Arduino erlernen

Mikrocontroller haben viele verschiedene Anknüpfungspunkte im modernen Physikunterricht.  Einfache Experimente mit angeschlossenen Sensoren und Aktuatoren erlauben es, in fast jedem Inhaltsfeld der Schulphysik wie der Akustik, Elektrizitätslehre, Wärmelehre oder Optik Lerninhalte und Kompetenzen anwendungsnah zu vermitteln. Das Lernen erfolgt dabei handlungsorientiert, individualisiert, kreativ sowie problemlösend. Zudem lässt sich die „Blackbox“ von Messgeräten öffnen, wenn etwas über die physikalische und technische Funktionsweise der verwendeten Sensoren sowie über das Messen selber gelernt wird.

Um den Einstieg und die Grundlagen der Programmierung an einfachen Projekten wie Temperatur-, Lichtstärke- und Abstandsmessungen zu lernen, bietet sich ein mit Studierenden, Lehrkräften sowie Schülerinnen und Schülern erprobtes Konzept an. Die Lernenden bekommen zunächst fertige Schaltungen sowie jeweils ein passendes Basisprogramm, das die Schaltung rudimentär in Betrieb nimmt. Neue Programmbefehle werden mit den Basisprogrammen einführt und durch Kommentare im Programmcode direkt erläutert. Ebenso umfasst das Basisprogramm verschiedene Lernaufgaben, die das Basisprogramm nach und nach erweitern, um u.a. die Verwendung von Schleifen und Abfragen, das Auslesen von analogen Eingängen oder das Umrechnen von Werten zu erlernen. Mit den Schaltungen lassen sich komplexe alltags- und anwendungsorientierte Projekte wie eine optische und akustische Einparkhilfe, eine helligkeitsabhängige mehrstufige Beleuchtung oder eine Ampel mit Anforderungskontakt realisieren. Das Datenblatt liefert Kontexte, Anwendungsmöglichkeiten sowie Hintergrundinformationen zu den Komponenten gegeben.

Die Chancen, Schwierigkeiten und Herausforderungen sowie das Konzept sind im Physik Journal 18 (2019) Nr. 5 beschrieben und veröffentlicht.

Nachfolgend können Sie die Basisprogramme und Datenblätter für die fertigen Arduinoschaltungen („Arduino-Shields“) herunterladen:

Die Schaltungen für die Basisprogramme können auch auf Steckbrettern nachgebaut werden:

Hier finden Sie die Dateien für den 3D-Drucker für die Halterungen. Sie können komplett fertig montierte Shields auch über die Schülerfirma der Gesamtschule Waltrop beziehen. Anfragen bitte an Herrn Ahmet Akbulut.

Ein erprobtes Workbook für den Einstieg in Arduino in der Schule finden Sie hier. Es werden lediglich Arduino UNOs, USB-Kabel sowie eine LED mit 220 Ohm Vorwiderstand benötigt.

Publikationen

  • Pusch, Alexander (2019) Arduino im Physikunterricht. In: Physikjournal 18 (2019) Nr.5, S. 26-29.

Die Materialien wurden von Alexander Pusch, Dennis Schumann und Marc Scholl entwickelt. Weitere Informationen bei Alexander PuschDie Projekte und insbesondere die zur Verfügung gestellten Dateien stehen unter der CC BY-NC-SA-Lizenz (Creative Commons Namensnennung – Nicht-kommerziell – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz). Diese Lizenz erlaubt es anderen, das Werk zu verbreiten, zu remixen, zu verbessern und darauf aufzubauen, allerdings nur nicht-kommerziell und solange wir als Urheber des Originals genannt werden und die auf unserem Werk basierenden neuen Werke unter denselben Bedingungen veröffentlicht werden. 
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