Scratch ist eine bildungsorientierte visuelle Programmiersprache, welche Kindern, Jugendlichen wie auch Erwachsenen den einfachen Einstieg in die Programmierung ermöglicht. Sie eignet sich vorallem um Animationen und Spiele zu erstellen. Es kann jedoch auch externe Hardware angesprochen werden, wie die Lego-Roboter Boost, WeDo und Mindstorm. Mehr Informationen findest du hier und speziell für Lehrkräfte hier (zum Teil jedoch nur auf Englisch)
Um Scratch zu programmieren brauchst du nichts weiteres als einen PC (Windows, Mac, Linux) oder ein Tablet (Android, iOS) mit einem aktuellen Browser.
Um einen Lego-Robotor mit Scratch zu programmieren, benötigst du Folgendes:
- PC (macOS 10.13+, Windows 10, ChromeOS) mit Bluetooth
- Scratch Link installieren. Folge
diesen Anweisungen. Scratch Link
kommuniziert mit dem Lego-Roboter via Bluetooth.
- Linux wird von Scratch Link leider nicht unterstützt.
Falls du deinen eigenen Roboter in den Workshop mitbringen willst, sollte er folgende Eigenschaften aufweisen:
- Fahren vorwärts
- Fahren rückwärts
- Drehen an Ort
Am besten geht dies mit einem einfachen Roboter mit Raupenantrieb.
Je nach Konstruktion des Roboters und Eigenschaften der Motoren, fährt jeder Roboter eine andere Distanz pro Radmotorumdrehung. Dazu musst du deinen Roboter zuerst kalibrieren.
- Stelle sicher, dass Scratch-Link eine Verbindung zu deinem Roboter aufgebaut hat
- Öffne dazu das Kalibrierungsprogramm in Scratch:
- Kalibrierung Lego-Boost
- Kalibrierung Mindstorms EV3
- Kalibrierung WeDo2
- Beginne mit der Kalibrierung für vorwärts fahren. Ersetze die angegebene Zahl (7.5) mit deiner eigenen Zahl, bis der Robotor 50cm weit fährt. Das musst du ein paar mal ausprobieren.
- Dann machst du das gleiche für rückwärtsfahren, rechts- und links drehen. Löse dazu den roten Befehl von der grünen Fahne und hefte den nächsten roten Befehl an die Fahne.
- Siehe auch Anhang Kalibrierung
Anmerkung
Ich selbst habe nur den Lego-Boost zur Verfügung. D.h. ich konnte die Kalibrierungen und Templates für den Mindstorms und WeDo nicht testen. Ev. sind hier Anpassungen nötig. Falls du hier Unterstützung brauchst, helfe ich gerne.
Du kannst auch ohne eigenen Roboter am Workshop teilnehmen und die Übungsaufgaben programmieren. Wir werden den Roboter ganz einfach mit Scratch simulieren. Dazu brauchst du nur einen Laptop mit einem aktuellen Browser.
Für jede Aufgabe brauchst du ein Template (Vorlage), welches sogenannte Unterprogramme zur Verfügung stellt. Für Details dazu siehe Anhang Unterprogramme.
Für jeden Lego-Roboter-Typ gibt es ein solches Template. Öffne das Template und passe die Zahlen gemäss deiner Kalibrierung an. Programmiere deine Lösung "in" diesem Template.
Ein Teilnehmer ist der Programmierer und ein anderer Teilnehmer «spielt» den Roboter. Der Programmierer reiht die Programmierkärtchen so an, dass der Roboter ein Rechteck abläuft. Der Roboter-Teilnehmer muss die Befehle auf den Kärtchen genau befolgen. Hinweis: Bei einem Rechteck beträgt der Winkel (Drehung) in den Ecken 90 Grad (ein sogenannter Rechter Winkel).
Jetzt gilt es ernst! Schreibe ein Scratch-Programm, so dass der Lego-Roboter ebenfalls ein Rechteck abfährt. Als Geschwindigkeit wählst du «50». Das ist eine mittlere Geschwindigkeit. 1 wäre ganz langsam und 100 wäre maximale Geschwindigkeit.
Bis jetzt haben wir die Anzahl cm der Seitenlängen fest einprogrammiert. Wir möchten jedoch ein bisschen flexibler sein und wollen nicht jedesmal das Programm ändern, wenn der Roboter ein grösseres oder kleineres Rechteck abfahren soll. Vielmehr soll uns Scratch (die kleine Katze) fragen, wieviele cm der Roboter für die lange und kurze Seite fahren soll.
Dazu speichern wir die Seitenlängen in sogenannte «Variablen» ab. Wir brauchen zwei solcher Variablen und benennen sie «seiteLang» und «seiteKurz». Du kannst dir diese Variablen wie kleine Zettelchen vorstellen. Ein Zettelchen beschriftest du mit «seiteLang», das andere mit «seiteKurz». Darauf schreibst du die Anzahl cm der Seitenlänge. Genau wie bei unseren Programmierkärtchen! Scratch, die Katze, frägt uns nach der Seitenlänge und schreibt unsere Antwort auf das Zettelchen.
Der Roboter soll ein gleichschenkliges Dreieck fahren. Bei einem gleichschenkligen Dreieck sind immer zwei Winkel gleich gross und zwei Seiten gleich lang.
