Teste deine Reaktionszeit mit einem micro:bit

Motivation:

Für das Messen der Reaktionszeit gibt es viele gute Gründe. Wir als Menschen müssen oft schnell reagieren, z. B. im Straßenverkehr, beim Sport oder bei Computerspielen. Doch wie schnell sind wir eigentlich, und wer ist der oder die Schnellste in der Klasse?

Fächer: Physik/Chemie/Mathematik/Sport

Themen:

• Elektronik und Schaltkreise
• Reaktionszeit
• Zeitmessung
• Umrechnung von Einheiten (Sekunden, Millisekunden, Mikrosekunden)

Lernziele:

• Die Schüler*innen können den Begriff "Reaktionszeit" definieren und benutzen
• Die Schüler*innen kennen den Unterschied zwischen Milli- und Mikrosekunden und können ihn erklären
• Die Schüler*innen können die Blockprogrammierung mit MakeCode verwenden, um die integrierten Knöpfe am micro:bit zu programmieren
• Die Schüler*innen können einfache elektronische Schaltkreise mit einem micro:bit und mindestens einem externen Knopf/Taster aufbauen
• Die Schüler*innen können MakeCode benutzen, um von ihnen selbst definierte Funktionen umzusetzen, die den Reaktionszeitmesser erweitern.

Unterrichtsverlauf:

Gegenstand der Lektion ist das Bauen eines Reaktionszeitmessers mithilfe eines micro:bit.

Die Lektion ist vier Teile aufgeteilt:

Teil 1: Einrichten und Paaren von micro:bit und Computer.

Teil 2: Programmieren eines kleinen Spiels, bei dem die Schüler*innen miteinander wettstreiten, um herauszufinden, wer schneller ist. (Optional kann sogar eine Klassenmeisterschaft ausgerichtet werden, um den oder die Schnellste in der Klasse zu ermitteln.)

Teil 3: Jetzt wird das Programm so umgeschrieben, dass die Schüler*innen damit ihre tatsächliche Reaktionszeit messen können. (Optional können die Zeiten der Schüler*innen in einer Tabelle erfasst werden; daraus können der Klassendurchschnitt und andere statistische Werte berechnet werden.)

Teil 4: Anschließen des micro:bit an einen Firefly und einen kleinen elektronischen Schaltkreis, um den Schüler*innen zu vermitteln, dass sie mehr als "nur" den micro:bit programmieren können. (Optional kann der Schaltkreis um Leuchtdioden und andere Bauelemente erweitert werden, um die Nutzung von Elektronik zu intensivieren. Dann empfiehlt es sich, z. B. über das Ohmsche Gesetz, Kurzschlüsse und ggf. die Kirchhoffschen Regeln zu sprechen.)

Wir empfehlen, dass die Schüler*innen den Einführungstext lesen (siehe Schüleraufgabe "Teste deine Reaktionszeit mit einem micro:bit") und/oder auf andere Weise eine Einführung in die Problemstellung erhalten, bevor sie mit dem Bauen und Programmieren beginnen, damit sie genau wissen, was sie tun sollen.

Debugging/Fehlerbeseitigung:

Sorge dafür, dass jeder micro:bit eine Stromversorgung hat, entweder per USB-Kabel oder Batteriehalter/Akkupack.

Paarung der Geräte

• Sollte der Programm-Download gemäß Anleitung im Lehrmaterial nicht funktionieren, kann das MakeCode-Programm auch von Hand auf dem angeschlossenen micro:bit gespeichert werden. Dazu zieht man die Hex-Datei mit der Maus auf das micro:bit-Laufwerk – genau wie man eine andere Datei auf einen USB-Stick ziehen würde.
• Falls anstelle von USB-Kabeln Bluetooth-Verbindungen genutzt werden und diese nicht fehlerfrei funktionieren, gibt es eine ausführliche Anleitung zur Fehlersuche unter https://makecode.microbit.org/v0/reference/bluetooth/bluetooth-pairing

Programmcode

• Kontrolliere, dass es im Programm nur eine Schleife vom Typ "dauerhaft" gibt.
• Hilfe zum Auffinden der Codeblöcke gibt es in diesemPDF-Dokument

Hardware

Wichtig: Sollte es nach heißem Plastik/Gummi riechen, muss sofort die Stromversorgung zum Schaltkreis unterbrochen werden! In einem solchen Fall liegt ein gravierender Fehler vor, der gründlich untersucht werden muss, bevor die Stromversorgung erneut angelegt wird.

• Ist das USB-Kabel am Computer angeschlossen?

• Wird ein externer Batteriehalter/Akkupack zur Stromversorgung benutzt?

Prüfe, ob die Stromversorgung am richtigen Eingang angeschlossen ist, ob der Stecker korrekt eingesteckt wurde und ob die Batterien ausreichend Strom haben.

• Ist der Schaltkreis geschlossen?

Kann der Strom ungehindert fließen? Wenn ihr mit Steckbrettern arbeitet, achtet darauf, wie die stromführenden Schienen auf der Unterseite verlaufen.

• Ist der Schaltkreis an eine Stromquelle/einen Pin am micro:bit angeschlossen? Ist der Schaltkreis an Erde/GND/Minuspol angeschlossen?

Damit der Strom durch den Schaltkreis fließen kann, muss dieser sowohl an eine Stromquelle (Pluspol oder Pin am MicroBit/Firefly) als auch an die Erdung (GND/Minuspol) angeschlossen sein.

• Ist der Knopf/Taster richtig herum eingesetzt?

Bei Knöpfen/Tastern mit vier Beinen müsst ihr beachten, dass die Schaltverbindungen über Kreuz laufen können.

• Ist ein Bauelement durchgebrannt?

Wenn im Schaltkreis etwas schief geht, z. B. durch zu hohe Stromstärke/Spannung, können Bauelemente beschädigt werden und durchbrennen.

• Ist die LED richtig herum eingesetzt?

Wenn ihr LEDs im Schaltkreis verwendet, denkt an das Diodenprinzip: Sie können nur in einer Richtung von Strom durchflossen werden. Damit die LED leuchten kann, muss das lange Bein mit dem Pluspol (+) und das kurze Bein mit dem Minuspol (-) des Schaltkreises verbunden sein.