Testimonial

Testimonial: https://youtu.be/xZ-e6yEa3N4

Wetterstation

Abstract

In der vorliegenden Unterrichtssequenz sollen die Schülerinnen und Schüler eine Wetterstation mit drei Parametern programmieren. Dies kann mit dem Programm Arduino umgesetzt werden. Bei der Umsetzung werden zuerst die wichtigen Grundlagen mit LearningView bearbeitet und vertieft. Das erarbeitete Wissen soll helfen, die Wetterstation zu programmieren. 

Idee dieser Unterrichtssequenz ist, dass die Schülerinnen und Schüler ihre Fähigkeiten hinsichtlich Medien und Informatik weiterentwickeln und diese fächerübergreifend einsetzen können. Eine grundlegende Fähigkeit ist, dass die Schülerinnen und Schüler Daten lesen und diese auswerten können. 

Lernziele 

• Die Schülerinnen und Schüler sollen Sensordaten mit den notwendigen Befehlen auf einem Arduino-Rechner abrufen können.

• Die Schülerinnen und Schüler können Sensordaten im Excelprogramm eintragen.

• Die Schülerinnen und Schüler können gemessene Daten interpretieren und daraus Zusammenhänge erkennen.

• Die Schülerinnen und Schüler lernen kollaborativ mit ihren Mitschülerinnen und Mitschülern zu arbeiten. 

Steckbrief

Zugangsdaten LearningView

Benutzer: darajeyakumar@gmail.com

Passwort: Projekte123

Fokussierte SuS-Aktivität

Programmieren einer Wetterstation

Zielstufe / Zielgruppe

9.Klasse Sekundarstufe

Anzahl Lektionen

total: 15 Lektionen

3 Lektionen Einführung

6 Übungslektionen

4 Wetterstation programmieren und zusammenbauen

2 Auswertung  

Unterrichtsformen

Fächerübergreifende Projektarbeit --> Siehe "Bezug zum Modullehrplan Medien und Informatik"

Anzahl benötigte Betreuer/Innen bzw. Lehrpersonen

1-2 

Benötigte Infrastruktur

1 Laptop pro SuS 

Programm Arduino

Materialien für Wetterstation: 

• ESP8266 (Microcontroller NodeMCU)

• Verbindungskabel

• LEDs

• Breadboard

• Plastikcase für Wetterstation

Tags/Schlagwörter

#Arduino #Wetterstation #codieren #Luftfeuchtigkeit #Temperatur 

Medien- Informatik -projektbeschrieb

Unterrichtsidee

1.  Lerneinheit mit Learningview

-          Einführung programmieren mit Arduino

-          Inkl. Führung Lernjournal (Metakognition)

2.  Bau Wetterstation

3.  Programmieren

-       Für Schnellere (Differenzierung, Umgang mit Heterogenität):

 unterschiedliche LED-Beleuchtung bei bestimmten Temperaturen (2 farbige LED)

4.  Installation, Datenerhebung, ev. parallel dazu (in Zusammenarbeit mit RZG-Lehrperson): Medienprojekt zum Thema Wetter (Recherche, Poster)

     Weiteres zu beachten:

-          Absprache mit RZG-Lehrperson (Thema Wetter, Klima)

-          Absprache mit Mathematiklehrperson: Statistik, Datenauswertung behandelt?

Lernziele und erhoffter pädagogischer Wert der eingesetzten Medien 

Bei unserer Projektarbeit beziehen wir uns vor allem auf den Bereich  Informatik. Des Weiteren werden Kompetenzen aus dem Bereich RZG, Mathematik und NT miteinbezogen. Die einzelnen Kompetenzen sind in der Rubrik "Bezug zum Modullehrplan" zu finden.

Wir legen in der Projektarbeit sehr viel Wert auf das 4 K Modell. Dieses Modell formuliert Kompetenzen, die für Lernende für des 21. Jahrhunderts von herausragender Bedeutung sind. Im Folgenden werden die 4K´s aufgeführt.

Kollaboration

Bei der Kollaboration geht es darum, dass die Schülerinnen und Schüler lernen mit ihren Mitschülerinnen und Mitschüler zusammenzuarbeiten. Sie sollen sich gegenseitig unterstützen, damit ein gemeinsames Ziel erreicht werden kann. In unserem Fall ist es die Wetterstation.

