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Mit Informatik und Photonik die Welt verbessern

Blick in den InfoSphere-Raum. An drei Tischen sitzen Jugendliche vor Laptops oder basteln.

Von Autos mit Hindernissensoren über LED-Pixelspiele mit Lagesensor bis hin zu temperaturanzeigenden Handschuhen

Sechseckiger, blauter Tisch von oben Fotografiert mit programmierenden und bastelnden Jugendlichen.

Am mittleren Tisch wird eine Digitalur programmiert, ein T-Shirt mit LEDs ausgerüstet und ein Temperatursensor und kleine RGB-Leds in einen Handschuh genäht. Foto: VDI Technologiezentrum GmbH

Der Hauptarbeitsraum im Informatik Schülerlabor „InfoSphere“ in Aachen ist hell und geräumig. Er hat mehrere Meter hohe Wände, so dass er noch größer erscheint und zudem offen und freundlich wirkt. „Eine tolle Arbeitsatmosphäre“ denkt man beim Eintreten sofort. In der Mitte stehen fünf sechseckige Tische, zwei in rot und drei in blau. An den Tischen sitzen Jugendliche im Alter zwischen dreizehn und sechzehn Jahren konzentriert vor Laptops oder zupfen an bunten Steckkabeln, Widerständen und LEDs auf Steckbrettern herum.

Überall auf den Tischen liegen alle möglichen Elektronik-Bauteile, dazu Arduinos, Lilypads, Nähutensilien, sonstige Bastelteile und Kästen mit noch mehr Elektronik-Bauteilen drin. Heute ist der zweite und letzte Tag des Feriencamps mit dem spannenden Titel „Mit Informatik und Photonik die Welt verbessern“. Es ist zwölf Uhr mittags, High Noon, und die rund zwanzig Jugendlichen haben vor drei Stunden mit ihren eigenen Projekten begonnen. Doch überall kann man schon gut erahnen, was die Projekte mal werden könnten.

Zwischen den Tischen rennen immer wieder Betreuerinnen und Betreuer vom InfoSphere hin und her, insgesamt sechs Lehramtsstudenten zwischen Mitte zwanzig bis Anfang dreißig. Sie helfen den Jugendlichen bei der Fehlersuche, schauen in Programmcodes, begutachten kritisch die Verbindungen auf den Steckboards und geben wertvolle Tipps. Nadine Bergner, eine energiegeladene Frau mit langen braunen Haaren, hat hier das Sagen. Sie promoviert gerade in Informatik an der RWTH Aachen und ist Begründerin des InfoSpheres.

Vier Jungen bauen ein metallenes Autogerüst zusammen.

Arbeiten am Grundgerüst des Autos mit vorne eingebautem Infrarotsensor, der Hindernisse erkennen soll. Bild: VDI Technologiezentrum

„Am gestrigen Tag haben die einundzwanzig Schülerinnen und Schüler die Grundlagen auf dem Gebiet der Mikrocontroller-Programmierung gelernt, also die Grundlagen vom Schalten und Programmieren der verschiedenen Sensoren und Aktoren“ erzählt Nadine mit vor Begeisterung strahlenden Augen, während sie gleichzeitig den allgemeinen InfoSphere-Maileingang auf einem Laptop checkt.„Dabei hat ein Großteil vorher noch keine Erfahrungen mit den Arduino-Mikrocontrollern, welche wir hier verwenden, gemacht. Und heute bauen sie schon ihre eigenen Projekte – die sie sich gestern erst ausgedacht haben!“

Am vorderen, zur Tür hin liegenden sechseckigen, roten Tisch sitzen zwei reine Jungs-Teams, die Autos bauen und programmieren. Die Grundgerüste beider Autos stehen schon und die Jungs stecken mitten in der Arduino-Programmierung.

Ein Junge programmiert, der andere hält und betrachtet das Auto.

Das Auto des anderen Teams wird mit zwei Arduinos betrieben. Foto: VDI Technologiezentrum

Ein Viererteam hat das Auto-Grundgerüst aus einem Metallbauteilkasten zusammen gebaut. Darauf liegt das Arduino mit Steckboard und Verbindungen. „Wir haben vorne am Auto einen Infrarotsensor eingebaut“, erklärt einer der Jungen. „Wenn sich vor dem Auto ein Hindernis befindet soll dies der Sensor erkennen, das Auto selbstständig kurz Stoppen und in eine andere Richtung weiterfahren.“

Gegenüber am Tisch sitzt ein Dreierteam über einem Auto mit sechs Rädern. Es ist aus Metall- und Legotechnik-Bauteilen zusammengesetzt. „In unserem Auto mussten wir zwei Arduinos verbauen“, erzählt ein Junge aus dem Team grinsend. „Jeder der sechs Reifen wird mit einem eigenen kleinen Motor angetrieben, so dass alle Steckverbindungen gleich voll waren. Der zweite Arduino ist für das Licht und den Infrarotsensor zuständig. Das Auto wird von uns ferngesteuert.“

Blick über die Schulter. Ein Junge hält einen grauen Stoffhandschuh mit abgeschnittenen Fingern in der Hand und näht ein rundes Elektronikbauteil drauf.

