Überlegungen zu einem Roboter-Kurs

Die Roboter-Kurse für Kinder sind sehr beliebt. Auch bei relativ hohen Preisen zw. 30-150 Euro sind solche Kurse in den Schulferien ausgebucht.

Bei den meisten Kursen werden die LEGO-Roboter eingesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass die Kinder mit LEGO-Bausteinen in der Regel vertraut sind, und somit bei der knappen Zeit des Kurses sich auf die Programmierung konzentrieren können. Ein wesentlicher Nachteil ist natürlich der Preis für die LEGO-NXT-Sets.  Ein Set kostet ca. 300 Euro, was für viele Schulen und ehrenamtliche Kursleiter unerschwinglich ist.

Einige Kurse benutzen die günstigeren Varianten wie z.B. ASURO oder NIBObee, beide preislich unter 50Euro. Solche Roboter lassen sich jedoch nicht so einfach programmieren und sind eher für die Oberstufen-Schüler oder Studenten geeignet.

Eine interessante Möglichkeit für einen Einsteigerkurs bietet sich mit der Programmiersprache Scratch an. Scratch ist eine grafische Programmiersprache für Kinder, die sehr leicht erlernbar und intuitiv ist.

Die Programmierung geschieht wie auch bei LEGO NXT hauptsächlich mit der Maus. Obwohl die Sprache nicht in erster Linie für Roboter-Programmierung gedacht war, war es bei Scratch auch vorgesehen, dass Spezial-Hardwareboards angeschlossen werden könnten. Solche Ein/Ausgabe Boards sind jedoch in Deutschland wenig verbreitet und schwer zu beschaffen.

In der Version 1.4 (nicht die Neueste, aber noch gängig) gibt es die Möglichkeit aus dem Scratch heraus per TCP Nachrichten zu verschicken. Damit ließe sich ein einfaches Tool schreiben, dass irgendwelche selbst-gebaute Hardware anspricht.  Welche nur? In Windows 95-Zeiten käme als erstes die Parallele Schnittstelle in Frage. Die modernen Rechner haben sie leider nicht mehr.

Eine serielle Schnittstelle wäre auch eine Lösung. Einen USB-RS232 Adapter bekommt man schon für 3 Euro. Und viel mehr braucht man zum Einstieg nicht. Die RS232-Schnittstelle hat Steuerleitungen - 3 Ausgänge und 4 Eingänge. Damit könnte man schon nur mit 3 LEDs und 3 Widerständen (evtl. auch einem Knopf) ein Ampelmodell ansteuern.

Mit einem Motortreiber L293D könnte man auch einen Motor in beide Richtungen drehen. Dann bleibt noch eine Ausgang-Leitung frei.

Mit den Eingängen könnte man einfache Sensoranwendungen für Licht und Temperatur realisieren.
Für einen Anfängerkurs könnte es allemal ausreichen. Die Kosten pro Arbeitsplatz würden dabei unter 10 Euro liegen.

Was könnte man mit einem solchen Kurs vermitteln?

• Ansteuerung von Hardware mit einem PC
• Ein-/Ausgänge
• Abfrage der Sensoren (auch wenn nur digitaler) mit einem PC
• Visualisierung
• Und natürlich die Grundlagen der Programmierung - Variablen, Schleifen, Entscheidungen.

Ich hoffe, ich komme bald dazu, einige einfachen Aufgaben auszuarbeiten und auszuprobieren

Die Eindrücke und Erfahrungen aus dem Kurs "Experimentenwerkstatt bei CASA e.V."

Auf die Idee, diesen Kurs durchzuführen kamen wir sehr spontan. Ich meldete mich im Februar nach einer sehr langen Kontaktpause bei CASA e.V., wir trafen uns auf einen Kaffee, kamen auf "Jugend Forscht" zu sprechen und überlegten uns, ob man bei CASA e.V. auch etwas technisches mit Kindern machen könne. Bis zum Termin Ende Juli gab es noch 4-5 weitere Treffs, bei denen die Idee immer deutlichere Gestalt annahm. Mit jedem neuen Treffen gingen wir von dem ursprünglichen Vorhaben, eine Firma zu suchen, die im Rahmen einer CSR-Aktivität solche Veranstaltung durchführt und sponsert, in die Richtung, alles vollständig aus eigener Regie zu machen.