Kritisches Denken

Kritisches Denken kann gefördert werden, indem die Schülerinnen und Schüler mit Problemstellungen konfrontiert werden. Es geht darum, dass sie diese Probleme analysieren und mögliche Lösungen schlussfolgern können. Kritisches Denken wird bei der Programmierumgebung in hohem Mass gefördert. 

Kreativität

Bei diesem Punkt möchten wir betonen, dass die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit erhalten, ihre eigenen Daten zu erfassen. Bei unserem Projekt ist es die Auswertung der verschiedenen Messwerte. Die Schülerinnen und Schüler die programmierte Wetterstation zuhause mitnehmen. 

Kommunikation

Wir legen in unserem Projekt einen grossen Wert auf die Kommunikation. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten das Grundgerüst auf LearningView. Wir verwenden verschiedene Sozialformen, damit die Schülerinnen und Schüler miteinander diskutieren und sich auch gegenseitig unterstützen können. 

Rahmenbedingungen des Unterrichtsprojektes 

Vorwissen: 

• Thema Wetter im RZG-Unterricht bereits behandelt (7.Schuljahr), Absprache mit Lehrperson (Unterlagen)

• Kenntnisse und Fertigkeiten im Bereich Informatik:

SuS...

• • kennen analoge und digitale Darstellungen von Daten (Text, Zahl, Bild und Ton) und können die entsprechenden Dateitypen zuordnen (MI.2.1.d)

  • können Programme mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern schreiben und testen (MI.2.2.f)

  • können logische Operatoren verwenden (und, oder, nicht) (MI.2.1.i)

Mögliche Stolpersteine: 

• Umgang mit Arduino 

• Anwendung Wetterstation zu Hause 

• Fehler bei der Datenauswertung 

• Umgang mit Excel 

• Datenanalyse (Fehlinterpretationen) 

• Mühe bei Eingabe von Befehlen

Konkreter Ablauf des Medien- Informatik-projektes 

Lektionen 3: Einführung Arduino (1. Teil: Input LP, 2. Teil: LearningView)

Unterrichtsform: Plenum, PA

Materialien: Laptops/Computer

Lektionen 4: Übungslektionen

• Repetitionseinheit 1: Datensätze, Auslesen von Daten

• Repetitionseinheit 2:  Schleifen, bedingte Anweisungen

• Übungseinheit mit LEDs

Unterrichtsform: PA 

Materialien: Laptops/Computer, LEDs, Breadboard

Lektion 5: Repetitionseinheit zum Thema Wetter (Repetition wichtigste Begriffe aus RZG), Theorieblock zum Thema Wetterstation (historische, technische Entwicklung), Konkrete Einführung in die Projektarbeit

Unterrichtsform: Plenum

Materialien: Durchblick Band 1, S.152ff. 

Lektionen 6-9: Wetterstation programmieren und bauen (nach Anleitung auf LearningView)

Lektionen 10-13: Datenauswertung und Analyse, eingebettet (nach Bedarf der SuS angepasst) in dieser Einheit sind Theorieinputs zum Thema Darstellung und Analyse der Daten (Statistik)

Unterrichtsform: PA und Plenum (während Inputs durch Lehrperson)

Materialien: Laptops/Computer

Evaluation der Arbeiten der Schülerinnen und Schüler im Rahmen des durchgeführten Projektes 

Formative Evaluation in Form eines Lernjournals (Der Link folgt)

Bezug zum Modullehrplan Medien und Informatik 

Informatik

-    MI.2.1: Die Schülerinnen und Schüler können Daten aus ihrer Umwelt darstellen, strukturieren und auswerten.

-    MI.2.3: Die Schülerinnen und Schüler verstehen Aufbau und Funktionsweise von informationsverarbeitenden Systemen und können Konzepte der sicheren Datenverarbeitung anwenden.

Mathematik

-    MA.3.B.2: Die Schülerinnen und Schüler können Sachsituationen zur Statistik, Kombinatorik und Wahrscheinlichkeit erforschen, Vermutungen formulieren und überprüfen.

-    MA.3.C.2: Die Schülerinnen und Schüler können Sachsituationen mathematisieren, darstellen, berechnen sowie Ergebnisse interpretieren und überprüfen.

