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Light Wear

Jahrgangsstufe

7-12

informatischer Inhalt

Programmieren, Binärdarstellung

Baukasten

Arduino LilyPad

Materialkosten

50€, sowie Schuhe

Light Wear ist ein Schuh mit integriertem Schrittzähler. Das Projekt ist geeignet für Jahrgangsstufen ab der 7. Klasse. Es ermöglicht einen Einstieg in das Fach Informatik, kann aber auch anspruchsvoller gestaltet werden, falls Vorkenntnisse bereits bestehen. Ziel des Projektes ist es einen interaktiven Schuh zu erarbeiten, welcher die Schritte des Trägers zählt und anhand von LEDs in Binärdarstellung ausgibt. Die Ausgabe erfolgt während der Schuh getragen wird und direkt nach jedem Schritt. Somit kann während dem Laufen das Hochzählen der Binäranzeige beobachtet werden.

Informatische Inhalte sind das Verstehen des Binärsystems, sowie dem EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe) und der Umgang mit der Arduino IDE.

Konzept - Lehrinhalt Bearbeiten

Die Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweisen in Informatiksystem als Zusammenspiel von Hard- und Softwarekomponenten kennen. Sie nutzen technische Hilfsmittel für die anschauliche Aufarbeitung von Informationen und Arbeitsergebnissen in Form eines Endproduktes, dass sie am Ende des Projektes weiter benutzen können. Sie erstellen daher Produkte unter Anwendung fortgeschrittener Techniken in geringem Umfang mit Spezialsoftware. Sie analysieren ihre eigene Arbeit im Einsatz und gewinnen Erkenntnisse über deren Auswirkungen und können diese dokumentieren. Außerdem lernen die Schülerinnen und Schüler die Grundlagen der rechnerinternen Darstellung von Daten anhand der Binärdarstellung kennen. Möglichkeiten einer fächerübergreifenden Vernetzung bestehen mit: Sport, Bildender Kunst, Physik und Mathematik

Informatische Grundlagen Bearbeiten

Zahlensysteme Bearbeiten

Ein Zahlensystem wird zu der schriftlichen Darstellung von Zahlen verwendet. Zahlensysteme spielen eine wichtige Rolle in der Informatik, da die computerinternen Berechnungen auf dem Binärsystem beruhen. Es gibt verschiedene Zahlensysteme, so ist der Mensch im täglichen Leben und in der Schule an das Dezimalsystem gewöhnt. Eine Zahl wird nach festgelegten Regeln als Folge von Ziffern dargestellt. Beispiele hierfür wären das Unärsystem oder auch Bierdeckelnotation genannt, bei der lediglich ein Symbol, üblicherweise ein Strich, mit der Wertigkeit 1 existiert. Bei der Projektarbeit ist das Verstehen des Binärsystems von hoher Bedeutung, da die Funktionalität der Darstellung der Schrittanzahl in Binär erfolgt. Um die Ausgabe zu erarbeiten, muss daher das Binärsystem durchdrungen werden. Somit erlangen die SuS einen Einblick in die Darstellung von rechnerinternen Daten, welches ebenfalls im Rahmenlehrplan 2017/2018 für Berlin für Informatik vorgeschlagen wird.

Vergleiche und bedingte AnweisungenBearbeiten

Fast alle Programmiersprachen verfügen über die Möglichkeit Anweisungen nur dann auszuführen, wenn bestimmte Bedingungen wahr oder falsch sind. Ein Wahrheitswert gibt an ob etwas wahr oder falsch ist. Wahrheitswerte können über Verknüpfungen von logischen Operatoren erhalten werden. Vergleichsoperatoren, wie ">", "<", "≥", "≤", "=" oder "≠" sollten bereits aus dem Mathematik Unterricht bekannt sein. Sie können Teil der Bedingung einer If-Anweisung sein. If-Anweisungen erlauben bei der Erstellung von Programmen Entscheidungen darüber zu treffen ob und unter welchen Bedingungen bestimmte Programmteile ausgeführt werden. Die Form einer If-Anweisung lautet:

Screenshot 1

Eine If-Anweisung muss nicht immer eine Else-Verzweigung besitzen, da dieser optional ist. Anweisung1 wird immer genau dann ausgeführt, wenn die Bedingung wahr ist, trifft die Bedingung nicht zu, so wird die Anweisung2 unter der Else-Verzweigung ausgeführt. Bei einer If-Else-Konstruktion kann immer nur einder der beiden Zweige ausgeführt werden. In einer If-Anweisung, können erneut Anweisungen, Blöcke von Anweisungen oder leere Anweisungen enthalten sein. So könnte Anweisung1 wieder eine If-Anweisung sein somit erlaubt es das Schachteln von If-Anweisungen.