Quelle: Wikipedia
Das Programm soll dich nach der Seitenlänge c und nach dem Winkel α fragen. Der Robotor soll bei Punkt B starten und schaut zu Beginn in Pfeilrichtung. Am Schluss soll er wieder bei Punkt B sein und ebenfalls in Pfeilrichtung schauen. Damit du diese Aufgabe lösen kannst, musst du folgende zwei Gleichungen der gleichschenkligen Dreieckstheorie kennen:
-
2α + γ = 180°
-
Überlege dir:
- Welche Seite und welche Winkel kennst du?
- Welche Seiten und welchen Winkel muss das Programm berechnen?
- Wie muss sich der Roboter genau in den Ecken drehen?
Wenn du jetzt nach der Seitenlänge gefragt wirst, könntest du eine riesengrosse Zahl eingeben (z. B. 1000 cm = 10 Meter). Aber soviel Platz haben wir nicht im Schulzimmer! Der Roboter würde in eine Wand fahren. Unser Programm soll unsere Eingabe überprüfen:
- Die Seitenlänge soll zwischen 10 cm und 300 cm liegen
- Der Winkel α muss zwischen 10 und 80 Grad liegen.
Das heisst:
Wenn die Eingabe kleiner als 10 cm ist oder grösser als 300 cm, resp. kleiner als 10 Grad oder grösser als 80 Grad, dann soll Scratch eine Fehlermeldung sagen: «Deine Eingabe ist falsch» Der Roboter soll im Fehlerfall nicht fahren.
Wenn die Eingabe korrekt ist, soll keine Fehlermeldung erscheinen und der Roboter soll fahren.
Der Roboter soll das letzte Teilstück (Seite c) rückwärts fahren. Das erste Teilstück soll er etwas langsamer fahren und das letze Teilstück etwas schneller.
Das LED-Licht des Roboters soll 1 x mal rot blinken
- soll 2 x rot blinken
- soll 3 x rot blinken
- soll 10 x rot blinken
Das LED-Licht des Roboters soll rot blinken bis du die Leertaste drückst.
Die Lösungen sind für den Lego-Boost vorhanden, können aber für Mindstorms, WeDo und Simulationsmodus mit dem entsprechenden Template einfach adaptiert werden.
Lösung_A6_Simulationsmodus.sb3
Alle Programme verwenden die roten Anweisungen, wie z. B.
Dies sind sogenannte Unterprogramme, die wir selbst definieren, damit die Lösungen einfacher werden. In Tat und Wahrheit verbirgt sich hinter der einfachen Anweisung «drehe nach links um ( ) Grad» wiederum eine Reihe von Anweisungen:
- Motor A muss in die einte Richtung drehen
- Motor B muss in die andere Richtung drehen
- Motoren für eine gewisse Anzahl Rotationen drehen lassen.
Unterprogramme haben u. a. folgende Vorteile:
- Die Hauptprogramme (unsere Lösungen der Aufgaben) werden kürzer und einfacher
- Wiederholungen von den gleichen Sequenzen (z. B. für «drehe nach links um ( ) Grad» lassen sich vermeiden.
- Unterprogramme bilden eine sogenannte Abstraktion
- Der rote Teil ist die sogenannte «Schnittstelle» des Unterprogramms
- Während die Schnittstelle gleich bleibt, kann sich die
Implementation ändern. Z. B. für
- Lego® Boost
- Lego® Mindstorms EV3
- Lego® WeDo 2.0
- Simulationsmodus ohne Roboter
Auch ohne Roboter kannst du die Aufgaben dieses Workshops lösen. Anstatt den Roboter bewegen wir die Katze auf dem Bildschirm. Dazu müssen wir die Unterprogramme anpassen, resp. auf eine andere Art und Weise implementieren. Wichtig: Beachte, dass der rote Teil der Unterprogramme, die sogenannten Schnittstellen, gleich bleiben.
Zuerst musst du drei Variablen erstellen:
Die Anweisungen «lösche alles» und «schalte Stift ein» findest du unter den Erweiterungen «Malstift». Der Malstift zeichnet die Spur der Katze.
Danach können die Unterprogramme wie folgt implementiert werden:
Wenn du zu Hause weiter Scratch ausprobieren willst, findest du hier eine kleine Starthilfe. Es gibt unendlich viele Möglichkeiten, was du mit Scratch programmieren kannst.
Besuche diese Webseite: https://scratch.mit.edu
Du kannst sofort loslegen mit Programmieren wenn du auf «Beginne mit dem Erstellen» klickst. Wenn du deine Programme abspeichern möchtest um sie später wieder zu verwenden, dann musst du unter «Werde Scratcher» ein Konto erstellen.
Falls du einen Lego-Roboter (Mindstorms EV3, Boost oder WeDo 2.0) hast, muss du einmalig das Programm «ScratchLink» auf deinem PC installieren. Mehr dazu erfährst du hier: https://scratch.mit.edu/boost
Dann kannst du auf der Programmierseite links unten eine Erweiterung hinzufügen:
Danach wählst du deinen Roboter aus:
Für Fragen und Hilfestellungen kannst du mich gerne kontaktieren: