Arduino, ESP32 oder Pico für die Schule? Der Board-Vergleich

Die kurze Antwort auf die Frage Arduino, ESP32 oder Pico für die Schule: Die meisten Schulen sollten mit dem Arduino Uno beginnen. Gehört das Internet der Dinge (IoT) zu deinen Lernzielen, also Geräte, die Daten per WLAN senden oder per Handy gesteuert werden, nimm den ESP32 als zweiten Schritt dazu; wird an deiner Schule ohnehin Python unterrichtet, sollte der Raspberry Pi Pico das zweite Board sein. Statt das ganze Schuljahr mit einem einzigen Board zu bestreiten, denk in Stufen: Im ersten Halbjahr legt der Uno mit 5 V, hoher Fehlertoleranz und reichlich Material die Grundlagen in Elektronik und Programmierung, im zweiten Halbjahr werden dieselben Projekte auf dem zweiten, zum Ziel passenden Board wiederholt und erweitert.

Dieser Artikel ist keine persönliche Kaufberatung; welches Board eine einzelne Person kaufen sollte, haben wir in welchen Arduino soll ich kaufen und Arduino oder ESP32 beschrieben, die Boards selbst stellen was ist ein ESP32 und was ist ein Raspberry Pi Pico vor. Hier betrachten wir die Frage aus Sicht der Schule: 24 Schülerinnen und Schüler, 8 Gruppen, Rechner, die Administratorrechte verlangen, 45-Minuten-Stunden und ein Schrank voller Material, das mehrere Jahre genutzt wird. Zuerst kommt die technische Entscheidungstabelle, dann Empfehlungen nach Lernziel und Klassenstufe, Unterschiede bei der Installation und ein Beispiel für einen Jahresplan.

Warum unterscheidet sich die Entscheidung der Schule von einer privaten?

Wer zu Hause ein Board kauft, fragt vor allem: „Was kann ich damit bauen?“ In der Schule lautet die Frage: „Was lernen 24 Personen mit diesem Board gleichzeitig, in derselben Stunde, mit möglichst wenigen Problemen?“ Findet jemand zu Hause den Port nicht, sind 5 Minuten verloren; finden im Unterricht drei von acht Gruppen den Port nicht, ist die Stunde vorbei. Deshalb treten Megahertz und Kilobyte in der Schule in den Hintergrund. Wichtig sind andere Fragen: Wie viele Schritte braucht die Installation, beschädigt ein falsch gesteckter Draht das Board, lassen sich Sensoren direkt anschließen und findet die Lehrkraft fertiges Unterrichtsmaterial?

Dazu kommt die Zeit. Schulboards werden meist nicht ein, sondern mehrere Jahre genutzt, und jedes Jahr öffnet eine neue Klasse denselben Schrank. Die Frage sollte also nicht „Welches Board ist leistungsfähiger?“ lauten, sondern „Welche Reihenfolge von Boards bringt die Lernenden zum nächsten Schritt?“. Die Programmlogik vom Uno setzt sich auf dem ESP32 in derselben Sprache und auf dem Pico mit denselben Konzepten fort; genau daraus bezieht ein gestufter Plan seine Stärke. Ein ganzes Jahr mit einem Board ist möglich, aber dann werden entweder die ersten Wochen unnötig schwer oder die Klasse verlässt das Jahr, ohne einen wichtigen Schritt wie Funkverbindung oder eine zweite Sprache gesehen zu haben.

Entscheidungstabelle: Wie unterscheiden sich Uno, ESP32 und Pico in der Schule?

Die folgende Tabelle vergleicht die Boards nach Kriterien, die in der Schule wirklich den Unterschied machen. Die ESP32-Spalte meint das in Schulen am häufigsten verwendete 30-Pin-ESP32-DevKit (mit ESP32-WROOM-32-Modul), die Pico-Spalte den Raspberry Pi Pico und seine Funkversion Pico W. Die Uno-Spalte gilt für den klassischen Uno R3; die Unterschiede des Uno R4 findest du im Artikel Arduino Uno R4.

