Einsatz der fischertechnik Lernfabrik 4.0 für die Lehre des Programmierens

Kurzzusammenfassung:

Die fischertechnik Lernfabrik 4.0 besteht aus sechs verschiedenen Stationen, welche zusammen einen Beschaffungs- und Verarbeitungsprozess in der Industrie 4.0 abbilden. Die Stationen werden jeweils durch einen TXT-Controller gesteuert. Diese Controller können entweder kompilierte C-Programme ausführen, welche auf diesen deployed werden können (offline Modus), oder über ein Netzwerk live von einem anderen Computer gesteuert werden (online Modus). Studierende im Studiengang Wirtschaftsinformatik können mithilfe dieser Fabrik schrittweise an die Themengebiete „Programmierung“ und „Objekorientierung“ herangeführt werden. Durch den starken Bezug der Fabrik zu wirtschaftlichen Prozessen wird eine Identifikation der Studierenden mit diesen Themen erleichtert.


Übersicht

Ziele:

  • Schrittweise Einführung objektorientierter Konzepte in der Programmierung.
  • Identifikation der Studierenden mit den Themen der Programmierung.

Didaktische Funktion(en):

  • Wiederholung & Festigung
  • Transfer & Anwendung
  • Rückmeldung & Feedback

Hintergrund / didaktisch-methodische Einordnung:

Die fischertechnik Fabriken werden hauptsächlich für StudienanfängerInnen im Studiengang Wirtschaftsinformatik eingesetzt. Der Großteil hiervon hat noch keine Berührung mit dem Thema Programmieren gehabt. Es wird hierbei der Ansatz des Konstruktivismus verfolgt. Die physische Fabrik repräsentiert dabei die bekannte Welt und die Programmierung (virtuell) die unbekannte. Damit die Studierenden einen Anhaltspunkt haben, werden die Konzepte der Programmierung bzw. der Objektorientierung mit bestimmten Teilen bzw. Funktionalitäten der Fabrik verknüpft. Somit können die Studierenden auf etwas Bekanntem aufbauen.

Sozialform(en):

Einzelarbeit, Partnerarbeit, Kleingruppenarbeit (3-5)

Anzahl der Lernenden:

ab 1 Person


Voraussetzungen und Ressourcen

Voraussetzungen:

Lehrperson(en) benötigen sehr gute Kenntnisse in objektorientierter Programmierung. Lernende benötigen keine Vorkenntnisse.

Ausstattung & Medien:

Seminarraum je nach Anzahl der Lernenden, ein PC/Laptop pro Person/Gruppe, eine Station/eine Fabrik pro Person/Gruppe


Ablauf

Beispiele oder Materialien:

fischertechnik Lernfabrik 4.0
fischertechnik Lernfabrik 4.0 (https://www.fischertechnik.de/de-de/service/elearning/lehren/lernfabrik-4)

Beispielaufgabe:

Verwenden Sie den Vacuum Gripping Robot (VGR), um ein Produkt an eine andere Position zu bewegen. Führen Sie dabei die folgenden Schritte durch:

  1. Sauger an das Objekt heranbewegen
  2. Hydraulische Pumpe einschalten
  3. Roboterarm umpositionieren
  4. Hydraulische Pumpe ausschalten
  5. Roboterarm zurück in die Ausgangsstellung bewegen

Hinweise zur Vorbereitung:

Die Lehrperson muss die Übung vorbereitet haben. Die Studierenden müssen die grundsätzlichen Funktionen der Station(en) kennen, die in der nächsten Übung eingesetzt werden.

Hinweise zur Nachbereitung:

keine

Hinweise zur Dauer: 90 Min.


Kritische Einordnung

Vorteile und Stärken:

Sehr gut geeignet für Anfänger(innen), es unterstützt die Kommunikation und Interaktion zwischen den Studierenden.

Grenzen und Schwächen:

Die Erstellung und Wartung einer geeigneten API, welche die Studierenden zur Steuerung der Fabrik verwenden können ist zeitaufwändig. Die Anschaffung der Fabriken ist vergleichsweise teuer.

Sonstige Hinweise:

Die fischertechnik Fabrik 4.0 wird hier für Studierende des ersten Semesters eingesetzt, um grundlegende Prinzipien der objektorientierten Programmierung zu vermitteln. Aufbauend hierzu können in späteren Semestern Projekte durchgeführt werden, um komplexere Produktionsabläufe zu simulieren. Dabei könnten auch mehrere Fabriken interagieren.


Literatur und weiterführende Hinweise
  • Gensheimer, M.; Müller, E.; Hagel, G. (2020): A hands-on approach on software engineering education using fischertechnik hardware, In: Proceedings of the 4th European Conference on Software Engineering Education (ECSEE ’20).
  • Reich, K. (2004): Konstruktivistische Didaktik auf dem Weg, die Didaktik neu zu erfinden. LernLust und EigenSinn. Systemisch-konstruktivistische Lernwelten. (2004), 179–190.
  • fischertechnik: Lernfabrik 4.0, https://www.fischertechnik.de/de-de/service/elearning/lehren/lernfabrik-4, Zugriff: 15.11.2019