Ich habe mich bereit erklärt, das technische Programm bei dem Kurs vorzubereiten und begab mich auf die Suche nach Projekten und Experimenten für Kinder. Und wer sucht der findet. Den ersten großen Anstoß für neue Ideen gaben mir die Kontexis Hefte. Daraus könnte man lernen, aus den einfachsten Mitteln Funktionsmodelle und Experimente aufzubauen. Viele Inspirationen gaben mit die Experimente von Arvind Gupta. Und nicht zuletzt, die Videos und Berichte von den anderen Kinderkursen gaben die Sicherheit, dass es absolut realistisch sei, so einen Kurs aus eigenen Kräften heraus durchzuführen.
Es war ein riesiges Glück, dass ich irgendwann bei meinen Experimentenrecherchen auf die Firma Opitec kam. Mit den Angebot von Opitec konnten wir die Modelle aufwändiger und interessanter planen, und kamen immer noch mit einem günstigen Budget aus. Gerade für Solarmodelle bietet Opitec besonders günstig die Motoren und die Solarzellen an.

Den Rest konnte man im Baumarkt kaufen und die Holzteile mit einer Dekupiersäge zurecht schneiden. Ich habe einige Modelle ausprobiert und zum Schluss beschlossen wir, das es eine Auswahl zwischen einem "Solar-Windrad", einem Solar-Karussell und einem Solarauto geben wird.

Am Montag, 28. Juli 2014 war es endlich soweit. Gegen 10 Uhr fing an das Haus "CASA im Grünen" sich mit den Kindern zu füllen. Pünktlich zum Anfang um 10:30 waren alle da. Alle Kinder, die sich für den Kurs angemeldet habe, kamen freiwillig an ihrem ersten Ferientag, um etwas neues zu lernen. Das war für mich schon ein mächtiger Motivationsschub.

Nach kurzer Vorstellungsrunde ging's zum ersten Experiment und einem kleinen Wettbewerb zugleich. Die Kinder wurden in Gruppen eingeteilt, sollten eine Luftballonrakete basteln und testen, wessen am weitesten fährt. Aus der Wettbewerbsidee wurde leider nichts. Obwohl ich diese Variante der Rakete mehrfach getestet hatte, hat sie bei kaum einer Gruppe richtig funktioniert. 

Nachdem jede Gruppe ihre "Rakete" einmal gestartet hatte, und die Kinder vom Experiment eher enttäuscht waren, hatte ich meine große Hoffnung auf das nächste Experiment gesetzt - die Filmdosenrakete.
Die Rakete wurde mit einer Brausetablette und Wasser "getankt". Die Kinder bildeten den Kreis um die Filmdose und ich erklärte den Funktionsprinzip. Der erste Start ging gleich in die Hose - 10 cm Flughöhe. Mit rhetorischen Beschwichtigungen versuchte ich die Zeit beim Auftanken der 2, 3 Filmdose und einer Kaugummidose zu überbrücken. Alles vergebens! Die Filmdosen fielen auf die Seite und es lief eine gelbe Brühe aus ihnen heraus. Die Kaugummidose blieb auch nach 3 Cound-Downs stehen. Die Gesichter wurde immer länger. Wir gaben auf, und fingen an, die Kinder nach Ihren Ideen zu fragen, was die Gründe für die Fehlstarts wohl seien mögen, und wie man es verbessern könnte. Die Kinder waren sehr kreativ und zeigten auch gutes Verständnis für die Funktionsweise dieser "Rakete". Wir waren mitten in der Diskussionsrunde als plötzlich
BAM!!! Die Kaugummidose flog 10 Meter hoch. Die Langeweile war von den Gesichtern verschwunden. Die Kinder holten sich die restlichen Dosen und die Brausetabletten um das Experiment selbst auszuprobieren. Hin und wieder flog eine Dose in die Luft. Das Highlight des Experiments war die Kaugummidose, die letztendlich auf Dach gelandet war.

Nachdem der Tag gerettet war, fingen wir mit unserem ersten Bastelobjekt an  - dem "Heißen Draht". Der Aufbau besteht aus einem Holz- bzw. einem Gipskartonbrett mit Batteriehalterung, Widerstand, kleine Glühlampe, LED, einem Piezosummer und einem gebogenen 2mm Kupferdraht. Alle Bauelemente sollten mit den Reisszwecken an das Brett befestigt werden. Der Zweck des Experimentes war, die Grundlagen der Elektrizität und den elektrischen Stromkreis kennen zu lernen.
Die Aufgabe hat den Kindern gut gefallen. Nachdem die erste Glühlampe leuchtete, stieg Begeisterung hoch. Alle Kinder waren voll beim Basteln dabei.
Die Reisszwecken konnten nicht von allen Kindern in das Holz hinein gedrückt werden. Dafür hatten wir die kleinen Hämmer und Holzstäbchen vorgesehen - ca 10cm lange und 1cm in Durchmesser. Damit konnten die Reisszwecken rein geschlagen werden. Auch mit dem Abisolieren, was auch nicht einfach ist, klappte nicht so ganz. Da waren die Betreuer gefragt.
Die Idee, einfache elektronische Schaltkreise mit den Reisszwecken aufzubauen, nahm ich aus dem Kontexis-Heft "Reisszwecken-Technologie". Damit ging der erste Tag zu Ende.