SchleifenBearbeiten

Eine Schleife (englisch "loop") ist eine Wiederholung von Anweisung oder Anweisungsblöcken. Sie ist eine Kontrollstruktur in Programmiersprachen. Während die If-Anweisung nur eine Anweisung ausführt, können mit Schleifen mehrere Durchläufe der gleichen Anweisungs-Blöcke erreicht werden. Es gibt unterschiedliche Arten von Schleifen. Die While-Schleife, die For-Schleife und die Do-While-Schleife sind die wichtigsten Vertreter. Die Syntax der While-Schleife lautet:

Screenshot 3

Der Schleifenkörper, kann wie bei der If-Anweisung aus einer einzelnen Anweisung, einem Anwesungsblock oder der leeren Anweisung bestehen. Bei der Ausführung der While-Schleife wird zunächst der Wahrheitswert der Bedingung getestet, ist die Bedingung wahr, so werden die Anweisungen im Schleifenkörper ausgeführt. Ist die Bedingung falsch, so werden die abhängigen Anweisungen nicht ausgeführt. Die For-Schleife ist ähnlich der While-Schleife und kann sogar als While-Schleife abgebildet werden. Ihre Syntax lautet:

Screenshot 5

Stellt man dies als While-Schleife dar, so würde es so aussehen:

Screenshot 6

Jede For-Schleife kann durch eine While-Schleife ausgedrückt werden und umgekehrt. Die For-Schleife wird auch Zählschleife genannt. Anweisungen die bei der While-Schleife gewöhnlich vor der Schleife oder im Schleifenkörper stehen werden bei der For-Schleife in die Schleifenanweisung aufgenommen. Dies geschieht aufgrund des Schleifenzählers und dessen Erhöhung (Inkrementierung) bzw. Verringerung (Dekrementierung). Im Gegenteil zu der While- und der for-Schleife überprüft die Do-While-Schleife er nach der Ausführung des Schleifenkörpers ob die Bedingung der Schleife erfüllt ist. Ihre Syntax lautet:

Screenshot 7

Bei der Do-While-Schleife gillt ebenfalls, dass sie mehrere Anweisungen, die leere Anweisung oder Anweisungsblöcke im Schleifenkörper beinhalten kann. Die Do-While-Schleife wird immer mindestens einmal ausgeführt, da der Test auf die Richtigkeit der Bedingung erst nach der ersten Ausführung erfolgt. 

Das Verständnis von Vergleichen, bedingten Anweisungen und Schleifen ist für das Projekt besonders wichtig, da diese Bausteine nötig sind um den späteren Quelltext zu erstellen und zu verstehen.

EVA-PrinzipBearbeiten

Das EVA-Prinzip bildet den Dialog mit dem Anwender ab. Es ist das Prinzip der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe von Daten. In dem Projekt wird das Prinzip anhand von Sensoren als Eingabe und den LEDs als Ausgabe verdeutlicht. Die Eingabe sind Daten, die ein Computerprogramm erhält um mit ihnen arbeiten zu können. Eingabe können Daten sein, als auch der Vorgang mit dem die Daten an das Programm übergeben werden, zum Beispiel ein Knopfdruck. Die Ausgabe ist hingegen das, was nach der internen Berechnung des Programms auf dem Ausgabegerät angezeigt wird, zum Beispiel einem Bildschirm oder Drucker.

In der elektronischen Datenverarbeitung kann das EVA-Prinzip so beschrieben werden:

Eingabe → Verarbeitung per Datenverarbeitungsanlage → Ausgabe

Fächerübergreifende Aspekte Bearbeiten

Die Möglichkeit der Vernetzung zwischen Fächern besteht zwischen Sport, Physik, Mathematik und Bildende Kunst. So lässt sich der Schuh beispielsweise während des Sportunterrichts tragen, sofern es ein Turnschuh ist.

