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.

Tabelle 1: Zuordnung der Taxonomiestufen zu den Zielgruppen

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

1. Recherche bestehender Projekte
2. Analyse der Zielgruppen und Definition zielgruppenspezifischer Lernziele
3. Entwicklung von Projekten für die verschiedenen Taxonomiestufen.
4. Entwicklung von Kursprogrammen für die 3 Zielgruppern (vgl. Tabelle 1)
5. Vergleich, Auswahl und Evaluation der passenden Programmierumgebung für die Zielgruppen
6. Zusammenstellung eines geeigneten Hardwarebaukastens für jede Zielgruppe
7. Erarbeitung der Projekte und Projektunterlagen (Baukasten)
8. Test der Projekte von Probanden der 3 Zielgruppen
9. Analyse und Evaluation/Bewertung der Testergebnisse
10. 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

Abb. 3: Projektplan

Recherche bestehender Projekte

Tabelle 4: Recherche

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	Tür Sicherheitssystem	https://funduino.de/tastenfeld-schloss	Hochwertige Quelle, viel Code, funktioniert, super Struktur

Analyse der Zielgruppen und Definition zielgruppenspezifischer Lernziele

Einsteiger:

Voraussetzungen	Lernziele
Verständnis von einem Computer haben.	Ziel für die Einsteiger ist, ihr erstes kleines Projekt umzusetzen und das Interesse an weiteren Projekten zu wecken.
Geringe Vorkenntnisse mit dem Thema Programmierung haben.	Das Einsteigerprojekt soll eine Vorbereitung sein für die anderen Schwierigkeitsgrade.
Selbstständig an Projekten arbeiten und mit dem Internet umgehen können.
Interesse an dem Thema Arduino und die dazugehörigen Projekte haben.

Fortgeschritten:

Voraussetzungen	Lernziele
Verständnis von einem Computer haben.	Ziel für die Fortgeschritten ist, weitere Projekt umzusetzen und für noch komplexere Projekte dazuzulernen.
Mittlere Vorkenntnisse mit dem Thema Programmierung haben.	Zur Vorbereitung für die Experten Projekte.
Selbstständig an Projekten arbeiten und mit dem Internet umgehen können.
Vorkenntnisse anwenden und komplexere Programme verstehen können.

Experte:

Voraussetzungen	Lernziele
Verständnis von einem Computer haben.	Ziel für die Fortgeschritten ist, weitere Projekt umzusetzen und für noch komplexere Projekte dazuzulernen.
Gute Vorkenntnisse mit dem Thema Programmierung haben.	Ziel für die Experten ist, weitere Projekt umzusetzen und selber dazuzulernen, Lösungen zu finden.
Selbstständig an Projekten arbeiten und mit dem Internet umgehen können.	Zur Vorbereitung für ein Fachabitur oder Studium im Bereich Programmierung.
Vorkenntnisse anwenden und sehr komplexere Programme verstehen können.
Selbstständig Fehler erkennen und dafür eine Lösung finden.
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. Tür Sicherheitssystem (Projekt 5)

6. Arduino Pong Spiel (Projekt 6)

Projektunterlagen

SVN-Projektordner

YouTube Video

Das Video von diesem Projekt finden Sie auf Youtube unter dem Link:

Weblinks

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Literatur

• Kühnel, C: Arduino : das umfassende Handbuch

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