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Lichtschlacht

Jahrgangsstufe

10

informatischer Inhalt

Dokumentationen, Schnittstellen

Baukasten

Arduino Uno

Materialkosten

30€ - 40€

Einführung und Zusammenfassung Bearbeiten

In dieser Lerneinheit entwickeln die Schülerinnen und Schüler (SuS) ein Spiel bei dem mit Lasern Ziele getroffen werden sollen. Vom Abschießen von Monstern über das beschützen eines Planeten vor UFOs bis hin zum Gießen von hängenden Blumen sind dabei unterschiedlichste thematische Ausgestaltungen denkbar, welche den SuS überlassen werden.
Lichtschlacht

Bild einer fertigen Lichtschlacht

Sie bekommen dabei ein fertiges Treffererkennungs- und Lasersteuerungs-Modul (TELS-Modul) gestellt und sollen so die Erfahrung machen, wie es ist, sich in ein vorhandenes System einzuarbeiten und dieses für eigene Zwecke zu verwenden, ohne es selbst anpassen zu können. Dabei steht die Arbeit mit Dokumentationen im Mittelpunkt, ein wichtiger kommunikativer Aspekt in der Informatik. Die SuS sollen dadurch die Notwendigkeit einer guten Dokumentation erkennen.

Beim Basteln und Bauen des Spiels können die SuS ihre Kreativität ausleben und wenden gleichzeitig Kompetenzen zur Projektplanung an. Außerdem erlernen sie die Verwendung von Servos mit Arduino-Boards.

Konzept - LehrinhaltBearbeiten

Kernthema dieser Lerneinheit ist der Umgang mit Dokumentationen, welche ein wichtiges Medium der Kommunikation über das Ergebnis eines Projekts sind. Im Bereich der Softwaredokumentation werden verschiedene Arten unterschieden, bei denen insbesondere verschiedene Adressaten vorgesehen sind. Den SuS dürfte aus dem eigenen Leben die Benutzerdokumentation bekannt sein, welche sich an den tatsächlichen Endbenutzer richtet. Im Rahmenlehrplan des Landes Berlin ist für den ITG sogar die Arbeit mit verschiedenen Benutzerdokumentationen vorgesehen. Laut dem Rahmenlehrplan für Brandenburg sollen SuS die Ergebnisse ihrer Projekte dokumentieren. Dafür sollten sie ein paar Kriterien einer guten Dokumentation kennen und wissen, dass dabei immer die Bedürfnisse der Adressaten im Mittelpunkt stehen. Sinnvoll sind beispielsweise folgende Kriterien:

  • Übersichtlichkeit: Zu bedenken ist, dass in der Regel eine Dokumentation vor allem dann benutzt wird, wenn ein Problem auftritt. In solchen Situationen ist schön eine schnelle Lösung zu finden. Die Gliederung sollte dies ermöglichen.
  • Zielorientierung: Einen Benutzer interessieren selten die Details der Umsetzung, wenn er nach der Lösung eines Problems sucht.
  • Medium: Die Dokumentation sollte auf einem Zeitgemäßen Medium mit angemessener Lesbarkeit und Zugang umgesetzt werden.
  • Darstellung: Nicht immer ist der Einsatz von Grafiken sinnvoll, wenn diese gewisses Vorwissen voraussetzen. Ein ewig langer Text, ohne Absätze ist auch nicht angenehm.
  • Verständlichkeit: Die verwendete Sprache sollte der der Anwender angepasst sein.

Dokumentationen dienen aber nicht nur der Information der Anwender. Sie stellen gleichzeitig auch noch eine haftungsrechtliche Absicherung dar. So führt in der Regel eine fehlerhafte technische Dokumentation zur Haftung des Herstellers.

Im Bereich der Dokumentationen ergeben sich folgende Kursziele:

Die SuS …

  • können Kriterien einer guten Dokumentation nennen und beachten sie beim Verfassen eigener Dokumentationen.
  • kennen die Bedeutung und den Zweck von Dokumentationen.
  • verbessern ihre kommunikativen Fähigkeiten, insbesondere, was die Verschriftlichung von Benutzeranweisungen angeht.
  • schreiben
  • reflektieren mögliche Probleme mit ihrem Produkt und verfassen Lösungen.
  • vertiefen ihre Programmier- und Projektplanungsfähigkeiten
  • erweitern und erproben ihre Problemlösekompetenzen
  • erlernen den Umgang mit Servos

Als fachübergreifender Aspekt bietet sich auf Grund des hohen Bastelanteils das Fach Kunst an.

Voraussetzungen und Kompetenzen Bearbeiten

Kurz und Knapp:Diese Lerneinheit bildet keinen Einstieg in die Programmierung von Arduino-Boards. Es werden grundlegende simple Programmierfähigkeiten in einer Programmiersprache für diese vorausgesetzt ebenso wie die Verwendung der Anschlüsse. Die Projektplanung und Planung der Verbindungen der Schaltung erfordert das sinnvolle Vorausplanen eigener Schritte. Für den Umgang mit bestimmten Materialien muss eine gewisse Verantwortungsbereitschaft vorausgesetzt werden. Die Lerneinheit eignet sich für SuS der 10. Klasse.

SuS, die dieses Modul bearbeiten wollen, sollten schon Vorerfahrung im Umgang mit Arduino-Boards und deren Programmierung haben. Es ist zwar keine komplizierten Schaltungen mit verschiedenen Bauteilen wie Widerständen oder Kondensatoren nötig und auch der Programmierungsteil ist für Anfänger machbar, aber es würde den Ablauf des Projekts insgesamt hemmen, da die SuS ihre eigenen Ideen umsetzen sollen und dafür schon ein Gefühl benötigen, was alles machbar ist, und auch, was sie persönlich leisten können. Die hier vorgestellte Idee eignet sich aber als Abschlussprojekt eines Anfängerkurses.

Die SuS kennen eingangs also neben den Anschlüssen des Arduino-Boards die grundlegenden algorithmische Kontrollstrukturen Sequenz, bedingte Anweisung und Schleifen. Sie sind in der Lage diese in einer für das Projekt geeigneten Programmiersprache (Arduino oder Snap4Arduino) zu implementieren und können selbstständig kleine Programmabläufe entwickeln. Sie sind auch vertraut mit der Programmstruktur eines Arduino-Programms und können die digitalen Pins zur Ausgabe von Werten und zum Einlesen nutzen. Sie sollten auch wissen, wie sie einen Drucktaster anschließen und im Programm feststellen können, ob dieser gedrückt ist.

Neben den grundlegenden Fähigkeiten, die für den Umgang mit dem Arduino-Board nötig sind, sollten sie in der Lage sein die nötigen Verbindungen der elektronischen Schaltung zu erstellen. Wird kein Stecksystem verwendet, sollten die SuS Lötverbindungen setzen können. Da die Schaltung viele teilweise auch lange Drähte verwendet, welche die Schaltung unübersichtlich machen, sollten die SuS in der Lage sein, die Übersicht zu behalten und die Schaltung zu organisieren. Da das Vorgehen innerhalb der Projektumsetzung nicht weiter vorgeschrieben ist, sollten die SuS auch ihre Tätigkeiten in sinnvoller Reihenfolge planen können.

In diesem Projekt werden Laserdioden verwendet. Die SuS sollten in der Lage sein mit diesen verantwortungsvoll umzugehen. Um verschiedene Teile (z.B. das Horn eines Servos mit einem Stück Pappe) zu verbinden, habe ich Sekundenkleber verwendet. Sollen die SuS diesen ebenfalls benutzen müssen sie verantwortungsbewusst und sehr konzentriert vorgehen. Es ist zu überlegen, ob man den SuS diesen Schritt abnimmt, oder ob es eine ungefährlichere Alternative gibt. In einem Schritt ist das Schmelzen von Kernzenwachs zum Ummanteln von Photowiderständen vorgesehen. Auch mit diesem sollte umsichtig und ordentlich umgegangen werden.

Aufgrund der nötigen affektiven Kompetenzen und der Einordnung in die Rahmenlehrpläne scheint es sinnvoll diese Lerneinheit mit SuS der 10. Klassenstufe durchzuführen.

RessourcenBearbeiten

Gemäß des Konzeptes werden hier die Materialien in zwei Teile geteilt. Zu einen in die Materialien, die den SuS zur Verfügung gestellt werden sollen. Zum anderen die Materialien, die zur Anfertigung des Moduls zu Treffererkennung und Lasersteuerung benötigt werden.

Für letzteres ist die Beschaffung passender Laserdioden schwierig. Beim Kauf sollte erstens auf die Wellenlänge der Laser geachtet werden, da es auch Laser im für Menschen unsichtbaren Spektrum gibt. Rote Laser haben meist eine Wellenlänge von 650 nm. Zweitens werden im besten Fall Laserdioden der Laserklasse 1 verwendet, höchstens aber Laserdioden der Klasse 2. Diese endet bei einer Lichtleistung von 1 mW. Preislich lässt sich hier nichts genaues sagen. Klasse-2-Dioden lassen sich für 7,50 € kaufen. Dioden höherer Laserklassen aber auch für weitaus weniger. Ob sich Dioden einfach auch mit geringerer Spannung betreiben lassen, ist nicht immer sicher, da die Laserdioden teilweise eine gewisse Spannungsschwelle haben. Daher lassen sich die Kosten für ein TELS-Modul auch nicht genau beziffern, man kann aber von 10 € bis 20 € ausgehen.

Für das Schülermaterial hängen die Kosten von der Anzahl der eingesetzten Ziele ab. Also von der Anzahl der Servos und der Photowiderstände. Dabei fallen eigentlich nur die Servos ins Gewicht, welche in passender Größe ab 5 € zu erstehen sind. Die Photowiderstände sind, wie die Drucktaster Cent-Artikel, deren Preis stark von der bestellten Stückzahl abhängt. Eine Steckplatine ist auch im 5€-Bereich erhältlich und für die Bastelmaterialien können auch pauschal 5€ veranschlagt werden, sodass sich die Gesamtkosten für ein Projekt ohne die Arduino-Boards mit TELS-Modul auf ca. 30 € bis 40 € belaufen.

Für die Durchführung der Lerneinheit für eine Gruppe wird folgendes benötigt.

  1. Technische Materialien:
    • 1 x Arduino Uno (oder größer)
    • 1 x Modul zur Treffererkennung und Lasersteuerung (vom Leiter vorher anzufertigen s.u.)

    • min. 2 Servos (kleine, schwache reichen aus)

    • min. 2 Photowiderstände (möglichst mit vorbereiteten 30 cm langen Drähten an den Anschlüssen)

    • min. 1 Drucktaster

    • Draht für die Verbindungen

    • Steckplatine (oder Lötzinn) für die Verbindungen der Schaltung

    • evtl. LEDs zur Beleuchtung

  2. Bastelmaterial:

    • ein bisschen Wachs einer Kerze (+ Feuerzeug zum Anzünden der Kerze)

    • stabile Pappe als Basis (z.B. von Verpackungskartons)

    • Bastelkarton zur Verkleidung

    • Bastelkleber

    • Sekundenkleber (z.B. zum Verbinden des Servohorns mit Pappe)

    • ggf. beschreibbares Klebeband zur Kennzeichnung der Drähte

    • ggf. diverse andere Materialien zur Verzierung (reflektierende Materialien wegen der Laser vermeiden)

  3. Werkzeuge zur Herstellung:

    • Feuerzeug zum Anzünden der Kerze

    • mittelfeines Schleifpapier (100er Körnung) zum Planschleifen des Wachses

    • Seitenschneider zum Schneiden des Drahts

    • Cutter oder Abisolierer zum Abisolieren des Drahts

    • Schere (auch eine feine) oder Cutter zum Schneiden der Pappe und des Kartons

    • Stifte

    • Computer zur Programmierung des Arduino-Boards (mit Software)

    • USB-Kabel zur Verbindung des Arduino-Boards mit dem PC

    • ggf. Lötkolben

Modul zur Treffererkennung und Lasersteuerung:Bearbeiten

Dieses Modul ist durch die Betreuungsperson vorher anzufertigen. Dies dauert pro Modul ungefähr eine halbe bis dreiviertel Stunde. Folgende Materialien werden pro Modul benötigt:

  1. Technische Materialien:

    • 1 x Arduino Uno

    • 1 x Widerstand zur Spannungsteilung der Photowiderstände (ca. 2,2 kOhm)

    • 2 x Laserdiode (möglichst Klasse 1) und ggf. Vorwiderstand (nach Spannung der Dioden)

    • 2 x Drucktaster (je für eine Lasereinheit)

    • 2 x 1,5 m langes Kabel mit 3 Adern (oder 3 Kabel) (zur Verbindung jeweils einer Lasereinheit)

    • Draht zur Verbindung

    • Lötzinn

    • evtl. 2 Female Header (für Steckverbindungsausgang)

  2. Bastelmaterial:

    • Platine oder Pappe als Platinenersatz

    • 2 x alten Stift oder Holzstab als Basis je einer Lasereinheit

    • Isolierband

  3. Werkzeuge zur Herstellung:

    • Seitenschneider zum Schneiden des Drahts

    • Lötkolben

    • Cutter oder Abisolierer zum Abisolieren des Drahts

    • Computer zur Programmierung des Arduino-Boards (mit Software)

    • USB-Kabel zur Verbindung des Arduino-Boards mit dem PC

    • Lötkolben

Durchführung im Unterricht bzw. Lernlabor / Workshop - LehrmaterialBearbeiten

Das Modul lässt sich in 5 Teile teilen, die hier nacheinander beschrieben werden sollen:

  • Einleitung
  • Das TELS-Modul kennenlernen
  • Projektideen entwickeln
  • Projektdurchführung
  • Abschluss und Präsentation

Insgesamt ergeben die folgenden Darstellung einen Zeitaufwand des Projekts von 8 ½ bis 10 Stunden für eine Beteiligung von 6 Arbeitsgruppen.

I. EinleitungBearbeiten

Als Einführung sollen die Modulteilnehmer eine kurze Übersicht über den Ablauf der Lerneinheit bekommen. Dafür bietet sich eine kurze Präsentation an. Ihnen soll erklärt werden, dass es innerhalb dieses Projekts ihre Aufgabe ist, ein eigenes Spiel zu entwickeln, bei dem Ziele mit Laserstrahlen getroffen werden sollen. Hierbei sollen den Teilnehmern auch ein paar Beispiele möglicher Umsetzungen gegeben werden, damit Ideen angeregt werden.

Als nächstes soll das Treffererkennungs und Lasersteuerungs Modul (TELS-Modul) kurz vorgestellt werden und hervorgehoben werden, dass dieses benutzt werden soll. Dass zunächst eine Einarbeitung in die Funktionsweise des TELS-Moduls erfolgen muss, sollte den Teilnehmern klar sein. Da die SuS an dieser Stelle wahrscheinlich lieber kreativ ihre Projekte planen wollen, sollte ihnen verdeutlicht werden, dass es für sie günstig ist, erst mal zu wissen, was das Modul, das sie verwenden sollen, alles kann.

An dieser Stelle sollte außerdem deutlich auf die Gefahren, die von Laserlicht ausgehen, hingewiesen werden. Den Teilnehmern wird außerdem erklärt, ob sie das Projekt als Einzel- oder Partnerarbeit bestreiten sollen und gegebenenfalls werden die Gruppen eingeteilt. Im Idealfall gestaltet jeder sein eigenes Projekt. Die Entscheidung ist jedoch wahrscheinlich vor allem von der Teilnehmerzahl und vom vorhandenen Material abhängig, da für jedes Projekt zwei Arduino-Boards benötigt werden und die Betreuungsperson ein TELS-Modul vorbereiten muss.

