert. Neben einem Office-Paket (z. B. LibreOffice) werden ein aktueller Browser und ein Internet-Zugang benötigt. Für diese Unterrichtseinheit verwenden wird den Mikrocontroller Calliope mini in den Entwicklungsumgebungen MakeCode.

  • Reaktivierung Lernspirale Programmierung

    • Messungen planen, durchführen, dokumentieren und auswerten

      Hausaufgaben über Hausaufgaben: in Chemie ein Experiment vorbereiten, in Biologie das Mikroskopieren planen, in Mathematik ein Zufallsexperiment auswerten, in Physik Messwerte grafisch darstellen und in Philosophie das Stundenprotokoll überarbeiten und "aufhübschen"!

      Und jetzt das Ganze auch noch in Info?

      Ja, aber hier lernst Du, wie man alles mit Hilfe der richtigen Werkzeuge effizient machen kann und auf das nächste Mal gut vorbereitet ist: Tabellenkalkulation und Formatvorlagen in der Textverarbeitung helfen dabei. Außerdem programmieren wir einen speziellen Computer, damit er die Messwerte digitalisiert für uns erfasst.

      Also: auf geht's!

    • Wo bleibt eigentlich die übliche Chance auf eine Urkunde?

      Ja, kommt hier!

  • Helligkeiten messen und auswerten

    • Helle Köpfchen gesucht

      Ist es im Klassenraum oder im Schulhaus eigentlich immer hell genug? Auf dem unteren Gang im Klassenraumtrakt sieht man doch die Hand vor Augen nicht, oder?

      Lasst uns doch den Lichtstärkesensor des Calliope mini zum Messen der Helligkeit benutzen! Wenn wir die Daten geschickt mit Hilfe der Tabellenkalkulation auswerten, erhalten wir vielleicht ein Ausleuchtungsprofil für den Gang oder den Raum und können ableiten, an welchen Stellen eine stärkere Lampe vorhanden sein sollte. 

      Aufgaben

      1. Entwicklung eines Programms für den Calliope mini, welches die Lichtstärke möglichst genau misst und ausgibt.
      2. Entwicklung eines Systems zur Erfassung der Messwerte in einem Tabellenkalkulationsprogramm.
      3. Überführung der Daten in eine geeignete graphische Darstellung.
      4. Interpretation der Datendarstellung und Ableitung von Schlussfolgerungen.
    • Entwicklung des Programms für den Calliope mini

      Hinweis: Die Lichtstärke wird über die LED-Matrix gemessen. Daher muss für den Messvorgang die LED-Matrix aus sein.

      1. Benutzt partnerschaftlich die Programme mini-helligkeit1.hex und mini-helligkeit2.hex auf dem Calliope mini jeweils genau 2x an der gleichen Stelle im Raum. Vergleiche die Messwerte zwischen den Programmen und zwischen den einzelnen Messungen. Leitet eine Schlussfolgerung ab. 
      2. Vergleicht die Quelltexte der beiden Programme. Ermittelt Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Entscheidet Euch für das Programm, welches die Lichtstärke besser erfasst. Übertragt sinnvolle Elemente des anderen Programms. Begründet das Vorgehen.
      3. Verbessert die Genauigkeit des Messvorgangs im gewählten Programm durch eine geeignete Programmerweiterung.
    • Erfassung und Darstellung der Messwerte 

      Messung 1:

      Die Ausleuchtung des Informatikraums soll erfasst und ausgewertet werden. Jeder Schülerarbeitstisch ist ein Messplatz. 

      1. Begründe, dass der Raum als Matrix mit 3 Zeilen und 5 Spalten darstellbar ist.
      2. Bilde die Matrix in einer Tabellenkalkulation ab. Wähle geeignete Beschriftungen.
      3. Erfasst als Gruppe effizient die Helligkeit mit dem Callioipe mini und übertragt die Messwerte in die Matrix.
      4. Entwickle aus den Daten eine geeignete grafische Darstellung. 
      5. Leite eine Schlussfolgerung aus der grafischen Darstellung der Messwerte ab.
    • Messung 2:

      Die Ausleuchtung mehrer Gänge soll erfasst und ausgewertet werden. Jeder Gang ist zu durchschreiten und pro Doppelschritt ein Messwert zu erfassen. 

