Unsere Literaturrecherche hat gezeigt, dass ein möglichst offener, projektorientierter Unterricht die grössten Chancen hat, bei den Lernenden intrinsische Motivation zu wecken. Die Lernenden sollen ihrer Kreativität und ihrem Erfindergeist möglichst freien Lauf lassen können. Das stellt natürlich erhöhte Anforderungen an die Lehrpersonen.
Auf dieser Site werden nach und nach Projektideen für den Einsatz von Raspberry PI’s zusammengestellt.
Damit der Einstieg ins Physical Computing trotzdem möglichst einfach ist, befinden sich weiter unten ein paar Arbeitsblätter für einfache Grundlagenaufgaben. Der Grundgedanke ist, dass jede Unterrichtseinheit auch von Lehrpersonen mit wenig Erfahrung in «Physical Computing» eingesetzt werden kann.
Durch unsere Unterrichtseinheiten sollen möglichst viele Kompetenzen aus dem Lehrplan 21 abgedeckt werden.
Grundlagenaufgaben
Vorarbeiten der Lehrperson
- Vorbereiten des Raspberry Pi gemäss den Angaben unter dem Menüpunkt «Installation & Konfiguration»
- Es wird empfohlen, die Kamera und den GrovePi+ auf dem Raspberry Pi zu montieren.
- Tastatur, Bildschirm und Computermaus vorbereiten und mit dem Rapsberry Pi testen
- Die Sensoren und Autoren des GrovePi+ bereitlegen
Die Grundlagenaufgaben sind in 5 Arbeitsblätter mit Folgendem Inhalt unterteilt:
- Kontaktaufnahme mit dem Raspberry Pi
- Starten des Raspis
- Erstellen von Fotos und Videos mit Hilfe von Kommandos über das Terminal (Konsole)
- Die ersten Programme
- Erstellen von Fotos und Videos mit Hilfe von Python-Programmen
- Einsatz eines ersten Sensors
- Fotos und Videos machen, wenn ein Sensor (Knopf) gedrückt wird
- Verbinden eines Sensor mit Aktoren
- Verbinden eines Sensors (Knopf) mit einer LED und einem Summer (Buzzer)
- Projektplanung für die Schülerinnen und Schüler
- Vorbereitung und Planung des eigenen Projektes
Damit die Lernenden wissen, wie die einzelnen Sensoren und Aktoren angesteuert werden können, steht eine Übersicht mit Programmierbeispielen für jeden Sensor und Aktor zur Verfügung.
Zusätzlich zu den 5 Arbeitsblättern und der Übersicht mit Programmierbeispielen, steht auch eine Unterrichtsplanung, in welcher Bezug zum Lehrplan 21 genommen wird, zur Verfügung.
Wie geht es weiter?
Nach den Grundaufgaben arbeiten die Schülerinnen und Schüler selbstständig an Projekten.
Je nach Informatik-Affinität der Schülerinnen und Schüler werden sie Projekte mit unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad wählen. Wir haben einige Projektideen zusammengestellt und diese nach folgendem Schema in Schwierigkeitsstufen eingeteilt.
Stufe 1: In diese Stufe teilen wir Projekte ein, in welchen nur Sensoren und Aktoren verenden, ohne jegliche Weiterverarbeitung von Daten
Stufe 2: In diese Stufe teilen wir Projekte ein, in welchen Sensoren und Aktoren verwendet und die Sensordaten persistent (z. Bsp. in einer Textdatei) gespeichert werden. Das Speichern von Daten in eine Datenbank wäre ebenfalls möglich (hohe Anforderung). Eine einfache Datenbank, bei welche keinerlei Installation oder Konfiguration nötig ist, wäre SQLite.
Stufe 3: In diese Stufe teilen wir Projekte ein, in welchen Sensoren und Aktoren verwendet und Sensordaten an andere Geräte weitergeleitet werden. Beispiel dafür wäre die Erzeugung einer Email oder das Erstellen eines Twitter-Feeds.
Stufe 4: In diese Stufe teilen wir Projekte ein, in welchen Sensoren und Aktoren verwendet und Sensordaten nicht nur persistent gespeichert, sondern auch mit Hilfe des Webservers des Raspberry Pi visualisiert werden.
Projektideen
| Projektidee | Benötigte Hardware | Stufe |
|---|---|---|
| Steuern eines Verbrauchers (z. Bsp. eine Lampe) durch Klatschen in die Hände (Klatsch-Schalter). | Sound-Sensor, Relay | 1 |
| Messen von Feuchtigkeit und Temperatur. LEDs leuchten lassen, wenn ein Schwellwert von Temperatur und / oder Feuchtigkeit erreicht wird. | Feuchtigkeits- & Temperatur-Sensor, 2 LEDs | 1 |
| Messen von Feuchtigkeit und Temperatur (eventuell Druck). Die Verläufe der Sensorwerte in eine Textdatei schreiben. | Feuchtigkeits- & Temperatur-Sensor, ev. Barometer (zusätzlicher Sensor) | 2 |
| Messen von Feuchtigkeit und Temperatur (eventuell Druck). Die Verläufe der Sensorwerte in eine Datenbank schreiben. | Feuchtigkeits- & Temperatur-Sensor, ev. Barometer (zusätzlicher Sensor) | 2+ |
| Messen von Feuchtigkeit und Temperatur (eventuell Druck). Die Verläufe der Sensorwerte persistent speichern (Textdatei, Datenbank). Die Sensorwerte auf einer Website auf dem Rapsberry Pi textuell visualisieren. | Feuchtigkeits- & Temperatur-Sensor, ev. Barometer (zusätzlicher Sensor) | 4 |
| Messen von Feuchtigkeit und Temperatur (eventuell Druck). Die Verläufe der Sensorwerte persistent speichern (Textdatei, Datenbank). Die Sensorwerte auf einer Website auf dem Rapsberry Pi grafisch visualisieren. | Feuchtigkeits- & Temperatur-Sensor, ev. Barometer (zusätzlicher Sensor) | 4+ |
| Mamy-Cam, Foto oder Videoaufnahme beim Feststellen einer Bewegung. Das Foto bzw. das Video wird lokal gespeichert. | Kamera, PIR – Bewegungsmelder (zusätzlicher Sensor) alternativ könnte auch der Sound-Sensor eingesetzt werden. | 1 |
| Mamy-Cam, Foto oder Videoaufnahme beim Feststellen einer Bewegung. Das Foto bzw. das Video wird per Mail verschickt. | Kamera, PIR – Bewegungsmelder (zusätzlicher Sensor), alternativ könnte auch der Sound-Sensor eingesetzt werden. | 3 |
| Messung der Luftqualität, anzeigen auf dem LCD-Display. | CO2-Sensor (zusätzlicher Sensor), LCD-Display | (2) |
| Messung der Luftqualität, Sensordaten persistent speichern. | CO2-Sensor (zusätzlicher Sensor) | 2 |
| Messung der Luftqualität, Sensordaten auf einem Twitter-Feed publizieren. | CO2-Sensor (zusätzlicher Sensor) | 3 |
| Messung der Luftqualität, Sensordaten auf dem Webserver des Raspberry Pi textuell visualisieren. | CO2-Sensor (zusätzlicher Sensor) | 4 |
| Messung der Luftqualität, Sensordaten auf dem Webserver des Raspberry Pi grafisch visualisieren. | CO2-Sensor (zusätzlicher Sensor) | 4 |
Weitere Quellen für Unterrichtsideen
Auf folgenden Webseiten können weitere Ideen zu Projekten gefunden werden: