Arduino Workshop als Ferienkurs: Programm für 5 Tage à 3 Stunden

Wenn du ein Programm für einen 5-tägigen Arduino Workshop als Ferienkurs planst, gib jedem Tag genau eine neue Idee und reserviere den letzten Tag für das eigene Miniprojekt der Teilnehmenden: Tag 1 LEDs und Zeitsteuerung, Tag 2 Taster und Bedingungen, Tag 3 Sensoren, Tag 4 Ton und Bewegung, Tag 5 Miniprojekt und Ausstellung. Jeder Tag folgt demselben Gerüst: Aufwärmen, kurzer Input, Bauphase, Pause, Challenge, Austausch. Der Plan in diesem Artikel ist für einen Intensivkurs mit 3 Stunden pro Tag, also 15 Stunden insgesamt, geschrieben und geht von 12–16 Teilnehmenden in Zweiergruppen aus; diese Zahlen sind eine Annahme, du kannst sie für deine Gruppe nach oben oder unten anpassen.

Anders als bei einem wöchentlichen Kurs über ein Halbjahr wird im Intensivkurs nichts vergessen, dafür kommt Müdigkeit ins Spiel. Deshalb setzt das Programm auf kurze Inputs und viel Bauzeit statt auf lange Erklärungen. Unten findest du eine Programmtabelle Tag für Tag, den stündlichen Ablauf eines Beispieltags, eine Materialliste für 8 Gruppen, eine Checkliste, die zwei Wochen vorher beginnt, Miniprojekte für Tag 5, eine Vorlage für 3-minütige Präsentationen, Anpassungen nach Alter, Ideen für die Zeit nach dem Kurs und Sicherheitsregeln. Wenn du über ein Halbjahr eine Stunde pro Woche unterrichtest, passt der 8-Wochen-Plan für Robotik und Programmieren besser zu diesem Rhythmus.

Der Rahmen des Kurses: 5 Tage, 3 Stunden, Zweiergruppen

Der häufigste Fehler in einem Intensivkurs ist, zu viel in den ersten Tag zu packen. Das Programm geht deshalb vom Einfachen zum Komplexen: zuerst Ausgabe (eine LED leuchten lassen), dann Eingabe (einen Taster lesen), danach analoge Messung (Licht und Abstand), dann Bewegung und Ton (Servo und Summer) und zum Schluss ein Miniprojekt, das alles verbindet. Jeder Tag baut auf dem vorherigen auf; der Parksensor an Tag 3 nutzt die LED von Tag 1, die Bedingung von Tag 2 und die Abstandsmessung vom selben Tag. Der Grund für Zweiergruppen ist einfach: In Dreiergruppen schaut oft eine Person nur zu, und wer allein arbeitet und hängen bleibt, muss warten. Im Zweierteam baut eine Person die Schaltung, die andere liest Schaltplan und Code, in der Pause werden die Rollen getauscht.

Programm Tag für Tag: Themen, Projekte und Ergebnis des Tages

Alle Projekte in der Tabelle sind in der BlueGrays App mit Teileliste, Schaltplan und Code fertig vorbereitet. Die Projekte der ersten beiden Tage sind komplett kostenlos; die Teilnehmenden brauchen kein Premium. Ab Tag 3 kommen Premium-Projekte wie der Parksensor, der Servo und die Miniprojekte dazu. Wenn du sie nutzt, braucht jede teilnehmende Person Premium; am praktischsten geht das mit einem Lehrer-Paket, und wie es funktioniert, haben wir ausführlich im Leitfaden zu Premium-Codes für die Klasse erklärt. Wenn du bei kostenlosen Projekten bleiben willst, steht im Tipp unten eine Variante ohne Premium.

An den ersten beiden Tagen ändern die Teilnehmenden am Ende jedes Projekts eine einzige Zahl und sagen das Ergebnis vorher voraus. In Ampel leuchten Rot und Grün 2000 ms, Gelb 300 ms; die Teams schreiben diese Zeiten für eine echte Kreuzung neu. In LED-Lauflicht leuchten sechs LEDs an den Pins 2–7 im Abstand von 150 ms nacheinander auf; diese Zahl auf 50 und auf 500 zu setzen, macht sichtbar, was Array und for-Schleife tun. An Tag 2 nutzen LED mit Taster schalten (Push) und LED mit Taster ein- und ausschalten dieselbe Schaltung, der Unterschied liegt nur im Code. Dieser Vergleich ist der kürzeste Weg, die Idee „ein Programm kann sich etwas merken“ zu erklären, und alle Sensorprojekte der folgenden Tage beruhen darauf. Tag 3 ist Messtag. In Nachtlicht mit LDR geht die LED an Pin 13 an, wenn der an A0 gelesene LDR-Wert unter 50 fällt; die Teams decken den Sensor mit der Hand ab, beobachten den Wert im seriellen Monitor und passen den Schwellwert an das Licht in ihrem Raum an. HC-SR04 Abstandsmessung (serielle Anzeige) gibt den Abstand zwischen 3 und 100 cm jede halbe Sekunde aus, Parksensor mit HC-SR04 macht aus derselben Messung mit zwei LEDs an Pin 8 und 9 und einem Summer an Pin 10 eine Warnung: Ist ein Hindernis näher als 20 cm, piept es schneller. An Tag 4 fährt Verwendung von Servomotoren den Servo auf 0, 90 und 180 Grad, Servomotorbetrieb mit Potentiometer dreht denselben Servo per Hand mit einem Potentiometer. Die letzte halbe Stunde des Tages ist für die Wahl des Projekts für Tag 5 reserviert. Schließe den Austausch jedes Tages mit der Abschlussfrage dieses Tages; die Antworten zeigen dir, was du beim Aufwärmen am nächsten Morgen wiederholen solltest:

1. Tag 1: Was hat sich an der Ampel geändert, als du delay(500) statt delay(2000) geschrieben hast? Warum?
2. Tag 2: Liegt der Unterschied zwischen dem Taster, der leuchtet, solange er gedrückt ist, und dem, der bei jedem Druck umschaltet, in der Schaltung oder im Code?
3. Tag 3: Wird der LDR-Wert im Dunkeln oder im Hellen kleiner? Wie hast du den Schwellwert für dein Nachtlicht gewählt?
4. Tag 4: Wohin dreht sich der Servo, wenn du 90 schreibst? Warum folgt der Servo dem Potentiometer, wenn du daran drehst?
5. Tag 5: Zeige in deinem Projekt nacheinander die Teile, die erfassen, entscheiden und reagieren.

Lehrer-Paket: wie viele Codes und wann verteilen?

Für einen 5-tägigen Kurs reicht ein monatliches Lehrer-Paket. Jeder Monatscode gibt dem Konto, das ihn einlöst, 30 Tage Premium, und die Zeit beginnt am Tag des Einlösens. Verteilst du die Codes an Tag 1, endet der Kurs nach 5 Tagen und den Teilnehmenden bleiben etwa 25 Tage, um zu Hause weiterzumachen. Das Paket ist ein einmaliger Kauf und verlängert sich nicht automatisch; die Teilnehmenden müssen auch keine Karte in ihrem Apple- oder Google-Konto hinterlegen. Nicht genutzte Codes haben kein Ablaufdatum, übrige Codes bleiben also für deinen nächsten Kurs. Wenn du Monats- und Jahrespaket nach Kursdauer vergleichen willst, lies Lehrer-Paket monatlich oder jährlich; den aktuellen Preis für dein Land siehst du in der App auf dem Bildschirm Lehrer-Pakete.

• Fang mit deinem eigenen Code an: Löse vor dem Kurs einen Code in deinem eigenen Konto ein; lege das Programm erst fest, wenn du die Premium-Projekte geöffnet und die Schaltungen selbst gebaut hast.
• Tag 1, in der Pause verteilen: Schicke jeder teilnehmenden Person auf dem Bildschirm Meine Codes mit Code Kopieren oder über die Teilen-Funktion einen Code. Tippt jemand auf den geteilten Link, öffnet sich in der App der Bildschirm Code Einlösen mit bereits eingetragenem Code; ohne Link geht es über Profil > Code Einlösen, wo der Code im Format BG-XXXX-XXXX-XXXX eingegeben wird.
• Sofort prüfen: In Meine Codes sollte jeder Code den Status Aktiv und den Namen der Person zeigen, die ihn genutzt hat. Wenn du Konto- und Anmeldeprobleme an Tag 1 löst, wartet an Tag 3 beim Wechsel zu Premium-Projekten niemand.
• Sei transparent: Beim Einlösen werden Name, Benutzername, E-Mail-Adresse und Profilfoto der Person mit der Lehrkraft geteilt, die den Code vergeben hat. Sag das den Teilnehmenden und Eltern von Anfang an.
• Kenne die Ausnahmen: Ein Konto mit aktivem Premium-Abo über den App Store oder Google Play kann keinen Code einlösen; diese Person hat bereits Premium, ihr Code bleibt als Reserve. Springt jemand an Tag 1 ab, kannst du mit dem einen Transfer des Monatscodes die restliche Zeit an eine neue Person weitergeben.

Ein Tag Stunde für Stunde: Beispiel Tag 3

Der folgende Ablauf ist für einen 3-Stunden-Tag von 10:00 bis 13:00 geschrieben, und du kannst jeden Tag dasselbe Gerüst nutzen; es ändern sich nur Projekte und Challenge. Als Beispiel wurde Tag 3 gewählt, weil er ein kostenloses und ein Premium-Projekt am selben Tag verbindet. Der kurze Input dauert nie länger als 20 Minuten; die Teilnehmenden verbringen mindestens 100 der 180 Minuten damit, selbst Schaltungen zu bauen und Code zu ändern.

Zwei Funktionen der App erleichtern die Bauphasen. Die erste ist der Modus Lass es uns zusammen bauen auf der Projektseite: Er zeigt nacheinander die Schritte Teile vorbereiten, Schaltung aufbauen, Code hochladen sowie starten und testen, hält den Bildschirm an und erinnert das Team daran, bei welchem Schritt es war. Die zweite ist der Weg des Codes auf den Computer: Der Code auf dem Handy lässt sich mit Kopieren übernehmen, oder Link kopieren schickt einen Link, der den Code auf dem Computer öffnet. Ein Team, das hängen bleibt, schaut zuerst im Tab Code verstehen des Projekts in den Abschnitt Wenn du nicht weiterkommst und meldet sich erst dann. Diese kleine Regel verkürzt die Warteschlange und bringt den Teilnehmenden bei, ihre eigenen Fehler zu finden; alle Bereiche der Projektseite haben wir im Leitfaden zur Projektseite beschrieben.

Materialliste: pro Gruppe und für 8 Gruppen plus Reserve

Teilst du 16 Teilnehmende in Zweiergruppen, ergeben sich 8 Gruppen; mit einem Reserveset bereitest du 9 Sets vor. Bei einem Kurs mit 12 Personen reichen 6 Gruppen und 7 Sets. Kein Bauteil muss gelötet werden. Die Mengen pro Gruppe sind etwas großzügig gerechnet, weil verkehrt gesteckte LEDs und abgebrochene Jumperkabel in den ersten Tagen sehr häufig sind. Wenn du fertige Starterkits kaufen willst, vergleiche ihren Inhalt mit dieser Liste; was Kits meist enthalten, steht im Artikel Arduino Starter Kit.

Checkliste zur Vorbereitung des Kurses

Teile die Vorbereitung in drei Zeitpunkte auf. Bleiben Installation und Treiber für die erste Stunde des Kurses übrig, ist Tag 1 zur Hälfte weg; das Ziel ist, dass jeder Computer schon einmal Code hochgeladen hat, wenn die Teilnehmenden kommen. Du kannst die folgende Liste kopieren und ausdrucken; am Anfang jedes Punkts steht, wann er erledigt wird:

• 2 Wochen vorher: Teilnehmerzahl festlegen, Gruppen und Anzahl der Sets berechnen, fehlendes Material bestellen. Wegen möglicher Lieferverzögerungen LEDs, Widerstände und Jumperkabel reichlich kaufen.
• 2 Wochen vorher: Computer zählen. Auf jedem muss die Arduino IDE installiert sein; an Schulrechnern braucht das oft Administratorrechte, sprich mit der IT-Betreuung. Die Installationsschritte stehen im Artikel Arduino IDE installieren.
• 2 Wochen vorher: Elternbrief verschicken: Termine und Uhrzeiten, Einladung zur Ausstellung an Tag 5, der Hinweis, dass alle Schaltungen nur mit den 5 V vom USB laufen, dass beim Einlösen eines Codes Name, Benutzername, E-Mail-Adresse und Profilfoto mit der Lehrkraft geteilt werden und dass Premium am Tag der Eingabe beginnt und 30 Tage dauert.
• 1 Woche vorher: Lehrer-Paket kaufen und deinen eigenen Code einlösen. Jedes Premium-Projekt einmal selbst bauen und notieren, wo Probleme auftreten.
• 1 Woche vorher: Den USB-Chip der Klon-Boards prüfen; für Boards mit CH340-Chip den Treiber auf den Computern installieren. Die Servo-Bibliothek ist in der Arduino IDE enthalten; für das Gedächtnisspiel die Bibliothek LiquidCrystal_I2C über den Bibliotheksverwalter installieren.
• 1 Woche vorher: Sets in nummerierte Boxen packen und eine Inhaltsliste auf jede Box kleben. USB-Kabel einzeln testen und markieren: Manche Kabel sind reine Ladekabel, die LED am Board leuchtet, aber in der Arduino IDE erscheint kein Port. Keine Kabel verwenden, die Teilnehmende von zu Hause mitbringen; Lösungen für Port- und Treiberfehler stehen im Artikel Arduino Sketch lässt sich nicht hochladen.
• 1 Woche vorher: Die Teilnehmenden bitten, die App zu installieren und ein Konto anzulegen; so dauert die Verteilung der Codes an Tag 1 nur ein paar Minuten.
• 1 Tag vorher: An jedem Computer ein Board anschließen, den Code von LED Blinken hochladen, die LED blinken sehen und die Portnummer seitlich am Computer beschriften.
• 1 Tag vorher: Beamer, Verlängerungskabel und Steckdosen prüfen; 9 Computer wollen vielleicht gleichzeitig laden.
• 1 Tag vorher: Programmtabelle und Sicherheitsregeln ausdrucken und an die Wand hängen. Die Miniprojekte für Tag 5 auf ein eigenes Blatt schreiben.
• 1 Tag vorher: Auf dem Bildschirm Meine Codes die Anzahl der Codes prüfen und eine Liste zum Abgleich mit den Teilnehmenden vorbereiten: Name, Gruppennummer, Code-Status.
• Am ersten Morgen: Die Reservebox auf deinen Tisch stellen: zusätzliche LEDs, Widerstände, Jumperkabel, ein Board und zwei getestete USB-Kabel.

Tag 5: Miniprojekte zur Auswahl

Das Miniprojekt füllt die ersten zwei Stunden von Tag 5, die letzte Stunde gehört der Ausstellung. Die Teams wählen am Ende von Tag 4; so kannst du fehlende Teile noch am Abend ergänzen. Jede Option verbindet mindestens zwei Konzepte aus den ersten vier Tagen. Schlage schnellen Teams ein Projekt der Stufe Fortgeschritten vor oder lass sie ein fertiges Projekt um eigene Funktionen erweitern, Teams, die sich schwertun, eines der Box-Projekte der Stufe Anfänger. Die Zeiten in der Tabelle sind Schätzungen und enthalten Box und Dekoration.

Ausstellung und Vorlage für eine 3-Minuten-Präsentation

Die Ausstellung ist der Teil des Kurses, der am längsten in Erinnerung bleibt, und sie lässt die Teilnehmenden in eigenen Worten erklären, was sie gelernt haben. Stelle die Tische an einer Wand entlang auf und lege vor jedes Team eine Karte mit Projektname und Gruppennummer. Wenn Eltern oder andere Klassen kommen, halten die Teams nacheinander eine 3-minütige Präsentation und beantworten danach 1 Minute lang Fragen; bei 8 Gruppen sind das etwa 35 Minuten. Gib jedem Team vorher 10 Minuten, um die Vorlage auszufüllen. Verlange nicht, dass sie den Code auswendig aufsagen, sondern dass sie eine geänderte Zahl erklären und was sie bewirkt hat.

