Minecraft, Ü-Eier & Himbeerkuchen – der Raspberry Pi & Games in der Schule

Raspberry Pi-Spielkonsole aus LEGO

Vor einigen Tagen war ich als Referent und Workshopleiter zur Fachtagung Gamification in Dillingen eingeladen. Es war eine tolle Veranstaltung mit vielen motivierten Lehrerinnen und Lehrern, die ihre Ferien zur Weiterbildung genutzt haben. Ich habe auf der Veranstaltung viele interessante Personen und Projekte kennengelernt, z. B.:

• Das DigiCamp vom Bildungswerk der Bayerischen Wirtschaft e. V.
• Die Software Open Simulator, mit der unter der Leitung von Amrei Groß an der Uni Augsburg virtuelle Welten für die Schule gebaut werden
• Die Seite Spieleinderschule.org, mit der sich kostenlos analoge Kartenspiele für den Schuleinsatz herstellten lassen.
• Christian Stoll von der TU Berlin hat gezeigt, wie sich mit Unity3D eine App für VR-Headsets wie Google Cardboard programmieren lässt. Damit lassen sich dann Bilder einer 360-Grad-Kamera auf dem Headset „erleben“ – das bislang beste Projekt zum Einsatz von Virtual Reality in der Schule, das ich gesehen habe (und zudem noch sehr günstig ist).
• Die kommerzielle Software Classcraft zum Einsatz von Gamification-Elementen im Unterricht
• Dr.Oliver Killgus und Christopher Müller hatten eine Menge Drohnen und Roboter zum Ausprobieren dabei, z. B. die Sphero-Kugel, Parrot-Drohnen, LEGO-Sets usw.

Im Folgenden habe ich noch einmal die wichtigsten Punkte meines Vortrags in Bezug auf den Einsatz des Raspberry Pi im Kontext mit Computerspielen zusammengefasst. Der Vortrag befasste sich außerdem noch mit den Themen Gamification und generell der Frage, was Lehrkräfte von Computerspielen lernen können. Wer mehr erfahren möchte, findet hier die Folien als PDF. Die meisten Inhalte stammen aus meinen Publikationen „Gamifying Education“ und „Real guitars are for old people„. Hier ist der Vortrag auch noch einmal als Video:

Der Raspberry Pi in der Schule

Um es gleich zu Beginn deutlich zu machen: Obwohl ich Theologe und Germanistik studiert habe, ist der Computer für mich das kreativste Werkzeug aller Zeiten. Und da die Wahl meiner Studienfächer vor allem mit meiner Liebe zu Geschichten zusammenhing, bin ich seit der Installation des Spiels „Space Quest“ (mit dem ich übrigens ganz nebenbei auch Englisch gelernt habe) fasziniert von Computerspielen mit spannender Story.

Als ich 2013 gebeten wurde, die von meinem Vorgänge etwas heruntergewirtschaftete Informatik-AG zu übernehmen, wollte ich daher auch die kreative Arbeit mit Computerspielen ins Zentrum stellen. Zu dieser Zeit wurde der Raspberry Pi veröffentlicht, ein ca. 40,- Euro teurer Mini-Computer, der das ideale Werkzeug für diese Art AG war. Schon damals – in der allerersten Version mit 512 MB Arbeitsspeicher und zwei USB-Anschlüssen – bot das Gerät faszinierende Möglichkeiten und ich machte mich an die Arbeit, ein Konzept für die AG auszuarbeiten.

Es folgten erste zaghafte Versuche in Linux und dem Programmieren in Python und kurze Zeit später erste Elektronik-Basteleien. Zunächst habe ich eine LED angeschlossen, später Sensoren, Motoren, kleine TFT-Bildschirme. Mittlerweile besitze ich so ziemlich jedes Zubehörteil für den Pi, habe zunächst eine kostenloses OER-Materialsammlung und später zwei Video-Tutorials über meine Arbeit im Rheinwerk-Verlag veröffentlicht. Und die Faszination für den Pi (und vor allem die Arbeit der Pi Foundation – dazu später mehr) hat immer weiter zugenommen.

Was ist der Raspberry Pi eigentlich?

