Erste Arduino-Stunde: Unterrichtsplan mit Kennenlernen und LED

Die kurze Antwort für einen Unterrichtsplan zur ersten Arduino-Stunde: In der ersten Stunde keinen Stoff durchnehmen, sondern die Gruppe kennenlernen und allen ein Erfolgserlebnis verschaffen. Die Stunde hat drei Ziele: Neugier (Einstieg mit einer funktionierenden Schaltung und Bezug zu Geräten aus dem Alltag), Ordnung (drei Grundregeln und ein am ersten Tag besprochener Klassenvertrag) und ein erster Erfolg (vor dem Gong lässt jede Gruppe, oder ohne Sets jede Schülerin und jeder Schüler, eine LED blinken und ändert das Blinken nach eigener Entscheidung). Teile die 40 Minuten so auf: 5 Minuten Demo, 7 Minuten Vorstellungsrunde und Gespräch über "Mikrocontroller um uns herum", 5 Minuten Regeln, 5 Minuten App und Konten, 13 Minuten erste LED, 5 Minuten Exit-Ticket und Aufräumen. Unten findest du die Ablauftabelle, eine Checkliste zur Vorbereitung, eine Umfrage zum Kennenlernen, einen Klassenvertrag, eine Aufgabe für die erste Woche und einen Elternbrief.

Dieser Beitrag behandelt die Stunde "Woche 0": die Stunde, in der du noch keine Sets verteilt hast oder mit wenigen startest und in der sich alle zum ersten Mal sehen. Suchst du einen technischen ESP32-Einstieg, lies den Unterrichtsplan für die erste ESP32-Stunde. Einstiegsspiele findest du unter Warm-up-Aktivitäten, eine ausführliche Lernstandserhebung unter heterogene Lerngruppen, alle Sicherheitsregeln unter Sicherheitsregeln im Elektronikunterricht und den Kauf und die Verteilung von Lehrer-Codes unter Premium-Codes für die Klasse. Hier wiederholen wir das nicht, sondern bauen es in die erste Stunde ein.

Drei Ziele der ersten Stunde: Neugier, Ordnung, erster Erfolg

Der Erfolg der ersten Stunde misst sich nicht daran, wie viel gelernt wurde, sondern daran, mit welchem Gefühl die Lernenden in die zweite Stunde kommen. Wer mit "das liegt mir, ich habe etwas zum Laufen gebracht" hinausgeht, bleibt eher das ganze Halbjahr dabei; wer 25 Minuten Definitionen von Widerstand, Strom und Spannung hört, ohne etwas anzufassen, kommt mit weniger Lust wieder. Mach die drei Ziele deshalb beobachtbar und prüfe sie am Ende mit einem Exit-Ticket. Ein Konzept gründlich zu erarbeiten ist Aufgabe der zweiten Stunde; die erste öffnet nur die Tür. Du hast außerdem ein eigenes Ziel: Am Ende solltest du die Namen aller 24 kennen und wissen, wer schon etwas gebaut hat und wer keinen Zugang zu einem Gerät hat.

Ablauf der 40-minütigen Kennenlernstunde

Angenommen, du hast eine Klasse mit 24 Lernenden, die in acht Dreiergruppen arbeiten, und dazu mindestens eine fertige Demo-Schaltung, einen Beamer und einen Computer mit installierter Arduino IDE. Reichen die Sets, wird die erste LED in Gruppen gebaut; bei wenigen Sets mit der halben Klasse, ohne Sets im Simulator oder als deine Demo, das beschreiben wir unten. Am meisten Zeit geht in der Phase "erste LED" verloren, schreib deshalb am Ende jeder Phase die verbleibende Zeit an die Tafel. Wenn du in Verzug kommst, kürze die App-Phase, nicht die erste LED: Kontoeinrichtung kann nach Hause oder in die zweite Stunde wandern, der erste Erfolg nicht.