      1. Bilde das Durchschreiten der Gänge in einer Tabellenkalkulation ab. Wähle geeignete Beschriftungen.
      2. Erfasst als Gruppe effizient die Helligkeit mit dem Calliope mini und übertragt die Messwerte in die Tabellenkalkulation.
      3. Entwickle aus den Daten eine geeignete grafische Darstellung für jeden Gang. 
      4. Leite eine Schlussfolgerung aus der grafischen Darstellung der Messwerte ab.
    • Auswertung des Projekts zur Helligkeitsmessung

      1. Beobachtung:
        Durch das Abschreiben der Messwerte während der Messung auf dem Gang kommt es zu Fehlern.

        Problemfrage:
        Wie kann der Calliope mini die Daten einer Messreihe zunächst zwischenspeichern und später auf Knopfdruck ausgeben?

        Lösungsstichwort: Verwendung von Listen 

        Arbeitsauftrag Gruppe 1:
        Informiert Euch auf dem AB Listen über das Prinzip von Listen und deren Verwendung in MakeCode. Übernehmt die vorgestellten Skripte und testet diese auf dem Calliope mini. Übertragt die Informationen auf das Programm zur Helligkeitsmessung aus den letzten Stunden so, dass das Problem gelöst wird. Stellt Euer Wissen und Können den anderen Gruppen vor.

      2. Beobachtung:
        Durch das Scrollen der Zahlen bei der Ausgabe auf dem Display kommt es zu Lesefehlern. 

        Problemfrage:
        Wie kann man auf einer 5x5-LED-Matrix Zahlen so darstellen, dass man die Zahl "als Ganzes" sieht?

        Lösungsstichwort: Verwendung eines Codierungsverfahrens für Zahlen

        Arbeitsauftrag Gruppe 2:
        Informiert Euch auf einer geeigneten Stelle (z. B. japanischer Abakus) über den Aufbau des Soroban und seine Darstellung der Zahlen. Übt das Einstellen und Ablesen von Zahlen auf der Internetseite http://www.mathematik.uni-marburg.de/~thormae/lectures/ti1/code/abacus/soroban.html. Importiert das MakeCode-Projekt Codierung.hex. Übt das Lesen der codierten Zahlen. Ermittelt den Unterschied zwischen den Funktionen der Taste A und Taste B. Erweitern das Programm so, dass die Helligkeit gemessen und codiert ausgegeben wird. Stellt Euer Wissen und Können den anderen Gruppen vor.

      3. Beobachtung:
        Die Visualisierung der Daten in der Tabellenkalkulation in Diagrammen lenkt von der Analyse der Daten ab. 

        Problemfrage:
        Wie kann man bereits bei der Dateneingabe "besondere Werte" hervorheben?

        Lösungsstichwort: Bedingte Formatierung in der Tabellenkalkulation

        Arbeitsauftrag Gruppe 3:

        Öffnet die Datei helligkeit.ods in LibreOffice. Beschreibt den Inhalt und die Gestaltung der Tabelle und des Diagramms. Verändert Werte in der Tabelle. Was fällt Euch auf? Informiert Euch im Video über die bedingte Formatierung in LibreOffice.
         
        Überprüft die vorhandene bedingte Formatierung im aktuellen Dokument (unter "Bedingte Formatierung verwalten"). Erweitert die Regel so, dass Helligkeitswerte über 200 als zu hell markiert werden. Übertragt das Wissen auf eine Helligkeitstabelle aus den letzten Stunden und verwendet darin bedingte Formatierungen. Stellt Euer Wissen und Können den anderen Gruppen vor.
    • Icon Link/URL

      Der Link muss als Erweiterung in MakceCode geladen werden, um den Block Zahlencodierung zu erhalten.

  • Lärmmessung

    • Die Lärmbelästigung an der Straßenkreuzung vor der Schule soll gemessen und ausgewertet werden.

      Entwickle dazu unter Berücksichtigung der unten stehenden Hinweise ein Programm, dass

      1. nach Druck auf Knopf A für drei Minuten im 10-Sekunden-Takt den Lärm (für Freaks: wie in der Erweiterung beschrieben) erfasst und in einer Liste auf dem Calliope mini abspeichert,
      2. nach Druck auf Knopf B alle gespeicherten Messwerte in codierter Form ausgibt. Das Weiterschalten zum nächsten Wert soll dabei automatisch in einem festgelegten Zeittakt unter Verwendung eines akustischen Signals (für Freaks: alternativ, wie in der Erweiterung beschrieben) erfolgen.

