Der Calliope 3.0

Wir möchten Euch in diesem Beitrag den Calliope 3.0. vorstellen. Er ist ebenfalls in Klassensatzstärke iin unserem Digital Making place ausleihbar.

Einsatzmöglichkeiten des Calliope 3.0 im Bildungskontext

Der Calliope mini 3.0 etabliert sich als vielseitiges Bildungswerkzeug, das Schülerinnen und Schülern ab der dritten Klasse einen spielerischen und praxisnahen Zugang zur digitalen Welt ermöglicht. Die neueste Version des Mikrocontrollers zeichnet sich durch verbesserte Prozessorarchitektur, erweiterte Anschlussmöglichkeiten und eine benutzerfreundliche Programmierumgebung aus, die sowohl blockbasierte als auch textbasierte Programmiersprachen wie MicroPython unterstützt. Mit seinen 25 LEDs, drei RGB-LEDs, zahlreichen integrierten Sensoren sowie Grove- und Jacdac-Konnektoren bietet das Gerät vielfältige Möglichkeiten für fächerübergreifende Projekte, die von einfachen Animationen bis hin zu komplexen Mess- und Steuerungssystemen reichen.

Technische Grundlagen und pädagogische Konzeption

Hardware-Ausstattung für vielseitige Anwendungen

Der Calliope mini 3.0 verfügt über eine umfangreiche Hardware-Ausstattung, die ihn für den Bildungseinsatz besonders geeignet macht. Die 25 roten LEDs bilden eine Matrix für Textanzeigen und Animationen, während drei RGB-LEDs für farbige Lichteffekte sorgen. Zwei programmierbare Buttons ermöglichen Benutzereingaben, und verschiedene Sensoren wie Temperatur-, Licht- und Lautstärkesensor sowie ein kombinierter Lagesensor mit Bewegungssensor und e-Kompass eröffnen vielfältige Messmöglichkeiten. Das integrierte Funk-Modul ermöglicht die Kommunikation zwischen mehreren Calliope mini-Geräten, was kollaborative Projekte fördert. Die neuen Jacdac-Konnektoren und die erweiterte Pinleiste erlauben das einfache Anschließen zusätzlicher Sensoren und Aktoren, wodurch komplexere Projekte realisierbar werden.

Programmierumgebungen und Zugänglichkeit

Die pädagogische Stärke des Calliope mini 3.0 liegt in seiner Zugänglichkeit für Programmieranfänger. Mit blockbasierten Programmiersprachen können Schülerinnen und Schüler ohne Vorkenntnisse direkt einsteigen und grundlegende Programmierkonzepte visuell erlernen. Für fortgeschrittene Lernende bietet das System zusätzlich textbasierte Programmiersprachen wie MicroPython, JavaScript oder Python, was eine stufenweise Vertiefung der Programmierkenntnisse ermöglicht. Die Programmierung erfolgt über verschiedene Editoren wie MakeCode oder Open Roberta Lab, die speziell für den Bildungsbereich entwickelt wurden und eine intuitive Bedienung gewährleisten.

Einsatz im Mathematikunterricht

Grundrechenarten und algorithmisches Denken

Im Mathematikunterricht bietet der Calliope mini 3.0 vielfältige Möglichkeiten zur Veranschaulichung mathematischer Konzepte. Das Gerät beherrscht die vier Grundrechenarten Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division und kann diese interaktiv darstellen. Ein besonders praxisnahes Beispiel ist der 1×1-Kopfrechentrainer, bei dem der Calliope mini zufällige Multiplikationsaufgaben generiert und die Schülerinnen und Schüler ihre Antworten über die Tasten eingeben können. Dieses Projekt vermittelt nicht nur mathematische Inhalte, sondern auch grundlegende Programmierkonzepte wie Variablen, Zufallszahlen und Verzweigungen.