Einstieg: mit einer laufenden Demo beginnen (Minute 0–5)

In den ersten fünf Minuten sollen die Lernenden sehen, dass etwas von allein funktioniert. Dafür genügt eine Schaltung, die du am Vortag aufgebaut und getestet hast. Am wirkungsvollsten ist das Projekt Nachtlicht mit LDR: Wird es dunkler, geht die LED an, und wer die Hand über den Sensor hält, lässt die Schaltung "es ist Nacht" entscheiden. Willst du Klang, passt Verwendung des Summers; willst du Messen zeigen, eignet sich HC-SR04 Abstandsmessung (serielle Anzeige), das den Abstand auf dem Computerbildschirm ausgibt. Alle drei sind in BlueGrays kostenlos, mit Bauteilliste, Schaltplan und Code. Erkläre nicht sofort, wenn die Demo läuft, sondern frag zuerst: "Was erfasst die Schaltung? Was entscheidet sie? Was macht sie?" Nach zwei, drei Antworten sagst du in einem Satz, was am Ende des Kurses entsteht, etwa "Am Ende des Halbjahres hast du deine eigene Alarmanlage, dein Spiel oder dein Messgerät entworfen." Lass den Demo-Tisch die ganze Stunde offen; wer früher fertig ist, darf dort ausprobieren.

Mikrocontroller um uns herum: 7 Minuten, die zugleich Vorstellungsrunde sind

Verknüpfe die Vorstellungsrunde mit dem Thema: Alle nennen ihren Namen und ein Gerät zu Hause, das "selbst entscheidet". Mit 15 Sekunden pro Person sind 24 Lernende in 6 Minuten durch. Du schreibst die Antworten in drei Spalten an die Tafel: Eingabe (was erfasst es?), Entscheidung (wonach?), Ausgabe (was tut es?). Die Waschmaschine erkennt, dass die Tür zu ist, und misst den Wasserstand, dann lässt sie den Motor nach Programm laufen; die Klimaanlage misst die Raumtemperatur, vergleicht sie mit dem eingestellten Wert und schaltet den Kompressor ein oder aus; die Mikrowelle liest die Tasten, zählt die Zeit herunter und piept am Ende; die automatische Tür erkennt, dass jemand kommt, und dreht einen Motor. Halte das Tempo, indem du bei Wiederholungen sagst: "Gleiches Gerät, nenn einen anderen Sensor." Am Ende gibst du die Definition in einem Satz: "In diesen Geräten steckt ein kleiner Computer; wir nennen ihn Mikrocontroller, und Arduino ist einer davon." Lösche die dreispaltige Tabelle nicht; bei der ersten LED kommst du darauf zurück, damit die Lernenden merken, dass ihre Schaltung keine Eingabe hat, nur eine Ausgabe.

Regeln und Vorlage für den Klassenvertrag (Minute 12–17)

Lies in der ersten Stunde nicht zehn Regeln vor, sondern nenne nur drei und begründe jede in einem Satz: Beim Umstecken USB ziehen (eine falsche Verbindung unter Spannung verursacht einen Kurzschluss), jede LED bekommt einen Vorwiderstand (der Widerstand begrenzt den Strom und schützt LED und Pin), die Set-Box wird beim Öffnen und beim Schließen gezählt (ein fehlendes Teil verdirbt der nächsten Gruppe die Stunde). Die vollständige Liste mit Begründungen und den Akkuregeln steht im Beitrag Sicherheitsregeln; diese Liste bleibt besser hängen, wenn du sie in der zweiten oder dritten Stunde besprichst, nachdem die ersten Schaltungen gebaut sind. In den letzten zwei Minuten liest du den Entwurf des Klassenvertrags unten vor. Gib dem Vertrag zwei Seiten: was die Lernenden versprechen und was du versprichst. Eine einseitige Regelliste wird schnell zu einem Blatt an der Wand; ein zweiseitiger Vertrag schafft das Gleichgewicht "Fehler sind erlaubt, Umstecken unter Spannung nicht". Bitte jede Gruppe um einen Vorschlag, ergänze die Vorschläge in der zweiten Stunde, lass alle unterschreiben und häng das Blatt das ganze Halbjahr auf. Auch die Bewertung vom ersten Tag an offen zu nennen gehört zum Erwartungsmanagement; zeig mit einer Tabelle wie im Beitrag Bewertungsraster, wie am Ende bewertet wird.

