Physical Computing

oder die Wiederentdeckung des Lötkolbens.

Wer bei Physical Computing an ergraute Physikprofessoren mit leicht jenseitigem Blick denkt, der irrt. Doch an was denken wir, wenn wir das Wort ,Computing‘ hören?

An Programmieren, saubere Serverräume eventuell noch an Simulationen, Software im Allgemeinen. Die Rechner von heute sind leise, kein Rattern und Knarren von Relais, nur ein leises Surren. Nadelstreif statt Lochstreifen! Keine taktile Information, keine improvisierten Lötverbindungen mehr, keine Schwaden von Lötrauch, keine zusammengeschusterten Eigenbaulösungen: Ware von der Stange, meist in Fernost produziert, die möglichst oft gegen neue getauscht wird – spätestens dann, wenn das erste Problem auftritt.

Was für ein Gegensatz zu den Geschichten, die Richard P. Feynman im ersten Kapitel seiner Anekdotensammlung „Surely you´re joking Mr. Feynman!“ („He fixes Radios by thinking!“) aus seiner Jugend zu berichten weiß, die auch einigen von uns noch bekannt vorkommen mögen, was man im Englischen so treffend als Tinkering bezeichnet: Rauchende Arbeitsplätze, hunderte alter Teile übereinander gestapelt, improvisierte Hilfsmittel, reparierte Radios und vor allem: Freudenstrahlende Augen. Um es auf den Punkt zu bringen: Uns sind die Lötkolben und mit ihnen die Freude am Basteln abhanden gekommen!

Physical Computing ist die Rückeroberung der physischen Welt!

Hardware und Software bilden wie Körper und Geist eine Dichotomie. Neueste Ergebnisse der Kognitions- und Sprachwissenschaft deuten sogar darauf hin, daß letztere Unterscheidung fix im menschlichen Nervensystem verschaltet ist. Es scheint mir naheliegend zu sein, daß die Tendenz den Fokus beinahe exklusiv auf Software zu legen sich aus derselben Quelle schöpft wie die Vergeistigung des Denkens in der Philosophie kontinentaler Prägung.

Arduino

Physical Computing ist, die Welt nicht mehr aus der Gleichung zu streichen. Es geht nicht nur darum, Sensordaten in das Programm einzuflechten, zu interagieren sondern die physische Welt selbst zu einem Teil des Programms zu machen, mehr noch: Nicht nur Daten aus der physischen Welt saugen und sie in ein Programm stecken, sondern die Hardware so nahe und unmittelbar in wie möglich in unsere Lebenswirklichkeit bringen, sodaß das Programm Teil der begreifbaren, fühlbaren Welt wird – in der Kleidung, im Blumentopf. Physical Computing heißt auch zu entdecken, wie man alltägliche Dinge um sich herum zur Lösung von Problemen verwenden kann. Tinkernig!

Dies zeigt auch einen wichtigen Aspekt auf: „Hack things bettter!“ ist der Wahlspruch der Erfinderin von Sugru, eines silikonartigen Polymers, das einen festen Platz in der Subkultur hat: Alltagsgegenstände zu verbessern, zu reparieren, in ihrer Funktion abzuwandeln, das ist Kern der sogenannten Maker-Bewegung, die somit in gewisser Weise eine Antithese zu unserer gegenwärtigen Wegwerfgesellschaft darstellt:

Machen, Erfinden, nicht passiv konsumieren!

Maker kommen aus allen sozialen Schichten, sind meist jung und wollen sich nicht mit vorgegebenen Lösungen zufrieden geben. Sie wollen selbst neues schaffen, improvisieren und entdecken. Sie bauen nicht nur ihre eigenen WiFi-Wettersttionen oder machen aus dem Stufen in ihrem Haus eine Klaviatur: Von Stratosphärenballons aus dem Hinterhof, die bessere Aufnahmen liefern als so manche millionenteure Mission, über Roboter oder mit Flammenwerfern synchronisierten Trampolinen bis hin zu automatischen Katzenfütterungsanlagen bauen, kleben, hacken sie alles ihnen unter die Finger kommt.

In den USA trifft sich die Makerszene regelmäßig bei Maker fairs, um dort ihre neuesten Projekte vorzustellen und sich auszutauschen, Anregungen zu holen. Hierzulande bieten die Hackerspaces Happylab oder dem Metalab in Wien Gerätschaften und Kontakt zur Community. Der 14-jährige Joey Hudy, umschreibt den Grundgedanken des Maker Bewegung ebenso prägnant wie passend: “Don’t be bored. Make something.”

Wie sollen unsere Kinder Freude und Interesse an Naturwissenschaften und Technik gewinnen, wenn wir sie nicht an die wirkliche Welt heranlassen, wenn wir ihnen bestenfalls im Schullabor ein paar gelbe Würfel hinlegen, die in ihrem Inneren ein Stück Draht (!) enthalten, daß dann als abstrahierter Strich oben aufgemalt ist, die sie dann in ein Steckbrett stecken sollen, dessen Öffnungen so groß sind, daß ein daneben stecken gar nicht möglich ist (selbstverständich ist alles dabei gegen alles abgesichert). Glauben wir ernsthaft, die Schüler verstehen mehr von der Welt indem wir sie davon fern halten?