RZG

-    RZG 1.2: Die Schülerinnen und Schüler können Wetter und Klima analysieren.

NT

-    NT 1.1: Die Schülerinnen und Schüler können Wege zur Gewinnung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse beschreiben und deren kulturelle Bedeutung reflektieren.

-    NT1.2: Die Schülerinnen und Schüler können technische Alltagsgeräte bedienen und ihre Funktionsweise erklären.

Theoriebezug

Die Wetterstation ist ein fächerübergreifendes Projekt, das von den Schülerinnen und Schülern die Kenntnisse im Bereich Medien und Informatik fordert und fördert, wie ich Kompetenzen aus Mathematik (Datenanalyse, Darstellung und Auswertung) und RZG (Themenbereich Wetter). Hier ist es wichtig auf die Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler zu achten und mit den jeweiligen Lehrpersonen dieser Fächer frühzeitig Kontakt aufzunehmen.

• Das Thema Wetter wird im RZG im 7. Schuljahr behandelt (Durchblick, Band 1, S. 152ff.). Es ist entscheidend das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler in diesem Themenfeld wieder zu aktivieren. 

• Thema Datendarstellung im Mathematikunterricht repetieren/Vorwissen überprüfen. (Datendarstellung wird im Mathematikunterricht bereits in der 7.Klasse eingeführt (LU14, Mathbuch 1). In der 9.Klasse wird die Datendarstellung nochmals in LU9 und LU11 im Mathbuch 3 wiederholt und erweitert).

Ausblick

Die Programmierarbeit kann beliebig fortgesetzt und gegebenenfalls ergänzt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, weitere Projektarbeiten mit LearningView fächerübergreifend und möglicherweise klassenübergreifend durchzuführen. 

Eine mögliche Projekterweiterung wäre die Auseinandersetzung mit den Solarzellen. Gegebenenfalls können auch die Medienkompetenzen gefördert werden, indem die Schülerinnen und Schüler die erfassten Daten auf einer Website präsentieren und ansprechend darstellen.

Zeitplan und Aufteilung der Arbeiten für das Medienprojekt

Semesterwochen 1-3: 

• Ideen sammeln

• Kompetenzen im Modul "Medien und Informatik" sichten

• Google Docs erstellen

• Ideen notieren

• erster Entwurf

• Projektskizze fertigstellen und an Dozent schicken

Semesterwochen 4-6: 

• Gedanken über Umsetzung machen ( Zielstufe, Sozialform, Beurteilung, Materialbeschaffung, Lernplattform) 

• Vorwissen festlegen

• Gedanken über Stolpersteine und mögliche Hilfestellungen machen

• Einlesen in Arduino

• Konzept erstellen 

Semesterwochen 7-9:  

• Konzept fertigstellen

• Wetterstation programmieren

• Arbeit an LearningView

• Produkt fertigstellen

Semesterwochen 10-12: 

• Produkt testen

• LearningView fertigstellen und Präsentation erstellen 

Semesterwochen 13-14: 

• Reserve evtl. Arbeit an Leistungsnachweis

Quellen

• Lehrplan 21: https://www.lehrplan21.ch/

• 4 K Modell: Selbstlernkurs auf Ilias, "Digitale Medien - Bildungsziele und Chancen", Zugriff am 29.11.2022. und https://hse-heidelberg.de/hsedigital/hse-digital-teaching-and-learning-lab/deeper-learning-initiative/was-ist-deeper-learning

Kommentare

Nicolas Fuhrimann: LearningView ist sicherlich ein gutes Instrument um das Unterrichtsvorhaben umzusetzen. Das Programmieren und Arbeiten mit Arduino ist eine spannende Thematik, welche die Lernenden sicherlich gut aufnehmen werden und die Kompetenzen aus dem Lehrplan21 eingebettet werden können.

Ruben von der Heiden: Mir gefällt an eurem Projekt, wie wie ihr unterschieldiche Fäche miteinbezieht. Für die Stolpersteine hättet ihr noch kon

Durs Hess: Eine Wetterstation mit Arduino zu programmieren, finde ich eine super Idee. Eine Stärke der Unterrichtsequenz ist sicherlich, dass die SuS mit dem Thema Wetter auch im Alltag konfrontiert sind. Das Thema ist realitätsnah. So kann das Produkt, also die Wetterstation auch in der Praxis angewendet werden. Ihr schreibt, dass ihr viel Wert auf die 4 C’s legt. Für mich ist nicht ersichtlich, wo den SuS im Projekt Raum zur Kreativität gegeben wird.

