Einführung des Themas 'Steuern mit dem Computer' im Technikunterricht an einer Hauptschule

Inhalt

1 Summary

2 Analyse der Ausgangssituation
2.1 Herausforderung Computer im Technikunterricht – Motivation für das Thema
2.2 Ziel des Vorhabens
2.3 Sachstruktur
2.4 Legitimation durch Richtlinien, Lehrpläne und Fachdidaktik
2.5 Aspekte der Motivation für die Schülerinnen und Schüler
2.6 Rahmenbedingungen
2.7 Finanzielle Herausforderung
2.8 Besondere Probleme des Vorhabens an der Hauptschule

3 Konzept und Umsetzung des Vorhabens
3.1 Planung und Durchführung des Gesamtvorhabens als Projekt
3.2 Beschaffung der notwendigen Hardware und Software
3.3 Lernziele des Gesamtvorhabens innerhalb der WPU-Gruppe
3.4 Inhalte des Unterrichtsvorhabens
3.5 Unterrichtsrelevante Voraussetzungen
3.6 Methodische Überlegungen
3.7 Aktueller Stand
3.8 Leistungsbewertung: Kriterien, Bewertungsformen

4 Evaluation der Pilotgruppe
4.1 Befragung der Schüler mit Hilfe eines Fragebogens
4.2 Einschätzung des unterrichtenden Lehrers
4.3 Kommentar des Fachbereichsleiters Technik

5 Ausblick auf die spätere Unterrichtsreihe
5.1 Planung der vorgesehenen Unterrichtsreihe
5.2 Zu schaffende Rahmenbedingungen

6 Schlussbetrachtung

7 Anhang
7.1 Literatur
7.2 Marktübersicht Computerinterfaces für Schulen
7.3 Beispiele für Aufgabenliste in der Projektphase
7.4 Flussdiagramm des Programms für eine Ampelschaltung mit RoboPro
7.5 Beispiele für Arbeitsblätter zum leittextgestützten Lernen
7.6 Beispiele aus der technischen Dokumentation der Schüler
7.7 Versicherung

1 Summary

Es soll, zunächst für den Wahlpflichtunterricht (WPU) eine Unterrichtsreihe „Steuerung mit dem Computer“ für den Technikunterricht an der GHS Overath eingeführt werden, in welcher am Beispiel einer PC-Steuerung der Aufbau von computergesteuerten Systemen vermittelt wird.

Hierbei sind fachlich-inhaltlich folgende Bereiche Gegenstand:

- Aufbau des Funktionsmodells einer Ampel als zu steuernde Einheit aus einfachen Teilen: Eine Konstruktionsaufgabe
- Verkabelung der Anschlüsse zwischen Computer-Interfaceund zu steuernder Einheit: Eine Fertigungsaufgabe aus dem Bereich Elektrotechnik-Steuerungstechnik
- Programmierung eines Computers zur Ampelsteuerung mittels einer einfachen symbolischen Programmierung: Eine Konstruktionsaufgabe
- Realisierung von verschiedenen kleineren Steuerungsprojekten wie Lichtanlagen, Alarmanlage, Motorsteuerung mit dem Computer: Konstruktionsaufgaben

Im Hinblick auf Methoden- und Sozialkompetenzen stehen folgende Bereiche im Vordergrund:

- Förderung eigenverantwortlichen Arbeitens und der Kreativität
- Erlernen von projektorientiertem und konzeptionellem Vorgehen
- Stärkung sozialer Kompetenzen durch Teamarbeit

Um die genannten Ziele in der Umgebung einer Hauptschule umsetzen zu können, sollen geeignete Unterrichtsmethoden zur Anwendung kommen. Im vorliegenden Fall wurde ein zweigeteilter Ansatz mit in weiten Teilen projektorientierten und anderen Teilen leittextgestützten Methoden gewählt.

