Calliope im Unterricht und in der Lehrerfortbildung

Calliope mini

Spielerische Programmierideen für kleine und große Kinder

Ralf Krause, moodleSCHULE e.V., Referent für die Lehrerfortbildung

Eine Idee für alle Schulen - Open Hardware, Open Source, Open Educational Resources

Der Calliope mini ist eine kleine, sternförmige Microcontroller-Platine, die 2016 beim nationale IT-Gipfel in Saarbrücken präsentiert wurde. Mit Hilfe der kleinen Platine sollen Kinder bereits in der  Grundschule „coden“ lernen, also spielerisch programmieren. Die Kinder erfahren, wie ein Computer aufgebaut ist, wie er funktioniert und wie man einfache Programme erstellt. Ziel der Entwicklerinnen und Entwickler in der gemeinnützigen Calliope gGmbH ist es, dass möglichst alle Kinder der dritten Klassen mit dem Stern umgehen. Der Calliope mini ist aber nicht nur für Grundschulen gemacht, sondern kann auch in offenen Projekten, im Informatik-Unterricht der gymnasialen Oberstufe oder sogar in technischen Studiengängen eingesetzt werden.

Sowohl die Hardware wie auch die Software sind offen … Open Hardware und Open Source. Alle Stücklisten, alle Schaltbilder und alle Programmiercodes sind frei für jedermann verfügbar. Die Hardware des Calliope mini ist eine Weiterentwicklung des micro:bit, einer ebenfalls offenen Microcontroller-Platine aus England, die dort mit der Unterstützung der BBC in den Schulen des Landes verwendet wird. Sämtliche Infos zur Hardware und zum Coden des Calliope mini stehen auf der Webseite https://calliope.cc zur Verfügung. Als Editoren gibt es mehrere grafische Programmieroberflächen (Mini Editor, MakeCode, OpenRoberta Lab, Swift Playground), aber auch einige textbasierte Umgebungen (Javascript, Python, C++, mbed, Assembler). 


Bild 1: Calliope mini mit Batteriehalter



Experimentierset zum schnellen Start

Ein Calliope-Experimentierset besteht aus der sternförmigen Microcontroller-Platine, einem USB-Kabel, einem Batteriehalter mit zwei Batterien, Kabeln mit Krokodilklemmen und einem Gummiband.

Muster, Bilder, Buchstaben, Laufschrift oder Messwerte können auf der 5x5-Matrix aus 25 roten LEDs angezeigt werden. Eine RGB-LED liefert Licht in unzähligen Farbtönen. Selbstkomponierte Musik piepst aus dem Minilautsprecher. Mit den auf der Platine verbauten Sensoren lassen sich Temperatur, Helligkeit, Lautstärke und die Himmelsrichtung messen, weitere Sensoren können problemlos über Steckverbindungen angeschlossen werden.

Coden - experimentelle und spielerische Einstiege

So lässt sich mit dem Calliope eine einfache Anzeige dafür programmieren, ob sich zwei Personen berühren oder wie oft beim „Heißen Draht“ ein Fehler passiert. Ein einfacher Einstieg ist auch mit  der Programmierung als Diskokugel möglich. Mit dem entsprechenden Code wird der Calliope zum iBeacon, einem digitalen Leuchtfeuer über Bluetooth. Der digitale Kompass ist etwas schwieriger umzusetzen. Mit Zusatzteilen wie Motoren und optischen Sensoren lassen sich CalliopeBots bauen, selbstfahrende Spurensucher, die ihren Weg an einer schwarzen Linie abtasten. Auch komplexe Aufgaben wie eine Wetterstation lassen sich umsetzen.

Auf der Webseite https://calliope.cc sind zahlreiche Anleitungen für Lehrende  und Lernende abgelegt: digitale Bücher und Arbeitsblätter als PDF, Beispiele, Tutorials, Fotos, Filme, Codedateien … alles frei nutzbar als Open Educational Resources. Zusätzlich sind viele weitere Quellen verlinkt und umfassend kommentiert. Ein Forum ermöglicht den Kontakt und den Austausch mit anderen, auch mit den Softwareentwicklern von Calliope.


Bild 2: Editor MakeCode mit dem Programm "Smiley-Blinker"


Bild 3: Editor Open Roberta mit dem Programm "Digitaler Kompass"


Programmieren mit beliebigen Endgeräten

Der Calliope mini hat keine Tastatur, keine Maus und keinen Bildschirm. Trotzdem müssen die Programme irgendwie entwickelt und auf die Platine gebracht werden. Mit den auf der Webseite https://calliope.cc verfügbaren Editoren lässt sich ein Programm für den Calliope mini auf jedem  Endgerät erstellen. Bei Desktop-PCs und bei Notebooks (mit Linux, Windows oder macOS) wird dafür der Browser verwendet, für Tablets und Smartphone (mit Android und iOS) ist eine App verfügbar. 