Achte beim Lesen besonders auf zwei Zeilen: Betriebsspannung und Fehlertoleranz. Weil die Pins des Uno mit 5 V arbeiten, lassen sich die meisten Sensormodule auf dem Markt direkt anschließen, und ein falsch gesteckter Draht führt meistens nur dazu, dass die Schaltung nicht funktioniert. Die Pins von ESP32 und Pico arbeiten mit 3,3 V; erreicht sie ein 5-V-Signal, können Pin oder Board Schaden nehmen. Für eine einzelne Person ist das ein kleines Detail, in einer Klasse mit 8 Gruppen wirkt es sich direkt auf dein Budget für Ersatzboards aus. Auch die Kostenzeile sollte nicht allein entscheiden: Der Boardpreis ist nur ein kleiner Teil der Gesamtsumme aus Steckbrettern, Kabeln, Sensoren und Ersatzteilen.

Welches Board für welches Lernziel?

Bevor du ein Board wählst, schreib in einem Satz auf, was die Lernenden am Ende des Unterrichts können sollen. „Durch Messen erklären, warum eine LED einen Vorwiderstand braucht“ und „Temperaturdaten auf dem Handy sehen“ verlangen unterschiedliche Boards. Alle Einstiegsprojekte in der folgenden Tabelle sind in BlueGrays kostenlos und öffnen sich mit Schaltplan, Bauteilliste und Code.

Die zwei am häufigsten missverstandenen Zeilen sind Python und IoT. Den Pico für Python zu wählen heißt, dass die Lernenden die for-Schleife und die if-Abfrage, die sie am Rechner schreiben, mit derselben Syntax auf eine LED anwenden; eine einzige Zeile in der Shell von Thonny lässt die LED auf dem Board sofort leuchten. Beim IoT liegt der Vorteil des ESP32 nicht nur im eingebauten WLAN, sondern darin, dass ESP32-Projekte wie beim Uno in Arduino C++ geschrieben werden: pinMode(), digitalRead() und if aus dem ersten Halbjahr werden im zweiten unverändert genutzt, neu sind nur die WLAN-Verbindung und das Ausliefern einer Webseite. Auch der Pico W kann sich mit dem WLAN verbinden; will deine Schule sowohl Python als auch IoT, deckt der Pico W beides mit einem Board ab.

Empfehlungen nach Klassenstufe

Das Alter allein entscheidet nicht; von zwei gleichaltrigen Klassen hat die eine vielleicht schon mit Blöcken programmiert, die andere noch nie Informatikunterricht gehabt. Trotzdem ändern sich Stundenlänge, der Umgang mit Tastatur und Dateien und der Stundenplan je nach Stufe deutlich. Die Tabelle fasst diese Unterschiede zusammen; die Spalte „Nächster Schritt“ zeigt den Schritt, der folgt, wenn die Lernenden bereit sind, nicht zwingend im selben Jahr.

Mit Blöcken in der Sekundarstufe I zu beginnen erleichtert das Lesen von Programmen, ändert aber nichts an der Boardwahl: Die meisten BlueGrays-Projekte mit Blöcken sind Arduino-Projekte, und die Blöcke dienen zum Lesen des Programms; aufs Board kommt immer der echte Code des Projekts. Wenn du die C++- und MicroPython-Entsprechungen der Blöcke nebeneinander sehen willst, wirf einen Blick auf die Übergangstabelle von Blöcken zu C++. In der Oberstufe und der beruflichen Bildung ist es selbst schon ein Lernerfolg, zwei Boards zu kennen: Wer denselben Sensor an einem 5-V- und an einem 3,3-V-Board betrieben hat, ignoriert Spannungspegel nie wieder. In Erwachsenenkursen kommen die meisten mit einem konkreten Ziel; in der ersten Stunde zu fragen „Was willst du bauen?“ und das Board danach zu wählen, funktioniert besser, als alle denselben Weg gehen zu lassen.

