Smart Home - Programmieren im Unterricht
Von der Elektroinstallation zum eigenen Smart Home
In diesem Projekt entwickeln Schülerinnen und Schüler ein eigenes Smart-Home-System auf Basis eines Modellhauses zur Elektroinstallation. Ausgangspunkt ist ein übersichtlicher Installationsaufbau, an dem grundlegende elektrische Zusammenhänge nachvollzogen werden können. Mit dem Calliope mini werden Schritt für Schritt Sensoren eingebunden und Funktionen wie Lichtsteuerung, Temperaturanzeige oder Alarmfunktionen programmiert. Das Projekt ist exemplarisch für den Einsatz mit dem Calliope mini beschrieben, kann jedoch ebenso mit dem BBC micro:bit umgesetzt werden.
Geeignet für:
ab 5. Klasse
Gruppenarbeit
Werken / Technik
Informatik / Digitale Bidung
Zeitrahmen:
4-6 Unterrichtsstunden
Lernbereich:
- Programmieren / Coding
- Sensorik und Aktorik
- Technische Systeme verstehen
- Elektrische Grundlagen (optional)
- Smart-Home-Anwendungen
Differenzierungsmöglichkeiten
Das Projekt kann durch einen tieferen Einstieg in die Elektroinstallation ergänzt werden, um grundlegende technische Zusammenhänge vor der digitalen Steuerung zu erarbeiten. Leistungsstärkere Gruppen können komplexere Smart-Home-Szenarien entwickeln und mehrere Funktionen miteinander verknüpfen.
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Was wird geschult?
Folgende Kompetenzbereiche werden mit diesem Modell besonders gestärkt:
Fachkenntniss
- Die Schülerinnen und Schüler verstehen grundlegende Prinzipien von Sensoren und Aktoren.
- Sie erkennen, wie technische Systeme auf Umweltbedingungen reagieren.
- Sie erwerben Kenntnisse in der Programmierung (Eingaben, Bedingungen, Steuerung).
Sozialverhalten
- Zusammenarbeit in Gruppen wird gezielt gefördert.
- Aufgaben werden verteilt und gemeinsam bearbeitet.
- Ergebnisse werden präsentiert und reflektiert.
Persönlichkeitsentwicklung
- Die Schülerinnen und Schüler erleben Selbstwirksamkeit durch funktionierende Systeme.
- Sie treffen eigenständige Entscheidungen bei Planung und Umsetzung.
- Problemlösekompetenz und Ausdauer werden gestärkt.
Kreativität
- Eigene Smart-Home-Szenarien werden entwickelt und umgesetzt.
- Technische Lösungen werden individuell erweitert und angepasst.
- Eigene Ideen werden in funktionierende Programme überführt.
Das wird benötigt:
Material:
Basis für die Grundanwendung
- Bausatz Modell Haus-Elektroinstallation 103395
- Calliope mini oder Micro:bit
- Mini-Breadboard
- Jumper-Kabel (Steckverbindungen)
- LED oder vorhandene Hausbeleuchtung aus dem Bausatz
- Lichtsensor (für automatische Lichtsteuerung)
- Temperatursensor
Optinal: Erweiterungen für Differenzierung und modularen Ausbau
- RGB-LED (für Zustandsanzeigen, z. B. Temperatur)
- PIR-Bewegungssensor (für Alarmfunktionen)
- einfacher Kontakt / Schalter (z. B. Fensterkontakt)
- Relais (zur Schaltung größerer Verbraucher)
- Servo (z. B. für Rollläden oder bewegliche Elemente)
Nützlich ist auch:
- Taster (alternativ integrierte Tasten des Calliope nutzbar)
- Laptop oder Tablet (für MakeCode)
- Bleistift, Marker, Buntstifte
- Unterlage / Tischschutz
Werkzeuge:
- Seitenschneider, Schere
- kleine Zange oder Pinzette
- Schraubendreher
Unterrichtsablauf:
Der Einstieg erfolgt über die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler: Smart-Home-Technologien sind aus dem Alltag bekannt und bieten einen motivierenden Zugang zum Thema. Wo begegnet uns Smart Home im Alltag? Gemeinsam wird erarbeitet, welche Funktionen ein modernes Haus haben kann und wie Technik auf ihre Umwelt reagiert. Je nach Schwerpunkt kann der Unterricht mit einem Blick auf elektrische Grundlagen beginnen. Das Modellhaus ermöglicht es, einfache Installationen sichtbar zu machen und grundlegende Zusammenhänge zu verstehen.
