Arduino-Unterricht in großen Klassen: 30 Schüler, 10 Sets

Arduino-Unterricht in einer großen Klasse läuft ohne Chaos, solange alles eine Nummer und jede Schülerin und jeder Schüler eine Aufgabe hat. Mit 30 Lernenden, 10 Sets und ohne zweite Lehrkraft teilst du die Klasse in Dreiergruppen, gibst jeder Gruppe die Rollen Schaltungsbauer, Code-Verantwortliche und Leser/Kontrolleur und tauschst diese Rollen jede Stunde. Die Sets kommen in Boxen mit den Nummern 1 bis 10; Board, Kabel und Computer von Box 7 tragen ebenfalls die 7. Richte feste Stationen ein, an denen jede Gruppe jede Stunde am selben Tisch und nach demselben Ablauf startet. Und mach eine Regel zur Routine, die alle auswendig kennen: Bevor jemand zu dir kommt, erst 3 Quellen prüfen, nämlich die Hilfebereiche auf der Projektseite, das eigene Gruppenmitglied und die Nachbargruppe. Sobald diese fünf Bausteine sitzen, suchst du auch bei 30 Personen nicht mehr ständig LEDs, sondern hast endlich Zeit zum Unterrichten.

Dieser Beitrag ist keine Unterrichtsplanung, sondern ein Leitfaden für Klassenführung und Organisation. Welches Projekt in welcher Woche dran ist, steht im 8-Wochen-Plan für Robotik und Programmieren, und wie du Premium-Codes an Lernende verteilst, im Beitrag über Sammelcodes für die Klasse. Hier geht es um die alltäglichen Probleme, die auftauchen, wenn du diesen Plan mit 30 Personen umsetzt: Wer fasst was an, wie werden Bauteile gezählt, wie bleiben Computer und USB-Kabel auseinander, was tust du, wenn fünf Gruppen gleichzeitig die Hand heben, und wie sind die Tische am Ende in fünf Minuten leer? Alle Beispiele beruhen auf derselben Annahme: 30 Schülerinnen und Schüler, 10 Arduino-Uno-Sets, eine Stunde von 40 bis 45 Minuten und eine Lehrkraft ohne Hilfe.

Erst rechnen: warum Dreiergruppen und 10 Stationen?

Bei 30 Lernenden und 10 Sets ergibt sich ganz natürlich 10 Gruppen × 3 Personen, und das ist mehr als ein rechnerischer Zufall. Mit Zweiergruppen bräuchtest du 15 Sets; in Vierer- oder Fünfergruppen bleibt mindestens eine Person am Rand und hat am Ende das Breadboard nie berührt. Drei Personen decken genau die drei Arbeiten ab, die eine Schaltung braucht: Eine steckt die Bauteile, eine bringt den Code auf den Computer und lädt ihn hoch, eine liest die Projektseite und prüft jeden Schritt. Jede Gruppe sitzt an einer festen Station, und die Station trägt dieselbe Nummer wie die Box und der Computer der Gruppe. Fehlt jemand, werden die Gruppen nicht neu gebildet: In einer Zweiergruppe übernimmt die Code-Verantwortliche zusätzlich die Kontrolle; in einer Vierergruppe wird die vierte Person Materialverantwortliche und übernimmt die Boxzählung. So beginnt jede Stunde mit derselben Karte, und niemand fragt: „Wo sitze ich, worauf schaue ich?"

Gruppenrollen: Schaltungsbauer, Code-Verantwortliche, Leser/Kontrolleur

Rollen sollen die Lernenden nicht trennen, sondern dafür sorgen, dass alle die Hände voll haben. Das typische Bild in großen Klassen: Die eifrigste Person übernimmt Kabel und Tastatur, die anderen beiden beschäftigen sich mit dem Handy. Rollen brechen dieses Muster, denn jede Rolle hat eine Aufgabe, die nur sie erledigt, und eine Aufgabe, die sie nicht übernimmt. Du kannst die Tabelle unten groß ausdrucken und an jede Station legen oder die Rollen als Umhängekarten gestalten.

