Spielerisch programmieren lernen mit Open Roberta und dem Calliope mini

Fünf Reihen LEDs statt Display, drei Knöpfe statt Tastatur und trotzdem ein vollständiger Computer: Der Calliope mini ist eine Rechenmaschine, die sich ebenso einfach programmieren lässt, wie sie aufgebaut ist. Mithilfe der graphischen Programmierplattform „Open Roberta Lab“ können bereits Drittklässler die sternförmige Platine zum Lachen, Singen oder Geschichten erzählen bringen.

Das Projekt „Open Roberta“, vom Fraun­hofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS initiiert und geführt, ermöglicht seit 2014 das Online-Programmieren ohne Installation nach Baukasten-Prinzip. „Die frei verfügbare Open-Source-Plattform ermöglicht es jedem, der einen Computer, ein Tablet oder Smartphone mit Internetzugang hat, intuitiv das Programmieren zu erlernen“, erklärt Beate Jost, technische Leiterin von Open Roberta. „Dank altersgerechter Gestaltung wird Programmieren so zum lehrreichen Kinderspiel.“

Der Mikrocontroller Calliope wird vom gleichnamigen Start-up aus Berlin vertrieben und hat die Mission, „jedem Schulkind in Deutschland ab der 3. Klasse einen spielerischen Zugang zur digitalen Welt zu ermöglichen“. Sowohl Open Roberta als auch Calliope arbeiten daran, Medienkompetenzen von Schülerinnen und Schülern zu fördern sowie grund­legende Kenntnisse in Informatik und Programmierung zu vermitteln.

Schritt für Schritt Programmieren lernen

Doch was ist dieses „Programmieren“ eigentlich? Und können Kinder es durch das Verschieben von ein paar bunten Blöcken lernen? Egal ob Desktop, Smartphone oder Calliope: Ein Computer besteht im Prinzip aus einem elektronischen Schaltkreis, der nur mit Einsen und Nullen rechnen kann – das allerdings ziemlich schnell. Die genaue Rechenaufgabe samt Lösungsansatz muss ihm jedoch vorher explizit gesagt werden, da er von alleine nichts macht – das nennt man Programmieren. Für jede Lösung, die der Computer liefern soll, braucht er eindeutige Anweisungen, die er wie nach Rezept, Schritt für Schritt, von oben nach unten, abarbeitet. Ein solches „Rezept“ wird in der Informatik „Algorithmus“ genannt. Die Zutaten für den Algorithmus bestehen im Grunde aus Befehlen (z. B. „Mache Y“), Bedingungen („Wenn X, mache Y“) und Wiederholungen (z. B. „Mache Befehl ‚Y‘ X-mal“). Da der Computer die menschliche Sprache nicht versteht und Menschen nicht nur mit Einsen und Nullen kommunizieren, bedarf es einer Übersetzungshilfe.

Hier kommen die Programmiersprachen ins Spiel: Grob können sie in textuelle und graphische Programmiersprachen unterteilt werden. Graphische Pro­gram­mier­spra­chen wie die Fraun­hofer-­Pro­gram­mier­sprache „NEPO“ haben den Vorteil, dass sie weniger abstrakt sind, keine Syntaxfehler auftreten können und dadurch vor allem Kindern einen intuitiven und spielerischen Einstieg in die Materie ermöglichen. So können die „Grundzutaten“ der Programmierung leicht erlernt werden.

Programmieren im Open Roberta Lab

Die Programmieroberfläche Open Roberta Lab ist der Raum, in dem NEPO „gesprochen“ wird. Für Anfänger wie für Fortgeschrittene bietet das „Lab“ die Möglichkeit, nicht nur Mikrocontroller wie den Calliope mini zu programmieren, sondern ebenfalls andere Computertechnik wie beispielsweise Roboter von LEGO oder den „Bot’n Roll“. Dabei sieht das Lab immer gleich aus: Links befinden sich die einzelnen Kategorien der Programmierblöcke, die farblich zusammengefasst sind. So behält man leicht den Überblick, welcher Baustein zu welcher Kategorie gehört. Durch einen Klick öffnen sich die jeweiligen Kategorien und listen die möglichen Programmierbausteine auf.