- Im projektorientierten Teil können die Schüler^[1] die notwendigen Aufgaben großenteils in arbeitsteiliger Gruppenarbeit durchführen. Hierdurch können die stark unterschiedlichen Neigungen und Fähigkeiten der Schüler berücksichtigt werden.
- Im lehrgangsorientierten und leittextgestützten Teil wird die besondere Herausforderung „Umsetzung der Programmierung“ bewältigt. Hier wird auf ein einfach und intuitiv zu bedienendes System zurückgegriffen. Die notwendigen Kenntnisse werden in Lehrgangsform vermittelt. Hier kommt aber auch, um dem großen Differenzierungsbedarf Rechnung zu tragen, selbständiges Lernen mit der Leittextmethode zur Anwendung.

Ziel dieser Hausarbeit ist die Erstellung einer Konzeption sowie die Erprobung der Machbarkeit im Rahmen einer WPU-Gruppe, welche zum Zeitpunkt der Arbeit (Schuljahr 2004/2005) mit den o.g. Unterrichtsinhalten besteht. Eine Evaluation im Rahmen dieser Hausarbeit zeigt die Stärken und Schwächen des Konzeptes und Verbesserungsvorschläge für die weitere Umsetzung. Außerdem ist die Reihenplanung für eine Unterrichtsreihe zu diesem Thema im regulären Technikunterricht der Klasse 9 enthalten.

2 Analyse der Ausgangssituation

2.1 Herausforderung Computer im Technikunterricht – Motivation für das Thema

Unsere moderne Umwelt ist heute nicht mehr ohne die Steuerungstechnik mit Hilfe des Computers denkbar. In technischen Anlagen der Industrie oder des Handwerks steuern Rechner Produktionsprozesse und Bearbeitungsmaschinen. Im Haushalt sind viele Dinge unseres technischen Lebens bereits eng mit dem Computer verquickt. So werden zum Beispiel moderne Haushaltsgeräte wie Wasch- und Spülmaschinen nicht mehr von mechanischen Schaltwalzen, sondern von Computern gesteuert. In der Verkehrsleittechnik hat der Computer längst Einzug gehalten. Ampelanlagen werden in Städten inzwischen über eine zentrale Leitstelle von Rechnern gesteuert. Hiermit kann verkehrs- und umweltbedingt auf viele Einflüsse reagiert werden. In den Fahrzeugen wird durch den Computer in Form von Mikrocontrollern bereits die komplette Motorsteuerung, aber auch die Sicherheitstechnik und der Komfort geregelt. Selbst neue Entwicklungen wie Navigations- und Abstandswarnsysteme sind dank Computereinsatz inzwischen für „Otto-Normalverbraucher“ erschwinglich.

Auch in der Lebenswelt unserer Schüler hat der Computer einen festen Platz mit hohem Stellenwert eingenommen, dies sowohl im negativen wie im positiven Sinne. Sie verbringen einen großen Teil ihrer Freizeit mit diversen Medien, welche eine große Menge an Computertechnik beinhalten. Das Wissen um diese Technik, welches Bedienung und Anwendung für die eigenen Zwecke betrifft, ist in den meisten Fällen hoch. Dies erschließt sich meist intuitiv. Es fehlt jedoch oft ein Verständnis dafür, wie die Geräte intern aufgebaut sind, welche Vorgänge dafür sorgen, dass zum Beispiel ein Fahrradcomputer die Geschwindigkeit messen kann oder dass das Objektiv einer Digitalkamera aus- und einfahren kann oder auch, wie der eigene Spiele- PC intern aufgebaut ist. Aus der heutigen Berufswelt ist der Computer nicht mehr wegzudenken. Selbst für Schüler und Schülerinnen, welche nach dem Besuch der Hauptschule eher in handwerkliche oder Dienstleistungsberufe gehen werden, sind hier Kenntnisse unerlässlich.

Hier soll das Konzept ansetzen, den Computer in lebensnahen Anwendungen und mit einer für die Schüler überschaubaren Komplexität zu erfahren. Eine große Rolle spielt natürlich der Aspekt der Motivation oder sogar Faszination der Schüler durch das Medium Computer.

