Materialien für einen „sanften Einstieg“ in die Mikrocontroller-Programmierung

Mikrocontroller sind aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken, da sie doch Bestandteil fast aller technischen Geräte sind, ohne dass es – zumindest für einen technischen Laien – unmittelbar sichtbar wird. Sie gehören zu den eingebetteten Systemen und sind keinesfalls eine neue Erfindung. So fanden sie bereits Ende der 60er und Anfang der 70er Jahre bei allen Apollo-Raumflügen Anwendung, z. B. in den Raumanzügen.

Mithin gibt es gute Argumente für die Arbeit mit Mikrocontrollern im Informatikunterricht der Sekundarstufe I:

• Mikrocontroller ermöglichen einen hohen Lebensweltbezug, an den alle Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I unmittelbar anknüpfen können.
• Mikrocontroller ermöglichen die Erarbeitung von Basiskonzepten der Informatik.

Im Rahmen der Sinusprojektarbeit wurde eine Unterrichtsreihe entwickelt, die es Schülerinnen und Schülern erlaubt im Informatikunterricht Basiskompetenzen im Umgang mit Mikrocontrollern zu erwerben und eigenständige kleine Projekte zu planen und zu entwickeln. Dabei wurde auf den kostengünstigen Mikrocontroller Arduino zurückgegriffen, für den eine kostenlose Open-Source-Software zur Verfügung steht.

Die entwickelte Unterrichtsreihe kann inhaltlich in drei aufeinander aufbauende Unterrichtsphasen gegliedert werden. Die Materialien (M1 bis M16) entsprechen chronologisch einer möglichen Abfolge im Unterricht und können dementsprechend den zwei hier näher vorgestellten Phasen zugeordnet werden:

a) Einführung in die Hardware und Software (M1 - M3)

b) Programmieren in der Arduino IDE (integrated development environment) unter Verwendung algorithmischer Grundkonzepte (lineare Anweisungen, Variablenkonzept, Verzweigungen und Schleifen, M4 - M13)

c) Lernkontrolle und Projektarbeit (M14 - M17)