• Wir: ziehen beim Umstecken den USB-Stecker; vor dem Einschalten prüft jemand aus der Gruppe die Schaltung.
• Wir: probieren es 3 Minuten selbst, wenn wir feststecken, fragen dann unsere Gruppe und erst danach die Lehrkraft.
• Wir: verstecken Fehlermeldungen nicht, sondern lesen sie; Fehler gehören zum Unterricht, niemand wird dafür ausgelacht.
• Wir: wechseln die Rollen in jeder Stunde; Tastatur und Schaltung bleiben nicht bei einer Person.
• Wir: zählen die Set-Box beim Öffnen und Schließen und melden fehlende oder kaputte Teile, statt sie zu verstecken.
• Wir: nutzen das Handy im Unterricht für die Projektseite, den Code und die Fragen des Tages.
• Die Lehrkraft: sorgt dafür, dass in jeder Stunde mindestens etwas funktioniert, und bringt ein funktionierendes Beispiel mit.
• Die Lehrkraft: erklärt die Bewertungskriterien von Anfang an und beantwortet Fragen spätestens in der nächsten Stunde.

App installieren und Konten anlegen: in dieser Stunde oder in der nächsten?

Öffne in der ersten Stunde am Beamer das Projekt LED Blinken in BlueGrays: Benötigte Bauteile, Schaltplan, Quellcode und der Schalter Als Blöcke zeigen sind die Stellen, auf die die Lernenden in den nächsten Wochen am häufigsten schauen. Da das Projekt kostenlos ist, braucht für die erste LED niemand Premium oder einen Code. Ob die Lernenden die App auf dem eigenen Handy installieren und ein Konto anlegen, hängt vom Schul-WLAN, der Handyregelung und dem Alter ab; wenn 24 Personen gleichzeitig eine App laden, werden aus fünf Minuten schnell fünfzehn. Wenn du Lehrer-Codes einsetzt, knüpfe auch deren Verteilung an diese Entscheidung. Codes kaufen und einzeln teilen beschreiben wir Schritt für Schritt im Beitrag Premium-Codes für die Klasse; hier geht es nur um den Zeitpunkt.

Die erste LED: mit vielen, wenigen oder ohne Sets (Minute 22–35)

Nutze für den ersten Erfolg das Projekt LED Blinken. Die Bauteilliste ist kurz: ein Arduino Uno, ein Steckbrett, eine LED, ein 220-Ω-Widerstand und zwei Jumperkabel. Der Code schaltet die LED an Pin 9 für 100 Millisekunden ein und 100 Millisekunden aus; die LED blinkt also fünfmal pro Sekunde. Die eigentliche Aufgabe ist nicht das Hochladen, sondern vorherzusagen, was die Änderung eines einzigen Werts bewirkt. So bauen die Lernenden in der ersten Stunde eine Schaltung und erleben zugleich: "Ich habe den Code geändert, und das Board hat gemacht, was ich wollte." Verteile die Gruppenrollen gleich zu Beginn: eine Person baut, eine bedient die Tastatur, eine liest und prüft den Schaltplan. Wechselt die Rollen bei jedem Schritt.