Für den Sport besteht die Vernetzung mit der sekundarstufe 1 mit dem Thema Leichtatletik: Laufen. Gefordert sind ausdauerndes Laufen, schnelles Laufen /Sprinten und rhythmisches Laufen. Während die SuS die Bewegungen ausführen zählt die Anzeige ihre Schritte und lässt sie somit ihre zurückgelegte Strecke auswerten.

In Physik kann auf das Leitthema Bewegung in Natur und Technik Bezug genommen werden. Gleichförmige und beschleunigte Bewegungen, Bewegungen im Sport sind ebenfalls Thema im Rahmenlehrplan für die erste Sekundarstufe. Des weiteren werden die Wege des Stormes anhand von Schaltungssystemen verdeutlicht, zur Vertiefung könnte ebenfalls auf Bewegung durch Storm - Strom durch Bewegung für die Klassenstufen 9/10 eingegangen werden. Aus dem Themenfeld Mechanik können die Bewegungsänderungen aus der Perspektive von Wechselwirkungsprozessen betrachtet werden.

Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihr Repertoire an Verfahren und Techniken des Formen, Bauen, Konstruierens und Collagierens. Kommunikation in künstlerischen und medialen Welten ist ein weiteres Themenfeld mit möglichen Vernetzungen. Mensch, Medium: Wirklichkeit - Abbild und Inszenierung, künstlerische und mediale Gestaltungsvorgänge, sowie Funktionen und Wirkungsweisen von Kunst und Medien sind Aspekte dieses Themenfeldes. Dabei kann auf Mode und Produktgestaltung eingegangen werden, sowie Baukonzeptionen.

Die oben genannten Vernetzungen sind fundiert auf den Rahmenlehrplan Berlin/ Brandenburg 2017/2018.

Voraussetzungen und Kompetenzen Bearbeiten

Die Schülerinnen und Schüler sollen bereits Vergleichsoperatoren aus der Mathematik kennen, sowie sich mit unterschiedlichen Datentypen (Integer, Boolean) befasst haben.Wünschenswert ist es, wenn Erfahrung in textbasierten Programmiersprachen bestehen, beispielsweise C, Java oder C++. Es sollte verstanden worden sein was ein Algorithmus ist und wie er funktioniert. Die SuS sollten ebenfalls das Nähen beherrschen oder bereit sein dies im Umfang des Kurses zu erlernen. Feinmotorik ist eine weitere Voraussetzung, da sich die Leitfäden nach dem Vernähen nicht untereinander berühren dürfen.  

Folgende Kompetenzen werden während des Projektes erlernt:

  • Das Erlernen von Zahlensystemen, genauer dem Binärsystem.
  • Das Erarbeiten kleiner Algorithmen gegebenenfalls aus vorgefertigten Code-Bausteinen in der Arduino IDE und das selbstständige Compilieren und Hochladen auf die Arduinos.
  • Der Umgang mit Vergleichen, bedingten Anweisungen und Schleifen.
  • Es wird das Prinzip der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe verinnerlicht.
  • Das Ansprechen von verschiedenen Aktoren, wie LEDs, Bewegungsmesser mit dem Arduino LilyPad.
  • Das eigene Programm selbstständig überprüfen.
  • Das Resultat anschaulich darstellen.
  • Das eigenverantwortliche Arbeiten und gute Zusammenarbeit in Gruppen soll gefördert werden. 

Das Projekt richtet sich an Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 7 und aufsteigend. Je nach vorhandenen Vorkenntnissen können Code-Bausteine gegeben werden oder das komplette Schreiben des Algorithmus mit Hilfestellung der Lehrkraft zum Einsatz kommen. Außerdem können die SuS das schreiben von Dokumentationen erlernen, während sie an dem Projekt arbeiten. Dabei können sie ihre eigene Arbeit im Einsatz analysieren und gewinnen Erkenntnisse über die Auswirkungen.

Ressourcen Bearbeiten

Materialien Bearbeiten

Zum Basteln werden die Arduino LilyPad Teile benötigt, die im Arduino Store oder unter Sparkfun erworben werden können, sowie einen Schuh. Möchte man ein Paar Schuhe bearbeiten, so wird die doppelte Menge an Teilen benötigt.

