Platinen-Vielfalt
Programmieren und basteln mit Mikrocontrollern
Platinen mit Mikrocontrollern machen es Einsteigern leicht, schnell interessante Programme zu schreiben. Zusammen mit handlichen Code-Editoren erlauben sie es, eigene Projekte umzusetzen. Sie sollen den Programmierunterricht in der Schule voranbringen. Interessant sind sie aber auch für Eltern, die mit ihren Kindern basteln.
Eine Platine, die selbstgeschriebene Programme in Blinken oder Piepsen umsetzt, übt eine gewisse Faszination aus und kann junge Menschen fürs Programmieren begeistern. Leider gehört hardwarenahes Programmieren nicht zu den Themen, die sich auf den ersten Blick für Einsteiger oder gar Grundschulkinder eignen. Der Umgang mit beschränkten Ressourcen wie dem Arbeitsspeicher ist kompliziert und kann Nerven kosten. Und beim Kompilieren und Übertragen von Programmen zwischen Computer und Mikrocontrollern lauern Probleme, die selbst erfahrene Programmierer fordern.
Um den Einstieg gerade für Kinder zu erleichtern, gibt es auf dem Markt spezielle Lernplatinen mit passenden Editoren. Sie verbergen die hardwarenahen Probleme hinter einfachen Oberflächen und Bibliotheken und schieben den fertigen Code unbemerkt im Hintergrund auf die Platine. Der angehende Entwickler muss nicht am ersten Tag verstehen, wie er Speicheradressen anspricht, dass eine Lampe per PWM angesteuert wird und ein Compiler das Programm in Maschinencode übersetzt. Stattdessen soll er mit Grundlagen wie Variablen und Schleifen starten und vor allem Erfolge haben.
Lernplatinen-Zoo
Wer als Lehrer oder Elternteil mit Kindern programmieren oder selbst erste Programmiererfahrung sammeln möchte, steht vor einer unübersichtlichen Auswahl. Ab Seite 87 stellen wir die Lernplatinen BBC Micro:Bit und Calliope, die IoT-Platine Octopus, die Bastelplatine Arduino und den Raspberry Pi vor, schauen auf die technischen Daten und die Anbieter. Damit Sie einen Eindruck gewinnen, welche Art von Projekten mit den Systemen möglich sind, stellen wir je ein Projekt vor, das unterschiedliche Lerninhalte vermittelt.
Entscheidend bei der Wahl einer geeigneten Plattform sind weniger die Leistungsdaten der verbauten Chips, entscheidend ist vielmehr die Größe der Community. Sich eigene Lernprojekte für unterschiedliche Zielgruppen auszudenken ist nämlich auch für erfahrene Programmierer nicht gerade leicht und Sie werden für Anregungen von anderen dankbar sein. Je mehr Material man schnell im Internet findet, desto lohnenswerter ist die Anschaffung der Platinen langfristig. Hier punkten ganz klar Arduino, Raspberry und der Micro:Bit – und der Calliope, der weitestgehend kompatibel ist.
Die Macher der Platinen zielen auf unterschiedliche Altersklassen: Mit dem internationalen BBC Micro:Bit und dem deutschen Calliope sollen schon Grundschüler ab Klasse 3 programmieren. Um Syntaxfehler auszuschließen, können sie mit einer besonderen Programmiersprache die Programme aus Blöcken quasi zusammenpuzzeln. Fehlende Klammern oder Semikolons sind dabei nicht möglich. Wer später echten Code schreiben will, kann auf MicroPython umsteigen. Die Marktübersicht ab Seite 98 zeigt, was die verschiedenen Entwicklungsumgebungen können, und vergleicht, was in Block- und Text-Programmiersprachen möglich ist.
Projekte für alle
Für junge Schüler gibt es bereits viel Material für Calliope und Micro:Bit, für Fortgeschrittene fehlt es aber an Ideen. Ab Seite 96 stellen wir daher ein Projekt vor, das den Mathestoff der neunten Klasse praktisch nachvollziehbar umsetzt.
Der Arduino, weit verbreitet in der Bastlerszene, kommt nicht ohne zusätzliche Elektronik und Kabel aus. Wir beschreiben ab Seite 92 einen Nachbau des Minispiels „Simon says“ mit dem Arduino, das viele Grundlagen vermittelt.