Oft hat es den Anschein, daß die Pädagogik mit uns durchgeht. So manches abstrahierte Konzept, welches uns leichter begreiflich erscheint, ist so weit von der erfahrbaren Welt, so weit von der (unglaublich effizienten!) unmittelbaren Herangehensweise eines Kindes oder Jugendlichen entfernt, daß es den Lernerfolg behindert. Stellen wir doch das Endergebnis vor den Weg auf dem es erreicht wird!

Wenn man einen polarisierten Kondensator verkehrt betreibt und er sich dann mit einem lauen Knall und Rauschwaden verabschiedet, so verspreche ich Ihnen, daß sich alle Anwesenden für den Rest ihres Lebens daran erinnern werden, daß es polarisierte Kondensatoren gibt!

Wie sollen die Jungen lernen, wenn man sie ständig in Luftpolterfolie wickelt und ihnen perfekt ausgefeilte didaktische Konzepte bietet, in denen sich keine Ecken und Kanten finden? Rauch, Lärm und Knallen – das ist was unsere Kinder wollen! Sie möchten mit ihrem Entdeckertrieb alles ausprobieren, sie möchten lernen: Lassen wir sie doch!

Innovationsdrang und Erfindergeist kann man nicht anerziehen, sehr wohl aber die Freude
weitergeben, die damit einher geht. Andere Länder, zum Beispiel die USA, beschreiten bereits diesen Weg: “Educate to Innovate” ist das Motto der von Barack Obama vor kurzem vorgestellten “Maker Initiative”, die unter anderem das Ziel hat “Maker Spaces” in jeder Schule einzurichten: “I want us all to think about new and creative ways to engage young people in science and engineering, whether it’s science festivals, robotics competitions, fairs that encourage young people to create and build and invent – to be makers of things, not just consumers of things.”

Doch wie sieht unser Informatikunterricht aus? Vergliche man die Informatiksäle mit Plantagen, so würde jeder Ökologe eine katastrophale Monokultur beklagen, auch der Unterricht verfolgt leider zu oft nur ein einziges Ziel: Ja nur nicht vom Standard  abweichen!
Austauschbare Kopien von Lehrern erzeugen in austauschbaren Kopien von Schulen
austauschbare Kopien von Schülern: Normiert, zentralisiert, diplomiert, quadratisch,
praktisch – gut? Der Unterricht gleicht oft einer verordneten sensorischen Deprivation: Abgedunkelter Raum, starrer Blick auf den Monitor, möglichst ruhig sein. Warum nicht die zuvor in CAD erstellten Modelle mit einem 3d-Drucker begreifbar machen? Oder den Wert einer Boolschen Variable (wenn im Informatikunterricht dieses Konzept überhaupt erwähnt wird – was leider nur allzu selten der Fall ist) mit einer LED anschaulich machen?

Einen Servomotor ansteuern?

Dies leistet Arduino! Intuitiv, ohne den Ballast, den man mit diesen Aufgaben assoziiert.

Arduino ist ein auf ATMELs ATMEGA-Serie basierende Prototypingplatform und eine Entwicklungsumgebung, beides open source, für die nicht nur zehntausende Softwaresondern auch Hardwarebeiträge, eine ganze, Millionen Maker umfassende Community gibt. Die Programmiersprache ist eng an C und MITs Processing angelehnt, wobei die Entwicklungsumgebung von letzterem ererbt ist.

Programm zum Blinken

Wer Mikrocontroller hört denkt an komplizierte Programmierung, dem Hin- und Herschieben von Registern, Zeigern und endlosem Assembler. Genau das muß man mit Arduino nicht! Das Ansteuern von LEDs, das Auslesen der ADCs ist nicht schwerer als eine Variable zu setzen, zur Bedienung genügen 2 Buttons in der Entwicklungsumgebung. Zum Einstieg sei auf das exzellente Buch “Getting started with Arduino” von Massimo Banzi, einem der Erfinder von Arduino verwiesen.

Auch Raspberry Pi wird oft ausschließlich als günstiger PC-Ersatz missverstanden. Was so großartig an ihm ist? Mit seinen GPIO, I2C, One-Wire, etc. Schnittstellen ermöglicht er den Zugang zur physischen Welt: Mit einem kurzen Python Script ist es dank offener Bibliotheken möglich um Beispiel Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck direkt von Standardsensoren auszulesen oder Relais zu schalten.

Die Freude, die es bereitet eine Apparatur so hin zu basteln, daß sie das gewünschte Ergebnis liefert, die Freude am sich komplett verlieren in einer Arbeit. aufhören um sich selbst zu kreisen, um neues machen zu können, produzieren statt reproduzieren, eigenständiges, selbstverantwortliches Handeln : Das ist sind Fähigkeiten, die wir Lehrer wecken und wieder entdecken müssen, wenn wir Wissenschaftler und Techniker für die kommenden Generationen suchen.

Dieser Artikel wurde von Ingomar Gutmann für das OCG Journal 3/2012 verfasst.