Installation auf Schulrechnern: Treiber, Boardpaket, Thonny und Adminrechte

Die versteckten Kosten der Boardwahl in der Schule liegen in der Installation. Was zu Hause einmal erledigt ist, wiederholt sich in der Schule auf 8 Schülerrechnern und einem Lehrerrechner, und an den meisten Schulen darf nur die IT-Betreuung Software installieren. Der Aufwand unterscheidet sich bei den drei Boards deutlich:

Ein Detail des ESP32-Boardpakets sorgt in Schulen oft für Ärger: Das Paket wird nicht für den ganzen Rechner installiert, sondern in den Ordner des angemeldeten Benutzers. Melden sich alle mit einem gemeinsamen Konto an, ist das kein Problem; nutzt jede Person ihr eigenes Konto, wird das Paket für jedes Konto neu heruntergeladen. Auf Rechnern, die sich bei jedem Neustart in den Ausgangszustand zurücksetzen, ist die Installation am nächsten Tag verschwunden; dann musst du die IT-Betreuung bitten, das Paket ins geschützte Image aufzunehmen. Beim Pico gibt es dieses Problem nicht, weil MicroPython auf dem Board selbst liegt: Du bereitest das Board einmal vor, und Thonny erkennt es das ganze Jahr an jedem Rechner.

Geh mit einer klaren Liste zur IT-Betreuung; statt „Bitte Arduino installieren“ gib ihr die folgenden Punkte. Die Liste kannst du vor dem ersten Halbjahr mit den Uno-Punkten und vor dem zweiten mit den ESP32- oder Pico-Punkten weitergeben:

1. Die Desktop-Version der Arduino IDE 2 auf 8 Schülerrechnern und 1 Lehrerrechner.
2. Den CH340-, CP210x- oder CH9102-Treiber, je nach USB-Chip der kompatiblen Uno- oder ESP32-Boards; lies den Chip auf dem Board ab, sobald die Bestellung da ist.
3. Bei ESP32: das Paket esp32 by Espressif Systems aus dem Boardverwalter und die im Unterricht genutzten Bibliotheken; sie müssen auch in Schülerkonten sichtbar sein.
4. Bei Pico: Thonny. Blockiert eine Richtlinie USB-Speicher, erscheint auch das Laufwerk RPI-RP2 nicht, das der Pico im BOOTSEL-Modus zeigt; spiel MicroPython zu Halbjahresbeginn einmal an deinem eigenen Rechner auf die Boards.
5. Schülerkonten dürfen beim Zugriff auf serielle USB-Ports nicht eingeschränkt sein.
6. Nach der Installation ein 10-minütiger Test mit einem Schülerkonto: Board einstecken, Port wählen, Beispielcode hochladen.

Ein gestufter Plan: Beispiel für ein Schuljahr

Nehmen wir an, du hast 2 Stunden pro Woche, eine Klasse mit 24 Lernenden und 8 Dreiergruppen. Angenommen, du kannst von jedem Halbjahr etwa 14 Wochen für praktische Arbeit nutzen. Im ersten Halbjahr legen alle mit dem Uno dieselbe Grundlage; im zweiten wählst du je nach Ziel der Schule Weg A (ESP32, IoT) oder Weg B (Pico, Python). Beide Wege beginnen bewusst mit einem bekannten Projekt: Die Lernenden bauen das erste Projekt des ersten Halbjahres auf dem neuen Board nach und sehen den Unterschied selbst. Alle Projekte in der Tabelle sind kostenlos.

Unterrichte in der ersten Woche des zweiten Halbjahres kein neues Thema; lass das bekannte LED-Projekt auf dem neuen Board aufbauen und frag nur: „Was hat sich geändert?“ Pinnummern, 3,3 V, die Auswahl des Boardpakets beim ESP32 oder Python-Code beim Pico sind die Antworten, und selbst entdeckte Unterschiede vergessen die Lernenden nicht. Die erste Stunde von Weg A haben wir im ESP32-Plan für die erste Stunde minutengenau vorbereitet, den Rest in der 8-wöchigen ESP32-IoT-Unterrichtsreihe Woche für Woche; für Weg B lässt sich der 6-Wochen-Plan für Pico und MicroPython direkt übernehmen.