Es werden außerdem PCs benötigt, die bereits mit der Arduino IDE und den nötigen Treibern vorinstalliert sind. Sowie ein Mini-USB Kabel um das Simple Board mit dem FTDI an den PC anzuschließen. Bei den Schnürsenkeln können die SuS selbst kreativ werden. Es können Knicklichter / LED- Schnürsenkel oder bunte Schnüre Verwendung finden.

Alternativen, Zeitaufwand und KostenBearbeiten

Alternativ zu den Schuhen könnten die SuS ihr Projekt ebenfalls an das Ende eines Hosenbeines annähen, jedoch wird somit die Möglichkeit der Analyse des eigenen Schrittes eingegrenzt.

Der Zeitaufwand des Projektes steigt mit der Art des gewählten Schuhes. Wird ein sehr hartes Schuhmaterial gewählt, so benötigen die SuS wahrscheinlich mehr Zeit dieses sachgerecht zu bearbeiten. Je nach Geschwindigkeit kann das Projekt zwischen einem und mehreren Tagen in Anspruch nehmen, wobei das Nähen am meisten Zeit beansprucht. Um den Zeitaufwand zu minimieren kann daher die Menge der LEDs angepasst werden, je weniger LEDs sich an dem Schuh befinden, desto geringer wird der Zeitaufwand und die Komplexität des Programms. Es mag daher sinnvoll sein das Projekt innerhalb einer Projektwoche durchzuführen oder innerhalb einer AG. Eine Doppelstunde wird nicht als ausreichend für das Gesamtprojekt eingeschätzt. Sollte das Projekt nicht an einem einzelnen Tag durchgeführt werden, sondern in Etappen sollte jedoch mehr als eine Stunde für Auf- und Abbau gegeben werden und damit sich die SuS erneut in das Projekt eindenken können.

Die Kosten des Projektes belaufen sich auf etwa 50€ ohne Versandkosten. Je nachdem ob eigene Schuhe von zu Hause mitgebrachten werden oder ob welche in Absprache gekauft werden, kommen noch die Kaufkosten dieser hinzu.

VorbereitungBearbeiten

Um das Arduino LilyPad zu programmieren, benötigt man die Arduino Software. Diese kann von der Arduino Seite kostenlos heruntergeladen werden. Nachdem die Software installiert wurde, müssen ebenfalls die Treiber für das FTDI installiert werden. Die VCP Treiber (Virtual COM Port) können ebenfalls kostenfrei herunter geladen werden. Außerdem gibt es unterschiedliche Guides um bei der Installation zu helfen. Die Materialien sollten im Vorfeld für die SuS organisiert werden, sowie genügend Arbeitsblätter für jeden vorhanden sein.

Durchführung im Unterricht bzw. Lernlabor / Workshop - Lehrmaterial Bearbeiten

1. EinführungBearbeiten

Das Projekt und dessen Ziel und Prototyp wird verdeutlicht. Die Lehrperson könnte den Prototyp den SuS zeigen und ihnen anhand dessen das Projekt erklären. Fragen zu dem Projekt sollten beantwortet werden, bevor zu dem nächsten Schritt übergegangen wird.

2. ZahlensystemeBearbeiten

An diesem Punkt sollte die Lehrperson den SuS die Zahlensysteme näher bringen. Als Hilfsmaterialien können Arbeitsblätter verwendet werden.

Datei:Arbeitsblatt1.pdf

3. Arduino LilypadBearbeiten

Nachdem das Zahlensystem verstanden wurde werden die Einzelteile des Arduino LilyPad erklärt. Die Teile werden ausgegeben und den Schülern wird der Umgang mit ihnen beigebracht.

4. PlanungBearbeiten

Die SuS müssen bevor sie anfangen zu Nähen planen wie sie die Arduino-Teile anordnen möchten. Dazu können Zeichnungen angefertigt werden oder mit Bleistift sanft auf den Schuh gemalt werden. Die angemalten Linien können die SuS dann nachnähen.

5. NähenBearbeiten

Die SuS werden dazu angeregt das Projekt zusammenzunähen. Während sie nähen sollen sie bereits über den späteren Algorithmus nachdenken, den sie aus den Bausteinen aus dem Arbeitsblatt generieren können. Dabei soll die Lehrperson gern konkrete Hilfe geben, wenn dies erwünscht ist. Die Lehrperson kann außerdem mit der Heißklebepistole die losen Enden der Leitfäden verkleben. Die SuS können sich beim Vernähen der Teile an dem Prototyp orientieren, es ist jedoch ihrer Kreativität überlassen wie sie die LEDs, Sensor und das Board letztendlich an dem Schuh anordnen. Wichtig ist jedoch, dass die LEDs hintereinander stehen, damit am Ende eine Zahl abgelesen werden kann.

