Spannungen messen mit dem CALLIOPE mini – Gamification in der Wirtschaftsinformatik

CALIOPE mini und Gamification.

Der Raspberry Pi und der Arduino lassen sich als „Spielzeuge“ für Studierende der Wirtschaftsinformatik einsetzen, um einen ersten Zugang zur Programmierung oder – in den höheren Semestern – einen Einstieg in Themen wie Internet of Things (IoT), smart home und smart factory zu gewinnen. Noch niederschwelliger könnte das mit dem CALLIOPE mini gelingen, der für die ersten Experimente ohne zusätzliche Materialien auskommt. Der CALLIOPE mini wurde für dritte Grundschulklassen entwickelt und kommt etwas verspielt daher. Immerhin lässt er sich als „Spannungsschätzgerät“ einsetzen. Zunächst wird beschrieben, wie der CALLIOPE mini in Gamification-Konzepte passt. Danach wird dann der der konkrete Aufbau beschrieben. Ein youtube Video zeigten den „CALLIOPE in action“:

CALLIOPE mini adressiert die Spielertypen „Explorer“ und „Socializer“.

Der CALLIOPE mini hat Sensoren und eine LED-Matrix an Bord, die sehr einfach und schnell in Betrieb genommen werden können. Das lädt zum Experimentieren und „Erforschen“ ein, der Spielertyp „Explorer“ sollte hierdurch adressiert werden (Bartle 1996). In den kommenden Semestern soll der CALLIOPE mini alternativ zum oder in Kombination mit Raspberry Pi und Arduino in Kleingruppenprojekten (Hochschullehre) eingesetzt werden. Die letzten Semester zeigten, dass insbesondere in den „Gadget-orientierten“ Projekten sich schnell ein intensives Projektteam- Gefüge etablierte. Mit dem CALLIOPE mini, der deutlich emotionalisierender daherkommt als ein Arduino und auch Studierende mit einer weniger hohen technischen Leistungsselbsterwartung anspricht, sollte dann auch der Spielertyp „Socializer“ angesprochen werden.

CALLIOPE mini ergänzt den didaktikmethodischen Werkzeugkoffer.

Über den spielerischen Umgang mit Programmierung sollte die Time-on-Task (Anderson) erhöht werden. Das schnelle Erfolgserleben mit dem CALLIOPE mini sollte ebenso die Motivation erhöhen, sich mit Programmierung auseinanderzusetzen (Deci & Ryan 2000 , Brell 2017).

Wie funktionierts?

Der CALLIOPE mini hat fünf große gut zugängliche Kontakte, von denen zwei als analoge Eingänge betrieben werden können. Ebenso stellt der CALLIOPE mini über die Kontakte eine Spannung von etwa 3,2 Volt zur Verfügung. Daraus kann mit Hife eines Potentiometers eine zwischen 0 Volt und 3,2 Volt einstellbare Spannung gewonnen werden, die wiederum als zu messendes Signal für den analogen Eingang dient (Abbildung 1). Für ein erstes Experiment ist das ausreichend, es lassen sich viele Anwendungsfälle ableiten, in denen das Potentiometer durch z.B. eine LDR-Festwiderstand-Kombination oder einem Dehnungsmesstreifen ersetzt wird. Die mit dem analogen Eingang gemessene Spannung wird über die eingebaute LED-Matrix visualisiert. Dazu werde die ersten beiden Reihen genutzt, je mehr LED leuchten, desto höher ist die gemessene Spannung.

Abbildung 1: Der Versuchsaufbau.

Das Programm.

Der CALLIOPE mini lässt sich mit drei verschiedenen Programmiersprachen mit Hilfe eines Online-Editors über calliope.cc programmieren. Der fertige Programmcode wird lediglich heruntergeladen und auf den über USB angeschlossenen CALLIOPE mini kopiert. Hier kommt die grafische Programmierumgebung zum Einsatz, Abbildung 2 zeigt den damit erzeugten Quellcode.

Das Programm ist denkbar einfach. In einer Endlosschleife wird zunächst ein Spannungswert von P1 gelesen und in einer Variablen analogWert gespeichert. analogWert wird durch 101 geteilt, da P1 Werte von 0 bis 1024 entsprechend 0 Volt bis 3,2 Volt liefert und lediglich Werte von 0 bis 10 für die Anzeige benötigt werden.

Der nächste Block schaltet die LED in den ersten beiden Reihen der 5×5 Matrix. Je höher die Spannung, desto mehr LED werden auf an geschaltet. Der Laufvariablen index entsprechende LED wird eingeschaltet, wenn analogWert größer ist, und ausgeschaltet, wenn analogWert von index überschritten wird.

Quellen:

Internetseite zum CALLIOPE mini: https://calliope.cc/, zuletzt abgerufen am 15.12.2017

Anderson, Lorin W. (1986): Instruction and Time-on-Task: a Review. In: Time and School Learning: Theory, Research and Practice. Croom Helm, Beckenham, ISBN 978-0-709-90518-9, S. 143−166.

Brell, Claus (2017) Gamification. In das wirtschaftsstudium WISU 11/17, Düsseldorf. p.1263-1269, 1283-1284

Deci, Edward. L. & Ryan, Richard. M. (2000): The „What“ and „Why“ of Goal Pursuits: Human Needs and the Self-Determination of Behavior. In: Psychological Inquiry 11(4), 227–268.