II. Das TELS-Modul kennenlernenBearbeiten

Die Projektteilnehmer erhalten ihre TELS-Module zusammen mit deren Dokumentation und einem Arbeitsblatt. Ein Entwurf dieses Blatts und der Dokumentation findet sich im Dateienbereich dieser Seite (TODO). Für die Bearbeitung sollten ungefähr 20-30 Minuten eingeplant werden.

Die Dokumentation ist sprachlich so verfasst, dass SuS der gewählten Klassenstufe sie verstehen können. Je nach Kenntnis, können verschiedene Darstellungsformen verwendet werden, die die Bedienung beschreiben. Denkbar sind zum Beispiel Struktogramme. Die Dokumentation im Dateienbereich verwendet textuelle Beschreibungen und einen Zustandsgraphen.

Das Arbeitsblatt fordert die SuS auf sich in die Verwendung des Moduls einzuarbeiten. Anschließend sollen sie durch Vervollständigen einer Grafik das Verhalten des Moduls in bestimmten Situationen darstellen. Diese Aufgabe soll sicherstellen, dass die Dokumentation ordentlich gelesen und richtig verstanden wurde. Daher sollte die Betreuungskraft die Lösungen der Aufgabe auch kontrollieren. Soll das Verständnis an dieser Stelle noch vertieft werden, bieten sich Fragen an wie: Wie bringe ich das Modul vom Zustand X in den Zustand Y? Im Zustand X muss am Input a immer der Wert TRUE anliegen – richtig oder falsch? Gibt es eine Situation in der ein bestimmtes Verhalten des Moduls nicht beschrieben ist?

Nach der Bearbeitung des Arbeitsblattes sollen Dokumentationen diskutiert werden. Hierfür erhalten die SuS über die Tafel den Arbeitsauftrag, sich Kriterien für eine gelungene Dokumentation zu überlegen und zu beschreiben, was schlechte Dokumentationen ausmacht. Nach 10 Minuten sollen die Ergebnisse diskutiert werden. Um hier vielfältigere Ergebnisse zu erhalten, ist es denkbar unterschiedliche Dokumentationen (z.B. sehr formale oder unvollständige) auszugeben. Dabei ist jedoch zu beachten, dass dies den weiteren Erfolg im Projekt beeinflussen kann. Für die Diskussion werden noch ein Mal 10 Minuten eingeplant.

III. Projektideen entwickelnBearbeiten

Zu Beginn dieses Abschnittes soll noch ein Mal kurz die Projektaufgabe wiederholt werden. Außerdem wird den Teilnehmern mitgeteilt, dass sie die Konzepte für ihre Spiele nach 15 Minuten den anderen SuS anhand einer Skizze vorstellen sollen. Dabei soll auch erwähnt werden, welche Gestalt die Ziele in ihrem Spiel haben sollen, und ob und wie viele Servos benötigt werden.

Falls SuS keine eigenen Ideen entwickeln können, sollten sie unterstützt werden. Es bieten sich Fragen an, was sie selbst gerne tun und in welchen Situationen man dabei auf etwas zielen muss oder bestimmte Objekte miteinander verbinden muss. Sollte sich absolut keine eigene Idee entwickeln, kann eine Thematisierung vorgegeben werden. Dies sollte aber die allerletzt Maßnahme sein, denn zugunsten der Kreativität ist es besser, wenn eigene Ideen verwirklicht werden. Daher sollte auch durch die Betreuer darauf geachtet werden, keinen zu großen Einfluss auf die Ideen der SuS zu nehmen.

Während der Präsentation sollte die Betreuungsperson einerseits darauf achten, dass faires Feedback gegeben wird, aber auch, dass die Teilnehmer eine realistische Einschätzung der Machbarkeit ihres Konzepts bekommen. Gegebenenfalls müssen hier Einschränkungen empfohlen werden. Die nötige Zeit ist von der Anzahl der Gruppen abhängig. 5 Minuten pro Gruppe dürfte ein guter Richtwert sein.

An dieser Stelle bietet sich eine Pause an, damit die Teilnehmer, wenn auch unbewusst, ihre eigenen Projektideen reflektieren, Ideen anderer mit einbringen und gegebenenfalls Änderungen vornehmen können.