6. EVA-PrinzipBearbeiten

Wurde der Schuh ordnungsgemäß zusammengebaut wird er an den PC angeschlossen. Als erstes laden die SuS das Blink Programm der Arduino Seite auf den Chip um sicherzugehen, dass das Board auch funktionstüchtig ist. Nachdem dies geschehen ist, erklärt die Lehrperson den SuS wie sie die LED-Pins ansprechen um diese zu testen. Die Lehrperson erklärt den SuS anhand der LEDs wie das EVA-Prinzip funktioniert und geht auf dieses im späteren Verlauf des Projektes immer wieder ein um es zu verdeutlichen.

7. Das ProgrammierenBearbeiten

Den SuS wird sodann eine gewisse Zeit eingeräumt um in Gruppenarbeit (2-3 SuS) oder Einzelarbeit einen Algorithmus zu erarbeiten. Die Lehrperson kann dabei den SuS Hinweise geben, falls es gewünscht ist diesen Prozess zu beschleunigen. 

8. PräsentationBearbeiten

Nachdem die Projekte fertiggestellt wurden, werden sie den anderen Schülerinnen und Schülern präsentiert. Die SuS erklären dabei ihren Programmcode um festzustellen ob sie Fehler gemacht haben und zu sehen, wie andere Gruppen das Problem gelöst haben.

Während des Nähprozesses können die SuS in Absprache mit der Lehrperson sich gemeinsam über ihren Algorithmus austauschen, Musik oder gemeinsam einem Hörspiel lauschen um das Arbeiten angenehmer zu gestalten.

Je nach Anspruch an die SuS kann für die einzelnen Arbeitsschritte unterschiedlich viel Zeit beansprucht werden. Besonderes Merkmal sollte jedoch auf die ordentliche Vernähung des Leitfadens gelegt werden, damit die SuS später auch tatsächlich ein lauffähiges Projekt erhalten.

Beispiel einer Umsetzung - Prototyp Bearbeiten

Die SuS sollen, wenn möglich, ihren eigenen Bauplan konstruieren. Dennoch kann der Bauplan des Prototyps als Hilfestellung verwendet werden.

Hardware-Umsetzung Bearbeiten

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Annähen des Boards

1. Arbeitsschritt

Nachdem sich die SuS ihren eigenen Bauplan erarbeitet haben, sollte als erstes das Arduino LilyPad angenäht werden. Wird dieses als erstes angenäht, kann man nach jedem, weiteren angenähten Teil bereits mit dem Testen beginnen und so sichergehen, dass man während des Nähens keinen Kurzschluss erzeugt hat.

Für den Prototyp wurde der Platz an der Spitze des Schuhs für das Arduino ausgewählt, da die LEDs auf die linke Seite des Schuhs platziert wurden und der Bewegungssensor auf die rechte Seite. Dies sollten die SuS jedoch für sich selbst entscheiden, da dies auch je nach Schuh unterschiedliche Praktikablität besitzt. Es ist außerdem Sinnvoll die Schnürsenkel zu entfernen bevor genäht wird um besser in den Innenraum des Schuhs zugelangen. Fingerhut, Nähnadel und Leitfaden sollten für jeden SuS bereitstehen.

Um das LilyPad zu Vernähen gibt es mehrere Ansätze. Ein Ansatz ist es das LilyPad zuerst am Schuh zu befestigen und dann erneut die Module zu vernähen. So könnte man erst mit dem Leitfaden jeden Pin an den Schuh nähen bevor man fortfährt. Eine Alternative ist es, gerade wenn man alle Pins benutzen möchte mit dem "-" (Minus) - Pin zu beginnen und nur diesen anzunähen.

Es ist ratsam den Faden möglichst fest um die Pins zu ziehen und mindestens drei mal, damit sicher gestellt ist, dass der Faden auch wirklich hält.