Tausche die Rollen jede Stunde; nach drei Stunden hat jede Person jede Rolle einmal übernommen. Merken musst du dir den Wechsel nicht: Schreib die Namen auf die Stationskarte als A, B und C und die Stundennummer an die Tafel. Jede Person findet ihre Rolle über ihren Buchstaben und die Stundennummer. Bei zweistufigen Projekten (erst eine LED, dann ein Taster zum Beispiel) kannst du auch mitten in der Stunde einmal wechseln; dann baut die Code-Verantwortliche im zweiten Teil die Schaltung und setzt die Verbindungen, die sie im ersten Teil beobachtet hat, mit eigenen Händen um.

Set-Verwaltung: nummerierte Box, Inhaltskarte und Zählung

In einer großen Klasse ist ein verlorenes Bauteil eine verlorene Minute. Findet eine Gruppe ihre LED nicht, nimmt sie eine aus der Nachbarbox, die Nachbargruppe füllt ihre Lücke in der nächsten Stunde aus einer anderen Box, und drei Wochen später ist keine Box mehr vollständig und niemand weiß, wo etwas verloren ging. Das Gegenmittel ist einfach: Jedes Set bekommt eine eigene Box, eine große Nummer auf dem Deckel und eine Inhaltskarte im Deckel. Die Inhaltskarte nennt Bauteil, Anzahl und zwei leere Kästchen (Ausgabe und Rückgabe). Laminierst du die Karte, hakt der Kontrolleur sie jede Stunde mit einem abwischbaren Stift ab und wischt sie am Ende sauber. Die Liste unten ist ein Beispiel für eine Grundbox, die für die ersten kostenlosen Projekte mit LED, Taster, LDR und Summer reicht; ergänze oder streiche Zeilen nach deinem Lehrplan.

Gezählt wird zweimal: Ausgabe zu Beginn, Rückgabe am Ende. Die Ausgabezählung ist Aufgabe des Kontrolleurs und sollte nicht länger als eine Minute dauern; die Bauteile werden in der Reihenfolge der Karte auf den Tisch gelegt, die Anzahl von der Karte abgelesen und das Kästchen abgehakt, wenn alles da ist. Die Rückgabe läuft in derselben Reihenfolge, nur zählt der Kontrolleur, während der Schaltungsbauer abbaut. Widerstände werden am häufigsten verwechselt; pack 220 Ω und 10 kΩ in getrennte kleine Tütchen oder setz eine Trennwand in die Box. Sind sich die Lernenden beim Wert eines Widerstands unsicher, lesen sie die Ringe mit dem Werkzeug Farbcode in der App ab, und wenn du eine neue LED-Farbe dazunimmst, berechnest du den passenden Widerstand mit dem Werkzeug LED-Vorwiderstand. Fehlt etwas, gilt dieses Vorgehen, ohne jemandem die Schuld zu geben:

1. Fehlt zu Beginn: Der Kontrolleur schreibt das fehlende Teil auf die Karte und geht, ohne sich zu melden, zum Materialtisch mit der Ersatzbox; er nimmt genau ein Teil und notiert am Kartenrand „aus Ersatz".
2. Fehlt am Ende: Die Gruppe sucht zwei Minuten unter dem Tisch, hinter dem Breadboard und in den Taschen. Taucht das Teil nicht auf, schreibt der Kontrolleur Datum und Bauteil auf die Karte; ersetzt wird es an diesem Tag nicht aus der Ersatzbox, sondern von dir nach der Stunde.
3. Defektes Teil: Eine LED mit abgebrochenem Bein, ein Kabel mit abgerissener Spitze oder ein Teil, das heiß wurde, kommt nicht zurück in die Box. Es landet im Behälter „defekt" auf dem Materialtisch; den prüfst du einmal pro Woche und füllst die Boxen auf.
4. Wiederholte Lücken: Fehlt in derselben Box zwei Stunden hintereinander etwas, zählst du am Stundenende gemeinsam mit dieser Gruppe; meistens ist das Problem kein Diebstahl, sondern Teile, die in andere Boxen wandern.

