Software Engineering mit Lego Mindstorm Robotern

Kurzzusammenfassung:

In diesem Lehr-Lern-Arrangement geht es darum, dass Studierende im Rahmen einer Veranstaltung den kompletten Entwicklungsprozess eines Softwareprojekts mit einem Lego NXT Mindstorm Roboter durchlaufen. Die Veranstaltung ist als 5-tägige Blockveranstaltung mit zwei zusätzlichen Terminen während des Semesters geplant. Dabei sollen fachliche und überfachliche Kompetenzen gleichverteilt adressiert werden. Die Studierenden arbeiten im Rahmen dieses LLAs mit einem Erkundungsroboter, welcher in einem unbekannten Terrain (Labyrinth) ausgesetzt wird – angelehnt an den Mythos des Minotaurus. Der Roboter muss einen Weg aus dem Labyrinth finden und soll auch vom Benutzer steuerbar sein. Roboter soll mit Hilfe eines frei wählbaren Algorithmus und Sensor-Unterstützung den Ausgang aus einem Labyrinth finden können. Dabei soll das Labyrinth kartographiert werden, um einen zweiten Roboter, ohne Sensor-Unterstützung, auf dem kürzesten Weg aus dem Labyrinth steuern zu können. Zusätzlich soll der NXT-Roboter auch von der Applikation auf dem Server und über allen gängigen Browsern auf den Web-Clienten ferngesteuert und überwacht werden können.


Übersicht

Ziele:

  • Die Studierenden sollen alle Schritte des Projektmanagements durchlaufen können
  • Die Studierenden sollen einen für einen speziellen Anwendungsfall geeigneten Softwareentwicklungsprozess identifizieren und durchführen können
  • Die Studierenden sollen Templates für verschiedene Prozesse im Projektmanagement benennen und ausfüllen können
  • Selbstständige Strukturierung von Problemfeldern
  • Problemorientiertes und handlungsorientiertes Lernen
  • Erkennen von Zusammenhängen und Strukturen
  • Erwerb von Kooperations- und Teamfähigkeit
  • Planung und Durchführung von Projekten

Didaktische Funktion(en):

  • Anwendung
  • Wiederholung und Vertiefung

Hintergrund / didaktisch-methodische Einordnung:

Sozialform(en):

Gruppenarbeit

Anzahl der Lernenden:

Max. 12 Personen


Voraussetzungen und Ressourcen

Voraussetzungen:

  • 2 Lehrpersonen erforderlich, da hoher Betreuungsaufwand
  • 1 externer Betreuer aus dem Bereich Projektmanagement sinnvoll,
    der über die Woche verteilt überfachlichen Input an die Studierenden vermittelt

Ausstattung & Medien:

  • Software zur Programmierung des Roboters und zur Konfiguration des Kameramoduls
  • Abgegrenzter Bereich als Terrain
  • Lego NXT Roboter mit installiertem Kameramodul
  • Aufgabenstellung, sämtliche Dokumentationen zum Kameramodul und Programmierhandbücher

Ablauf

Hinweise zur Vorbereitung:

Die Kameramodule müssen am Roboter richtig angebracht und installiert sein, um ein optimales Blickfeld zu erlangen. Zur Konfiguration der Kamera und der entsprechenden Farbspektren ist eine weitere Software und eine gewisse Einarbeitungszeit notwendig. Diese zusätzliche Zeit muss bei der Bearbeitung der Aufgabe mit eingerechnet werden.

Hinweise zur Nachbereitung:

Korrektur, Bewertung und Feedback auf die erstellten Artefakte.

Hinweise zur Dauer: Insgesamt 150 Stunden, davon zwei einzelne Termine und Vorarbeiten von etwa (ca. 70-100 Stunden) und die Projektwoche selbst (50 Stunden)


Kritische Einordnung

Vorteile und Stärken:

Die Studierenden durchlaufen innerhalb dieser Woche einen kompletten Software Zyklus. Sie lernen in einem Team zu arbeiten und auch mit überfachlichen Problemen umzugehen. Außerdem verbessern sie ihre Fähigkeiten in der Softwareentwicklung.
Die Studierende können agile Projektmanagement Methoden anwenden.

Grenzen und Schwächen:

Zeitaufwändig in der Vor- sowie Nachbereitung (vor allem für die Lehrenden), sowie hoher Betreuungsaufwand während der Blockwoche.


Literatur und weiterführende Hinweise
  • Krajcik, J. S., Blumenfeld P. C. (2006). Projekt based Learning. In: The Cambridge Handbook of the Learning Sciences. (2006). 
  • R. Keith Sawyer (ed). Cambridge University Press Bell, S. (2010). Project-Based Learning for the 21st Century: Skills for the Future, The Clearing House: A Journal of Educational Strategies, Issues and Ideas, 83:2, 39-43, DOI: 10.1080/00098650903505415