Konzipierung und Evaluierung von Arduino-Projekten verschiedener Schwierigkeitsgrade für die Lehre
Autor: Justin Frommberger
Art: Bachelorarbeit
Dauer: 24.05.2023 - 24.09.2023
Betreuer: Prof. Schneider
Einleitung
Die Durchführung von Arduino-Projekten senkt die Hemmschwelle im praktischen Umgang mit Sensoren, Aktoren, Bauelementen sowie die C-Programmierung. In Lektionen verschiedener Schwierigkeitsgrade wird der Umgang mit Hard- und Software geübt und die Selbstlernzeit kann gezielt genutzt werden, um Wissen zu vertiefen oder eigene mechatronischen Projekten zu verwirklichen.
Je nach Zielgruppe haben die mechatronischen Projekte unterschiedliche Taxonomiestufen nach Bloom.
| Zielgruppe | Kognitiver Komplexität |
|---|---|
| Einsteiger | Erinnerung (1), Verstehen (2), Anwenden (3) |
| Fortgeschritten | 1-3 und zusätzlich Analysieren (4) |
| Experte | 1-4 und zusätzlich Bewerten (5) und Erschaffen (6) |
Dieser entwickelte Baukasten ist somit ein didaktischer Baukasten.
Aufgabenstellung
- Recherche bestehender Projekte
- Analyse der Zielgruppen und Definition zielgruppenspezifischer Lernziele
- Entwicklung von Projekten für die verschiedenen Taxonomiestufen.
- Entwicklung von Kursprogrammen für die 3 Zielgruppern (vgl. Tabelle 1)
- Vergleich, Auswahl und Evaluation der passenden Programmierumgebung für die Zielgruppen
- Zusammenstellung eines geeigneten Hardwarebaukastens für jede Zielgruppe
- Erarbeitung der Projekte und Projektunterlagen (Baukasten)
- Test der Projekte von Probanden der 3 Zielgruppen
- Analyse und Evaluation/Bewertung der Testergebnisse
- Dokumentation nach wissenschaftlichem Stand im HSHL-Wiki
Anforderungen an die wissenschaftliche Arbeit
- Wissenschaftliche Vorgehensweise (Projektplan, etc.), nützlicher Artikel: Gantt Diagramm erstellen
- Zweiwöchentlicher Fortschrittsberichte (informativ)
- Projektvorstellung im Wiki
- Regeln zum Umgang mit SVN
- Studentische Arbeiten bei Prof. Schneider
- Anforderungen an eine wissenschaftlich Arbeit
SVN-Repositorium
Link: SVN URL: Arduino Projektbaukasten
Getting Started
Nutzen Sie diese Artikel, um sich in das Thema einzuarbeiten:
- Arduino-Einstieg
- Arduino Praxiseinstieg WS22/23
- Wiki-Artikel_schreiben, die Vorlage finden Sie hier: Artikelvorlage
- Regeln zum Umgang mit SVN
Projektplan
Recherche bestehender Projekte
| Schwierigkeitsgrad | Titel | Quellenangabe | Bewertung |
|---|---|---|---|
| Einsteiger | Pulsierende LED | https://funduino.de/nr-4-pulsierende-led | Hochwertige Quelle, detaillierte Angaben, viele Bilder, bekannte Internetseite |
| Einsteiger | Servomotor mit Poti steuern | https://praxistipps.chip.de/arduino-projekte-die-3-coolsten-projekte-fuer-einsteiger_101795 | Unübersichtliche Quelle, wenig Bilder, kein Schaltplan, bekannte Internetseite |
| Fortgeschritten | LED Würfel | https://www.instructables.com/Arduino-Led-Dice/ | Hochwertige Quelle, detaillierte Angaben, viele Bilder, unbekannte Internetseite |
| Fortgeschritten | Sicherheitssystem | https://projecthub.arduino.cc/Krepak/ultrasonic-security-system-a6ea3a | Hochwertige Quelle, detailliert Angaben, viele Bilder, bekannte Quelle, Code funktioniert nicht ohne Anpassungen |
| Experte | Lichtverfolgung | https://www.youtube.com/watch?v=3w0Qlr67v9M&t | Nicht so hochwertige Quelle, kein Schaltplan, sehr unübersichtlich, noch nicht ausprobiert [wurde ausgetauscht] |
| Experte | Pong Game | https://www.makeuseof.com/tag/arduino-retro-gaming-oled-display/ | schlechte Quelle, unübersichtlich, Code funktioniert nicht |
| Experte | Pong Game | https://www.youtube.com/watch?v=YbztpjIDKHE | Hochwertige Quelle, wenig Code, funktioniert |