Ein gestufter Plan verteilt auch das Budget. Im ersten Jahr investierst du nur in Uno-Sets; weil das zweite Board mit den LEDs, Widerständen, Tastern, LDRs und Sensoren aus diesen Sets arbeitet, bedeutet es meist nur Boards, Kabel und ein paar Zusatzteile. Im Artikel Arduino-Labor in der Schule einrichten haben wir einige ESP32 und Pico für Vorführungen vorgeschlagen; wechselt die ganze Klasse aufs zweite Board, rechne die Anzahl nach Gruppen, nicht nach dem Vorführsatz. Die Liste der zweiten Stufe für 8 Gruppen und 1 Reserve:

• Weg A: 1 ESP32-DevKit pro Gruppe, 9 für die Klasse; 9 Datenkabel, die zur USB-Buchse des Boards passen. Die meisten ESP32-DevKits belegen ein einzelnes Steckbrett fast vollständig; zwei Steckbretter nebeneinander mit dem Board über der Mitte erleichtern die Verdrahtung.
• Weg B: 1 Raspberry Pi Pico H oder Pico WH (Stiftleisten angelötet) pro Gruppe, 9 für die Klasse; 9 Micro-USB-Datenkabel. Kaufst du Picos ohne Stiftleisten, musst du Lötzeit für 9 Boards einplanen.
• Für beide Wege: Wird ein 5-V-HC-SR04 genutzt, pro Gruppe ein 1-kΩ- und ein 2-kΩ-Widerstand, für die Klasse je 9; oder eine 3,3-V-Version des Sensors.
• Für die Funkwochen: ein Handy-Hotspot im 2,4-GHz-Band oder ein eigener Router statt des Schulnetzes (Weg A und Weg B mit Pico W).

5 typische Fehler von Schulen bei der Boardwahl

• Ein IoT-Board ohne IoT-Ziel kaufen: Weil der ESP32 leistungsfähig ist, liegt es nahe, im ersten Jahr für alle ESP32 zu kaufen. Wird das WLAN aber nicht genutzt, leben die Lernenden mit der 3,3-V-Grenze und zusätzlichen Installationsschritten, ohne etwas dafür zu bekommen.
• Boards in derselben Stunde mischen: Arbeiten vier Gruppen mit dem Uno und vier mit dem Pico, unterrichtest du zwei Stunden gleichzeitig. Wechsle das Board an der Grenze eines Halbjahres oder einer Einheit; in einer leistungsgemischten Klasse differenzierst du über die Schwierigkeit der Aufgabe, nicht über das Board.
• Pico und Pico W verwechseln: Nur die W-Version hat WLAN. Planst du eine Funkeinheit, achte bei der Bestellung auf das W; für den Einstieg in Python reicht der Pico ohne W.
• Mit reinen Ladekabeln in den Unterricht gehen: Reine USB-Ladekabel versorgen das Board, zeigen aber keinen Port, und die Lernenden suchen lange nach einem Treiberproblem. Teste die Kabel zu Halbjahresbeginn einzeln mit einem Board und markiere die Datenkabel.
• Kompatible Boards für identisch mit dem Original halten: Kompatible Uno- und ESP32-Boards sind für das Schulbudget sinnvoll, haben aber teils andere USB-Chips und brauchen eventuell einen Treiber. Teste vor einer Sammelbestellung ein Musterboard an einem Schulrechner mit Schülerkonto.