IV. ProjektdurchführungBearbeiten

In diesem Abschnitt, der einen Großteil der Lernmodulzeit einnehmen dürfte, sollen die reflektierten Projektideen umgesetzt werden. Zur Programmierung nutzen die Teilnehmer eine ihnen bekannte Arduino-Programmiersprache. Außerdem soll eine kurze Benutzerdokumentation angefertigt werden, welche andere dazu befähigt das Spiel ohne weitere Erklärungen zu spielen. Die Arbeitsaufträge erhalten die SuS über die Tafel. Zu Beginn wird ihnen gesagt, wo sie bestimmte Materialien finden. Ist Löten Bestandteil des Projekts bekommen sie hierzu eine kurze Belehrung. Zeitlich kann man für diesen Abschnitt 6-7 Stunden einplanen, welche durch mehrere Pausen unterbrochen sein sollten.

Die SuS erhalten außerdem die Information, dass sie sich an einer bestimmten Stelle Informationsblätter über die Verwendung von Servos abholen können. Damit die SuS im Projekt ihre eigenen Wege gehen können, werden diese nicht zur Bearbeitung vorgeschrieben. Die Betreuungsperson hält sich für Fragen bereit und überprüft hin und wieder den Fortschritt. Insgesamt hält sie sich mit der Vorgabe von Lösungen zurück und gibt eher Lösungshinweise. Zum Ende der Arbeitszeit erinnert sie an die Aufgabe eine Benutzerdokumentation zu erstellen. Fertigen Teilnehmern gibt sie Ideen und Anstöße zur Erweiterung.

Die Betreuungsperson überwacht außerdem die Verwendung der potenziell gefährlichen Arbeitsmittel wie Lötkolben, Sekundenkleber und Kerzen, überprüft, dass keine reflektierenden Materialien verwendet werden und begutachtet das Verhalten der Teilnehmer mit den Lasern.

V. Abschluss und PräsentationBearbeiten

Zum Abschluss des Projekts wird eine Ausstellung mit allen Ergebnissen aufgebaut, in der alle an den anderen Ergebnissen spielen können. Gegebenenfalls können hier auch weitere Personen eingeladen werden. Bei den Spielen liegen die jeweiligen Benutzerdokumentation aus, die die Spieler instruieren, wie das Gerät zu bedienen ist. Wurden die Dokumentationen digital erstellt, sollten sie zu diesem Zweck ausgedruckt sein. Zu jedem Ergebnis wird außerdem ein Blatt Papier als Gästebuch ausgelegt, auf dem Besucher ihre Eindrücke hinterlassen können. Die Länge der Ausstellungsphase sollte sich nach der Anzahl der Gruppen richten und ungefähr 5 Minuten pro Gruppe betragen, aber nicht eine halbe Stunde überschreiten.

Hinterher sollte es eine kurze Phase geben in der die Teilnehmer ihre Gästebücher lesen können und abschließend reflektieren alle Teilnehmer in einer großen Runde ihre Erlebnisse im Lernmodul. Hierfür können noch ein Mal 15 Minuten eingeplant werden.

Beispiel einer Umsetzung - PrototypBearbeiten

GrundlegendesBearbeiten

Zunächst ist anzumerken, dass mein Prototyp eher eine Machbarkeitsstudie darstellt. Daher werde ich hier nur auf die entscheidenden Teile eingehen, die in einer Basisversion von den SuS implementiert werden sollen. Ein Spiel mit 2 beweglichen Zielen.

Zu beachten ist auch, dass ich mich entschieden habe alle Verbindungen zu Löten. Dies war sehr zeitaufwendig und teilweise sehr fummelig. Führt man das Projekt mit Kindern durch, ist es sinnvoll darauf zu verzichten und Verbindungen über eine Steckplatine zu realisieren. Als Kabel habe ich Klingeldraht verwendet, der sich abisoliert auch gut in die Header der Arduino-Boards stecken lässt.