Zahldarstellung und Stellenwertsysteme

Für die Klassenstufen 4-6 bietet der Calliope mini besondere Lernumgebungen zur Zahldarstellung und -codierung. Schülerinnen und Schüler können verschiedene Verfahren zur Darstellung von Zahlen untersuchen, indem sie Eingabeparameter variieren und die resultierenden Ausgaben am LED-Display dokumentieren. Das System unterstützt verschiedene Zahlcodierverfahren wie „Soroban“, „Morse“ und „Binär“, wodurch Lernende den Unterschied zwischen Zahl und Zahlzeichen verstehen und grundlegende logische sowie informatische Fähigkeiten entwickeln. Diese Aktivitäten fördern das Verständnis für das dekadische und binäre Stellenwertsystem und zeigen praktische Anwendungen mathematischer Konzepte in der digitalen Welt auf.

Praktische Messanwendungen

Der integrierte Zufallsgenerator ermöglicht die Programmierung eines digitalen Würfels, der bei Bewegung des Geräts eine Zufallszahl zwischen 1 und 6 anzeigt. Weitere mathematische Anwendungen umfassen einen Countdown-Timer, der Variablen und Schleifen zur Zeitmessung nutzt, sowie einen Klickzähler für das Zählen von Objekten oder Personen4. Diese Projekte verbinden mathematische Grundlagen mit praktischen Anwendungen und fördern das Verständnis für algorithmisches Denken.

Anwendungen im Sachunterricht

Umwelt- und Pflanzenkunde

Im Sachunterricht der Grundschule bietet der Calliope mini 3.0 besonders innovative Möglichkeiten für umweltbezogene Projekte. Das Projekt „Smarte Pflanzenbewässerung“ verbindet verschiedene Schulfächer und ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, einen automatisierten Bewässerungsmechanismus zu programmieren. Dabei lernen sie nicht nur über die Lebensgrundlagen von Pflanzen und die Grundzüge der Fotosynthese, sondern erweitern auch ihre Programmierkenntnisse praktisch. Das Projekt erfordert die Programmierung eines Stromkreises und die Anwendung von Kenntnissen über Leitfähigkeit, wodurch physikalische Grundlagen vermittelt werden.

Luftqualitätsmessung und Gesundheitsschutz

Ein aktuell besonders relevantes Projekt ist die CO2-Ampel für Klassenzimmer, die für die Jahrgangsstufen 4-7 geeignet ist. Dieses Projekt erklärt die Bedeutung des Lüftens in Innenräumen und ermöglicht es den Lernenden, eine kostengünstige Lösung zur Luftqualitätsmessung selbst zu entwickeln. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei nicht nur technische Zusammenhänge kennen, sondern entwickeln auch ein Bewusstsein für Gesundheitsschutz und die praktische Anwendung von Technik im Alltag.

Weltraumforschung und Erdbeobachtung

Das CalliopEO-Programm (Calliope Earth Observation) bietet spezialisierte Unterrichtsmaterialien, die Sachunterricht mit Weltraumtechnologie verbinden. Das Projekt „Wie Satelliten die Erde sehen“ vermittelt Grundlagen der Fernerkundung und ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, die Perspektive von Satelliten zu verstehen. Diese Projekte erweitern das traditionelle Sachunterrichtsangebot um moderne technologische Aspekte und fördern das Interesse an naturwissenschaftlichen Forschungsmethoden.

Einsatz in Sprach- und Deutschunterricht

Kreative Textgestaltung und Kommunikation

Im Deutschunterricht kann der Calliope mini 3.0 für verschiedene sprachbezogene Projekte eingesetzt werden. Ein einfaches Einstiegsprojekt ist das Namensschild, bei dem die Schülerinnen und Schüler ihren Namen auf dem LED-Display anzeigen lassen. Dieses Projekt vermittelt grundlegende Programmierkonzepte wie Sequenzen und Ereignisse, während es gleichzeitig die Identifikation mit dem eigenen Namen fördert. Fortgeschrittene Projekte umfassen einen Rechtschreibtrainer, der Wörter anzeigt und die korrekte Eingabe überprüft, wodurch Rechtschreibung spielerisch geübt wird5.

