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Projekt-INF

When Androids Control Robots Novel Approaches to CS0
Betreuer Dr. rer. nat. Christoph Stach
Prüfer Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang
Ende2015/06/15
Beschreibung

Ausgangssituation

IT spielt in immer mehr Bereichen unseres täglichen Lebens eine wichtige Rolle. Folgerichtig sollte sie auch einen Platz im Lehrplan finden. Dass die Realität diesbezüglich gänzlich anders aussieht, zeigt eine alarmierende Pressemitteilung der BITKOM [1]. Meist wird der Computer lediglich als leistungsfähige Schreibmaschine, Kommunikationsmittel oder bequeme Informationsquelle eingesetzt. Das volle Potential, das der Computer als Lehrmittel haben könnte, wird selten ausgeschöpft. Selbst im Informatikunterricht werden die Heranwachsenden mit veralteten Lehrinhalten und einer wenig motivierenden Aufarbeitung dieser konfrontiert. Papert [2] adressierte  mit seinem Buch genau diese Problematik und formulierte die These, dass Kinder, wenn sie einen sinnvollen Umgang mit dem Computer erlenen, in allen schulischen Bereichen davon profitieren. Der Spielwarenhersteller LEGO griff mit dem Mindstorms Invention System [3] Paperts These wieder auf. Mindstorms ist dabei weit mehr als einfach nur ein technisches Spielzeug [4].

Ein anderes IT-Thema, das Schüler in jeder Altersstufe gleichermaßen fasziniert, ist die Programmierung von Apps. Besonders Google legt großen Wert darauf, dass ihr Android-System auch im Unterricht sinnvoll genutzt werden kann [5]. Warum also nicht die beiden Themenkomplexe kombinieren, um Schüler für die Informatik zu faszinieren und ihnen gleichzeitig relevante Aspekte der Programmierung und Softwareentwicklung zu vermitteln?

Ziel und Aufgabenstellung

Ziel dieser Arbeit ist es, einen Android-Workshop für Lehrer zu konzipieren. Der Workshop soll sich damit beschäftigen, wie man Apps für Android erstellen kann. Dabei sollen drei unterschiedliche Techniken vorgestellt werden, die sich für unterschiedliche Klassenstufen besonders gut eignen. In kleinen Einheiten sollen die wichtigsten Aspekte der jeweiligen Methode vermittelt werden. Ziel dabei ist es, jeweils eine Fernbedienungs-App für einen LEGO Mindstorms Roboter zu entwickeln. Die Workshop-Inhalte sollen den Lehrern einerseits dabei helfen, neue Themengebiete der Informatik kennen zu lernen, und andererseits Anregungen für die Gestaltung ihres Unterrichts bieten, um so das Interesse ihrer Schüler am Fach Informatik zu wecken bzw. fördern.

Zu diesem Zweck müssen im Rahmen des Projekt-INFs für einen Android-Workshop geeignete Aufgaben konzipiert sowie eine App zur Fernsteuerung des Roboters implementiert werden. Die App soll dabei als

  • native App mit Android-SDK (evtl. auch NDK) [6],
  • native App mit dem AppInventor [7] sowie
  • hybride App mit Sencha Touch [8]

realisiert werden. Bei jeder Entwicklungsart sollen die jeweiligen Besonderheiten herausgearbeitet werden und analysiert werden, inwiefern sich diese für den Einsatz im Unterricht eignen. Die Workshop-Inhalte sollen interessant und motivierend gestaltet sein, müssen sich aber auch von Laien bewerkstelligen lassen.

Da die erstellten Programme den Workshop-Teilnehmern zugänglich gemacht werden, muss der komplette Java-Quellcode den offiziellen Programmierrichtlinien von Sun entsprechen und ausreichend kommentiert sein. Es dürfen nur solche Bibliotheken verwendet werden, deren Lizenzmodell einem schulischen Einsatz nicht widerspricht.

Die Ergebnisse dieser Arbeit müssen in einem wissenschaftlichen Paper und einem hochschulöffentlichen Vortrag präsentiert sowie in einem ersten Probelauf des Workshops evaluiert werden.

Zu erstellende Artefakte

  • Ausformulierte Problemstellung
  • Software-Modell für die Fernbedienungs-App
  • Programmcode als Android SDK-Projekt
  • Programmcode als AppInventor -Projekt
  • Programmcode als Sencha Touch-Projekt
  • Evaluation der drei Entwicklungsarten
  • Arbeitsmaterial für den Workshop
  • Präsentationsmaterial für den Workshop
  • Bericht über einen ersten Probelauf des Workshops
  • Wissenschaftliches Paper gemäß den Formatvorgaben
  • Präsentationsmaterial für den hochschulöffentlichen Vortrag

Organisatorisches

Art der Arbeit

Projekt-INF

Titel

When Androids Control Robots – Novel Approaches to CS0

Betreuer

Dipl.-Inf. Christoph Stach

Prüfer

Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang

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Literatur

[1] BITKOM, “In Deutschland fehlen 41.000 IT-Experten,” http://www.bitkom.org/de/presse/8477_80733.aspx, November 2014.

[2] S. Papert, Mindstorms: Children, Computers, and Powerful Ideas. Basic Books, Inc., 1980.

[3] The LEGO Group, “LEGO Mindstorms,” http://mindstorms.lego.com/en-us/default.aspx, February 2013.

[4] P. B. Lawhead, M. E. Duncan, C. G. Bland, M. Goldweber, M. Schep, D. J. Barnes, and R. G. Hollingsworth, “A Road Map for Teaching Introductory Programming Using LEGO Mindstorms Robots,” ACM SIGCSE Bulletin, vol. 35, pp. 191–201, 2002.

[5] Google, “Google for Education,” https://www.google.com/edu/, 2014.

[6] A. Becker and M. Pant, Android 4.4: programmieren für Smartphones und Tablets - Grundlagen und fortgeschrittene Techniken. dpunkt-Verl., 2014.

[7] J. Tyler, App Inventor for Android: build your own apps - no experience required! Wiley, 2011.

[8] F. Franke and J. Ippen, Apps mit HTML5 und CSS3: für iPad, iPhone und Android; [Geodaten, Videos, Sound, Grafiken, Bewegungssensoren u.v.m.; Arbeit mit jQuery Mobile, Sencha Touch, PhoneGap; inkl. Entwicklung von Tablet-Magazinen]. Galileo Press, 2013.