Programmierung

Micro:bit mit Schaltkreis 1

clock 60 min
user 4.-6. Klasse
Mittel
Diese Handreichung dient zur Vorbereitung von Lehrkräften auf die Arbeit mit Heft 4 zum Thema micro:bit in Verbindung mit elektronischen Schaltkreisen in den Klassenstufen 4 bis 6.
Lehrleitfaden als PDF Zur Schüleraufgabe
Inhalt
Materialumfang:

Übersicht

Diese Handreichung erläutert die Theoriegrundlagen zu Heft 4 und den zugehörigen Schüleraufgaben. Außerdem enthält sie Vorschläge für die Unterrichtsgestaltung und eine Anleitung zum Erstellen eines Quiz.

Der Hauptzweck von Heft 4 ist die Einführung in die Arbeit mit Microcontrollern (hier mit dem micro: bit) und deren Nutzung in Kombination mit Schaltkreisen . Die Schüler*innen sollen einen micro:bit mit einem Steckbrett verbinden und dafür einen DragonTail benutzen. Außerdem sollen die Schüler*innen einen Schaltkreis bauen, der mit dem angeschlossenen micro:bit interagiert, und ein Programm zur Steuerung des Schaltkreises schreiben.

Für diese Lektion wird vorausgesetzt, dass die Schüler*innen den micro:bit kennen und erste Schritte zu dessen Programmierung mit MakeCode gemacht haben. Ist dies noch nicht der Fall, sollten Gerät und Programmiergrundlagen zuerst durchgenommen werden. Infos und Material zur Einführung des micro:bit und der Programmierung mit MakeCode findest du im Bonusheft "Einführung in den micro:bit".

Lernziele

  • Die Schüler*innen können einen micro:bit in Kombination mit einem Steckbrett verwenden.
  • Die Schüler*innen kennen die verschiedenen Arten von Pins am micro:bit und am DragonTail .
  • Die Schüler*innen können einen kredsløb mit einem micro:bit verbinden.
  • Die Schüler*innen können ein Programm erstellen, das den digitalen Eingabewert eines Pins ausliest.
  • Die Schüler*innen können ein Programm erstellen, das einen Pin auf einen hohen oder niedrigen digitalen Ausgabewert schaltet.

Theorie

Dieser Abschnitt liefert einige Erklärungen zu den Themen, die in Heft 4 behandelt werden. Wir fassen hier einige theoretische Aspekte zusammen, damit du bei der Unterrichtsvorbereitung nicht zusätzlich recherchieren musst.

Micro:bit

Der micro:bit ist ein Microcontroller , der sich einfach bedienen lässt und speziell für Unterrichtszwecke entwickelt wurde. Microcontroller sind vielseitige Werkzeuge und werden häufig zur Steuerung von Elektronik genutzt. Ein Microcontroller ist im Wesentlichen ein Minicomputer, der sich für verschiedene Zwecke programmieren lässt.

Microcontroller tauschen über ihre Pins Daten mit der Peripherie aus. Über die verschiedenartigen Pins kann der Microcontroller Signale empfangen (lesen) oder senden (scheiben). Externe Schaltkreise , die bestimmte Aufgaben ausführen sollen (z. B. das Messen der Raumtemperatur), werden oft durch Microcontroller gesteuert. Mit einer solchen Kombination lassen sich komplexere Aufgaben lösen, beispielsweise das Einschalten einer Klimaanlage, wenn die Raumtemperatur über 25 °C steigt.

DragonTail

Der micro:bit lässt sich nicht ohne Weiteres an ein Steckbrett anschließen, sondern benötigt dafür einen Adapter. Wir verwenden dafür einen DragonTail .

Der DragonTail ist ein Adapter, der auf die Pins des micro:bit gesteckt wird und auf der anderen Seite in ein Steckbrett eingesteckt werden kann. Im Wesentlichen übernimmt er die Aufgabe einer Daten leitung , ähnlich wie das USB-Kabel zwischen micro:bit und Computer (USB auf Micro-USB).