Nicht zuletzt hat bei der Wahl des Themas eine Rolle gespielt, dass ich, bedingt durch meinen eigenen Berufsweg als ausgebildeter Diplomingenieur, Computersteuerungen entwickelt habe und einen kleinen Teil meiner Kenntnisse und Erfahrungen gerne an die Jugendlichen weitergeben möchte. Klar ist, dass hier eine erhebliche Reduzierung auf die für das Lebensumfeld und den späteren Beruf der Schüler notwendigen Inhalte erfolgen muss.

Die Wahl auf eine WPU-Gruppe (Wahlpflichtgruppe) ist gefallen, da das Thema erhöhte Anforderungen an die Bereitschaft zum Lernen in technischen und komplexeren Zusammenhängen stellt. Dies ist sicherlich leichter in einer WPU-Gruppe umsetzbar, da hier die Teilnehmer den Kurs selber wählen.

2.2 Ziel des Vorhabens

Ziel des Vorhabens ist es, mit Hilfe einer Pilotgruppe WPU das Thema „Steuerungen mit dem Computer“ an unserer Hauptschule einzuführen. Die Pilotgruppe soll dabei erste Erfahrungen mit der Umsetzung des Themas sammeln. Diese Erfahrungen werden in einer Evaluation erhoben. Das daraus gewonnene Verbesserungspotenzial soll in die Einführung im Regelbetrieb einfließen. Der WPU-Kurs wird ggf. im kommenden Schuljahr weitergeführt. Vor allem aber soll das Thema in Form einer Unterrichtsreihe im verpflichtenden Technikunterricht der Klasse 9 aufgenommen werden und damit die bisherigen Reihen „Wir steuern mit dem Relais – Vom Handschalter zur Blinkschaltung“ sowie „Wir entwickeln und erproben Ampelprogramme“ ergänzen.

Diese Hausarbeit beschreibt das Vorhaben der Umsetzung in der Pilotgruppe WPU sowie die Evaluation und deren Ergebnisse. Außerdem ist die Planung einer Unterrichtsreihe für das Fach Technik in der Klasse 9 beschrieben.

Das Fachgebiet Computer und dazu noch die technische Anwendung von Computern legen zwei Themenbereiche nahe, welche in dieser Hausarbeit nicht explizit behandelt werden.

- Die Suchtproblematik von Jugendlichen bei der Auseinandersetzung mit den Computern. Dies ist ein sehr ernstzunehmendes Thema, welches im Unterricht an geeigneter Stelle immer wieder eingeflochten wird, welches jedoch in dieser Ausarbeitung ausgespart wird, um den Rahmen nicht zu sprengen.
- Ebenso könnte die Frage nach der gezielten Förderung von Mädchen im Bereich der technischen Computeranwendung eine große Rolle spielen. Dies habe wurde ebenfalls aus dem o.g. Grund in dieser Ausarbeitung nicht näher behandelt. Es sollte aber zu einem späteren Zeitpunkt im Rahmen der WPU-Gruppe unbedingt thematisiert werden.

2.3 Sachstruktur

Nachfolgend ist eine Sachstruktur des Vorhabens auf einer Überblickebene dargestellt. Sie zeigt die Komplexität, welche in dem Gesamtvorhaben steckt. Hier muss erheblich reduziert werden, damit das Vorhaben im Bereich der Hauptschule umsetzbar wird.

2.4 Legitimation durch Richtlinien, Lehrpläne und Fachdidaktik

2.4.1 Richtlinien und Lehrplanbezug

Schon beim Studium der ersten Abschnitte der Richtlinien für das Fach Technik an der Hauptschule wird deutlich, dass sich durch das Thema eine Menge Chancen ergeben, die dort erhobenen Prinzipien des Lehrens und Lernens umzusetzen^[2].

Hier seien einige Aspekte herausgestellt, die dies belegen und die in der Umsetzung des projektorientierten Vorhabens „Steuerungen mit dem Computer“ eine große Rolle spielen.