1. Baue die Schaltung bei gezogenem USB: Nach dem Schaltplan am Beamer werden Pin 9, der 220-Ω-Widerstand und die LED in Reihe geschaltet; das lange Bein der LED zeigt zum Pin, das kurze geht an GND.
2. Die lesende Person vergleicht die Schaltung Reihe für Reihe mit dem Plan und meldet sich; du oder die Nachbargruppe prüft einmal.
3. Bring den Code aus dem Bereich Quellcode auf den Computer: Eine Gruppe, die mit dem Handy arbeitet, kann den Code kopieren oder ihn über den Link am Computer öffnen. Wähle in der Arduino IDE im Menü Werkzeuge das Board Arduino Uno und den Port und lade hoch.
4. Blinkt die LED schnell, ist der erste Erfolg geschafft. Zurück zur Tabelle Eingabe, Entscheidung, Ausgabe an der Tafel: "Was ist die Eingabe dieser Schaltung?" Antwort: keine, nur eine Ausgabe; in Woche zwei kommt die Eingabe mit Taster und Sensor dazu.
5. Vorhersage-Aufgabe: Bevor beide delay(100) zu delay(1000) werden, schreibt jede Gruppe ihre Vorhersage auf. Dann laden sie hoch: Die LED leuchtet eine Sekunde und ist eine Sekunde aus. Stimmte die Vorhersage?
6. Eine Gruppe, die früher fertig ist, schaltet Als Blöcke zeigen ein und sucht, welcher Codezeile jeder Block entspricht, oder ergänzt eine zweite LED und wechselt zum Projekt Zwei LEDs abwechselnd blinken.

Hast du nur wenige Sets, teile die Klasse: 12 Lernende arbeiten in vier Gruppen an den Sets, die anderen 12 bauen dieselbe Schaltung am Computer in einem Simulator; in der zweiten Stunde wird getauscht. Wie man einen Schaltungssimulator im Browser nutzt, erklären wir im Beitrag Tinkercad-Arduino-Simulation. Hast du weder Sets noch genug Computer, baue die erste LED an deinem Pult, mit Kamera oder mit der Klasse um dich herum, aber lass die Entscheidungen bei den Lernenden: Sammle die Vorhersagezettel ein, lass die Klasse über "Welcher delay-Wert?" abstimmen, lade hoch und vergleiche das Ergebnis mit den Vorhersagen. Schon drei Runden wie 100, 1000 und 50 Millisekunden reichen, damit alle einmal vorhersagen und das Ergebnis sehen. In diesem Fall sind die Gerätefragen der Umfrage noch wichtiger, denn sie zeigen dir, wer die Aufgabe der ersten Woche zu Hause erledigen kann.

Exit-Ticket: 3 Fragen, 4 Minuten

1. Eingabe und Ausgabe: "Wähle eines der Geräte von heute. Was erfasst es, und was macht es?" (Prüft das Ziel Neugier.)
2. Erster Erfolg: "Was hat sich geändert, als du delay(1000) statt delay(100) geschrieben hast? Warum?" (Wurde verstanden, wie ein Wert das Verhalten ändert?)
3. Erwartungen: "Schreib ein Projekt auf, das du in diesem Kurs bauen möchtest, und bewerte dich nach der heutigen Stunde von 1 bis 5: 1 'ich bin verwirrt', 5 'ich will sofort weitermachen'."
4. Optional: "Eine Frage, die du stellen wolltest, aber nicht gestellt hast." Beantworte diese Fragen in den ersten fünf Minuten der zweiten Stunde, ohne Namen zu nennen.

Checkliste zur Vorbereitung

• [ ] Baue die Demo-Schaltung am Vortag auf und teste sie mindestens einmal mit demselben Computer; leg ein Ersatz-USB-Kabel daneben.
• [ ] Prüfe, ob die Arduino IDE auf allen Computern startet und der Port erscheint, wenn ein Uno eingesteckt wird. Zur Installation siehe Arduino IDE installieren, zu Portfehlern Arduino-Sketch lässt sich nicht hochladen.
• [ ] Baue das Projekt LED Blinken vorher einmal selbst; fotografiere die Lage von LED und Widerstand auf dem Steckbrett so, wie die Lernenden sie sehen.
• [ ] Nummeriere die Set-Boxen, lege eine Inhaltskarte hinein und zähle jede Box einmal.
• [ ] Halte am Beamer die Projektseite LED Blinken mit Blockansicht in BlueGrays offen; mach Screenshots für den Fall, dass das WLAN ausfällt.
• [ ] Drucke Umfrage, Exit-Tickets und Namensschilder für die Zahl der Lernenden plus vier in Reserve.
• [ ] Schreib den Entwurf des Klassenvertrags auf ein A3-Blatt; lass unten Platz für Vorschläge.
• [ ] Schick den Brief an Eltern oder Teilnehmende mindestens zwei Tage vor der Stunde.
• [ ] Wenn du Lehrer-Codes nutzt, kauf das Paket vorher unter Profil > Lehrer-Pakete, sieh die Codes in Meine Codes an und bereite eine Tabelle zum Abgleich mit der Klassenliste vor.
• [ ] Schreib Plan B auf: Fallen Computer oder Sets aus, entsteht die erste LED an deinem Pult mit Vorhersage-Abstimmung.

