Unterrichtsreihe

Platz für Bienen(t)räume

Biodiversität auf dem Schulhof

Deine Schüler*innen erkunden das Thema Biodiversität und Artenvielfalt, indem sie sich mit dem Problem des Bienen- und Insektensterbens auseinandersetzen. Nachdem sie erarbeitet haben, warum Insekten und insbesondere Wildbienen wichtig für die Umwelt und das menschliche Wohlergehen sind, erkunden deine Schüler*innen ihren Schulhof und bauen eine Nisthilfe für Wildbienen. Anschließend wandeln die Schüler*innen die Nisthife in ein Smart Home um. Mit Hilfe der Tüfteltechnologie des micro:bits können sie sie die Aktivität der Wildbienen messen.

Sek I
Leicht
Unterrichtsreihe

Diese Unterrichtsmaterialien verbinden Lerninhalte aus Natur und Technik. Sie zeigen auf, wie Schüler*innen durch die Neugestaltung ihres eigenen Schulhofs zum Erhalt der biologischen Artenvielfalt beitragen können. 

Im Folgenden erhältst du:

  • Kreative Ideen, um fächerverbindend und projekbasiert digitale Bildung und Bildung für nachhaltige Entwicklung in deinem Unterricht zu verankern
  • Beispielhafte Unterrichtsabläufe für 3×90 min mit Arbeitsvorlagen, Material- und Methodenhinweisen
  • Video Tutorials zur Einführung des micro:bit

Hinweis: Wir empfehlen minimal 3×90 Minuten Zeit für diese Unterrichtseinheiten zu haben. Falls mehr Zeit zur Verfügung steht, kann diese Lernreise auch auf 5×90 Minuten oder mehrere Projekttage ausgeweitet werden. Informationen zu längeren Varianten finden sich in der Unterrichtsbeschreibung. 

Deine Schüler*innen…

  • reflektieren wie Biodiversität und Artenvielfalt mit Insekten und Bienen zusammenhängen
  • reichern ihr Grundwissen über die Wildbiene und ihren Lebensraum an
  • analysieren ihren Schulhof im Hinblick auf das Wohlergehen von Wildbienen
  • bauen ein Bienenhotel 
  • lernen den micro:bit als Zähler zu programmieren
  • erheben Daten zur Aktivität im Bienenhotel

Du und deine Schüler*innen benötigt:

  • micro:bit (1 micro:bit pro 5-6 Schüler*innen) mit Batterie, Kostenpunkt: ca. 20 Euro pro Mikrocontroller
  • Ultraschall Sensor (z.B. Grove Ultrasonic Sensor) ca. 3 Euro pro Sensor pro micro:bit
  • Grove Shield für micro:bit ca. 10 Euro pro micro:bit
  • Computer oder Laptops entsprechend der Anzahl der Messinstrumente
  • stabile Internetverbindung
  • ggf. Bastelmaterialien (für den Bau des Bienenhotels) oder ein fertiges Bienenhotel z.B. https://bienenhotel-shop.de/c/nisthilfen/bienenhotels

Die aufgeführten Kompetenzbereiche orientieren sich an den Vorgaben Kompetenzen in der digitalen Welt der KMK.

Mehrwert von micro:bit für deinen Unterricht

Der Mikrocontroller micro:bit ermöglicht es deinen Schüler*innen aus einem einfachen Insektenhotel ein Smart Home für Wildbienen etc. zu gestalten. Durch die Arbeit mit dem micro:bit lernen deine Schüler*innen spielerisch einfache Programme zu schreiben sowie ihr Wissen zu Sensorik zu vertiefen.

2. micro:bit für Nisthilfe programmieren

Lernziele

  • Deine Schüler*innen erkunden die wichtigsten Funktionen des Mikrocontrollers micro:bit.
  • Deine Schüler*innen erforschen das Zusammenspiel zwischen micro:bit und externen Ultraschall-Sensor.
  • Deine Schüler*innen testen die Messung der Bienenaktivität.

Zentrale Fragen

  • Wie kann ich den micro:bit mit Make Code programmieren?
  • Wie kann ich einen externen Sensor mit dem micro:bit verbinden?
  • Welchen Output kann das Messgerät (micro:bit & Sensor) geben?
  • Wie programmiere ich eine manuelle Wildbienenzählung (Stufe 1) und wie programmiere ich eine automatische Wildbienenzählung (Stufe 2)?

Beispielhafter Ablauf

Dauer: ca. 90 min

Hinweis: 90 Minuten ist die Untergrenze für diese Unterrichtseinheit. Wir empfehlen wenn mehr Zeit vorhanden diese zu nutzen und ggf. noch tiefer in das Thema Sensorik einzusteigen und sich mehr Zeit für die Programmierung des micro:bits zu nehmen.