Erfahrungsorientierung: „.. Viele Kenntnisse und Einsichten werden über Medien vermittelt, die sich – wie die Informations- und Kommunikationstechnologien – in einer raschen Entwicklung befinden. Schülerinnen und Schüler sollen befähigt werden, die Medien und die durch sie vermittelten Informationen und Meinungen kritisch zu analysieren und zur eigenen Information und Gestaltung zu nutzen“.

Handlungsorientierung:„...Die Schule muss insbesondere dort handlungsorientierte Lehr- und Lernverfahren ausbauen, wo diese das Verstehen komplexer Probleme erleichtern und stützen“. ... „Handlungsorientierung ist auch ein wesentliches Element des projektorientierten Unterrichts“

Gegenwarts- und „... Die Auswahl (der Themen) soll so getroffen werden, dass für die

Zukunftsorientierung Kinder und Jugendlichen die in der Schule gewonnenen Erfahrungen, Kenntnisse und Fähigkeiten auch schon in der unmittelbaren Gegenwart Bedeutung erhalten...“

Der Lehrplan für das Fach Technik bietet hier sogar ausgearbeitete Empfehlungen für die Arbeit in den Jahrgangsstufen 9 und 10 in den Bereichen „Transport und Verkehr“ sowie „Information und Kommunikation“. Die dort ausgewiesenen Qualifikationen in Form von fachlichen und fachübergreifenden Zielen^[3] können mit einigen Anpassungen für die vorliegende WPU-Gruppe Anwendung finden. Die dort vorgesehenen Lösungen für Rechnertechnik und Interface-System sind natürlich mit Rücksicht auf das Erscheinungsjahr 1989 veraltet und werden durch aktuelle Komponenten ersetzt. Hierzu wie auch zu den Zielen mehr in den nachfolgenden Abschnitten. (Siehe „3.2 Beschaffung der notwendigen Hardware und Software“)

Als Unterrichtsmethode für die Durchführung des Vorhabens empfiehlt sich nach dem Lehrplan die Projektform^[4]. Sie ist immer da angebracht, wo „es um die Erarbeitung von komplexen, praxisbezogenen Aufgabenstellungen geht.“ Da die WPU-Gruppe über ein komplettes Schuljahr läuft, werden neben dem Projekt „Ampelsteuerung“ auch Lehrgänge eingeschoben, wenn es zum Beispiel um die Vermittlung von Kenntnissen in der Programmierung der Computer oder dem grundlegenden Aufbau einer Computerschnittstelle geht.

2.4.2 Bezug zum Standortplan

Der Standortplan unserer Schule sieht heute das Thema „Ampelsteuerungen“ im Technikunterricht sowie im WPU Unterricht der neunten Jahrgangsstufe vor. Bisher wurde hier für die technische Umsetzung ein Verfahren mittels selbst konstruierter mechanischer Schaltwalze verwendet. Hier ist sicher eine Erweiterung um die heute in der Technik gängigen Steuerungsverfahren sinnvoll. Dies bringt allerdings ein höheres Maß an Komplexität mit sich. Dem wird Rechnung getragen, indem das Vorhaben zunächst in einer WPU-Gruppe mit einer einjährigen Laufzeit erprobt wird. Bestimmte Elemente hieraus werden dann bei Erfolg auch in den regulären Technikunterricht der Klassen 9/10 übernommen.

2.4.3 Was sagt die Fachliteratur?

In der Fachliteratur finden sich Vorschläge für die Umsetzung des Themas „Steuern mit dem PC“. Schmayl und Wilkening machen in ihrem Standardwerk einige Vorschläge für Anwendungen mit verschiedenen Schwierigkeitsgraden, welche dort auch als Unterrichtsmodelle ausgearbeitet sind^[5]. Diese reichen von sehr einfachen Anwendungen wie dem Ansteuern einer einzelnen Reihe von Anzeige-LED´s, über Sieben-Segment-Anzeigen und Ampelanlagen bis hin zu einem Pneumatik-Roboter.