Sitzordnung und Organisation von Computern und USB

Stell die Tische als 10 Inseln auf und leg auf jede Insel eine große Stationsnummer. Die Computer stehen an der Seite nahe den Steckdosen, die Box liegt vor den Lernenden; das USB-Kabel kommt vom Tischrand, nicht quer über die Mitte, damit der Schaltungsbauer nicht mit dem Arm hängen bleibt und das Board vom Tisch reißt. Lass dir einen Laufweg frei: Jede Station sollte in wenigen Schritten erreichbar sein. Der Materialtisch (Ersatzbox, Behälter für defekte Teile, leere Inhaltskarten) steht an der Tür, die Hilfetafel dort, wo alle sie sehen. Mit Beamer zeigst du den Schaltplan im Kurzinput groß; ohne Beamer öffnen die Lernenden denselben Plan auf dem eigenen Handy. Auf der Computerseite entsteht fast das ganze Durcheinander aus einem einzigen Grund: Niemand weiß, welches Board an welchem Port hängt. Das löst du vor der Stunde mit dieser Ordnung:

• Eine-Nummer-Regel: Box 7, Board 7, USB-Kabel 7 und Computer 7. Kleb Malerkrepp auf das Board und auf beide Kabelenden und schreib die Nummer darauf; das Board kommt immer an denselben Computer und möglichst an dieselbe USB-Buchse, dann bleibt unter Windows meist auch die Portnummer gleich.
• Ab- und Anstecken: Zeigt die Portliste mehrere Einträge, zieht die Person das Board ab, schaut in der Arduino IDE unter Werkzeuge > Port und steckt das Board wieder an; der Port, der neu erscheint, ist ihr Board. Lass das in der ersten Stunde alle einmal üben.
• Test vor der Stunde: Prüfe vorher, ob die Arduino IDE auf jedem Computer installiert ist, ob der Treiber für Klon-Boards vorhanden ist und ob jedes Board einmal Blink von seinem eigenen Computer hochgeladen hat. Die Installationsschritte stehen im Beitrag zur Installation der Arduino IDE.
• Bibliotheken vorab: Braucht das Projekt der Stunde eine Bibliothek, installierst du sie vorher auf jedem Computer, nicht im Unterricht. Wie das geht, steht im Beitrag zum Hinzufügen von Arduino-Bibliotheken.
• Fertiger Ordner: Leg auf jedem Desktop einen Ordner mit der Stundennummer an und speichere den Code der Woche darin. Die Lernenden lesen und ändern den Code trotzdem selbst, aber du sparst die fünf Minuten, die verloren gehen, wenn 30 Personen gleichzeitig Code übertragen wollen.

Gibt es nicht für jede Gruppe einen Computer, richte eine Upload-Station ein. Angenommen, im Raum stehen 5 Laptops: Zwei Gruppen teilen sich einen Computer; die Gruppen bauen und prüfen die Schaltung am Tisch, tragen dann Board und USB-Kabel zur Station, laden hoch und gehen zurück. Damit die Reihenfolge klar bleibt, steht neben dem Computer eine Karte „Diese Gruppe lädt gerade hoch", und keine Gruppe bleibt länger als zwei Minuten an der Station. Tritt beim Hochladen ein Fehler auf, verlässt die Gruppe die Station, sucht am eigenen Tisch nach der Ursache und stellt sich neu an; so hält eine festgefahrene Gruppe nie die anderen neun auf.