LaserEinheit Steckplatine

Bild 1: Schaltplan einer Lasereinheit






Bau des TELS-ModulsBearbeiten

Das Treffererkennungs- und Lasersteuerungsmodul ist, wie oben geschildert zum Projektbeginn durch die Betreuungsperson fertig gebaut. Dafür müssen zunächst 2 identisch aufgebaute aber unterscheidbare Lasereinheiten angefertigt werden.

Als Basis dient dabei ein Stift oder ein Holzstab in ähnlicher Größe, an dem vorne die Laserdiode befestigt wird. Der Drucktaster zum aktivieren des Lasers befindet sich ebenfalls am Stift und wird wie im Bild 1 gezeigt verbunden (Die rote LED steht dabei für die Laserdiode). Ich habe Kabel, Drucktaster und die Laserdiode aus optischen und haptischen Gründen mit Isolierband umwickelt. Für die unterschiedlichen Lasereinheiten habe ich verschiedene Farben verwendet.
TELSModul

Bild 2: Schaltplan des TELS-Moduls

Anschließend werden die Lasereinheiten wie in Bild 2 gezeigt mit dem Arduino-Board verbunden. Dafür empfiehlt es sich eine Platine zu verwenden, damit man das Board von dem restlichen Modul entfernen und für andere Projekte nutzen kann. Ich habe als Ersatz ein Stück Pappe verwendet. Bei den Kabeln, die zum Arduino-Board führen muss beachtet werden, dass dessen digitale Pins 3 bis 7 für die Verbindung zum anderen Modul nicht verdeckt werden. Für den Anschluss der Leitungen der Photowiderstände sollten zwei Female-Header verwendet werden, die ein einfaches Einstecken der Kabel ermöglichen. Dies habe ich im Prototyp nicht umgesetzt. Als mögliche Erweiterung könnte man das gesamte TELS-Modul in einem Kasten verstecken, sodass das Prinzip einer Blackbox deutlicher wird.

Der von mir erstellten Code ist im Dateienbereich zu finden und so auskommentiert, dass er nachvollziehbar sein sollte.

Basis des SpielsBearbeiten

Als Basis für mein Spiel dienen solche Verpackungskartons, die 10 Milchkartons zusammenhalten. Die Pappe ist quasi kostenlos, dick genug um alle verwendeten Bauteile zu tragen und lässt sich dennoch gut schneiden. Auch haben die Kartons, von denen ich einen halben und einen ganzen aneinander gehängt habe, eine geeignete Größe, um die von mir angedachte Waldlandschaft mit mehreren Ebenen zu realisieren und gleichzeitig an der Front noch Platz für Punkteanzeigen, Zeitanzeigen und die Startknöpfe zu bieten.
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Basis des Spiels

Die Grobe Struktur habe ich nach dem Einbau der Elektronik mit schwarzem Kartonpapier verkleidet. Als Abdeckung habe ich Leinenstoff zugeschnitten, zurechtgelegt, mit einem Tacker fixiert und mit mattschwarzem Lackspray besprüht. Ebenso bin ich mit der Abdeckung eines Podests verfahren. Dieses Podest, das einer der verwendeten Verpackungskartons ist, ist sinnvoll, da man möglichst mit dem Spiel auf Augenhöhe sein sollte, was nicht der Fall ist, wenn es einfach auf dem Tisch steht.

Innerhalb der Kartons habe ich die gesamte Verkabelung untergebracht, was ein sehr mühseliges und fummeliges Unterfangen war. Ich rate daher davon ab in den Projekten der Kinder genauso zu verfahren. Eine Alternative, die ich mir vorstellen kann ist, ein Objekt aus der Pappe zu bauen hinter dem die Ziele vorkommen. Diese Objekt könnte zum Beispiel ein Kreis sein, der einen Planeten darstellt, oder bei der von mir gewählten Gestaltung ein Baum, hinter dem die Monster hervorkommen. Dadurch wäre jede Stelle gut zugänglich, was insbesondere dann wichtig ist, wenn die Verbindungen der Leitungen durch Löten entstehen sollen.