Auch hier gilt wie für die Lehrpläne, dass die vorgeschlagenen Lernziele und Unterrichtsformen sowie Unterrichtsmethoden weitgehend zur Anwendung kommen können. Hinsichtlich der Technik hat sich jedoch in den letzten Jahren nochmals ein signifikanter Innovationsschritt getan, so dass hier andere Programmiersprachen und andere Elektronik zum Einsatz kommen kann. Vorteil der jetzt aktuellen Systeme ist eine höhere Fehlertoleranz sowie eine eher intuitive Bedienung der Entwicklungssysteme, was gerade im Umfeld der Hauptschule von großem Vorteil ist.

2.5 Aspekte der Motivation für die Schülerinnen und Schüler

Fast jeder Schüler hat in der Klasse 9 einen Computer zu Hause oder hat zumindest schon umfangreich hiermit „Games“ erprobt. Wichtig ist hierbei, auch andere Anwendungen als die bekannten kennen zu lernen und zu wissen, wie diese funktionieren. Darüber hinaus ist sicher auch der Aspekt Faszination des Mediums im positiven Sinne zu sehen. Es ist in der Regel kein Problem, Schüler für ein fachliches Thema zu begeistern, wenn die Aufgabe handlungsorientiert ist und in Verbindung mit der Nutzung des Computers steht. Noch spannender wird es, wenn selber am Computer „geschraubt“ werden darf. Dies ist auch im Rahmen der Wartung der Informatikräume gemeinsam mit Schülern immer wieder aufgefallen.

2.6 Rahmenbedingungen

Für die Arbeit mit technischen Systemen wird ein Technikraum mit den notwendigen Werkzeugen und einer passenden Arbeitsumgebung benötigt, welche den Sicherheitsanforderungen entsprechen muss. Dies ist an unserer Schule vorhanden. Die Ausrüstung ist nicht mehr neu, jedoch fachlich auf einem hohen Qualitätsstandard. Für die Arbeit mit Computern werden Computer benötigt, vorzugsweise zeitgemäße Rechner mit einer aktuellen Betriebssystemversion. Diese sind ebenfalls an unserer Schule vorhanden, jedoch zwei Stockwerke höher als der Technikraum.

Durch diese Randbedingungen ergab sich die Notwendigkeit, die Arbeitsphasen so aufzuteilen, dass die vollständige Gruppe entweder im Technikraum oder im Computerraum arbeitet. Eine Aufteilung der Gruppe wäre aus Aufsichtsgründen nicht möglich.

Dieses Problem wurde gelöst, indem für die erste vorwiegend technisch orientierte Projektphase (im ersten Halbjahr) der Technikraum und für die vorwiegend computerorientierten Arbeitsphasen (im zweiten Halbjahr) der Computerraum genutzt wurde. Hierdurch bedingt musste allerdings der Technikraum um 2 Computerarbeitsplätze erweitert werden, welche im Rahmen einer Modernisierung der Schulcomputer beschafft werden konnten. Hierfür waren kleinere Umbauarbeiten im Technikraum notwendig. Die Verfügbarkeit der beiden Computer hat sich jedoch nicht nur im Rahmen der WPU-Gruppe, sondern auch im sonstigen Technikunterricht schon positiv ausgewirkt.

2.7 Finanzielle Herausforderung

Für die computerorientierte Arbeitsphase im zweiten Halbjahr war in jedem Fall mindestens ein Computerinterface für eine Arbeitsgruppe notwendig. Außerdem wurde eine schülergerechte Entwicklungsumgebung für die Programmierung benötigt. Diese Anschaffung musste frühzeitig im Haushaltsbudget der Schule beantragt und argumentativ unterstützt werden. Da dies gelang, konnten (mit einer weiteren kleinen Unterstützung des Fördervereins) zum Projektbeginn 10 neue Interfaces der Firma Fischertechnik sowie die komplett neu entwickelte Software RoboPro bestellt werden. Hierdurch war die WPU-Gruppe für das Vorhaben hinreichend mit der notwendigen Technik ausgestattet. Kleinmaterial wie Leitungen, Lampen etc. wurden aus dem laufenden Technik-Etat beschafft.