Annähen des Lilypads in die Innenseite eines Handschuhs. Foto: VDI Technologiezentrum

Am mittleren Tisch sitzen drei Zweierteams. Zwei Jungs sind mit einem grauen Wollhandschuh beschäftig, an dem die Finger abgeschnitten wurden. Der eine Junge näht gerade ein flaches, rundes Lilypad in die Innenseite des Handschuhs. Dazu werden noch vier kleine LED-Platinen vernäht. „In dem Lilypad steckt ein Sensor, der die Hauttemperatur misst“, erzählt er und der andere, der gerade mit dem Programmcode beschäftigt ist, ergänzt: „Je nach Temperatur leuchten die vier LEDs in entsprechend programmierten Farben“.

Ein Junge und ein Mädchen vor einem an die Wand gebeamten Programmiercode. Das Mädchen hält das Arduino mit Steckboard hoch.

Vorführung des Digitaluhr-Projekts. Foto: VDI Technologiezentrum

Ein Geschwisterteam mit einem Junge und einen Mädchen, überprüft gerade die Steckverbindungen von kleinen Digitalanzeige-Bauteilen auf einem Steckboard. Eines von insgesamt vier Teilen will partout nichts anzeigen. Ein InfoSphere-Mitarbeiter kommt zur Hilfe. Schnell wird das Bauteil ausgetauscht, aber es tut sich noch immer nichts. Somit ist klar: der Fehler liegt irgendwo in der Programmierung.

Es bleibt ihnen also nichts anderes übrig, als auf mühsame Fehlersuche zu gehen. Die beiden waren schon öfters im InfoSphere und sind auf einem hohen Niveau. Ihr Projekt, eine Digitaluhr mit Arduino zu Programmieren und mit einem Lilypad kompakter zu machen, ist anspruchsvoll.

Zwei Mädchen halten und betrachten ein blaues T-Shirt.

Kritische Kontrolle, ob die LEDs auch in der vorprogrammierten Reihenfolge blinken. Foto: VDI Technologiezentrum

Am gleichen Tisch sitzen noch zwei Mädchen, die ebenfalls Geschwister sind. Sie sind mit einem hellblauen, auf links gedrehten T-Shirt beschäftigt, in das sie in der Mitte ein Lilypad eingenäht haben. Davon ausgehend nähen sie gerade strahlförmig LEDs ein. Die ältere Schwester erklärt „Das Nähgarn mit dem wir arbeiten ist stromleitend. Jetzt programmieren wir noch verschiedene Blinkmuster für die LEDs.“

Ein Junge tippt auf einem Laptop, der ander Junge schaut gebannt auf den Bildschirm.

Programmierung des Music Shields. Foto: VDI Technologiezentrum

Am letzten Tisch zur Rückwand hin sitzen ebenfalls drei Teams. Ein Jungen-Zweiergespann hat einen Music Shield auf ein Arduino gesetzt. Das Music Shield hat praktischer Weise einen Slot für eine Mini SD-Karte mit Musikdateien drauf. Auf einem einfachen LED Pixel-Display, der LED-Matrix, sollen die Höhen und Tiefen auf dem Display als Balken angezeigt werden. Einer der beiden Junges ist in die Programmierung vertieft. Man könnte ihn schon fast als „Stammgast“ im InfoSphere bezeichnen und er ist einer der wenigen, der sich schon vor dem Feriencamp mit Arduino gut auskannten.

Drei Jungen stehen nebeneinander. Einer redet und zeigt auf ein elektronisches Bauteil, dass ein anderer Junge in der Hand hält.

Das Team stellt das entwickelte Spiel auf einem LoL-Shield vor.

Die beiden Dreierteams am Tisch programmieren kleine Spiele auf LoL-Shields (Lots of LEDs), einen LED-Matrixaufsatz für das Arduino. Das Jungenteam entwickelt ein Spiel, bei dem zwei Spieler sich gegenseitig „abschießen“. Jeder der beiden Spieler hat zwei winzige Taster auf dem Steckboard, mit denen er sein Dreieck auf der Grundlinie nach links und rechts steuern kann. Aus der Spitze des Dreiecks kommt der „Schuss“, dem man ausweichen muss.

