Mikrocontroller

Wetterstation mit dem Calliope mini

In diesem Projekt lernen Schüler*innen das Thema Wetter besser kennen und bauen eine eigene Wetterstation mit dem Calliope mini.

1. Einheit: Temperaturmessung

2. Einheit: Helligkeitsmessung

3. Einheit: Niederschlagsmessung

4. Einheit: Präsentation der Wetterstation

Übersicht

Kompetenzen

Material

Downloadmaterial

Übersicht

Kompetenzen

Material

Downloadmaterial

1. Einheit: Temperaturmessung

Vorbereitung

Pro Team wird ein Computer mit Internetzugang und ein Calliope mini benötigt.

Einführung (ca. 20 Minuten)

Vorstellung des Ziels der Reihe: Bau einer Wetterstation, die Temperatur, Helligkeit und Niederschlag misst.
Zeige den Schülerinnen und Schülern den von dir gebauten Prototypen, damit sie wissen, was in den nächsten Wochen passiert.
Wiederhole mit den Schülerinnen und Schülern Informationen zum Thema Wetter:
1. Was für Wetter gibt es?
2. Warum erforschen wir das Wetter?
Stelle das Ziel der heutigen Stunde vor: Programmierung des Temperatursensors.
Wiederhole ggf. die Funktionen der Programmieroberfläche NEPO:

Calliope mini Einstieg

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Teile die Schülerinnen und Schüler in 2er Teams ein.
Stelle den Schülerinnen und Schülern die folgende Aufgabe:

Öffnet NEPO. Mit welchem Programmierblock können die Daten des Temperatursensors abgerufen werden und wie lässt sich die Temperatur anzeigen? Erforscht gemeinsam wie der Temperatursensor des Calliope mini programmiert wird. Ihr habt dafür 20 Minuten Zeit.

Arbeitsphase (ca. 20 Minuten)

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in 2er Teams an einem Computer und programmieren den Temperatursensor.
Für die Zusammenarbeit untereinander empfehlen wir die Methode des Pair Programmings.
Das fertige Programm kann so aussehen:

Ausblick (ca. 5 Minuten)

Thematisiere mit den Schülerinnen und Schülern warum im Programm eine Schleife benötigt wird.
Ausblick auf die nächste Einheit.

Hinweise

Es empfiehlt sich die Programme am Ende zu speichern, damit die Wetterstation in den nächsten Wochen erweitert werden kann.
Das Speichern von Projekten am Computer ist für viele Schülerinnen und Schüler nicht intuitiv, es empfiehlt sich dieses Schritte ein paar Mal zu wiederholen.
Bevor ein Programm auf dem Calliope mini gespeichert wird, kann zunächst die Simulation verwendet werden, um zu testen ob das Programm funktioniert.

2. Einheit: Helligkeitsmessung

Vorbereitung

Pro Team wird ein Computer mit Internetzugang und ein Calliope mini benötigt.

Einführung (ca. 15 Minuten)

Rückblick auf den letzten Termin und Klärung offener Fragen.
Vorstellung des Ziels der heutigen Stunde: Messung der Helligkeit im Raum und ggf. auf dem Schulhof.
Kurze Wiederholung der Befehle:
1. Wenn-Dann
2. Schleifen
3. Größer/kleiner als
Stelle den Schülerinnen und Schülern die folgende Aufgabe:

Öffnet NEPO und programmiert den Lichtsensor des Calliope mini. Geht bei der Erforschung genauso vor, wie letzte Woche. Was könnte angezeigt werden wenn es hell ist, was wenn es dunkel ist? Schaut euch anschließend die Programmierung der letzten Woche an und überlegt, wie ihr beide Funktionen der Wetterstation auf dem Calliope mini programmieren könnt. Ihr habt dafür 20 Minuten Zeit.

Erarbeitung (ca. 20 Minuten)

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in 2er Teams an einem Computer und programmieren den Lichtsensor. Anschließend nutzen sie z.B. die Tasten A und B um sich auf einer die Temperatur und auf der anderen die Helligkeit anzeigen zu lassen. Das Programm des Lichtsensors kann so aussehen:

Rückblick (ca. 5 Minuten)

Für die Zusammenarbeit untereinander empfehlen wir die Methode des Pair Programmings.
Das fertige Programm für beide Sensoren kann so aussehen:

Ausblick (ca. 5 Minuten)

Ausblick auf die nächste Einheit.