2.8 Besondere Probleme des Vorhabens an der Hauptschule

Wer schon einmal versucht hat, ein komplexes Thema im Unterricht an einer Hauptschule umzusetzen, kennt sicher die Grenzen, welche sich auftun, wenn das Vorhaben nicht der Schulform angepasst umgesetzt wird. Bei einer kurzen Recherche im Internet, in den Angeboten von Fortbildungsforen für Lehrer findet sich inzwischen eine große Zahl von Beiträgen zur Anwendung von Computersteuerungen im Informatikunterricht. Hier ist als Beispiel das Projekt Roberta^[6] des Fraunhofer Instituts zu nennen. Es hat zum Ziel, das Interesse für Computer- und Robotertechnik vor allem bei Mädchen und jungen Frauen zu wecken und zu fördern. Aber: Dieses und auch viele andere Projekte haben stark Gymnasien, Oberstufen und Berufskollegs im Fokus.

Welche Randbedingungen müssen nun beachtet werden, damit auch Hauptschüler adäquat in die Arbeit mit dem Computer als Steuerungsinstrument einbezogen werden können?

Zugang für Hauptschüler schaffen: Hier ist zunächst der Zugang zur Lebenswirklichkeit der Schülerinnen und Schüler zu nennen. Wichtig ist, dass hier handlungsorientierte Ansätze im Vordergrund stehen müssen. Die Theorie objektorientierter Softwareentwicklungsmethoden und allzu hoch gegriffene Ziele wie vielleicht die Entwicklung eines eigenen kompletten Roboters sollen zu Gunsten einer praktischen und vor allem ergebnisorientierten Vorgehensweise zurücktreten. Die Schülerinnen und Schüler kennen „Klick and go“ aus der Welt der Handys und Computerspiele. Auf ähnliche Weise kann durch die einfache Bedienung moderner Programmiersysteme und den direkt sichtbaren Erfolg Begeisterung für das Thema geweckt und ein Zugang geschaffen werden. Hierdurch kann eine große Zahl von Inhalten wie Technik der Schnittstellen, Programmierung usw. transportiert werden.

Reduzierung der Inhalte: Was schon für den Zugang zum Thema Computersteuerung gilt, ist für die weitere Umsetzung ebenso verpflichtend. Das Thema an sich bietet eine Vielzahl an Teilgebieten, welche weitaus mehr als ein komplettes Schuljahr ausfüllen könnten. Hier muss eine Reduzierung auf exemplarische Inhalte stattfinden.

Hier wird auf solche Inhalte reduziert, welche nah am Berufsleben im handwerklich-technischen Bereich oder auch am Freizeitbereich orientiert sind. Zum Beispiel wird ein Mechaniker im KFZ Bereich einzelne Baugruppen in der Elektronik eines Motors erkennen und deren Funktion prüfen müssen. Er wird aber die Baugruppe nicht in ihrer internen Wirkungsweise untersuchen oder gar reparieren. In diesem Sinne soll z.B. die Schnittstelle (Interface) zwischen Computer und einer Ampel als festes Modul mit seinen Funktionen, aber ohne tiefere Behandlung der internen Funktion, in den Unterricht einbezogen werden.

Differenzierung ist elementar: In der neunten Jahrgangsstufe, in deren Bereich der Wahlpflichtunterricht fällt, muss eine breite Differenzierungsspanne abgedeckt werden. Zum Wahlpflichtkurs melden sich die Schüler größtenteils nach eigener Interessenlage, manchmal auch nach Interessen von Cliquen oder Freundschaften. Die individuellen Kenntnisse und Kompetenzen sind sehr breit gestreut. Es finden sich in den Gruppen sowohl Schüler aus dem Kreis der „10B Kandidaten“ und Wechsler aus der Realschule, als auch Schüler aus dem deutlich unteren Leistungsspektrum, welche voraussichtlich die Hauptschule nach der neunten Klasse verlassen werden. Außerdem finden sich teils bereits aufeinander eingespielte Gruppen (aus einer Klasse), als auch Einzelgänger im WPU Kurs wieder.