Drei Mädchen schauen auf ein Laptop, eine tippt gerade was ein. Ein Betreuer schaut zu.

Drei Mädchen entwickeln das Spiel „Catch the Fruits“. Foto: VDI Technolgiezentrum

Das Mädchenteam hat sich das Spiel „Catch the Fruits“ ausgedacht. Die ersten paar Stunden haben sie damit verbracht, eine Laufschrift zu programmieren. Erst jetzt kommen sie dazu, das eigentliche Spiel zu erschaffen. Dabei haben sie sich was Besonderes ausgedacht. „Wir haben hier einen Lagesensor eingebaut“, erklärt eine und die beiden anderen fügen hinzu „Die drei aneinander hängenden LED-Pixel am unteren Bildrand stellen einen Korb dar. Vom oberen Bildrand fallen einzelne Pixel, die die Früchte darstellen, herunter.“ „Durch Kippbewegungen nach links und rechts muss man dann die Früchte mit dem Korb aufsammeln.“

Nach dem Mittagessen in der angrenzenden Kantine merken viele Teams plötzlich, dass die Zeit langsam doch etwas knapper wird. Eine leichte Hektik macht sich breit, die jedoch in der Arbeitswut immer wieder erstickt wird, andere bleiben hingegen ganz cool. Bis spätestens vier Uhr müssen die Projekte fertig werden, dann kommen nämlich Eltern, Geschwister und Freunde vorbei, vor denen alle Projekte nacheinander präsentiert werden. In der letzten Stunde davor müssen die Jugendlichen also zusätzlich auch noch eine kleine Präsentation vorbereiten.

Blick von hinten in den vollen Raum.

Dann präsentieren alle Teams ihre Projekte vor Verwandten und Freunden. Foto: VDI Technologiezentrum

Kurz vor vier tauchen die ersten Familienangehörigen auf. Sie bemerken, dass die Jugendlichen voll konzentriert sind, stören sie daher nicht und setzen sich auf die bereit gestellten Stühle an den Rand. Nach und nach kommen immer mehr und es wird richtig voll im InfoSphere. An den Tischen wird bis zur letzten Sekunde fieberhaft gearbeitet. Bei einigen Teams tauchen plötzlich Probleme auf, während andere nicht ganz fertig werden.

Drei Jungen laufen neben dem kleinen Auto her, einer steuert es mit einem Laptop.

Ein spannender Moment: Fährt das Auto – oder nicht? Foto: VDI Technologiezentrum

Schließlich präsentiert ein Team nach dem anderen sein Projekt. Auch wenn hier und da der berühmt-berüchtigte Vorführeffekt zuschlägt: Die Freunde und Verwandten sind sichtlich beeindruckt. Was die Schülerinnen und Schüler – teilweise ohne Vorwissen – nach dem Einführungstag innerhalb nur eines Tages entwickelt haben, ist eine unglaubliche Leistung.

Alle sechs Betreuer des InfoSpheres nebeneinander: zwei Studentinnen und vier Studenten.

Das InfoSphere-Team . Foto: VDI Technologiezentrum

Die Veranstalter sind hoch zufrieden mit dem gesamten Ablauf und Nadine bedankt sich für das gesamte InfoSphere-Team bei den Teilnehmerinnen und Teilnehmern für die zwei ereignisreichen Tage sowie beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) für die Unterstützung des Feriencamps im Rahmen der Make Light-Initiative.

Am Ende bekommt dann noch jede Teilnehmerin und jeder Teilnehmer eine Urkunde aus den Händen der Betreuerinnen und Betreuer verliehen.

Die Betreuer überreichen den Jugendlichen einzeln eine Urkunde und ein Schlüsselband.

Am Ende erhält jede Teilnehmerin und jeder Teilnehmer eine Urkunde. Foto: VDI Technologiezentrum

„Nach diesem tollen Erfolg wollen wir das Feriencamp auf jeden Fall wiederholen“ erzählt Nadine begeistert. „Der nächste Termin ist bereits für diese Osterferien gesetzt, dann sogar über drei Tage vom 8. bis zum 10. April. Man kann sich auch schon dafür anmelden.“

Und sicher werden dann auch wieder einige Schülerinnen und Schüler von heute mit dabei sein. Schließlich gibt es ja noch so viel, was man mit Informatik und Photonik auf der Welt entdecken – und vielleicht sogar verbessern kann.

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