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Hardware

Notebook

Notebooks

Um projektorientiert auch in atelierartigen Arbeitsumgebungen mittels digitaler Medien zu lehren und zu lernen, sollten möglichst kleine und handliche, mobile, kabellos miteinander vernetzte Schüler-Notebooks eingesetzt werden.
Bei Klassenstärken von bis zu 20 Kindern reichen bereits fünf Schüler-Notebooks. Wenn zwei Kinder gemeinsam mit einem Notebook arbeiten, kann sich die Hälfte der Klasse digital unterstützt verwirklichen.
In weiterführenden Schulen mit größeren Klassen mit bis zu 25 Kindern bzw. Jugendlichen bietet es sich an, fünf oder besser zehn Schüler-Notebooks zu haben. Jeder Lehrende sollte über sein eigenes Notebook verfügen, das für die SchülerInnen auch als Server fungiert.

LEGO Kamera

Lego Cam

Die LEGO Cam ist eine leistungsfähige Videokamera für PCs und MACs (Auslöser für Einzelbildaufnahme, Mikrofon, Blendenring zum manuellen Scharfstellen des Bildes, bis zu 30 Bilder pro Sekunde, 352 x 288 high resolution color imaging).
Für den Einsatz der Kamera bedarf es aber bestimmter [link 01] Software.
Für den Unterricht sollten Web-Cams (LEGO® oder Logitech® QuickCam Massanger) in der Zahl der Notebooks vorhanden sein.
Die Kosten (für Web-Cam und Software) belaufen sich zur Zeit im Internethandel auf ca. EUR 45. Die LEGO Cam, allerdings mit anderer kostspieliger Software (Steven Spielberg Movie Maker), wird weiterhin produziert.

Der RCX von LEGO®

Mikrocomputer

Der RCX (Robotic Command Explorer) ist ein programmierbarer LEGO-Baustein (Mikrocomputer). In ihm befindet sich ein Hitachi H8 Mikrocontroller. Dieser hat 32KB externen RAM und 16KB Bord-ROM (zur Aufnahme eines Betriebssystems wie etwa LEGO Mindstorms RoboLab). Ein RCX hat drei Steckpläze für Aktuatoren (Motoren, Lampen, etc.), drei Steckplätze für Sensoren (Tast-, Licht,- Temperatur- und viele weitere Sensoren), einen Lautsprecher, ein LCD-Display und eine Infrarotschnittstelle. Mittels dieser können binäre Daten zwischen einem Computer und dem RCX oder mehreren RCX untereinander ausgetauscht werden. Der RCX wird an einem Computer programmiert. Er kann mit unterschiedlichen Betriebssystemen (nicht nur von LEGO) arbeiten.
Im Internet stehen weitere Betriebssysteme für professionellere Programmierer (JAVA, Perl, RCX-CC, NQC, Smalltalk) zum Download bereit. Der RCX verfügt über ein Display das u.a. Messergebnisse anzeigt. So kann er ortsunabhängig (z.B. zum Mobile Learning) eingesetzt werden.

Der LER-1 von Lasy®

Der LER-1 von LASY® wird mit der Software ControLasy am PC programmiert. Die Programme können über Kabel oder Funk auf den LER-1 übertragen werden. Die Fähigkeit zur kabel- und infrarotlosen Kommunikation sowie die individuelle Identifizierung sind seine besonderen Stärken. Auch verfügt er über vier Ein- und vier Ausgänge (also über zwei mehr als der RCX) und über zusätzliche Aktuatoren wie Elektromagnet, elektrischer Schalter und Summer. Die Standardsensoren sind magnetischer Schalter, Lichtsensor, Drucksensor, Temperatursensor, Rotationssensor und Winkel-Rotations-Sensor. Ein Adapter ermöglicht seit neuestem auch den Anschluss von Fremdsensoren wie etwa der DCP-Sensoren (siehe RCX und RoboLab).
Der LER-1 verliert wie ein PC, der abgeschaltet wird, nicht die Erinnerung an sein Betriebssystem. Er ist also sehr geeignet, für die Realisierung komplexer interaktiver Mixed-Reality-Installationen oder -Environments.
Mikrocomputer mit möglichst unterschiedlichen Sensoren und Aktuatoren sollten in der Anzahl der Notebooks vorhanden sein.

Rotationssensor von LEGO®

Sensoren

Handelsüblich sind viele Sensoren - neben Wärme-, Druck-, Licht-, und Rotationssensoren etwa die DCP-Sensoren von » LogIT® (Geräuschintensität, Luftfeuchtigkeit-, etc.) und Aktuatoren (Mikromotoren, Lampen, externer Summer, Laser oder LED).

DCP Sensoren der Firma LogIT

Der RCX kann über einen Computer (per Infrarotkommunikation) eine Web Cam als Sensor verwenden (mit RIS und Vision Command für Bewegungs- und Farberkennung, mit RoboLab für hoch komplexe Messungen bis hin zur Formerkennung). Sensoren messen u.a. Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Winkelposition z.B. Richtung der Schwerkraft, Geräuschvolumen.
Wird der RCX ohne ausreichend volle Batterien betrieben, so verliert er bei Stromausfall seine Programme und sein Betriebssystem. Kommunikation zwischen den RCX ist nur über Infrarot möglich. Die einzelnen RCX können dabei nicht identifiziert werden.