Auf der rechten Seite befinden sich vier Symbole, die mittels Klick eine Ansicht mit Hilfestellungen, der Dokumentation, dem Quellcode der eigenen Programmierung oder einer Simulation öffnen. Die Simulation dient vor allem dem Testen des eigenen Programms vor der Übertragung oder falls keine eigene Hardware vorhanden ist.

So können Kinder das „Lab“ auch ohne Calliope oder andere Systeme nutzen, beispielsweise zum Lösen einer Hausaufgabe. Zwei weitere Menüs befinden sich jeweils oben links bzw. unten links auf der Seite: Das Menü oben rechts führt zu allgemeinen Einstellungen wie der Verbindung zur Hardware, dem Be­nut­zer-­Account oder der Sprachauswahl. Das Menü unten rechts dient u. a. zum Herunterladen oder Löschen des eigenen Programms.

In der Mitte des „Labs“ befindet sich das große Programmierfeld samt rotem Startblock. Und genau hier fängt alles an: Schritt für Schritt, Befehl für Befehl entstehen Programme, die Roboter oder den Calliope zum Leben erwecken!

„Hallo Welt“

Beispielsweise das altbekannte „Hallo Welt“-­Programm sorgt auf dem Calliope bereits nach wenigen Schritten für erste Erfolge. Und so funktioniert’s:

• Schritt 1: Die Webseite lab.open-roberta.org öffnen und im Pop-Up-Menü die entsprechende Hardware auswählen, z. B. den Calliope mini.
• Schritt 2: Links auf die Kategorie „Aktion“ klicken, anschließend rechts daneben den Baustein „Zeige Text“ per Drag & Drop an den Startblock heften und „Hallo Welt“ in das Textfeld eingeben.
• Schritt 3: Im Menü rechts unten auf den „Play-Button“ klicken, den Anweisungen zum Download auf den Calliope folgen – fertig! Der Text „Hallo Welt“ erscheint nun auf dem Bildschirm des Calliope.

Der Calliope lässt sich jedoch nicht nur zum Anzeigen von Text verwenden. Neben 25 roten LEDs, einer LED, die in allen Farben des RGB-Spektrums leuchten kann und zwei programmierbaren Knöpfen, bieten vor allem die Kontakte an den Ecken des Boards sowie die eingebauten Sensoren unzählige Möglichkeiten, den Calliope im Schulunterricht einzusetzen. Diese auszuschöpfen, liegt nun bei den Kindern. Ob als „Freundschaftstest“, „Klavier“ oder „Spielekonsole“: Der Kreativität sind keine Grenzen gesetzt.

Daria Tomala

Weitere Informationen

Calliope:

• Anschluss: Micro-USB
• Knöpfe: zwei programmierbare Knöpfe A und B, sowie ein Reset-­Knopf zum zurücksetzen des Programms
• Kontakte (Ecken): sind berührungsempfindlich. An ihnen können weitere Sensoren angeschlossen werden
• Konnektoren: An den beiden Grove-­Connectoren können weitere elektronische Module wie zum Beispiel Sensoren angeschlossen werden
• LEDs:
  5×5 Matrix,
  eine RGB-LED zur Darstellung aller Farben
  Statusleuchte
• Speicherkapazität: ein Programm
• Sensoren: Lage-, Kompass-, Bewegungs- und Beschleunigungssensor. Zusätzlich kann die Temperatur sowie die Helligkeit gemessen werden
• Stromversorgung: via Micro-USB-Anschluss, Akku-Pack oder indem eine Batterie an den Plus- und Minuspol geklemmt wird
• Übertragung: via Micro-USB-Kabel
• Weiteres: Bluetooth, Lautsprecher, Mikrofon, u. v. m.

Zusätzliche Infos über Funktionen und technische Details finden Sie unter: www.calliope.cc/ueber-mini

Arbeitsblatt zum Download

„Freundschaftstest“: Dieses Programm finden Sie als Arbeitsblatt für den Einsatz in der Sekundarstufe I für die Fächer Mathematik, Informatik oder Physik. Darin lernen die Kinder folgende Funktionen: Befehl, Bedingung, End­los­schleife, Eingabe über Touch-Pins, Ausgabe über LED-Display und Zufall.