Vorlage: Umfrage zum Kennenlernen

Gib die Umfrage am Ende der ersten Stunde oder als Hausaufgabe, nicht am Anfang; die ersten Minuten gehören der Demo und der Vorstellungsrunde. Sie ist auf Papier, mit Namen und kurz: 8 Fragen, höchstens 5 Minuten. Ziel ist nicht eine Note, sondern die Gruppen, Demo-Auswahl und Geräteprobleme der ersten Woche vorab zu sehen. Frag nicht mehr persönliche Daten ab als nötig: Telefonnummer, Adresse oder Familienangaben gehören nicht in diese Umfrage. Möchtest du den Lernstand genauer erheben, setz den 10-Minuten-Test aus dem Beitrag heterogene Lerngruppen in die zweite Stunde.

1. Dein Name und deine Klasse (oder Altersgruppe): ____________
2. Was hast du schon gemacht? Nichts / Blockprogrammierung / Ein Projekt Schritt für Schritt mit einem Set / Eigenen Code geschrieben oder geändert
3. Warum bist du in diesem Kurs? Neugier / Schul- oder Wettbewerbsprojekt / Ich will später in diesem Bereich arbeiten / Meine Familie hat es vorgeschlagen / Anderes: ____
4. Was interessiert dich am meisten? (höchstens 2) Lichtshow / Klang und Musik / Spiele / Bewegung und Roboter / Messen und erfassen / Per Handy steuern / Smart Home / Displays und Uhren
5. Kannst du zu Hause einen Computer nutzen? Eigener / Mit der Familie geteilt / Nein. Falls ja, Betriebssystem: Windows / macOS / Linux / Weiß nicht
6. Kannst du ein Handy oder Tablet nutzen? Eigenes (iPhone / Android) / Das Gerät der Familie / Nein
7. Hast du zu Hause ein Entwicklungsboard oder Elektronikset? Arduino Uno oder Nano / ESP32 / Raspberry Pi Pico / Ein anderes Set / Keins
8. Was möchtest du am Ende des Halbjahres können? Ein Satz: ____________ (Optional: Gibt es etwas, das deine Lehrkraft wissen sollte?)

Kleine Aufgabe außerhalb des Unterrichts für die erste Woche

Die Aufgabe der ersten Woche dauert außerhalb des Unterrichts 15–20 Minuten, und alles darin ist kostenlos nutzbar. Ihr Zweck ist, die Gruppen der zweiten Stunde zu bilden: Die Interessen aus dem Projektfinder geben Hinweise für Demo- und Projektauswahl, der Einstufungstest dafür, wer in welchem Tempo vorankommt. Die App hat keine Klassenübersicht; du kannst die Ergebnisse nicht aus der Ferne in einer Liste sehen, die Lernenden zeigen sie dir auf Papier oder auf ihrem Bildschirm. Gib die Aufgabe deshalb zum Aufschreiben. Für Lernende ohne Board oder Gerät kannst du die drei Fragen des Projektfinders zu Beginn der zweiten Stunde gemeinsam am Beamer beantworten. Möchtest du daraus eine längere Übungsroute machen, folge dem Plan im Beitrag Arduino üben außerhalb des Unterrichts.

