Bei der Einführungsveranstaltung des Studierendenprojektes „Hecken in der Landschaft“ haben wir einen ersten Makerspace-Workshop durchgeführt. Die Idee dahinter war, das Interesse der Studierenden mit einem einfachen Makerspace-Beispiel zu wecken und den Studierenden die Angst vor der Technologie und dem Programmieren zu nehmen. In dem Workshop sollten die Studierenden in vier Schritten lernen wie man einen Sensor bastelt und testet:
1) Anhand einer Anleitung sollten die Studierenden einen ganz einfachen Bodenfeuchtesensor basteln, der nur aus einem Arduino, zwei Nägeln, einem Plastikschraubdeckel und einem Widerstand besteht.
2) Ein einfaches Skript für das Ablesen der Spannungsmessungen und Darstellen auf einem seriellen Monitor wurde bereitgestellt. Dazu mussten die Studierenden die Arduino Anwendung auf den Laptops installieren.
3) Mit dem fertigen Sensor haben die Studierenden dann Messungen in verschiedenen Wassergläsern (destilliertes Wasser, Leitungswasser, Leitungswasser mit Salz) sowie in Bodenproben mit unterschiedlichen, bekannten Wassergehalten durchgeführt.
4) Mit diesen Messdaten sollten anschließend Kalibrationskurven erstellt werden.
Planung / Vorbereitung des Workshops
Die Arbeit, die ich als Lehrende zur Vorbereitung des Workshops hatte, kann in verschiedene Schritte unterteilt werden:
- Ich musste mir Basiswissen zur Arbeit mit Arduinos aneignen. Der Arbeitsaufwand für diesen Schritt ist natürlich abhängig von der eigenen Vorerfahrung. Ich hatte keinerlei Vorerfahrung, weshalb der Aufwand hier ziemlich hoch war: >> 40 Stunden
- Anschließend habe ich ein gutes, einfaches Beispiel gesucht für den ersten Workshop, damit die Studierenden einmal in kurzer Zeit alle Schritte durchgehen konnten, vom Bau des Sensors bis zur Kalibrierung, aber auch nicht sofort überfordert waren. Dieses erste Beispiel musste natürlich für die Studierenden auch relevant sein, weshalb ich Bodenfeuchte als Zielvariable gewählt habe. Für diesen Workshop habe ich eine Anleitung geschrieben. Aufwand: ~ 6 Stunden.
- Ich habe zunächst für mich zum Testen einige Sachen gekauft und dann für den ersten Workshop genug Bauteile, damit die Studierenden in kleine Gruppen (max. 3 Personen) einen Sensor basteln und kalibrieren konnten. Ich habe dabei gelernt, dass die originalen Arduinos / Raspberry Pis, Sensoren usw. mit relativ kurzen Lieferzeiten aber auch höheren Preise in Europa bestellt werden können. Deutlich billigere Nachbauten können aus China gekauft werden, wenn sie rechtzeitig bestellt werden. Für diesen Workshop musste ich alle Teile zeitig und in ausreichende Menge besorgen: Kabel, Breadboards, Arduinos oder andere Einplatinen-Computer, und weitere für die Sensoren benötigte Teile. Aufwand mit Auswahl des Materials, Online Bestellung, Abrechnungen bzw. Erstattungen, usw.: ~ 4 Stunden.
- Einige Eimer mit Boden mit unterschiedlichen Wassergehalten habe ich für das Testen bzw. die Kalibration der Sensoren vorbereitet. Damit muss einige Tage vor dem Workshop angefangen werden, damit das Wasser sich homogen in der Bodenmasse verteilen kann. Um zu berechnen wie viel Wasser zu welchem Bodenvolumen zugefügt werden musste, habe ich zuerst den vorhandenen Wassergehalt des Bodens durch Trocknen im Ofen bestimmt. Anschließend habe ich jeweils 1,4 kg Boden befeuchtet und diese abgedichtet in den Eimern stehen gelassen. Da ich eine große Menge guten Lössbodens vorrätig hatte, war diese Vorbereitung nicht sehr aufwendig: ~ 1,5 Stunden.
- Als die Beschreibung fertig war, habe ich als Test, ob alles ausreichend klar beschrieben war und das Basteln des Sensors gut funktionierte, zwei studentische Hilfskräfte gebeten einen Sensor nach der Anleitung zu bauen.