Die Pins am DragonTail

Die Pins am DragonTail entsprechen den Pins am micro:bit. Der DragonTail sorgt lediglich dafür, dass die Pin-Anschlüsse auf dem Steckbrett verfügbar sind.

dragontail

Der DragonTail bietet drei Arten von Pins , die wir mit Rot, Blau und Grün gekennzeichnet haben. Die roten und blauen Pins liefern eine positive bzw. negative Referenzspannung, die auch vom angeschlossenen micro:bit genutzt wird. Diese Pins lasssen sich nicht über den micro:bit steuern. Die grünen Pins können programmiert werden. Einige Pins haben außer Lesen und Schreiben noch weitere Funktionen. So ist z. B. Pin 5 (P5) mit dem Knopf A (ein Taster) am micro:bit verbunden. Wir empfehlen deshalb, zunächst die Pins P0, P1 og P2 zu nutzen, weil diese für die Aufgaben in dieser Lektion ausgelegt sind.

Mehr über die verschiedenen Pins findest du hier: https://makecode.microbit.org/device/Pins

Programmieren von Pins in MakeCode

Es wird vorausgesetzt, dass die Schüler*innen erste Grundkenntnisse in der Programmierung des micro:bit mit MakeCode besitzen. Ist dies nicht der Fall, sollte zuerst mit dem Extraheft Einführung in den micro:bit angefangen werden. Darin erhalten die Schüler*innen eine Einführung in den micro:bit und dessen Programmierung in MakeCode mittels Blockprogrammierung .

Zum Programmieren des micro:bit im Rahmen dieser Lektion werden in MakeCode die Programmierblöcke für Pins benötigt. Sie befinden sich in MakeCode unter "Fortgeschritten" und dann "Pins". Zum Lösen ihrer Aufgabe benötigen die Schüler*innen zwei Blöcke: "digitale Werte von Pin" zum Lesen von Eingabewerten (Input) und "schreibe digitalen Wert von Pin" zum Senden von Ausgabewerten (Output). microbit schaltkreis 1 pins menu

Block "digitale Werte von Pin"

Der Block "digitale Werte von Pin" erfasst einen bestimmten Pin Pin und liest aus, ob eine Spannung anliegt oder nicht. Er gibt den Wert 1 zurück, wenn eine Spannung erkannt wird, und den Wert 0, wenn keine Spannung erkannt wird. Die am Pin gemessene Spannung muss ausreichend hoch sein, damit der Programmierblock "digitale Werte von Pin" eine 1 zurückgibt. Beim micro:bit beträgt die Mindestspannung in der Regel die Hälfte der Referenzspannung – bei 3 V Referenzspannung sind das 1,5 V Mindestspannung am Pin.

digitale werte von p2

Block "schreibe digitalen Wert von Pin"

Der Block "schreibe digitalen Wert von Pin" setzt den Ausgabewert (Output) des betreffenden Pins auf 0 oder 1. Ein Output von 0 entspricht einer Spannung von 0 V. Ein Output von 1 entspricht der Referenzspannung des micro:bit von 3 V).

schreibe digitalen wert von pin

Das Arbeiten mit analogen Werten wird in Heft 5 eingeführt: "Micro:bit mit Schaltkreis 2".

Aufgaben

Die Schüler*innen beginnen mit dem Bauen des abgebildeten Schaltkreises . Vor dem Bearbeiten der Aufgaben empfiehlt es sich zu prüfen, ob alle Schüler*innen den Schaltkreis korrekt aufgebaut haben. Dazu kann ganz einfach die rote Leitung , die an P2 angeschlossen ist, in den positiven Leiter (+) gesteckt werden. Ist die Schaltung korrekt aufgebaut, leuchtet die rote LED auf. Achte dabei darauf, dass das Steckbrett eine Strom versorgung hat, entweder über den micro:bit oder über eine externe Batterie .

breadboard microbit diode bb

Nachdem der Schaltkreis richtig aufgebaut wurde, können die Schüler*innen die Aufgaben 1 und 2 ausführen. Dafür benötigen sie einen Computer mit MakeCode .

beim-start-schreibe-digitalen

In Aufgabe 1 sollen die Schüler*innen mit dem micro:bit die LED zum Leuchten bringen. Dafür benötigen sie den Programmierblock "schreibe digitalen Wert von Pin". Im Block muss der Pin P2 gewählt und der Wert 1 angegeben werden. Dieser Block muss in den Grundblock "beim Start" oder "dauerhaft" eingesetzt werden. Nachstehend ist ein Beispiel abgebildet.