1. Öffne in BlueGrays den Projektfinder und beantworte die drei Fragen: Was möchtest du bauen?, Welches Board hast du?, Wie viel Erfahrung hast du? Ohne Board wählst du Ich habe noch kein Board.
2. Notiere im Ergebnis den Namen des Projekts unter BESTE ÜBEREINSTIMMUNG und das Aufwärmprojekt mit dem Etikett ZUERST AUFWÄRMEN · KOSTENLOS.
3. Löse unter Fragen des Tages den Einstufungstest mit 15 Fragen und notiere dein Level (z. B. A1 Erstes Licht, A2 Schaltungsbauer).
4. Beantworte an mindestens drei Tagen dieser Woche die Fragen des Tages; das tägliche Set hat 5 Fragen und dauert etwa 3 Minuten.
5. Bring den Zettel in die zweite Stunde mit oder zeig die Ergebnisse auf deinem Handy.

Elternbrief für den ersten Tag: Vorlage für Eltern oder Teilnehmende

Schick den folgenden Brief mindestens zwei Tage vor der ersten Stunde an die Eltern, bei Erwachsenenkursen an die Teilnehmenden, und fülle die eckigen Klammern mit deinen Angaben. Halte ihn kurz: Eltern sollen auf einen Blick sehen, was im Unterricht passiert, was mitzubringen ist, wie es um die Sicherheit steht und, falls Lehrer-Codes genutzt werden, was das ist und welche Daten geteilt werden. Statt einer langen Code-Erklärung im Brief verweist du besser auf den Beitrag, der die Schritte für die Lernenden beschreibt.

• Was wir lernen: Grundlagen von Elektronik und Programmierung mit Arduino. In der ersten Stunde lernen wir uns kennen, besprechen die Regeln und bringen mit der ersten Schaltung eine LED zum Leuchten.
• Tag und Uhrzeit: [Tag, Uhrzeit, Raum]. Dauer: [Anzahl der Wochen].
• Mitbringen: Stift und Heft. Falls vorhanden ein Handy oder Tablet (iOS oder Android) mit der App BlueGrays; 60 Projekte (20 pro Plattform) wie LED Blinken sind in der App kostenlos. Ein Computer zu Hause ist nicht nötig; Elektroniksets werden im Unterricht ausgegeben und wieder eingesammelt.
• Sicherheit: Die Schaltungen laufen mit 5 V aus dem USB-Anschluss eines Computers; Netzspannung wird im Unterricht nie verwendet.
• Lehrer-Code (falls genutzt): ein einmalig nutzbarer Code im Format BG-XXXX-XXXX-XXXX, der 30 oder 365 Tage BlueGrays Premium freischaltet. Die Lehrkraft bezahlt einmal; im Apple- oder Google-Konto Ihres Kindes muss keine Karte hinterlegt werden, und am Ende wird nichts automatisch abgebucht.
• Datenschutz: Name, Benutzername, E-Mail und Profilfoto in BlueGrays werden mit der Lehrkraft geteilt, wenn ein Code eingelöst wird. Projektfortschritt und Punkte bei den Fragen werden der Lehrkraft nicht angezeigt. Läuft im Konto noch ein Abo über App Store oder Google Play, kann der Code nicht eingelöst werden; bitte geben Sie uns dann Bescheid.
• Kontakt: [Name, E-Mail]. Eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Einlösen finden Sie im Beitrag Lehrer-Code einlösen.

Häufige Fehler in der ersten Stunde und ihre Lösungen

Geh in die zweite Stunde, nachdem du Exit-Tickets und Umfragen noch am selben Tag gelesen hast: Sortiere die Tickets in drei Stapel (startklar, etwas Unterstützung, enge Begleitung), bilde die Gruppen mit den Levels und Interessen aus der Wochenaufgabe neu und nutze die ersten fünf Minuten für die "Fragen, die du stellen wolltest". Alle Bausteine dieser Stunde, vom Nachtlicht mit LDR für die Demo bis LED Blinken für den ersten Erfolg, sind in BlueGrays mit Schaltplan, Code und Blöcken kostenlos verfügbar; wenn du die App lädst und LED Blinken vor der Vorbereitung einmal selbst von Anfang bis Ende baust, siehst du schon vorher, an welchem Schritt die Lernenden hängen bleiben werden.