Rotationswinkelsensor von Lasy

Der LER-1 ist allerdings annähernd doppelt so groß wie der RCX. Auch sind nicht alle Features fertig entwickelt. Es ist noch nicht möglich, den mächtigsten Sensor, die Bilderkennung, zu verwenden. Der LER-1 verfügt (noch) nicht über ein Display, taugt also nicht für mobile Messungen.

Der Handy Cricket

Weitere Tipps für die Hardware:

Der "Handy Cricket von Gleason Research" ist mit Abstand der kleinste und kostengünstigste Mikrocomputer. Er wird mit der kostenlosen Software [link 02] Cricket Logo bzw. seiner ikonischen Version [link 03] Logo Blocks auf dem PC oder MAC programmiert. Das Programm wird, wie beim RCX, über eine Infrarotschnittstelle übertragen.
Allerdings besitzt er keine Hülle und verfügt lediglich über zwei Ein- und zwei Ausgänge.

¬	Ein Beamer ermöglicht einer größeren Anzahl von SchülerInnen durch große Projektionen von bewegten Bildern (Animationen und Videos) das grafische Interface des Computers zu betrachten.

¬	Grafiktabletts an den Notebooks erleichtern beispielsweise das Zeichnen dreidimensionaler digitaler Objekte, etwa mittels des Programms Teddy.

¬	Ein (mobiler) Scanner ermöglicht das Digitalisieren von Bildern.

¬	Ein mobiler Drucker (oder ein zentraler Drucker in Reichweite des Funk-LAN) materialisiert das körperlose Bild der Bildschirme.

¬	Zur Kosteneinsparung bei häufigerer Verwendung der Mikrocomputer empfehlen wir den Einsatz von [link 04] Transfomatoren (Spannungsumwandler).

Ikonische Programmiersoftware

Mit der ikonischen (bildhaften) Programmierung wird ein Erstellen anschaulicher mentaler Modelle komplexer interaktiver Systeme möglich. Dies geschieht in der Weise, dass ikonische Programmierbausteine, die jeweils einen spezifischen Programmcode veranschaulichen, aus einer Palette entnommen und zu einer Reihe von Befehlen geordnet werden.
Zur Programmierung wird ein Computer mit einem Bildschirm (Graphical User Interface) benötigt.

Klänge werden Ereignissen zugeordnet mit "VisionCommand"
[link 05] Abbildung vergrößern

LEGO MindStorms VisionCommand (VC)

VC läuft auf WIN 98, 2000 und XP
VC eignet sich zur einfachen Erstellung von Stop-Motion und Zeitraffer-Animationen oder Videos mit einem PC.
Diese Software ist allerdings nur für den PC verfügbar.
VC eignet sich auch hervorragend zur leichten Bilderkennung mit einem PC. Output sind wav-Dateien. Zusätzlich ermöglicht die Schnittstelle zum RCX-Mikrocomputer (mit der RIS-Software) die Steuerung von Mikromotoren.
Allerdings wird die Software nur mit der original LEGO Cam vertrieben. Die Installation unter WIN 2000 und XP ist nicht einfach: Es muss zunächst ein [link 06] Patch installiert werden. Hier bitte folgende Vorgehensweise beachten:
1. Rechtsklick auf Start-Button
2. Explorer auswählen
3. Das CD-ROM-Laufwerk selektieren
4. Die Datei "setup.exe" mit Rechts anklicken, Eigenschaften auswählen
5. "Kompatibilität"-Reiter selektieren und "Programm im Kompatibilitätsmodus ausführen für Windows 98" auswählen
6. "Übernehmen" auswählen und die Eigenschaften verlassen
7. Setup.exe mit Doppelklick wie gewohnt starten

Robotics Invention System
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LEGO MindStorms Robotics Invention System (RIS)

RIS ist eine auch von Laien sehr einfach zu bedienende Programmiersprache für den Mikrocomputer RCX. Die Programmierung erfolgt auf einem PC mittels ikonischer Bausteine, die untereinander "gesteckt" werden und so die Programmzeile ergeben. Die Programme werden mittels einer Infrarotschnittstelle auf den RCX übertragen. Ein RCX fasst fünf unterschiedliche Programme.

RoboLab
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LEGO MindStorms RoboLab

RoboLab ist eine hervorragende Programmiersoftware zur ikonischen Programmierung einfacher aber auch hoch komplexer Anwendungen für den RCX. Sie läuft auf WIN genauso wie auf MAC. Sie ist in der Lage, komplexe Analysen und Berechnungen vorzunehmen und Ergebnisse auf dem Display und auf dem Bildschirm des Rechners in Form von Diagrammen anzuzeigen. Sie bietet eine offene Schnittstelle für unterschiedlichste Sensoren. RoboLab bezieht als Sensor auch die PC-Kamera von LEGO oder die QuickCam von Logitech mit ein. RoboLab wird auf der ganzen Welt für schulische Zwecke im naturwissenschaftlich-technischen Kontext verwendet.
Die Software ist aber nicht so intuitiv wie MindStorms RIS zu bedienen. Die Bilderkennung ist sehr kompliziert.

ControLasy
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ControLasy

ControLasy ist eine ikonische Programmiersoftware für den LER-1 von Lasy®. Die in Deutschland weniger bekannte, aber weltweit operierende Schweizer Firma entwickelt die im LEONARDO-Programm der EU konzipierte Hard- und Software weiter.

Logo Blocks
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Logo Blocks

Die kostenlose ikonische Programmiersoftware ( [link 11] Download) ähnelt der LEGO MindStorms RIS. Sie basiert jedoch auf der Software Cricket Logo, mit dem der kleine Handy Cricket auch nicht ikonisch zu prog rammieren ist.