Mit Informatik und Photonik die Welt verbessern

Autos mit Hindernissensor, blinkende T-Shirts und temperaturanzeigende Handschuhe: Jugendliche entwickeln im Feriencamp im Rahmen der BMBF-Initiative „Make Light“ eigene Photonik-Projekte.

Bild 1: Über 20 Schülerrinnen und Schüler der Klassenstufen 8 bis 10 nahmen Anfang Januar am Feriencamp „Mit Information und Photonik die Welt verbessern“ im InfoSphere in Aachen teil. Foto: VDI Technologiezentrum GmbH

Bild 2: Nach einer Einführung in die Welt der Mikrokontroller mit Hilfe von vorgegebenen Projekten am ersten Tag konnten die Jugendlichen am zweiten Tag ihre eigenen Projekte verwirklichen. Foto: VDI Technologiezentrum GmbH

Bild 3: Diese Auto benötigte gleich zwei Mikrocontroller: Einen nur für den Antrieb der sechs Räder und einen für die Beleuchtung und den Abstandssensor. Foto: VDI Technologiezentrum GmbH

Bild 4: Am Ende der zwei Tage präsentierten die Schülerinnen und Schüler die Projekte ihren Verwandten und Freunden. Foto: VDI Technologiezentrum GmbH

08.01.15

VDI Technologiezentrum GmbH

Mit Informatik und Photonik die Welt verbessern“ – so lautete die Herausforderung, der sich über 20 Schülerinnen und Schüler der Klassenstufen 8 bis 10 aus dem Großraum Aachen in einem Feriencamp stellten. In den letzten beiden Winterferientagen, am 5. und 6. Januar 2015, wurde im Informatik Schülerlabor „InfoSphere“ in Aachen fleißig programmiert, gebastelt und konstruiert.

Grundlage waren Mikrocontroller, kleine Computer im Hosentaschenformat, an die verschiedenste elektrotechnische Bauteile wie LEDs, Schaltungen oder Sensoren angeschlossen werden können. Am ersten Tag erlernten die Jugendlichen, von denen viele noch nie mit diesen Mikrocontrollern in Kontakt gekommen waren, die Grundlagen von Schaltungen und deren Programmierung. Am zweiten Tag wurde es richtig kreativ, denn jetzt waren die Jugendlichen so weit, eigene Projekte zu verwirklichen.

Nach einer Einführung ging es am ersten Tag direkt los: An vier Stationen bauten die Schülerinnen und Schüler ein LED-Farbthermometer, eine piepsende Einparkhilfe für einen kleinen Papplaster, eine Blume mit Helligkeitssensor die sich immer zum hellsten Punkt hin orientiert und eine Geschwindigkeitsmessstation mit Infrarot-LEDs.

Alle Stationen sind Teil eines neuen Konzepts für Schülerinnen und Schüler der Mittelstufe, die die Welt der Mikrocontroller, Elektrotechnik und Informatik anhand von Photonik-Projekten kreativ und eigenständig entdecken sollen. Denn die Photonik, also die Technologien rund ums Licht, wie LEDs oder optische Sensoren, bieten hier vielfältige Möglichkeiten mit sichtbarem Lernerfolg. Das komplette Konzept wurde vom InfoSphere-Team um ihre Chefin Nadine Bergner im Rahmen der Make Light-Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) entwickelt und didaktisch ausgearbeitet.

Highlight des zweitägigen Feriencamps war der zweite Tag: Jetzt konnten die Jugendlichen in kleinen Teams die erlernten Grundlagen vom Vortag in eigene Projekte umsetzen. Der Kreativität waren dabei (fast) keine Grenzen gesetzt. Sechs Betreuer vom InfoSphere standen mit Rat und Tat beiseite und halfen bei der für Informatiker typischen Fehlersuche.

So baute ein Team, bestehend aus den vier Schülern Benjamin, Alexander, Florian und Kevin, ein kleines Auto, das mit Hilfe eines Infrarotsensors ein Hindernis erkennt, daraufhin selbständig seinen Fahrtwinkel ändert und in eine andere Richtung weiterfährt.

Das Zweierteam Rouven und Alexander baute einen runden, flachen Mikrocontroller in einen Handschuh ein. Ein Sensor misst die Temperatur auf der Haut und vier flache, sehr kleine LED-Chips zeigen die Temperatur in verschiedenen Farben an. Ist die Hand kalt, können die LED´s beispielsweise blau leuchten. Strahlt die Hand sehr viel Wärme ab, leuchten die LEDs rot.

Am gleichen Tisch nähten die Geschwister Marie-Louise und Alexandra den flachen Mikrocontroller auf die Innenseite eines T-Shirts ein. Mit Hilfe von leitendem Nähgarn, dass auch Rouven und Alexander für ihren temperaturanzeigenden Handschuh benutzten, legten sie die Stromverbindung zu mehreren LEDs. Anschließend programmierten sie verschiedene Blinkmuster.

Ein Dreierteam mit Annika, Finja und Jana programmierte das Spiel „Catch the Fruit“. Ein auf den Mikrocontroller aufgesetztes Bauteil mit jeder Menge LEDs, die jeweils einzelne Pixel darstellen, dient als Bildschirm (ein sogenanntes LoL-Shield). Dazu schlossen die Mädchen noch einen Lagesensor an. In dem Spiel stellen einzelne Pixel fallende Früchte dar, drei Pixel am unteren Bildrand einen Korb. Durch Kippen des Teils wird der „Korb“ nach rechts oder links verschoben, um die „Früchte“ zu fangen.

In der letzten Stunde wurde die Zeit für das ein- oder andere Team etwas knapp. Schließlich musste noch zusätzlich eine kurze Präsentation zu jedem Projekt fertig gestellt werden. Dann wurde es im InfoSphere auch schon rappelvoll: Eltern, Geschwister und Freunde waren eingeladen worden, denen jede Gruppe ihr Projekt nacheinander präsentierte.

Die Freunde und Verwandten waren sichtlich beeindruckt. Was die Schülerinnen und Schüler – teilweise ohne Vorwissen – nach dem Einführungstag innerhalb nur eines Tages entwickelt hatten, war eine unglaubliche Leistung. Aber auch die Veranstalter waren hoch zufrieden und bedankten sich bei den Teilnehmern für die zwei ereignisreichen Tage sowie beim BMBF für die Unterstützung.

„Nach diesem tollen Erfolg wollen wir das Feriencamp auf jeden Fall wiederholen“ erzählt Nadine Bergner begeistert. „Der nächste Termin ist bereits für diese Osterferien gesetzt, dann sogar über drei Tage vom 8. bis zum 10. April. Man kann sich auch schon jetzt dafür anmelden.“

Für die Zukunft ist jedoch noch viel mehr geplant. Die Make Light-Veranstaltungen im InfoSphere sind Teil einer Schulungsmaßnahme zum Aufbau eines deutschlandweiten Photonik-Sensornetzwerks in außerschulischen Lernorten. So könnten Schüler in Zukunft zum Beispiel in verschiedenen Schülerlaboren in ganz Deutschland gleichzeitig UV-Sensoren programmieren oder die Nachthelligkeit vermessen und zu einer Messlandkarte zusammen schließen.

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