Am zweiten Tag kamen alle 14 Kinder in an ihrem 2. Schulferientag wieder pünktlich zum Kurs. Die Freude der Kursleiter war groß. An diesem Tag wollten wir ein "Windrad mit Solarantrieb" basteln. Die Funktionsweise haben die Kinder schon am Vortag kennen gelernt. Sie wussten dass das Modell weder ein guter Ventilator ist, noch die Windkraft nutzt, sondern dass es nur ein schönes Solarmodell ist.
Nach dem Schleifen der Holzteile mit dem Sandpapier wurden die Bauteile Motor, Propeller, Solarzelle nach und nach ausgeteilt, und die Kinder haben alles meist eigenständig aufgebaut. Der Aufbau dauerte weniger, als wir von der Zeit her eingeplant hatten, deshalb hatten wir die Bastelarbeiten mehrmals für kleine Spiele und Experimente und Erklärungen unterbrochen.

Ein schönes Spiel haben wir uns spontan überlegt und ausgearbeitet. Es hieß - "Büroklammern angeln". Die Kinder haben mit einem Magnet eine Schere magnetisiert, indem sie immer wieder (ca. 50 Mal) mit gleichem Pol an der Schere entlang führten. Danach wurde die Schere an den Griffen durch einem Faden mit einem Stift verbunden - fertig war die Angel. Auf einem runden Tisch waren Büroklammern verteilt. Nach Startsignal gingen die Kinder mit ihren Angeln zum Tisch, und versuchten sich von den Büroklammern so viele wie möglich zu "angeln". Gewonnen hat, wer den Magneten am schnellsten und öftesten an der Schere entlang fuhr, ohne das Pol zu verwechseln und somit sich die stärkste Magnetschere hergestellt hat.

Da wir den Abschluss des Kurses mit den Wasserraketen feiern wollten, haben wir 3 Starts währen den Bastelpausen vorgeführt. Die Konstruktion, die ich ausgewählt hatte, war sehr einfach. Es gab nicht mal einen Auslösemechanismus - es wurde solange gepumpt, bis die PET-Flasche irgendwann von selbst flog. Nichtsdestotrotz  schaffte die Rakete es höher als das Schulgebäude. Die Begeisterung und die Überraschung waren sehr hoch. Die Kinder bekamen eine guten Vorgeschmack auf das Ende des Kurses.

Um die Funktionsweise eines Motors zu erklären, bereitete ich eine "Gummibärchen-Schaukel" und einen auseinander genommenen kleinen Motor, der dennoch funktionstüchtig war. Mit der Schaukel ( ein stromdurchflossener Leiter, der sich im Magnetfeld bewegt) wollte ich die Lorentzkraft erklären, mit dem gehäuselosen Motor - die Umschaltung des Magnetfeldes. Beides ist mir wenig gelungen, weil ich mich noch auf meinen Gedächtnis aus der Schulzeiten verlassen hatte. Die Kinder fanden die Experimente anscheinend dennoch interessant, weil einige zwischendurch damit selbst experimentierten und wollten sie sogar mitnehmen. Ich musste zum Schluss unter Kindern auslösen, wer die beiden Modelle bekommt.

Nachdem alle "Windräder" fertig waren und zu unserer gemeinsamen Freude auch an diesem schaurigen Tag draußen ganz gut drehten, haben die Kinder mit dem Bau ihren Wasserraketen angefangen. Sie wurden in drei Gruppen aufgeteilt, und bauten  drei Raketen zusammen.
Die Freude und die Aufregung rund um die Starts kann man schwer beschreiben. Alle drei flogen mehrmals in die Höhe - mit einigen Fehlstarts, "Explosion" einer der Startrampen und mit zwischenzeitlichem Hängen einer der Raketen in den Bäumen. Es war ein schöner und lustiger Abschluss.

Und wie geht es weiter? Es muss weiter gehen. Die Kinder wollten sich schon für das nächste Jahr gleich anmelden. Diese Geduld berührt mich zutiefst. Ich hoffe, sie müssen gar nicht ein ganzes Jahr warten. Für mich war die Vorbereitungszeit und der Kurs selbst eine sehr intensive Erfahrung. Es war für mich auch eine große Freude mit CASA zusammen so etwas zustande zu bringen. Die Organisation jenseits der Technik wie z.B. die Raumgesaltung, Verpflegung, Flyer haben die Mitarbeiter von CASA übernommen und hervorragend gemacht.