Anpassung an verschiedene Altersstufen und Niveaus

Das Gerüst des Programms bleibt in jeder Gruppe gleich; es ändern sich Tempo, Tiefe der Erklärungen und die Erwartung an Tag 5. Nutze die Tabelle, sobald du deine Gruppe kennst; auch innerhalb einer Altersstufe kann die Erfahrung sehr unterschiedlich sein. In einer gemischten Gruppe bildest du Teams aus einer erfahrenen und einer neuen Person, lässt aber nicht zu, dass immer die erfahrene Person an der Tastatur sitzt.

Nach dem Kurs: so geht es zu Hause weiter

Das größte Risiko eines Intensivkurses ist, dass die Begeisterung des letzten Tages innerhalb einer Woche verfliegt. Zeig den Teilnehmenden zum Abschluss drei Wege, zu Hause weiterzumachen. Der Projektfinder stellt drei Fragen: was sie bauen möchten, welches Board sie haben und wie erfahren sie sind; danach schlägt er den besten Treffer und ein kostenloses Aufwärmprojekt mit denselben Teilen vor. Die Fragen des Tages öffnen jeden Tag ein neues Set, dauern etwa 3 Minuten und starten nach einem Einstufungstest mit 15 Fragen auf dem passenden Niveau. Der Code-Guide bietet 36 Karten für Arduino C++ und MicroPython; der Link In Projekten ansehen am Ende jeder Karte listet die Projekte mit diesem Befehl von leicht bis schwer. Der Lehrer-Code, den du im Kurs vergeben hast, gilt auch nach dem Kurs, und die Premium-Projekte bleiben offen, bis die 30 Tage des Codes abgelaufen sind. Wie man die Bereiche Code verstehen und Probier es selbst der Kursprojekte zu Hause nutzt, haben wir im Leitfaden zu Code verstehen und Probier es selbst erklärt.

Sicherheits- und Gruppenregeln

• Alle Schaltungen laufen mit den 5 V vom USB. Nichts wird an die Steckdose angeschlossen; die 220-V-Lampenprojekte in der App gehören nicht zu diesem Kurs.
• Vor jeder Änderung an der Schaltung das USB-Kabel abziehen und erst nach dem Aufbau wieder einstecken.
• Den 5V-Pin nie direkt mit GND verbinden; das Board wird heiß, und der Computer kann den USB-Anschluss abschalten.
• Eine LED immer mit Vorwiderstand anschließen. Wird ein Bauteil heiß oder riecht es verbrannt, zuerst das USB-Kabel ziehen, dann die Kursleitung rufen.
• Startet das Board neu, sobald der Servo angeschlossen ist, zieht der Servo zu viel Strom; Ursache und Lösung findest du im Artikel Arduino startet ständig neu.
• Essen und Getränke bleiben vom Materialtisch fern. Bauteilbeine und Jumperenden sind spitz, also vorsichtig anfassen.
• Vor dem Anfassen der Schaltung eines anderen Teams fragen. Wenn du hängen bleibst, zuerst in Wenn du nicht weiterkommst nachsehen, dann Hilfe holen.
• Am Ende jedes Tages die Teile in der Box mit der Inhaltsliste abzählen und die Box mit ihrer Nummer abgeben.

Nach fünf Tagen haben die Teilnehmenden die ganze Kette selbst aufgebaut, vom Leuchten einer LED bis zu einem kleinen System, das mit einem Sensor Entscheidungen trifft; noch wichtiger ist, dass sie wissen, wo sie bei einer nicht funktionierenden Schaltung suchen müssen. Führe das Programm beim ersten Kurs so durch, wie es ist, und passe es beim zweiten daran an, welcher Tag zu lang wurde und welches Projekt am besten ankam. Die beste Vorbereitung ist, die BlueGrays App auf deinem eigenen Handy zu öffnen, Schaltpläne, Teilelisten und Code der Kursprojekte anzusehen und das Projekt des ersten Tages einmal von Anfang bis Ende aufzubauen.