1. Analoges Programmieren

Zum Einstieg schlagen wir eine analoge Aufwärmübung zum Programmieren vor. In der Methodenanleitung Wenn-Dann-Bewegung wird dieses Spiel Schritt für Schritt erklärt. Durch dieses kleine Warm-Up lernen deine Schüler*innen spielerisch die Wenn … Dann Kondition kennen, ein wichtiger Befehl, den sie für die Programmierung des micro:bit benötigen.

Darüber hinaus ist diese Methode auch sehr gut für den Distanz-Unterricht geeignet, da dieses Spiel ebenso im Rahmen einer Videokonferenz funktioniert.


2. Einführung Technik: micro:bit

Schritt 1: micro:bit kennenlernen

Der micro:bit ist ein Mikrocontroller der zusammen mit der BBC 2015 in England entwickelt wurde. Um mehr britische Schüler*innen für Elektronik, Programmierung und später auch für Ingenieurwissenschaften zu begeistern, hat die BBC den Mikrocontroller micro:bit vorgestellt. Dafür gab es viel Aufmerksamkeit – vor allem, weil er kostenlos an alle britischen Schüler*innen der siebten Klasse verteilt wurde und mittlerweile an vielen Schulen auf der ganzen Welt vertreten ist. 

Der micro:bit ist ein Einplatinencomputer (bei dem sämtliche zum Betrieb nötigen elektronischen Komponenten auf einer einzigen Leiterplatte zusammengefasst sind) und ähnlich dem Calliope mini für den einfachen Einstieg ins Programmieren und Making geeignet.

Um den micro:bit zu programmieren wird eine Programmieroberfläche benötigt, zum Beispiel MakeCode: https://makecode.microbit.org oder NEPO:  https://lab.open-roberta.org/

In unserem Projekt “Platz für Bienen(t)räume” benutzen wir die Programmieroberfläche MakeCode. Dazu lernen die Schüler*innen im ersten Schritt die Programmierumgebung MakeCode mit einem Einstiegsprojekt kennen. Zeige ihnen im Plenum die Programmieroberfläch MakeCode und erkläre wie mit der blockbasierten Programmiersprache Programme geschrieben werden. Mit Hilfe der Lernkarten erarbeiten sich die Schüler*innen danach in zweier Teams die wichtigsten Programmierbefehle und wie ein Programm auf den Mikrocontroller übertragen wird. 

Schritt 2: Übungsprojekt umsetzen

Wir haben als Einstiegsprojekt eine Entscheidungshilfe mit ähnlicher Funktionsweise des Magic 8 Balls ausgewählt. Deine Schüler*innen programmieren den micro:bit so, dass wenn er geschüttelt wird, der Mikrocontroller per Zufallsauswahl eine Antwort auf ihre Frage gibt. Beispiel: Soll ich morgen einen Regenschirm mitnehmen? Jetzt schütteln sie den micro:bit und dieser zeigt dann z.b. ein Symbol für “Ja,” “nein” oder “vielleicht” an.

Tipp: wenn du wissen willst, wie man am besten in 2er Teams programmiert, schau dir das Pair Programming Video an 🤓

micro:bit – so funktioniert’s
Video zur Pair Programming Methode

3. micro:bit mit Sensor programmieren & Bienenzählung testen

Schritt 1: Manuelle Bienenzählung programmieren

🐝 Benötigte Materialien: Grove Ultrasonic Sensor und Grove Shield für micro:bit

Nachdem deine Schüler*innen erste Programmiererfahrungen mit dem micro:bit gesammelt haben können sie im nächsten Schritt eine manuelle Bienenzählung programmieren. Der micro:bit kann so programmiert werden, dass immer wenn Knopf A gedrückt wird, sich die Anzeige auf dem micro:bit um eins erhöht. Als Erweiterung können deine Schülerinnen und Schüler programmieren, dass wenn Knopf B gedrückt wird, die Anzeige wieder auf 0 gesetzt wird. Dabei helfen ihnen die Lernkarten.

Schritt 2: Automatische Bienenzählung programmieren

Dazu verwenden deine Schüler*innen den micro:bit zusammen mit einem Ultraschall-Sensor. Um den Sensor mit dem micro:bit zu verbinden benötigen die Schüler*innen ein Grove Shield. Dies ist eine kleine Erweiterungsplatine für den micro:bit mit 4 integrierten Grove-Steckverbinder auf der Platine sowie zusätzliche 4 Pin-Ausgänge, wenn mehr Grove-Steckverbinder benötigt werden. Für unseren Fall benötigen wir erstmal nur eine Steckverbindung. 

In der Programmierumgebung MakeCode müssen zunächst die Erweiterungsblöcke für Sonar (& Ultraschallsensor) hinzugefügt werden. Diese findest du unter Fortgeschritten → Erweiterungen. Jetzt können deiner Schüler*innen mit Hilfe der Lernkarten das Programm erstellen.

Tipp: Als weiteren Sensor kann zum Beispiel ein externer Temperatursensor angeschlossen werden um die Temperatur in der Nähe der Nisthilfe zu messen.