3. Einheit: Niederschlagsmessung

Vorbereitung

Pro Team wird ein Computer mit Internetzugang und ein Calliope mini benötigt.
Zum Basteln des Niederschlagsmessers werden zudem ein Becher, Alufolie oder Kupferklebeband und Krokoklemmen benötigt.
Drucke die Bastelanleitung und Programmieranleitung für den Niederschlagmesser einmal pro Team aus.

Einführung (ca. 15 Minuten)

Rückblick auf den letzten Termin und Klärung offener Fragen.
Vorstellung des Ziels der heutigen Stunde: Bau eines Niederschlagsmessers.
Wiederhole das Thema Stromkreise und zeige den Schülerinnen und Schülern wie die PINs am Calliope mini funktionieren.
Kurze Wiederholung der Befehle:
1. Wenn-Dann
2. Schleifen
3. Falls Pin gedrückt

Arbeitsphase (ca. 60 Minuten)

Stelle den Schülerinnen und Schülern die folgende Aufgabe:

Arbeitet in den 2er Teams aus den letzten Wochen und teilt euch auf:

Person A: Nutze die Bastelanleitung und baue aus den bereitgestellten Materialien einen Niederschlagsmesser. Unterstützte anschließend deine Partnerin oder deinen Partner bei der Programmierung.

Person B: Öffnet NEPO (https://lab.open-roberta.org/) und programmiere den Niederschlagmesser. Dabei hilft dir die Programmieranleitung. Lade das Programm auf den Calliope und verbinde diesen mit dem Becher. Testet gemeinsam den Niederschlagsmesser, indem ihr die jeweiligen Pins am Becher drückt. Insgesamt habt ihr 60 Minuten Zeit.

Bonusaufgabe: Schaut euch anschließend die Programmierung der letzten Woche an und überlegt, wie ihr alle Funktionen der Wetterstation auf dem Calliope mini programmieren könnt.

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten arbeitsteilig in 2er Teams, um den Niederschlagsmesser zu basteln und zu programmieren.
Für die Zusammenarbeit untereinander empfehlen wir die Methode des Pair Programmings.
Das fertige Programm für den Niederschlagsmesser kann so aussehen:

Reflektion und Ausblick (ca. 15 Minuten)

Reflektiere mit den Schülerinnen und Schülern ihren Prozess: Was hat gut geklappt, was nicht und warum?
Gib einen Ausblick auf die nächste Einheit, in der die Wetterstationen präsentiert werden.

Hinweise

Die Programmierung des Niederschlagsmessers ist komplex. Er kann ggf. auch gemeinsam Schritt für Schritt programmiert werden.
Statt den Niederschlagsmesser mit Wasser zu füllen, genügt es die Metallstreifen mit den Fingern zu berühren.

4. Einheit: Anschließen des Calliope mini und Präsentation der Wetterstationen

Vorbereitung

Je nach gewählter Präsentations-Methode, Beamer oder interaktives Whiteboard anschließen und die Projekte der Schülerinnen und Schüler öffnen.

Einführung (ca. 5 Minuten)

Ziel der heutigen Stunde: Anschließen des Calliope mini und Präsentation der Projektergebnisse.
Erklärung des Ablaufes (nach gewählter Methode). Wir empfehlen dir die Methode Rundgang für dieses Projekt.

Erarbeitung (ca. 15 Minuten)

Die Teams schließen den Calliope mini an.

Präsentation (ca. 20 Minuten)

Die Schülerinnen und Schüler präsentieren nacheinander ihre Projekte. Hierfür können unterschiedliche Methoden genutzt werden.
Die Schülerinnen und Schüler geben Feedback zu den vorgestellten Projekten anhand der Leitfragen:
1. Was hat dir besonders an dem Projekt gefallen?
2. Was wurde besonders gut programmiert?
3. Was wäre dein Tipp für das nächste Mal?

Ausblick (ca. X Minuten)

Mache zum Abschluss eine kurze Reflexion zum Gesamtprojekt.

Hinweise

Bei der Wahl einer nicht frontal durchgeführten Präsentation bietet es sich an mit Feedbackbögen zu arbeiten, die jeweils neben den Projekten ausgelegt werden und von den Schülerinnen und Schülern ausgefüllt werden können.
Je nach Umfang der Projekte können ggf. auch nur einzelne Projekte als Beispiele vorgestellt werden (gerade die jüngeren Schülerinnen und Schüler wollen meist alle ihre Projekte vorstellen).
Bei der Methode eines Rundgangs kann die Zeit gut festgelegt werden, sodass alle Projekte angeschaut werden, nicht aber alle Schülerinnen und Schüler alle Projekte gesehen haben.