Der Aufbau, die Einfachheit und Klarheit der Anleitung wird entscheidend dafür sein, inwiefern die SuS die Station selbständig bauen und programmieren können. Werden die einzelnen Schritte in LearningView aufgeteilt, ist auch viel besser ersichtlich, welche Gruppe an welcher Stelle (an)steht.
Die Hardware der Programmierplattform eignet sich sehr gut dafür, den SuS die Thematik «Der Computer, seine Bestandteile und Anwendungsmöglichkeiten» näher zu bringen und aufzuzeigen, dass wir in unserem Sprachgebrauch dem PC teilweise «Computer» sagen, Computer aber nicht nur PC’s sind, sondern beispielsweise in der Automatisation (Die Wetterstation ist ein Automat) eine grosse Rolle spielen.

Jaasintha Uthman: Ich finde dieses Projekt durchaus spannend und könnte mir vorstellen, dies auch in meinem Unterricht durchzuführen. Den Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit zu bieten, selbst eine Wetterstation zu bauen und zu programmieren ist durchaus interessant und eine Abwechslung zum regulären Schulalltag. Das Thema Wetter ist meist im Unterricht nicht das interessanteste und kann durch eine solche interdisziplinäre Arbeit spannender gestaltet werden.

Ihr verweist darauf, dass das Thema Wetter und Klima bereits in der 7. Klasse behandelt wird, jedoch ist es laut Zyklusplan des Fächernets Kanton Bern für die 8. Klasse eingeplant. Hier könnte man die Erarbeitung der Wetterstation anschliessend an die Erarbeitung des Themas im Fach anknüpfen, so wäre der Bezug direkter für Schülerinnen und Schüler. Ansonsten müsste sicher Zeit für das Repetitieren des Themas eingeplant werden, da, laut eurer Planung, ein Jahr zwischen dem Thema und der Wetterstation liegen. Dies scheint allgemein ein Punkt zu sein, dem grosse Beachtung geschenkt werden muss. Der Zeitpunkt, in welchem der Schulstoff, welcher an das Thema anknüpft erarbeitet wird ist essentiell, damit die Schülerinnen und Schüler nicht viel Zeit damit verlieren, sich daran zu erinnern, was sie vor x Monaten gelernt haben. Ich finde es sehr schön, dass ihr ein Thema gewählt habt, welches interdisziplinär ist und die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Fachlehrpersonen fördert. Hier ist eine sehr gute Kommunikation zwischen den Lehrpersonen sicherlich wichtig, auch müssen die Verantwortungen klar definitiert werden. Es könnte hilfreich sein, hier gemeinsam die Themenplanung anzuschauen, um sicherzugehen, dass die Schülerinnen und Schüler die notwendigen Kompetenzen bereits erarbeiten konnten, da nicht bei jeder Lehrperson das gleiche Thema gleich behandelt wird. Zudem finde ich es stark, dass ihr euch für die Arbeit mit Arduino entschieden habt, da dies etwas ist, mit dem die Schülerinnen und Schüler noch wenig oder keinen Kontakt hatten und je nach dem auch nicht haben würden.

Merlin Baumeler: Ich finde das Projekt super, gerade weil es auch einen Nutzen für die reale Welt darstellt. Die Verknüpfung vom Thema Wetter und der Informatik ist ein sehr sinnvolles und spannendes Thema und durch das relativ einfache Programmieren gut mit den Schülerinnen und Schülern umzusetzen. 

Durch die Umsetzung des Projektes mit LearningView kann die Arbeit der Lernenden auch fortlaufend kontrolliert werden, da die LP dadurch den Stand der Lernenden überblicken kann. Somit ist dieses Projekt aus meiner Sich auf einer sinvollen und gut überlegten Basis konstruiert und hängt nun von den Anleitungen und Erklärungen auf LearningView ab, um ein selbständiges Arbeiten zu ermöglichen.