| Experte | Türsicherheitssystem | https://funduino.de/tastenfeld-schloss | Hochwertige Quelle, viel Code, funktioniert, super Struktur |
Analyse der Zielgruppen und Definition zielgruppenspezifischer Lernziele
| Voraussetzungen | Lernziele |
|---|---|
| Verständnis von Computer und Internet besitzen | Ziel für die Einsteiger ist, ihr erstes kleines Projekt umzusetzen und das Interesse an weiteren Projekten zu wecken. |
| Leichte Englisch-Kenntnisse besitzen | Das Einsteigerprojekt soll eine Vorbereitung sein für die anderen Schwierigkeitsgrade. |
| Lesen und Schreiben können | |
| Eigenständig an Projekten arbeiten können | |
| Interesse an dem Thema Programmierung haben |
| Voraussetzungen | Lernziele |
|---|---|
| Alle Voraussetzungen von Einsteiger besitzen | Ziel für die Fortgeschritten ist, das Projekt umzusetzen und für noch komplexere Projekte dazuzulernen. |
| Kenntnisse im Bereich Programmierung besitzen | Zur Vorbereitung für die Experten Projekte. |
| Voraussetzungen | Lernziele |
|---|---|
| Alle Voraussetzungen von Einsteiger und fortgeschritten besitzen | Ziel für die Experten ist dazuzulernen und eigene Lösungen zu finden. |
| Projekte mit dem Arduino durchgeführt haben | Zur Vorbereitung für ein Studium im Bereich Programmierung. |
| Selbstständig Fehler erkennen und dafür eine Lösung finden. | |
| Vorkenntnisse anwenden und sehr komplexere Programme verstehen können. | |
| Projekte erweitern und eigene Ideen umsetzen können. |
Projekte unterschiedlicher Schwierigkeitsgrade
Projekte für Einsteiger
1. Pulsierende LED (Projekt 1)
2. Servomotor mit einem Potentiometer steuern (Projekt 2)
Projekte für Fortgeschrittene
3. Arduino LED Würfel (Projekt 3)
4. Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer (Projekt 4)
Projekte für Experten
5. Türsicherheitssystem (Projekt 5)
6. Arduino Pong Spiel (Projekt 6)
Feedback Probanden
Tabelle 8: Probanden
| Nr. | Alter | Geschlecht | Projekt | Schwierigkeitsgrad | Tätigkeit | Feedback |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 25 | Weiblich | Pulsierende LED | Einsteiger | Erzieherin | klicken |
| 2 | 25 | Weiblich | Pulsierende LED | Einsteiger | Studentin (Lehramt) | klicken |
| 3 | 25 | Männlich | Servomotor mit einem Potentiometer steuern | Einsteiger | Studentin (Lehramt) | klicken |
| 4 | 14 | Männlich | S. mit einem P. steuern & pulsierende LED | Einsteiger | Schüler | klicken |
| 1 | 25 | Männlich | LED Würfel | Fortgeschritten | Server Management | klicken |
| 2 | 24 | Männlich | LED Würfel | Fortgeschritten | Student (Informatik) | klicken |
| 3 | 25 | Männlich | Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer | Fortgeschritten | Student (Informatik) | klicken |
| 4 | 21 | Männlich | Ultraschallsensor Sicherheitssystem mit Buzzer | Fortgeschritten | Fachabitur (Informatik) | klicken |
| 1 | 25 | Männlich | Türsicherheitssystem | Experte | Student (Interaktionstechnik) | klicken |
| 2 | 25 | Männlich | Türsicherheitssystem | Experte | Student (Interaktionstechnik) | klicken |
| 3 | 25 | Männlich | Arduino Pong Spiel | Experte | Student (Interaktionstechnik) | klicken |
| 4 | 25 | Männlich | Arduino Pong Spiel | Experte | Student (Interaktionstechnik) | klicken |
Ergebnis
Zusammenfassung
Lessons Learned
Während der Durchführung der Projekte konnte ich zahlreiche Herausforderungen und Schwachstellen identifizieren, die dazu geführt haben, dass das Projekt ohne meine Unterstützung nicht erfolgreich umgesetzt worden wäre.
Aufgrund meines erweiterten Fachwissens im Bereich „Arduino“ war mir zunächst nicht bewusst, dass für mich einfache Anweisungen für Probanden zu einer erheblichen Herausforderung werden könnten.
Projektunterlagen
Weblinks
Literatur
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