Aufgabe 2

dauerhaft-schreibe-digitalen

In Aufgabe 2 sollen die Schüler*innen die LED zum Blinken bringen. Das können sie mit dem Pause -Block und dem Block "schreibe digitalen Wert von Pin" tun. Mit dem Schreiben-Block lösen sie das Blinken der LED aus, der Pause-Block definiert die Wartezeit zwischen dem Ein- und Ausschalten der LED. Ohne den Pause-Block wird die LED so schnell ein- und ausgeschaltet, dass das Blinken nicht mehr sichtbar ist.

Beachte, dass sowohl nach dem Einschalten (1) als auch nach dem Ausschalten (0) der LED jeweils ein Pause-Block benötigt wird. Außerdem müssen diese Codeblöcke in den Grundblock "dauerhaft" eingesetzt werden und nicht in den Start-Block. Nachstehend wird ein Lösungsvorschlag gezeigt.

Quiz

Zu dem Heft gibt es ein Quiz, das einen Eindruck davon vermittelt, wie gut die Schüler*innen das Material verstanden haben und ob es bestimmte Dinge gibt, an denen intensiver gearbeitet werden muss. Die Schüler*innen dürfen das Heft beim Quiz als Hilfsmittel benutzen, da sie so lernen, nach den Antworten im Heft zu suchen, anstatt nur zu raten.

Wenn du das Quiz mit deinen Schüler*innen durchführen willst, musst du zuerst einen Link für deine Klasse einrichten, damit du später die Ergebnisse abrufen kannst. Hier ist die Webadresse für die Quizregistrierung:

http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-4/

Klicke auf die Schaltfläche "Opret klassekode" (Klassencode erstellen). Dadurch gelangst du zu einer Webseite, die einen Link bereitstellt, den die Schüler*innen für den Zugang zum Quiz benötigen. Daneben werden zwei Codes angezeigt: der Code, den du zum Abrufen der Ergebnisse brauchst, und der Klassencode. Es ist wichtig, dass du beide Codes notierst. Sie sind in Fettschrift dargestellt.

Durch Klicken auf die Schaltfläche "Klik her for at generere et kortlink" (Kurzlink erstellen) gelangst du auf die Website www.kortlink.dk. Dort wird der lange Link, den deine Schüler*innen für den Zugang zum Quiz brauchen, in einen Kurzlink umgewandelt. Der Vorteil eines Kurzlinks ist, dass er sich schnell an die Tafel schreiben lässt und abgeschrieben werden kann, um den Quiz aufzurufen. Durch Klicken auf den Link wird eine neue Seite angezeigt, die so aussieht:

kortlink

Den so erstellten Kurzlink (im Beispiel hier: kortlink.dk/24she) kannst du an die Tafel schreiben. Das erleichtert den Schüler*innen das Eingeben am Computer, Tablet oder Smartphone.

Wenn die Schüler*innen das Quiz öffnen, steht der Klassencode ganz oben wie in diesem Beispiel:

klassekode

Die Schüler*innen dürfen den Klassencode nicht verändern. Falls beim Quizaufruf kein Klassencode angezeigt wird, kann er nachgetragen werden – du hast ihn auf der Webseite erhalten, auf der du den Quizzugang eingerichtet hast.

Um später die Antworten zum Quiz abzurufen, verwendest du diesen Link: http://www.teknologiskolen.dk/haefter/haefte-4/. Hier trägst du unter "Hent resultater" (Ergebnisse abrufen) den Klassencode und den PIN-Code ein, die du zuvor notiert hast. Durch Klicken auf den Button "Hent" (Abrufen) wird eine Excel-Datei mit anonymisierten Antworten heruntergeladen.

hent resultater

Vorschläge für die Unterrichtsgestaltung

Dieser Abschnitt enthält einige Beispiele dafür, wie du Heft 4 mit deiner Klasse benutzen kannst. Die Unterrichtsverläufe haben verschiedene Längen von 45, 60 und 90 Minuten.

microbit-schaltkreis-1-unterricht-1
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microbit-schaltkreis-1-unterricht-3

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