Das Programm wird im Editor auf dem Endgerät erstellt, dort auf der Webseite oder in der App in einen für den Microcontroller ausführbaren Code übersetzt und per USB-Kabel oder über Bluetooth auf den Calliope übertragen. Der Code bleibt auf dem Calliope fest gespeichert, auch wenn das USB-Kabel entfernt und die Batterie ausgeschalten wurden … und mit dem Einschalten der Batterie wird das Programm sofort wieder ausgeführt.

Das liest sich wesentlich komplizierter als es wirklich ist. Mit den Editoren lassen sich für den Einstieg vordefinierte farbige Programmierblöcke auf dem Bildschirm ähnlich wie Lego-Steine zu Programmstrukturen zusammenstecken und sofort auf dem Calliope ausprobieren. Die Kinder erkennen unmittelbar, ob ihr Programm wie gewollt funktioniert. Die Fehlerkorrektur kann in mehreren Schleifen erfolgen. Die Programmideen und Schwierigkeiten regen zu problemlösender Kommunikation innerhalb der Lerngruppe an. Die Lehrkraft wird zum Beobachter, Fragesteller und Berater.

Technische Voraussetzungen

Die Übertragung von Code auf den Calliope kann per USB-Kabel oder über Bluetooth erfolgen. Dafür müssen diese Schnittstellen auf den Endgeräten freigegeben sein. Wenn bei einem Schulcomputer beispielsweise die USB-Schnittstellen gesperrt sind, weil ein überzogenes Sicherheitskonzept des Schulträgers die Nutzung der USB-Schnittstellen verbietet, dann können die Kinder in einer Grundschule keine Codingideen auf den Calliope übertragen. 

Die Editoren für den Calliope stehen online im Internet zur Verfügung. Dies setzt einen aktiven Internetanschluss im Lernraum voraus, per LAN-Kabel oder per WLAN. Wenn in der Schule der Internetzugang mit einen Jugendschutzfilter eingeschränkt wird, muss man darauf achten, die entsprechenden Editoren während der Projektzeiten uneingeschränkt zur Verfügung zu stellen. 

Bild 4a: MakeCode - digitaler Kompass

Bild 4b: Open Roberta - digitaler Kompass



Fortbildungen für Lehrkräfte

Als Referent für die Lehrerfortbildung habe ich zahlreiche Veranstaltungen für Lehrkräfte durchgeführt. Nach einer kurzen Einführung und der Bereitstellung von Materialien und Anleitungen in einem Moodlekurs auf der Lernplattform liefen die Veranstaltungen meistens wie von selbst. 

Die teilnehmenden Lehrkräfte betrachteten den Calliope oft als individuelle persönliche Herausforderung, so wie es in Settings zum selbstgesteuerten problemlösenden Lernen auch im Unterricht sein sollte. Die in den praktischen Experimenten erarbeiteten Ergebnisse wurden zur Dokumentation jeweils als Forumsbeitrag in den Moodlekurs eingestellt, und zwar als Anleitung mit Text, Fotos, Programmcode und Video. Die übrigen Fortbildungsteilnehmerinnen und -teilnehmer sollten auf die Forumsbeiträge antworten und die Experimente wertschätzend kommentieren. 

Diesen Ansatz habe ich genauso auch in meinem eigenen Unterricht umgesetzt. Von vielen wird diese Art von Arbeiten übrigens als Spiel empfunden … von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen gleichermaßen. Das Projekt lifelong kindergarten von Seymour Papert und Mitchel Resnick beim MIT Media Lab liefert viele umsetzbare Beispiele dafür. Leider haben Gamification und serious games bisher viel zu wenig Platz in den Schulen. Wir müssen die Lernenden aber idealerweise auf ein lebenslanges Lernen vorbereiten.

Calliope-Kurs in der Moodle-Plattform von LiGa Sachsen-Anhalt
https://moodle.bildung-lsa.de/liga/course/view.php?id=49

Über die Person

Ralf Krause ist Lehrer für Mathematik, Physik und Informatik. Er hat als Lehrer über 30 Jahre an einer Gesamtschule unterrichtet und ist seit 20 Jahren Referent in der Lehrerfortbildung. Seine Schwerpunkte sind die Nutzung der Lernplattform Moodle und kreative Ideen für das Lernen mit digitalen Endgeräten. Dazu gehören die Nutzung des Raspberry Pi wie auch das Programmieren mit Scratch, Calliope, Arduino oder anderen digitalen Spielzeugen.


Autor und Lizenz

Der Text, die Bilder und der Film sind freigegeben unter der Lizenz CC BY-SA.
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Ralf Krause
moodleSCHULE e.V.

Letze Änderung:   2020-01-26


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