Dies alles bringt die Notwendigkeit einer extrem starken Binnendifferenzierung mit sich. Hierauf wurde mit verschiedenen Konsequenzen reagiert (siehe 3.6.1 Faktoren für die Auswahl der Unterrichtsmethoden).

3 Konzept und Umsetzung des Vorhabens

3.1 Planung und Durchführung des Gesamtvorhabens als Projekt

Das komplette Vorhaben „Steuerung mit dem Computer“ wird, wie auch in der freien Wirtschaft üblich, in Form eines Projektes umgesetzt. Gemeint ist hiermit nicht die Unterrichtsform Projekt, sondern die Abwicklung des Gesamtvorhabens als Projekt. Die Umsetzung in Projektform hat, wie die bisherigen Ergebnisse bestätigen, wesentlich dazu beigetragen, Zielerreichung und Termineinhaltung zu gewährleisten und das Vorhaben auch für die beteiligten Kollegen und die Schulleitung transparent zu gestalten.

3.1.1 Projektplan

Der nachfolgende Projektplan zeigt den zeitlichen Ablauf von der Ideenfindung bis zur Einführung in den Regelunterricht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.2 Beschreibung der Projektphasen

Initiierung/Vorüberlegungen

In der Initiierungsphase wurden die Grundlagen für die Umsetzung des Vorhabens gelegt. Hierzu gehörten der Entwurf eines groben Konzeptes sowie die Klärung der Machbarkeit innerhalb unserer Schule. Es mussten hierfür erste Sondierungen der Lehrpläne durchgeführt sowie Gespräche mit der Schulleitung und mit den beteiligten Kollegen und der Fachleitung des Technikbereiches geführt werden. Auch die Vorabklärung der Finanzierung für die zu beschaffende Hardware war hier ein wichtiges Thema. Die Phase schloss mit einem Auftrag für die Umsetzung durch die Schulleitung.

Planung und Vorbereitung

In der Phase der Planung und Vorbereitung mussten die konkreten Terminplanungen für die Durchführung der Pilotgruppe, die Planung der Beschaffung für die Hardwarekomponenten sowie die Planung der organisatorischen Maßnahmen (Technikraum, Computerraum) erstellt und abgestimmt werden. Ein weiterer wichtiger Punkt war hier die Haushaltsplanung und die Beschaffung der Komponenten. Zur Beschaffung (siehe auch „3.2 Beschaffung der notwendigen Hardware und Software“) gehörte auch eine vorgeschaltete Marktanalyse über die derzeit verfügbaren Interfacesysteme für Schulzwecke. Die Phase war vor dem Beginn der Umsetzung in der Pilotgruppe zum Schuljahresstart 2004/2005 abgeschlossen.

Umsetzung in der Pilotgruppe WPU

Diese ist die mit Abstand längste Phase innerhalb des Gesamtprojektes. Sie läuft über das vollständige Schuljahr 2004/2005 und wird damit zum Juli 2005 abgeschlossen sein. Inhalt ist in erster Linie die Umsetzung in der Pilotgruppe mit den unter 3.4 „Inhalte des Unterrichtsvorhabens“ näher dargelegten Themen und Unterrichtsverfahren. Dies wird begleitet von einer Evaluation, welche im Rahmen dieser Hausarbeit stattfindet. (Siehe „4 Evaluation der Pilotgruppe“) Die Evaluation des Vorhabens muss aufgrund des Fertigstellungstermins für die Hausarbeit zwangsläufig vor Abschluss der Umsetzungsphase durchgeführt werden. Es können jedoch die kompletten Ergebnisse des ersten Halbjahres, wie auch die des ersten Teils im zweiten Halbjahr einfließen, was eine hinreichende Aussagefähigkeit gewährleisten sollte.

Überarbeitung der Unterrichtsreihen

Nach Abschluss der Umsetzungsphase schließt sich im letzten Schritt eine Überarbeitung der Unterrichtsreihen für die WPU-Gruppe im kommenden Schuljahr an.