      Entwickle für die Auswertung eine Tabellenkalkulationsblatt, das bereits  während der Eingabe der Messwerte in die Zellen diese unterschiedlich hervorhebt. Dabei gilt:

      • normale Werte: 0 ≤ Wert < 450
      • erhöhte Werte: 450 ≤ Wert < 550
      • sehr hohe Werte: Wert ≥ 550

      Hinweise:

      • Das Mikrofon kann über den Block Fortgeschritten → Pin → lese analoge Werte von MIC abgefragt werden.
      • Um den Block Zahlencodierung zu erhalten, muss das Programm mini-Codierung.hex als Ausgangsprogramm verwendet werden.

      Erweiterungen für Freaks:

      • Der Messwert kann pro Messvorgang aus der Mittelwertbildung von drei, im Abstand von 10 ms ausgeführten Einzelmessungen gebildet werden.
      • Das Weiterschalten kann auch manuell via Touchsensor des Calliope mini erfolgen. Dabei muss die Dauer der Berührung berücksichtigt werden. Hier hilft eine optische Ausgabe (rot/grün).
    • Wir gehen an die Straßenkreuzung und messen!

  • Feuchtigkeitsmesser

    • Teilnahme am Wettbewerb Feuchtigkeitssensor von Cornelsen und Make

      Wir benötigen:

      • 2 an beiden Seiten angespitzte Bleistifte (mitzubringen) - Leider klappt das nicht so recht. Wir nehmen Holzstiele (z. B. vom Stieleis) und kleben Kupferstreifen darauf)
      • 2 Wäscheklammern (mitzubringen)
      • 1 stabiles Lineal mind. 15 cm (mitzubringen)
      • etwas Klebestreifen
      • 4 Bechergläser mit unterschiedlichen Stoffen zur Untersuchung der Feuchte
      • Widerstand 10 bis 100 kΩ
      • 4 Kabel mit Krokodilklemmen
    • Feuchtigkeit messen - Teilnahme am Wettbewerb von Cornelsen Experimenta

      Damit eine Pflanze im Topf überleben kann, muss der Boden feucht genug sein. Feuchtigkeit im Tank kann Rost verursachen und ist die Luft in einem Zimmer dauerhaft zu feucht, kann Schimmel auftreten. Auch in einer Gemäldegalerie darf die Luft nicht zu feucht, aber auch nicht zu trocken sein, da sonst die teuren Kunstwerke beschädigt werden. Das sind nur einige wenige Beispiele von Situationen, in denen die Luftfeuchtigkeit kontrolliert werden muss. Diese Kontrolle übernehmen heutzutage Sensoren, die uns über ein elektronisches System warnen, wenn etwas zu feucht oder nicht feucht genug ist. 

      Bau des Sensors

      Informiere Dich auf Seite zwei der Projektbeschreibung über Möglichkeiten des Messens der Feuchte. Begründe, dass folgende Anordnung geeignet ist, als Feuchtigkeitssensor zu fungieren. Baue den Sensor mit Deinen Materialen nach.

      Programm und Tabelle zur Erfassung des Messwertes

      Entwickle zur Erfassung eines Messwertes ein einfaches Programm für den Calliope mini, dass nach Druck auf Knopf A den analogen Messwert an Pin 1 zwei Mal, im Abstand von 10 ms abfragt und den Mittelwert im Anschluss sorobancodiert auf dem Display anzeigt.

      Hinweise:

      • Pin 1 kann über den Block Fortgeschritten → Pin → lese analoge Werte von Pin 1 abgefragt werden.
      • Um den Block Zahlencodierung zu erhalten, muss das Programm mini-Codierung.hex als Ausgangsprogramm verwendet werden.

      Entwickle für die Auswertung eine Tabellenkalkulationsvorlage, die für fünf Bodenproben die Feuchte erfasst.

      Verkabelung des Calliope mini

      Die Messung der Feuchte erfolgt indirekt über den elektrischen Widerstand der Probe. Leider können wir den Widerstandswert nicht direkt bestimmen und messen stattdessen die Spannung, die über die Probe abfällt. Dazu kommt eine Spannungsteilerschaltung zum Einsatz. Der Calliope mini bildet die gemessene Spannung nach einem Digitalisierungsprinzip, welches wir leider noch nicht in Klasse 8 erklären können, in den Zahlbereich von 0 bis 1023 ab.

      Die Verkabelung erfolgt nach dem Prinzip der Spannungsteilerschaltung mit einem Hilfswiderstand R1 nach folgendem Schema:

      Durchführung und Auswertung der Messung

      1. Miss für die verschiedenen Proben die Feuchte und erfasse die Daten in der Tabellenkalkulationsvorlage.
      2. Erzeuge aus den Daten eine geeignete grafische Darstellung.
      3. Interpretiere die Daten.
      4. Leite Schlussfolgerungen ab.