Ablauf zu Stundenbeginn: anfangs 10, später 5 Minuten

1. An der Tür (Minute 0–1): Beim Hereinkommen finden die Lernenden ihre Rolle über die Stundennummer an der Tafel und gehen direkt zu ihrer Station.
2. Boxausgabe (Minute 1–3): Die Kontrolleure holen ihre nummerierte Box aus dem Materialregal; die Boxen stehen nach Nummern sortiert, niemand greift zu einer anderen Box.
3. Ausgabezählung (Minute 3–5): Der Kontrolleur hakt die Inhaltskarte ab, der Schaltungsbauer legt die Teile aus, die Code-Verantwortliche schaltet den Computer ein und startet die Arduino IDE.
4. Verbindungscheck (Minute 5–7): Die Code-Verantwortliche steckt USB an und prüft, ob Board und Port richtig gewählt sind; erscheint kein Port, kommt sofort der gelbe Becher nach oben.
5. Projektseite (Minute 7–9): Der Kontrolleur öffnet das Projekt der Woche auf dem Handy und vergleicht die Liste Benötigte Bauteile mit den Teilen in der Box.
6. Startsignal (Minute 9–10): Eine fertige Gruppe stellt den grünen Becher nach oben. Du gehst nur zu Tischen, die nicht grün sind. Ab der dritten Stunde schrumpft dieser Ablauf meist auf 5 bis 6 Minuten.

Hilfe-Warteschlange für eine Lehrkraft allein

Was eine Lehrkraft in einer großen Klasse am meisten erschöpft, sind nicht die schweren Fragen, sondern gleichzeitig erhobene Hände und Rufe wie „Können Sie mal schauen?". Statt Handzeichen bekommt jede Station drei ineinander gestapelte Plastikbecher (grün, gelb, rot) oder drei farbige Aufstellkarten. Die Gruppe stellt die Farbe nach oben, die zu ihrer Lage passt. Das Bechersystem leistet zweierlei: Du siehst mit einem Blick, welche Gruppen festhängen, und die Lernenden arbeiten beim Warten weiter, statt die Hand in die Luft zu halten. Eine Gruppe mit rotem Becher schreibt zusätzlich ihre Stationsnummer an die Hilfetafel; du gehst in der Reihenfolge der Tafel, und wer ruft oder aufsteht, kommt nicht früher dran.

Die einzige Bedingung für den roten Becher ist die Regel 3 vor mir: Die Gruppe muss drei Quellen geprüft haben, bevor sie dich holt. Die erste ist die Projektseite. In BlueGrays gibt es in jedem Projekt den Tab Code verstehen, und nach der Schritt-für-Schritt-Erklärung des Codes folgt der Abschnitt Wenn du nicht weiterkommst, der die typischen Stolpersteine dieses Projekts auflistet; bei kostenlosen Projekten ist dieser Tab für alle offen. Der Bereich Fehlerbehebung auf der Projektseite listet die Prüfschritte für den Fall, dass das Projekt nicht funktioniert, und wird mit Premium freigeschaltet. Die zweite Quelle ist das Gruppenmitglied: Der Kontrolleur liest den Schaltplan Verbindung für Verbindung neu, der Schaltungsbauer fährt jedes Kabel mit dem Finger nach. Die dritte Quelle ist die Nachbargruppe: Ein Blick auf die funktionierende Schaltung einer Gruppe, die dasselbe Projekt macht und denselben Schritt schon geschafft hat, zeigt eine verdrehte LED oft in Sekunden. Geht ein roter Becher hoch, lautet deine erste Frage: „Welche drei Quellen habt ihr geprüft?" Gibt es keine Antwort, wird der Becher wieder gelb.