Ablauf des Workshops
Beim Workshop hatte ich die Unterstützung von zwei studentischen Hilfskräften. Wichtig für den Ablauf des Workshops war, dass für je 2 bis 3 Studierende ein Laptop vorhanden war. Dazu hatten wir im Vorfeld die Studierenden gebeten ihre Laptops mit zu bringen. Am Anfang des Workshops wurde die Aufgabe kurz von den studentischen Hilfskräften erklärt und die Anleitungen wurden ausgeteilt. Die benötigten Materialien konnten sich die Studierenden vorne nehmen.
Während des Workshops gab es große Unterschiede darin wie schnell die Kleingruppen mit den Aufgaben vorankamen, womit wir in dem Umfang nicht gerechnet hatten. Es tauchten verschiedene kleine Probleme auf, die nur teilweise sofort gelöst werden konnten. Die Fehlermeldungen reichten von „Speicher voll“ und „Falscher Port“ (lässt sich manchmal verändern) über „Kabel defekt“ zu „Anschlüsse defekt“. Deswegen standen manche Studierende nach einiger Zeit rum und haben auf weiteren Input gewartet, während bei anderen noch Anfangsprobleme beim Aufbau der Sensoren gelöst werden mussten. Dann habe ich nach und nach Studierende, die ihre Sensoren fertig hatten, zum Labor nebenan mitgenommen, um die Bodenzylinder für die Wassergehaltsmessungen zu befüllen.
Mit den Sensoren wurden die (bekannten) Wassergehalte dieser Bodenproben gemessen und alle Daten wurden in einer Tabelle auf der Tafel gesammelt. Am Ende hatten wir eine Tabelle mit Messwerten der verschiedenen Sensoren in Wasser mit unterschiedliche Leitfähigkeiten (destilliertes Wasser, Leitungswasser und Wasser mit Salz) und in Bodenproben mit unterschiedlichen Wassergehalten (13%,16%,20%,25%,30%). Diese letzten Schritte der Sensorkalibration kosteten viel Zeit, die am Ende für die Auswertung und Besprechung der Ergebnisse gefehlt hat.
Evaluation des Workshops
Der Workshop hat, glaube ich, vielen Spaß gemacht und die Studierenden haben einen ersten Eindruck davon bekommen, was die Makerspace Idee ist. Der Workshop lief aber nicht reibungslos. Ich hatte bis zur letzten Minute Stress ob die Arduinos rechtzeitig ankommen, weil die Bestellung sich verzögert hatte.
Auch hatte ich manche Dinge nicht gut genug mit den studentischen Hilfskräften abgesprochen: vor allem das Befüllen der Bodenzylinder hatten wir nicht besprochen und geübt. Ich wollte gerne, dass die Studierenden auch eine Kalibrationskurve erstellen und dass sie die Bodenzylinder selbst befüllen um zu verstehen, was dabei wichtig ist.
Weil es sehr unterschiedlich war wie schnell die Studierenden mit dem Aufbau der Sensoren und dem neuen Programm und Skript vorankamen, habe ich immer nur ein paar Studierenden zum Labor mitgenommen. Durch das Aufteilen der Studierenden in zwei Zimmer entstand Unruhe, weil sich die Studierenden und die studentischen Hilfskräfte unsicher waren, was wann wo passierte. Es war außerdem zu viel geplant für nur zwei Stunden.
Was würde ich beim nächsten Mal anders machen? Hier ein paar Tipps:
Wenn einige Gruppen sehr schnell sind, können diese Studierenden auch eingesetzt werden, um ihren Kommilitonen zu helfen.
Die Auswertung der Ergebnisse und die Endbesprechung des Workshops sind sehr wichtig. Also würde ich beim nächsten Mal viel mehr Zeit einplanen: statt 2 lieber 3 oder sogar 4 Stunden für den ganzen Workshop, um wirklich alle Schritte durchgehen und immer wieder mit den Studierenden besprechen und auswerten zu können.
Am besten mit den studentischen Hilfskräften alles durcharbeiten, nicht nur den Sensorbau, auch das Befüllen der Bodenzylinder und die Kalibration.
Wenn möglich alle Arbeitsschritte in einem Raum durchführen.