3.2 Beschaffung der notwendigen Hardware und Software

Für den einfachen Aufbau von Computersteuerungen sind Interfaces (Schnittstellen) zwischen Computer und dem zu steuernden Gerät notwendig. Inzwischen werden von verschiedenen Herstellern solche Systeme angeboten, die für Schulen geeignet sind. Da die Aufgabe bestand, diese Systeme beschaffen, wurde eine eigene Markterhebung durchgeführt. Folgende Kriterien wurden dabei für einen Vergleich der angebotenen Systeme zu Grunde gelegt:

- Schnittstelle zu PC USB, Parallel oder RS232
- Intuitiv zu bedienende Software, mit der Steuerungen programmiert werden können
- Einfacher Befehlssatz in der Low-Level-Programmierung (falls diese benutzt wird)
- Bibliothek für gängige Windows Hochsprachen wie z.B. VB oder Delphi
- Möglichst auch offline Betrieb mit eigenem Mikrocontroller
- Ausgänge: Min. 4*digital, kurzschlussfest, belastbar mit ca. 1A – nicht nur TTL
- Eingänge: Min. 8*digital, 2* AD
- Niedriger Preis
- Robust, da im Schuleinsatz
- Anschlüsse steck- oder schraubbar ohne Spezialwerkzeug

Nach Durchführung der Markterhebung deren Übersicht sich im Anhang findet, wurde das Robo-Interface der Firma Fischertechnik sowie die Software RoboPro^[7] ausgewählt. Gründe für die Wahl waren die Erfüllung der o.g. Kriterien bei gutem Preis/Leistungsverhältnis, so wie der Umstand, dass bereits Fischertechnik Komponenten in unserer Schule vorhanden sind. Somit sind hier keine Kompatibilitätsprobleme vorhanden.

Die Software bietet die Möglichkeit, in Form von so genanntem Rapid-PrototypingAnwendungen zur Steuerungder Fischertechnik Interfaces zu programmieren. Die Vorgehensweise entspricht der moderner Programmiersysteme in der beruflichen Praxis, wie zum Beispiel die Simatic der Firma Siemens. Dieses weltweit verbreitete System unterstützt in der aktuellen Generation ebenfalls eine grafische Programmiersprache S7-Graph^[8], die der in RoboPro verwendeten Sprache in Form und Bedienung ähnel

[...]

^[1] Wenn hier von Schülern die Rede ist, sind selbstverständlich immer Schülerinnen und Schüler gemeint!

^[2] Vgl. Kultusminister NRW: Richtlinien Technik, Lernbereich Arbeitslehre – Hauptschule. Düsseldorf 1989 S.15-18

^[3] Vgl. Kultusminister NRW: Richtlinien Technik, Lernbereich Arbeitslehre – Hauptschule. Düsseldorf 1989 S.133 ff

^[4] Vgl. Kultusminister NRW: Richtlinien Technik, Lernbereich Arbeitslehre – Hauptschule. Düsseldorf 1989 S.66

^[5] Vgl. Schmayl/Wilkening: Unterrichtsmodelle – Technikunterricht, Bad Heilbrunn (Klinkhardt) 1995 S.224ff.

^[6] Vgl. Projekt Roberta des Fraunhofer Instituts – Homepage: http://alex.ais.fraunhofer.de/zeno/web?action=content&rootid=15465 Wissenschaftliche Begleitung durch die Uni-Bremen – Homepage: http://didaktik.physik.uni-bremen.de/niedderer/roberta/

^[7] RoboPro-Software zur Steuerungvon Interfaces der Firma Fischertechnik, als Schullizenz erhältlich bei Fischertechnik, D-72178 Waldachtal im Vertrieb über die Firma Knobloch Electronic (www.knobloch-gmbh.de)

^[8] Vgl. Ausbildungsunterlage der Firma Siemens „Ausbildungsunterlage für die durchgängige Automatisierungslösung – Totally integrated Automation – Kurs Schrittkettenprogrammierung mit S7-Graph“, 2002