2. Arbeitsschritt

Hat man den ersten Ansatz gewählt und das LilyPad komplett angenäht, so können sich die SuS aussuchen mit welchem Modul sie als nächstes beginnen. Auch diese können zuerst an den Schuh genäht werden, bevor sie mit dem Leitfaden letztendlich verbunden werden.

Bei dem zweiten Ansatz wird der Faden, der zuvor um den Minus-Pin genäht wurde weiter verwendet und nicht vernäht. Der Vorteil dabei ist es, dass man weniger lose Enden im Schuh hat, die zu möglichen Kurzschlüssen führen könnten. 

Bei beiden Ansätzen dürfte es für die SuS interessanter sein zuerst die LEDs anzunähen, da man diese bereits leuchten lassen kann, wenn beide Anschlüsse vernäht sind. Dazu muss der Minus-Pin vernäht werden.

3. Arbeitsschritt
Unbenannt

Anordnung der Fäden

Man kann mit einem einzelnen "Minus"-Faden sämtliche LED "Minus"-Pins vernähen. Allerdings benötigt man um die Pins einzeln anzusprechen jeweils einen Pin, also je nach Menge der LEDs kommt ein Faden hinzu. Da der Prototyp 5 LEDs besitzt benötigt man also 6 Fäden, die sich nicht überlappen dürfen und 5 "Zahlen"-Pins, sowie den "Minus"-Pin. Wichtig ist sich die Reihenfolge der Pins zu merken, damit die Binärdarstellung der Schrittzahl später richtig funktioniert. Wurden alle Fäden für die LEDs angenäht ist man mit diesem Arbeitsschritt fertig und kann bereits - wenn man möchte - die LEDs ausprobieren oder sich bereits an einem Code für die Binäranzeige probieren. Im Beispielcode sind die LEDs an die Pins "11,",10","9", "6" und"5" angenäht.

4.Arbeitsschritt

Als nächstes wird der Bewegungsmesser angenäht. Dieser wird ähnlich wie die Pins angenäht. Möchte man alle drei Achsen des Sensors benutzen so müssen auch alle drei Pins angenäht werden. Im Beispielcode sind für die x-Achse der Pin "A2", die y-Achse der Pin "A3" und für die z-Achse der Pin "A4" verwendet worden. Für den "Minus"-Pin wird erneut ein Faden vom "Minus"-Pin des Boards gezogen. Nachdem sämtliche Fäden vernäht sind kann die Lehrperson die losen Enden der Leitfäden mit der Heißklebepistole verkleben.

5.Arbeitsschritt

Sind alle Module vernäht kann der Code auf das LilyPad geladen werden. Danach können die SuS Schnürsenkel in den Schuh fädeln. Für den Prototypen wurden anstatt Schnürsenkel Knicklichter verwendet, dies sollten sich die SuS jedoch selbst auswählen dürfen. Anschließend wird die Batterie aufgeladen und unter die Schnürsenkel geklemmt. Damit sind die SuS fertig und können den Schuh benutzen.

Umsetzung der Software Bearbeiten

Die Konstruktion der Software ist in fünf Teile gegliedert. Den Deklarations-Teil, den Setup-Teil, den Loop-Teil, den Monitor-Ausgabe-Teil und den Teil, der für die Binäranzeige der Schritte verantwortlich ist.

Die SuS sollen wenn möglich mit so wenig Vorgaben wie möglich den Algorithmus gemeinsam erarbeiten. Daher ist dieser Teil hauptsächlich für die Lehrperson gedacht und weniger detailiert beschrieben.

1. DeklarationBearbeiten

Deklaration

In diesem Teil werden die Pins deklariert, sowie die Variablen Counter und Walk. Walk ist dabei eine Zustands-Variable, die angibt ob sich der Schuh gehoben hat oder nicht. Hat sich der Schuh gehoben, wurde also ein Schritt zurückgelegt wird counter hochgezählt.

2. SetupBearbeiten

Screenshot 4

Im Setup- Teil wird die Ausgabe mit "Serial.begin(9600);" eingeleitet, counter und walk werden auf Null gesetzt und die For-Schleife zur Initialisierung der Pins wird geschrieben.