Im Zentrum steht anschließend die digitale Steuerung: Die Schülerinnen und Schüler programmieren mit dem Calliope mini erste Funktionen und erleben, wie Sensoren Daten erfassen und in Aktionen umgesetzt werden. Die Arbeit erfolgt in Gruppen, sodass Austausch, Fehlersuche und Problemlösen aktiv gefördert werden. Schritt für Schritt entstehen funktionale Smart-Home-Anwendungen, die direkt am Modell nachvollziehbar sind.
Im weiteren Verlauf werden Systeme erweitert, kombiniert und optimiert. Dabei erkennen die Lernenden, wie technische Systeme aufgebaut sind und wie digitale Steuerung funktioniert
Hinweis für den Unterricht
Ein Coding Setup pro Gruppe (2–4 Schülerinnen und Schüler) ist völlig ausreichend. So bleibt das Projekt überschaubar und gleichzeitig aktiv für alle Beteiligten.
Smart Home - So funktioniert`s:
1. Vorbereitung und Aufbau des Modellhauses
- Bausatz vorbereiten und aufbauen: Das Modellhaus wird gemäß der beiliegenden Anleitung aufgebaut. Die elektrischen Verbindungen (z. B. Beleuchtung) werden je nach Lernziel zunächst einfach und übersichtlich installiert oder bewusst außen.
- Technikbereiche festlegen: Gemeinsam wird überlegt, welche Funktionen das „Smart Home“ haben soll (z. B. Licht, Temperatur, Sicherheit). Die Bauteile werden entsprechenden „Räumen“ zugeordnet.
2. Einfacher Einstieg: Lichtsteuerung mit Taster
- LED oder Hausbeleuchtung anschließen
- Programm: „Wenn Taste A gedrückt → Licht an / aus“
Warum das ideal ist:
- sofort verständlich
- kein Sensorrauschen
- schneller Erfolg
4. Lichtsensor - Automatische Lichtsteuerung
Lichtsensor anschließen
Programm:
„Wenn es dunkel ist → Licht an“„Wenn es hell ist → Licht aus“
Lernziel: Wenn-Dann-Logik verstehen
5. Temperatursensor - Temperatur anzeigen und reagieren
- Temperatursensor anschließen
- RGB-LED nutzen
- Programm:
- kalt → blau
- warm → rot
Optional: Anzeige auf Calliope (Display)
Hinweis
Dieses Projekt ist bewusst so angelegt, dass es schrittweise erweitert werden kann. Vom einfachen Einstieg bis hin zu komplexeren Smart-Home-Anwendungen wächst das System mit den Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler mit und lässt sich flexibel an unterschiedliche Lernniveaus anpassen.
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Differenzierungsmöglichkeiten
Zusätzliche Erweiterungen:
Erweiterung 1 : Sicherheitssystem
Bewegung oder „Fensterkontakt“ einbauen
- PIR-Sensor oder einfacher Kontakt
- Programm:
„Wenn Bewegung erkannt → Alarm (Ton oder Licht)“
Optional: Alarm nur aktiv bei „Schalter an“
Erweiterung 2: Systeme kombinieren
Mehrere Bedingungen verknüpfen
Beispiele:
- Licht nur bei Dunkelheit UND Bewegung
- Alarm nur bei aktiviertem System
- Temperatur + Anzeige + Reaktion kombinieren
Lernziel: logische Verknüpfungen verstehen
Erweiterung 3: Komfortfunktionen
Erweiterte Smart-Home-Ideen umsetzen
- Servo für „Rollläden“ oder „Sonnensegel“
- verschiedene Lichtstimmungen
- Timer-Funktionen