Bau eines ZielsBearbeiten

Die Ziele sind bei meinem Prototypen Monster, die hinter Bäumen hervorkommen. Bewegt werden sie du
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Bild 3: ein Photowiderstand kurz vor dem Guss

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Bild 4: Ein Ziel ohne Verkleidung

rch Servos. Sie bestehen aus einem Stück Pappe, das in die ungefähre Form geschnitten wurde und dem Monster einerseits Stabilität bringen soll und außerdem den Photowiderstand hält.

Der Photowiderstand an sich bietet zum Treffen nur eine recht kleine Fläche. Daher habe ich ihn in eine Scheibe aus Kerzenwachs gehüllt. Dafür habe ich eine Form aus einer Büroklammer gebogen, die die Größe der Wachsscheibe bestimmt. Die Rolle Isolierband dient als Halter für den Widerstand, der so gebogen ist, dass er mit seiner Fläche nicht direkt aufliegt, sondern ein bisschen frei schwingt. Als Unterlage eignet sich ein normales Stück Papier. Nun wird Wachs in die Form und über den Widerstand gegossen. Nachdem es hart geworden ist, lässt es sich von dem Papier lösen und aus der Form vorsichtig ausbrechen. Mit Schleifpapier habe ich die glatte Fläche der Wachsscheibe geebnet. Für den Feinschliff kann man die sie über an einem Stück Papier reiben. Kerzenwachs eignet sich deswegen sehr gut, weil es das einfallende Licht gut streut.

Mit Sekundenkleber lässt sich das Pappstück gut am Servohorn fixieren. Aus dem schwarzen Karton habe ich nun ein passendes Monster ausgeschnitten und auf den Pappträger geklebt. Die Wachsscheibe ist durch einen herzförmigen Ausschnitt sichtbar. Nun kann der Servo eingebaut werden. Dafür muss nur ein Loch in die Pappe geschnitten werden und der Servo hineingeschoben werden. Ist das Loch eng genug, hält der Servo. Für mehr Stabilität hilft Sekundenkleber. Vorher sollten jedoch unbedingt die Drehgrenzen des Servos beachtet werden.

Der Anschluss des Servos ist einfach. Pluspol (rot) und Minuspol (braun) werden mit den entsprechenden Anschlüssen des Arduino-Boards verbunden (5V bzw. GND). Das Datenkabel (orange) wird mit einem der digitalen Pins verbunden. Dies muss kein PWM-Pin sein, da die verwendete Servo-Klasse selbst ein PWM-Signal berechnet und dieses über jeden Pin verschicken kann. Die Anschlüsse des Photowiderstands können in beliebiger Polung mit den entsprechenden Anschlüssen des TELS-Moduls verbunden werden. Dabei werden alle Photowiderstände parallel zueinander geschaltet. Wie ein Servo mittels Programmcode angesteuert werden kann, ist im Code im Dateienbereich zu sehen.

ReflexionBearbeiten

Neben den im vorherigen Abschnitt angesprochenen Schwierigkeiten für die auch Lösungen geboten wurden, ist es nicht klar, ob mit dieser Lerneinheit die gesetzten Ziele erreicht werden können, da vieles nur implizit besprochen wird. Auch finde ich es nicht klar, dass die Kombination aus dem Projekt und der Dokumentationsarbeit in dieser Form funktioniert, da mir beides doch recht getrennt voneinander scheint. So spielt während des Projekts die Dokumentation nur eine untergeordnete Rolle, insofern, dass sie zur Ausführung nicht bedacht werden muss.

Erweiterungsmöglichkeiten und weiterführende ThemenBearbeiten

Das Projekt und insbesondere das Spiel lassen sich um unzählige Features erweitern. So beinhaltet der Prototyp bereits Punkteanzeigen und eine Mana-Funktion, die verhindert, dass im Einzelspielermodus der Laser dauerhaft aktiviert ist. Auch künstlerich ist das Projekt erweiterbar.

Für SuS, die schnell fertig sind kann es auch eine Herausforderung sein, das TELS-Modul selbst zu bauen.

DateienBearbeiten

Datei:CodeBeispiel TELS-Modul.pdf

Datei:CodeBeispiel Prototyp.pdf

Datei:Dokumentation TELS-Modul.pdf