3. LoopBearbeiten

Screenshot 8

Im Loop-Teil werden die Pins für den Bewegungsmesser initialisiert. sie erhalten die Werte, die der Sensor ließt. Außerdem wird anhand einer verschachtelten IF-Anweisung abgefragt in welchem Zustand sich der Schuh befindet. Wurde ein Schritt gemacht, so zählt sich ein Counter hoch. Dieser Counter zählt bis 32, da es 5 Pins gibt und 2 hoch 5 gleich 32 ist. In diesem Beispiel wurde lediglich die y-Achse verwendet, es können jedoch auch die x- und die z- Achse verwendet werden um einen Schritt noch genauer zu definieren. die Werte 410 und 440 ergeben sich aus der Ausgabe des Sensors und können ebenfalls angepasst werden.

4. AusgabeBearbeiten

Screenshot 9

In diesem Teil wird die Ausgabe des Programms betrachtet. "displayBinary" wird die Schrittzahl übergeben und später aufgerufen. Serial.print hingegen gibt auf dem Monitor die Werte der Sensoren, sowie der Variablen walk und counter aus. Dies kann zu Testzwecken verwendet werden und muss nicht zwangsläufig in den Code integriert werden.

5. BinäranzeigeBearbeiten

Screenshot 10

In diesem Teil wird Counter verwendet um innerhalb einer For-Schleife die LEDs die Schrittzahl anzeigen zu lassen.

Reflexion Bearbeiten

Bei der Bearbeitung des Projektes können diverse Schwierigkeiten für die SuS auftreten.

NähenBearbeiten

Beim Vernähen der Einzelteile können mehrere Schwierigkeiten auftauchen. Zum einen benötigt das Drücken der Nähnadel durch den Schuh Kraft. Zum anderen kann für manche SuS bereits das Einfädeln des Leitfadens Schwierigkeiten bereiten. Besondere Beachtung ist den Leitfäden zu schenken, da sich die Leitfäden von den unterschiedlichen Zahlen-Pins und den "+", sowie "-"-Pins nicht überlappen dürfen um einen Kurzschluss zu vermeiden. Um einen Kurzschluss zu vermeiden ist es ratsam die Enden der Fäden möglichst kurz zu schneiden, sodass lose Enden nicht versehentlich andere Fäden berühren. Außerdem ist es sinnvoll die Fädenenden mit Heißkleber zu fixieren, falls sie bei dem Gebrauch des Schuhes doch einmal locker werden sollten. 

ProgrammierenBearbeiten

Je nach SuS können beim Programmieren unterschiedliche Schwierigkeiten entstehen. Wurden die Grundbausteine für das Programmieren und die Funktionalität des Binärsystems nicht ganz erfasst so können die SuS ihr Programm nicht erarbeiten. Daher sollte sichergestellt werden, dass besonders die For-Schleife verstanden wurde, sowie deren Gebrauch in dem Algorithmus. 

Augenmerk ist besonders auf die ordentliche Vernähung zu legen, da bei einem Kurzschluss das Programm nicht getestet werden kann. Falls für manche SuS das programmieren eines Schrittzählers zu schwierig ist, so könnte man die Anzeige auch nur in Binärzählung blinken lassen und den Bewegungssensor komplett weglassen, wie im Video zu sehen ist.

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Erweiterungsmöglichkeiten und weiterführende Themen Bearbeiten

Die SuS haben die Möglichkeit das Projekt nach Abschluss zu erweitern, dabei ist ihre eigene Kreativität gefragt. Je nach benutzten Pins ist noch zusätzlicher Platz für weitere Module, die an dem Schuh befestigt werden können. So könnten die SuS beispielsweise Temperatur oder Licht in ihr Projekt miteinbeziehen. Der Schrittzähler könnte sich zum Beispiel nur aktivieren, wenn es Dunkel ist oder eine bestimmte Temperatur erreicht ist. Desweiteren können die SuS LEDs für die Schnürsenkel verwenden oder wenn genügend Platz vorhanden ist weitere LilyPads annähen. Dabei kommt es auf die Kreativität der SuS an und deren eigenem Engagement. 

Weiterführende Themen könnten die Umsetzung einer Modelinie mit Produktdesign für den Kunstunterricht darstellen oder aber das genaue analysieren des gebauten Schaltkreises für den Physikunterricht. Alternativ könnte man das LilyPad auch für Kleider verwenden, wie beispielsweise dem Climate Dress und damit zu Themen wie Klima und Umwelt überleiten.

Referenzen und Weblinks Bearbeiten