Schülerassistenzen sind die größte Hilfe für eine Lehrkraft allein. Mach in jeder Stunde die ersten zwei oder drei, die fertig sind, zu Assistenzen und gib ihnen ein sichtbares Zeichen (Umhängekarte oder Armband). Für Assistenzen gilt eine einzige Regel, Hände auf den Rücken: Sie erklären, zeigen und fragen, berühren aber nie das Breadboard einer anderen Gruppe und tippen deren Code nicht selbst. Schickst du die Assistenzen zu den gelben Bechern und dich selbst zu den roten, schmilzt die Warteschlange schnell. Gib die Aufgabe nicht immer denselben; wenn jede Person im Halbjahr mindestens einmal Assistenz war, langweilen sich die Schnellen nicht und die anderen sagen nicht „Die machen das sowieso".

Gerüst für eine Unterrichtsstunde von 40 bis 45 Minuten

Die empfindlichste Stelle dieses Gerüsts ist Minute 30: Das Bauen scheint nie fertig zu werden, und das Aufräumen fällt weg. Dagegen hilft eine laute „Noch zwei Minuten"-Ansage in Minute 28 und ein Stopp in Minute 30, auch für Schaltungen, die noch nicht laufen. Eine Gruppe ohne funktionierende Schaltung beantwortet in der Kontrollphase „Was haben wir probiert, wo hängen wir gerade?", und auch das ist Lernen. Dauert deine Stunde 45 Minuten, bekommt das Bauen fünf Minuten mehr. Bei einer Doppelstunde von 90 Minuten lässt du das Gerüst nicht zweimal laufen; Aufbau und Aufräumen gibt es einmal, und den Bauteil in der Mitte teilst du in ein zweistufiges Projekt oder in Bauen plus Zusatzaufgabe.

Die 10 häufigsten Probleme im Unterricht und ihre 1-Minuten-Lösung

Schnelle und festgefahrene Gruppen: zwei Tempi in einem Raum

• Aufgaben „Probier es selbst": In BlueGrays endet der Tab Code verstehen mit dem Abschnitt Probier es selbst; zu jeder Aufgabe gibt es die Optionen Tipp und Lösung anzeigen. Eine fertige Gruppe schreibt ihre Vorhersage auf Papier, bevor sie die Aufgabe löst, ändert dann den Code, lädt ihn hoch und vergleicht das Ergebnis mit der Vorhersage. Wie man diese Aufgaben angeht, haben wir ausführlich im Beitrag zu Code verstehen beschrieben.
• Ein Schritt weiter: Eine Gruppe, die LED Blinken fertig hat, kann mit derselben Box zu Ampel übergehen, eine Gruppe nach LED mit Taster ein- und ausschalten zu Verwendung des Summers. Die Box enthält genug Teile für diese Projekte, niemand muss zum Materialtisch.
• Nächstes Projekt mit dem Projektfinder: Im Projektfinder der App beantworten die Lernenden 3 Fragen und finden ein nächstes Projekt, das zu ihren Interessen passt. Wie das funktioniert, steht im Beitrag zur Frage, welches Arduino-Projekt als Nächstes.
• Assistenz: Ein Mitglied einer fertigen Gruppe wird in dieser Stunde Schülerassistenz; Erklären ist der beste Test dafür, ob man eine Schaltung wirklich verstanden hat.

Halte für festgefahrene Gruppen eine fertige halbe Schaltung bereit. Bau vor der Stunde den Breadboard-Teil des Wochenprojekts (zum Beispiel LED und Widerstand) auf dem Breadboard aus der Ersatzbox auf. Eine Gruppe, die in Minute 20 noch rot ist und den Fehler in ihrer Schaltung nicht findet, legt ihr Breadboard beiseite, verbindet das fertige Breadboard mit zwei Kabeln mit ihrem Board und lädt ihren Code hoch. Läuft die Schaltung, ist die Aufgabe nicht erledigt: Die Gruppe legt beide Breadboards nebeneinander und sucht den Unterschied. So endet die Stunde auch für die festgefahrene Gruppe mit einer funktionierenden Schaltung, und den Fehler entdeckt sie selbst. Bei Sensorprojekten wie Nachtlicht mit LDR funktioniert dieselbe Methode für den Teil der Schaltung mit dem Sensor.

