Zählmaschine – Tüfteln und Erfinden

Entwickeln, Für Einsteiger, mindestens 45 Min., Mit Computer

9. Juni 2020

Zählmaschine

Entwickeln Erfinden Fortgeschrittene 45 Min. +

Worum geht’s?

In der Coronazeit mussten die Kunden in manchen Läden beim Eingang ein Kärtchen mitnehmen und an der Kasse wieder abgeben. Dadurch wurde verhindert, dass zu viele Menschen gleichzeitig im Laden sind. Dass es für solche Zwecke bessere digitale Lösungen gibt, kannst du dir denken. Hier entwickelst du mit Calliope eine Menschenzählstation.

Material

Calliope-Set (Calliope, Batterie, Krokodilklemmen)
Evt. Alufolie, Kupferklebeband oder Käbelchen
Karton
Anleitung Calliope für Mac oder PC
Computer, um das Calliope zu programmieren

So kann’s gehen…

Die Zählstation soll so funktionieren, dass man barfuss oder mit Socken darauf stehen kann und das Calliope zählt, wie viele Leute darauf gestanden sind.
Überlege dir zuerst, wie die Zählstation aufgebaut sein könnte und wie sie funktionieren könnte. Baue sie danach auf.
Überlege dir anschliessend, wie das Calliope reagieren soll, wenn jemand auf deiner Zählstation steht. Das LED-Display sollte anzeigen, wie viele Leute schon auf der Zählstation gestanden sind.
Öffne dann die Website https://makecode.calliope.cc/ und programmiere das Calliope.

Diese Programmierbausteine kannst du für die Zählmaschine gut gebrauchen.

Weitertüfteln

Baue eine weitere Zählstation, die aber anders funktioniert z.B. mit Hilfe des Helligkeitssensors.
Baue die Zählstation so, dass beim Eintritt eine Zahl dazugezählt und beim Austritt eine abgezogen wird. So kannst du genau sehen, wieviele Personen im Raum sind: Tipp: du brauchst zwei Zählflächen.
Erweitere deine bestehende Zählstation, sodass sie einen Ton abspielt oder eine Farbe zeigt, wenn jemand darauf steht.

Tipps und Tricks

Hilfe beim Aufbau

Überlege dir welches Material den elektrischen Strom leitet und so den Stromkreis zusammen mit der darauf stehenden Person schliesst (deshalb barfuss oder mit Socken).

Hilfe beim Programmieren

Den Block «Zeige Zahl» brauchst du, um dir die gezählten Werte auf dem Calliope Display anzeigen zu lassen. Der rote Baustein «Zählen» ist eine Variable. Du kannst sie auch anders nennen. Zum Beispiel «Zähler» oder «Leute zählen».

Dieser Block ist wichtig. Immer wenn der Stromkreis kurz geschlossen wird (also jemand über die Zählmaschine läuft), dann soll das Calliope den Wert um 1 verändern, d.h. 1 dazuzählen. Wenn 1 abgezogen werden soll, musst du nur vor die 1 ein Minuszeichen setzen.

Beim Start sollte der Wert auf 0 gesetzt werden. Dafür gibt es extra Blöcke.

Den Block «wenn-dann-ansonsten» in Verbindung mit «wenn Pin P0 gedrückt» kannst du verwenden, um den Zählbefehl auszulösen. In diesem Beispiel leuchtet die RGB-LED zusätzlich rot, wenn der Pin P0 gedrückt ist (also der Stromkreis geschlossen ist), ansonsten leuchtet sie grün:

Wenn alle Stricke reissen, hilft dir dieses Erklärvideo weiter.

Hinweise für Lehrpersonen

Der gesamte Content von makerstars.org/ ist creative commons lizenziert.

.

Didaktische Hintergrundinformationen zu dieser Challenge können Sie einsehen und downloaden, wenn Sie sich hier kostenlos anmelden.

Anmelden

[member]

Didaktische Hinweise

Die Challenge im Überblick

Challenge	Zeit	Aufgabentyp	Schwierigkeitsgrad	Kreativität und Tüfteln
Mit Computer	45+ Minuten; es handelt sich hierbei um eine Mindestzeitangabe!	Auftragsorientierte Umsetzung	mittel	technisches Problemlösen;

Das Entwickeln (technisches Problemlösen) steht hier im Vordergrund. Die Schülerinnen und Schüler nutzen ihr Wissen über den Stromkreislauf und über die Stromleitfähigkeit des menschlichen Körpers, um mit dem Microkontroller Calliope Mini einen Zähler zu bauen.