Emoji-Kommunikation und digitale Sprache

Das Projekt Smileytasten ermöglicht es den Lernenden, verschiedene Emojis über die Tasteneingaben anzuzeigen, was moderne Formen der digitalen Kommunikation thematisiert. Diese Aktivität verbindet traditionelle Sprachbildung mit zeitgemäßen Kommunikationsformen und regt Diskussionen über digitale Ausdrucksweisen an. Im Kontext des Deutsch als Fremdsprache (DaF)-Unterrichts bietet der Calliope mini vielfältige Einsatzmöglichkeiten, um technisches Vokabular zu vermitteln und die deutsche Sprache in technischen Kontexten zu erlernen.

Anwendungen in naturwissenschaftlichen Fächern

Physik und Elektronik

In den naturwissenschaftlichen Fächern ermöglicht der Calliope mini 3.0 hands-on Experimente mit elektronischen Schaltkreisen. Das Projekt zur Leitfähigkeitsprüfung lehrt grundlegende Konzepte des elektrischen Stroms, indem die Schülerinnen und Schüler verschiedene Materialien auf ihre Leitfähigkeit testen. Sie programmieren den Calliope mini so, dass er über LEDs oder Töne anzeigt, ob ein Material elektrisch leitend ist oder nicht. Diese praktische Herangehensweise macht abstrakte physikalische Konzepte greifbar und fördert das experimentelle Lernen.

Biologie und Gesundheitserziehung

Im Biologieunterricht kann der Calliope mini für gesundheitsbezogene Projekte eingesetzt werden. Das Handwasch-Timer-Projekt vermittelt Hygienegrundlagen, indem es die empfohlene Handhygienedauer von 20 Sekunden programmtechnisch umsetzt. Schülerinnen und Schüler lernen dabei sowohl über Mikroorganismen und Krankheitsprävention als auch über die praktische Anwendung von Zeitmessungen in der Programmierung. Ein weiteres biologisch relevantes Projekt ist der Schrittzähler, der Bewegungssensoren nutzt, um körperliche Aktivität zu messen und das Bewusstsein für Gesundheit und Fitness zu fördern.

Musik- und Kunstprojekte

Digitale Musikinstrumente

Im Musikunterricht bietet der Calliope mini 3.0 kreative Möglichkeiten zur Klangerzeugung. Das Klavier-Projekt verwandelt das Gerät in ein einfaches Musikinstrument, bei dem verschiedene Töne über die Tasten gespielt werden können. Dieses Projekt vermittelt grundlegende Konzepte der Tonerzeugung und kann erweitert werden, um Melodien zu programmieren oder verschiedene Musikstile zu erkunden. Die Lichtsirene kombiniert visuelle und akustische Effekte, indem RGB-LEDs in verschiedenen Farben leuchten und gleichzeitig Töne erzeugt werden.

Interaktive Kunstinstallationen

Durch die Verbindung von Licht, Bewegung und Sound können Schülerinnen und Schüler interaktive Kunstwerke schaffen. Das Kipplicht reagiert auf Bewegungen des Geräts und erzeugt entsprechende Lichteffekte. Diese Projekte fördern die Kreativität und zeigen, wie Technologie für künstlerische Ausdrucksformen genutzt werden kann. Die Kombination aus Programmierung und künstlerischem Gestalten entwickelt sowohl technische als auch ästhetische Kompetenzen.

Fazit und Ausblick

Der Calliope mini 3.0 erweist sich als vielseitiges und zugängliches Werkzeug für die digitale Bildung, das erfolgreich fächerübergreifende Lernansätze ermöglicht. Von einfachen Animationen im Deutschunterricht über komplexe Umweltmessprojekte im Sachunterricht bis hin zu mathematischen Anwendungen und kreativen Kunstprojekten bietet das System eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten. Die benutzerfreundliche Programmierumgebung, die robuste Hardware und die umfangreichen Begleitmaterialien machen es zu einem idealen Instrument für die Vermittlung digitaler Kompetenzen ab der dritten Klasse. Durch die Verbindung von praktischem Lernen mit technologischen Grundlagen bereitet der Calliope mini 3.0 Schülerinnen und Schüler optimal auf die Anforderungen einer digitalisierten Gesellschaft vor und fördert gleichzeitig Kreativität, problemlösendes Denken und interdisziplinäres Arbeiten.