Die App in der großen Klasse: alle am eigenen Bildschirm

In einer großen Klasse können 30 Personen einen Schaltplan an der Tafel kaum gleichzeitig erkennen. Hier hilft BlueGrays: Jede Person, oder zumindest der Kontrolleur jeder Gruppe, öffnet das Projekt auf dem eigenen Handy. Der Schaltplan lässt sich vergrößern, sodass auch in der letzten Reihe die Pinnummern aus der Nähe lesbar sind; mit In Galerie speichern landet der Plan auf dem Handy und lässt sich auch bei schwachem Internet öffnen. Der Modus Lass es uns zusammen bauen teilt das Projekt in Schritte (Teile vorbereiten, Schaltung bauen, Code hochladen, testen), und in diesem Modus bleibt der Bildschirm an, ein auf dem Tisch liegendes Handy wird also nicht dunkel. Am Stundenende markiert jede Person, die eine funktionierende Schaltung zeigt, das Projekt mit Gebaut, und du siehst diese Markierung beim Rundgang auf dem Handy. Ehrlich gesagt: BlueGrays hat kein Klassen-Dashboard; du siehst nicht in einer Liste aus der Ferne, wer welches Projekt abgeschlossen hat, die Kontrolle passiert am Tisch. Da Schaltplan, Code, Blöcke und Code verstehen in 60 kostenlosen Projekten (20 pro Plattform) offen sind, braucht in den ersten Wochen niemand Premium; machst du mit Premium-Projekten weiter, können mit den Lehrer-Paketen alle in der Klasse dieselben Projekte öffnen.

Sicherheits- und Aufräumregeln

• Beim Verkabeln USB ab: Solange der Schaltungsbauer verkabelt, steckt kein USB; die Code-Verantwortliche steckt erst an, wenn „Verkabelung fertig" gesagt wurde.
• Nur die 5 V vom USB: In den ersten Stunden keine Batterien, keine Netzteile, nichts, was in die Steckdose kommt; der 5V-Pin wird nie direkt mit GND verbunden.
• Heißes Bauteil = Stopp: Wird ein Teil heiß oder riecht es, zuerst USB ziehen, dann Becher auf Rot. Das heiße Teil kommt in den Behälter für defekte Teile.
• Ordnung am Tisch: Kein Essen und Trinken an den Stationen, Taschen unter dem Tisch, das USB-Kabel hängt nicht in den Laufweg.
• In den letzten 5 Minuten keine neuen Verbindungen: Sobald das Aufräumen beginnt, steckt niemand ein neues Kabel; eine Schaltung, an der nächstes Mal weitergearbeitet wird, bleibt aufgebaut, das Breadboard kommt in die Box und auf die Karte kommt der Vermerk „Box 7, Schaltung bleibt".
• Rückgabe-Reihenfolge: USB abziehen, Kabel aufwickeln, Teile zählen, Karte abhaken, Box schließen und in Nummernfolge ins Regal stellen. Niemand geht, bevor die letzte Box im Regal steht.

In den ersten beiden Stunden wirkt diese Ordnung vielleicht schwerfällig; ab der dritten wird sie Routine und schenkt dir den größten Teil der Stunde für echten Unterricht. Du musst nicht alles auf einmal einführen: Starte mit nummerierten Boxen und Rollen und nimm die Becher in der zweiten Woche dazu. Wenn die Lernenden das Projekt der Woche auf dem eigenen Handy öffnen und den Schaltplan vergrößern sollen, lade BlueGrays herunter und probier vor der Stunde selbst ein paar kostenlose Projekte aus; wer beim Betreten des Raums weiß, wo welcher Bereich ist, gewinnt in einer vollen Stunde die ersten fünf Minuten.