Der Raspberry Pi, einst die erste Bastelplatine, die explizit für Schulen gedacht war, ist in europäischen Schulen nie flächendeckend angekommen. Er hat genug Leistung für viele Projekte – in unserem Beispiel ab Seite 90 erkennt er Bilder und lädt zu Diskussionen über künstliche Intelligenz ein.
Die Stärke des Octopus ist die Verbindung zur Außenwelt mittels WLAN. Er soll zeigen, wie das Internet der Dinge funktioniert. Unser Projekt ab Seite 94, ein Live-Abstimmungssystem, veranschaulicht das und kommt ohne Zubehör aus.
Hardware in die Schulen
Die kostengünstigen Lernplatinen sind nicht nur für technisch Interessierte reizvoll. Auch Politiker und Wirtschaftsvertreter setzen große Hoffnungen auf sie. Unter anderem aus Angst, in Zukunft den Bedarf an händeringend gesuchten Entwicklern nicht decken zu können, engagieren sich Unternehmen wie Bosch, Google und SAP zum Beispiel beim Calliope und lassen im Gegenzug bei jeder Gelegenheit die Forderung nach flächendeckendem Informatikunterricht fallen. Programmieren sei die wichtigste Fähigkeit auf dem Arbeitsmarkt der Zukunft. Wer es könne, habe bessere Job-Chancen, und wer es nicht schon in der Kindheit lerne, werde später Probleme haben – so die Argumentation. Die Schule soll die Wünsche des Arbeitsmarkts erfüllen und die Arbeitskräfte der Zukunft ausbilden. Im Gegenzug bekommt sie kostenlos einen oder mehrere Klassensätze der Lernplatine überreicht und der Physik- oder Mathelehrer von der Schulleitung die Aufgabe, sich da mal während der Sommerferien einzuarbeiten. Ausgebildete Informatiklehrer sind in freier Wildbahn schließlich zu selten.
Die Lage sieht in den 16 Bundesländern – wie im Bildungsbereich üblich – sehr unterschiedlich aus. Im Saarland wird der Calliope flächendeckend in Grundschulen verteilt, für die Lehrer gibt es Unterrichtsideen und Fortbildungen. Viele Länder starten erst einmal mit Pilotprojekten, gern gesponsert von lokalen Unternehmen, und laden ihre Lehrer zu Fortbildungen ein. Dazu gibt es Arbeitsmaterial und Handreichungen für Lehrer und Eltern.
Die Entscheidung, ein Angebot im Programmierbereich anzubieten, fällt dann meist aus einem von zwei Gründen. Im besseren Falle gibt es begeisterte Lehrer, die privat selbst programmieren und mit Hardware basteln und ihr Wissen weitergeben möchten und können.
Im ungünstigeren Falle ist es Druck von außen. Schulen stehen im ständigen Wettbewerb untereinander und die Anmeldephasen für das neue Schuljahr erinnern an einen politischen Wahlkampf: Alle Schulen wollen möglichst viele Eltern davon überzeugen, dass sie das beste Angebot für die Kinder haben und diese bestmöglich auf die Zukunft vorbereiten. Ein Foto in der Lokalzeitung mit Schülern, die – vor Tablets sitzend – leuchtende Platinen und Kabel in der Hand halten, eignet sich hervorragend, um die letzten Unentschlossenen zu überzeugen. Diese Schule ist modern, hier hat Digitalisierung bereits stattgefunden.
Übersehen wird gern, unter welchem Druck die zum Programmierunterricht verpflichteten Lehrer stehen. Wer selbst programmiert, hat schon die Erfahrung gemacht, dass es immer mal wieder an Kleinigkeiten klemmt. Sitzen zwanzig Schüler in einem Raum, wird plötzlich jedes noch so kleine Problem zu einem sehr großen. Wer darauf reagieren soll, muss sehr tief in der Materie stecken. Der Erfolg des Unterrichts hängt also, wie so häufig, an den motivierten und begeisterten Lehrern und ihrem Engagement über das bezahlte Stundenpensum hinaus. (jam@ct.de)