So sehen die drei Boards in BlueGrays aus

BlueGrays teilt die Projekte in drei Plattformen ein, und die Verteilung passt zu einem gestuften Plan: Es gibt mehr als 110 Projekte für Arduino, etwa 50 für den ESP32 und mehr als 30 für den Raspberry Pi Pico. 60 davon sind komplett kostenlos: 20 Arduino-, 20 ESP32- und 20 Pico-Projekte. In kostenlosen Projekten sind Schaltplan, Bauteilliste, Code und der Bereich Code verstehen offen; alle Projekte der Plantabelle oben stammen daraus. Arduino- und ESP32-Projekte sind in Arduino C++ geschrieben, Pico-Projekte in MicroPython. Unter Entdecken › Projekte wählst du über Filtern die Plattform und den Preisstatus und siehst so die kostenlosen Projekte für dein Unterrichtsboard in einer Liste.

• Projektfinder: Seine zweite Frage lautet „Welches Board hast du?“, mit den Optionen Arduino Uno / Nano, ESP32, Raspberry Pi Pico und „Ich habe noch kein Board“. Die Lernenden wählen ihr Board und bekommen Vorschläge; der Vorschlag ZUERST AUFWÄRMEN · KOSTENLOS auf dem Ergebnisbildschirm zeigt ein kostenloses Projekt zum Einstieg mit denselben Bauteilen. Mehr im Artikel zum Projektfinder.
• Code-Guide: Der Code-Guide im Bereich Lernen hat zwei Pfade, Arduino C++ und MicroPython, mit je 18 Karten. Das Beispiel jeder Karte hat die Tabs Block, Arduino und MicroPython, so sieht eine Person auf Weg B die C++- und die Python-Fassung desselben Befehls nebeneinander. Die Kartenliste steht im Artikel zum Code-Guide.
• Fragen des Tages: In der Einstellung Programmiersprache der Fragen lassen sich Beide, Arduino oder MicroPython wählen; eine Klasse auf Weg B kann im zweiten Halbjahr auf MicroPython-Fragen umstellen.
• Lass es uns zusammen bauen: Der Schritt 3. Code hochladen im geführten Modus hängt vom Board ab: Bei Arduino- und ESP32-Projekten wählst du Board und Port im Menü Werkzeuge der Arduino IDE, bei Pico-Projekten den MicroPython-Interpreter in Thonny. Diesen Schritt in der ersten Stunde gemeinsam am Beamer durchzugehen, spart viele Installationsfragen.
• Premium und Lehrer-Pakete: Premium hängt am Konto und schaltet die Projekte aller drei Plattformen gemeinsam frei; für den Wechsel auf ESP32 oder Pico im zweiten Halbjahr muss niemand etwas zusätzlich kaufen. Wie die Pakete mit 5 und 10 Codes ohne automatische Verlängerung unter Profil > Lehrer-Pakete für eine ganze Klasse funktionieren, erklären wir in Premium-Codes für die Klasse.

6 Fragen vor der Entscheidung: für die Fachkonferenz

1. Was sollen die Lernenden am Ende können: eine Schaltung erklären, Code schreiben, Daten ins Netz senden?
2. Wird an der Schule Python oder C++ unterrichtet, und wenn ja, in welchen Jahrgängen?
3. Wie viele Gruppen arbeiten, und wie viele Ersatzboards hältst du bereit?
4. Wer darf Software auf den Rechnern installieren, und wie lange dauert die Installation?
5. Arbeiten deine Sensoren mit 5 V oder 3,3 V, und passen sie zum zweiten Board?
6. Erlaubt das Schulnetz die Verbindung von Geräten, oder brauchst du einen Hotspot?

Sind die Antworten auf die ersten beiden Fragen klar, ergibt sich das Board fast von selbst: der Uno für Elektronik-Grundlagen und Algorithmen, der ESP32 für Vernetzung, der Pico für Python. Bevor du entscheidest, öffne die kostenlosen Projekte dieses Plans mit Schaltplänen und Code in der BlueGrays-App und geh sie an einem Abend durch; so siehst du am schnellsten, welcher Weg zu deiner Klasse passt.