Challengecards – Download

Die Challengecard «Zählmaschine» kann hier als pdf-Vorlage heruntergeladen werden. Der QR-Code auf der Challengecard leitet die Schülerinnen und Schüler direkt auf das betreffende Onlineangebot.

Lehrplanbezug (Lehrplan 21)

Fach	Kompetenz	Kompetenzziele	Konkret in der Challenge
Natur, Mensch, Gesellschaft (NMG)	NMG.5.2.1f	Die SuS können untersuchen und darstellen, wie sich Veränderungen in Stromkreisen auswirken (z. B. schwächere Batterie, zwei statt ein Lämpchen, in Serie statt parallel).	Die SuS nutzen den Stromkreis als Möglichkeit, Zählimpulse zu generieren. Für das Hinzuzählen kommender und das Abziehen gehender Personen werden zwei Stromkreisläufe benötigt, die mit selbst gebauten Schaltern arbeiten.
	NMG.5.1.1e	Die SuS können mithilfe eines einfachen Stromkreises experimentell zeigen, welche Materialien elektrisch leiten und welche nicht. (”‹elektrische Leitfähigkeit)	Die SuS erkennen, dass der menschliche Körper den Strom leitet.
Medien und Informatik (MI)	MI.2.2.f	Die SuS können Programme mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern schreiben und testen.	Die SuS verwenden Programmierbefehle wie «dauerhaft» (Schleife). Sie arbeiten mit Variablen um die Impulse über die PIN-Anschlüsse am Calliope zu zählen. Für alternative Zählsysteme benötigen sie ggf. weitere Sensoren (z.B. Helligkeit, Lagesensor).
	MI.2.3.l	Die SuS kennen die wesentlichen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeelemente von Informatiksystemen und können diese mit den entsprechenden Funktionen von Lebewesen vergleichen (Sensor, Prozessor, Aktor und Speicher).	Die SuS arbeiten gezielt mit Sensoren (z.B. Helligkeit, Lage) um Aktoren (LEDs, Lautsprecher) anzusteuern.
Technisches und textiles Gestalten (TTG)	TTG.2.B.1.5c	Die SuS setzen sich mit Eigenschaften von Stromkreisen auseinander (Leuchtdioden, Serie- und Parallelschaltung) und können diese in eigenen Produkten einsetzen.	Die SuS integrieren einen oder mehrere Stromkreise in ihre digitale Zählmaschine.

Nötige Vorkenntnisse

Die Schülerinnen und Schüler müssen den Stromkreislauf kennen und bereits mit den Grundfunktionen von Calliope Mini sowohl soft- als auch hardwareseitig vertraut sein. Dass der menschliche Körper Strom leitet, kann eine Erkenntnis sein, die aus dieser Challenge erwächst.

Hinweise zur pädagogischen Begleitung

Boden-Zählmaschine

Die Bodenzählmaschine kann nur funktionieren, wenn die Schülerinnen und Schüler ihre Schuhe ausziehen. Mit Schuhen wird der Stromkreis zwischen zwei Aluplatten nicht geschlossen. Vielleicht finden die Schülerinnen und Schüler aber auch eine andere Lösung, die den Stromkreis durch mechanische Belastung schliesst. Dass zwei Kontakte sich berühren, wenn jemand auf einer Bodenplatte steht.

Intelligente Zählmaschine, die hereinkommende Personen dazuzählt und gehende Personen abzieht

Für dieses System werden zwei Stromkreise benötigt (z.B. an Pin 0 und Pin 1). Das Programm müsste dann so konzipiert sein, dass Impulse an Pin 0 den Zahlenwert um Eins ansteigen lassen und Impulse an Pin 1 einen Wert abziehen.

Die Schüler*innen müssen hier eine Variable selbst anlegen. Die Bezeichnung ist egal (hier: «Zählen»). Es muss nur in allen Programmteilen konsequent die selbe Variable eingestellt werden.

Wichtig ist, dass im Startprogrammbefehlt die Variable «Zähler» auf Null gesetzt wird.

Die beiden Schleifen «wenn Pin P0 gedrückt» und «wenn Pin P1 gedrückt» lassen sich auch mit Wenn-Dann-Funktionen generieren. Die Schüler*innen haben also unterschiedliche Möglichkeiten, ihr Programm zu schreiben.

[/member]

45+ Min Entwickeln