Raspberry Pi, Modell 3 (Preis: ca. 35,-€)

Das liegt in erster Linie daran, dass der Raspberry Pi nicht die Philosophie des „Auspacken – Anschließen – Loslegen“ verfolgt. Wer sich einen Raspberry Pi kauft, muss zunächst ein Betriebssystem auswählen, herunterladen und auf eine Micro-SD-Karte installieren. Es folgt der Anschluss an einen Monitor mittels HDMI-Kabel, dann noch Maus und Tastatur besorgen und zuletzt das Netzteil einstecken. Das ist nicht schwer, macht aber von Anfang an deutlich, dass der Pi nicht zum Konsumieren gebaut wurde, sondern als Plattform zur Verwirklichung der eigenen Ideen.

Als Standard-Betriebssystem bietet die Pi Foundation „Raspbian“ an – eine speziell optimierte Linux-Variante. Selbstredend, dass nicht nur das System selbst, sondern auch jegliche Zusatzsoftware – vom Photoshop-Klon GIMP bis zur Textverarbeitung ABIWord – kostenlos sind.

Raspbian kommt standardmäßig mit vorinstallierter Software, darunter die vom MIT entwickelte und besonders leicht zu erlernende Programmiersprache „Scratch“ und eine spezielle Variante des Spiels Minecraft, die sich besonders leicht mit Programmierbefehlen „hacken“ lässt. Auch „SonicPi“ ermöglicht einen leichten Einstieg ins Programmieren – hierbei handelt es sich um eine Synthesizer-Software, mit der sich Musikstücke programmieren lassen. Vorinstalliert ist auch „Python“, das quasi die Standard-Programmiersprache für den Pi ist.

Mit Computerspielen verstehen, wie Computer funktionieren

Das Ziel meiner Computer-AG war es, Kindern auf motivierende und spielerische Weise beizubringen, wie Computer funktionieren. Wie man das genau mit dem Raspberry Pi machen kann, zeigen die folgenden Beispiele:

1.) Ein Spiel programmieren mit Scratch

Es gibt für Kinder keinen besseren Start ins Programmieren als mit Scratch. Mit dieser Sprache lassen sich per drag & drop die einzelnen Programmier-Bausteine einfach untereinander ziehen und man kann sofort sehen, ob der Code funktioniert, zudem gibt es zahlreiche hervorragende Tutorials – ich selbst arbeite am liebsten mit den kostenlosen „Scratch-Cards“. Damit können Kinder nach ca. 30 Minuten selbständig erste eigene Programme schreiben.
Für Fortgeschrittene empfiehlt sich das Buch „Super Scratch Programming Adventure“, das leider derzeit nur auf Englisch erhältlich ist. Der Programmcode lässt sich aber auch ohne viel Englischkenntnisse nachbauen, da die Blöcke farblich codiert sind. In meinem Themenheft „Gaming mit dem Raspberry Pi“ habe ich zudem eine kostenlose Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Programmieren eines Frogger-Klons veröffentlicht.

Scratch bietet sich auch für den Einsatz im regulären Unterricht ein, z. B. lassen sich hiermit im Deutschunterricht in einer Unterrichtsreihe zum Thema Computerspiele Prototypen eigener Spiele entwerfen. So lassen sich Erzählweisen in Filmen, Büchern und Computerspielen gegenüberstellen und bewerten. Die Unterrichtseinheit „Epik, Lyrik, Drama, Videospiel“ im Themenheft „Computerspiele“ (S. 10 ff.) zeigt, wie das geht.

2.) Minecraft hacken mit Python

Zumindest an meiner Schule scheint es kein Kind unter 16 Jahren zu geben, das nicht zumindest zeitweise Minecraft gespielt hat. Dass es für den Raspberry Pi eine kostenlose Variante des Spiels gibt, ist daher für viele einer der Hauptgründe, sich überhaupt mit dem Mini-PC zu beschäftigen. Obwohl sich auch die Vollversion des Spiels auf dem Raspberry Pi installieren lässt, bietet es sich an, mit der kostenlosen Variante anzufangen, zumal sich diese wesentlich leichter „hacken“ lässt als die Vollversion.

Gleichzeitig lassen sich so erste Erfahrungen mit der Programmiersprache Python sammeln. Mit nur wenigen Zeilen Code kann beispielsweise ein beliebig großer Würfel in die Spielwelt gesetzt werden. Nach einiger Einarbeitungszeit kann man stattdessen auch ganze Häuser in die Spielwelt setzen und sogar das Spiel „Snake“ lässt sich mittels Python und Minecraft auf dem Pi spielen.

Kinder lernen so nicht nur ganz nebenbei, wie ein dreidimensionales Koordinatensystem funktioniert, sondern erfahren z. B. beim Bau eines digitalen Hauses auch ganz praktisch, wozu Programmiersprachen Schleifen benötigen – schließlich will man ja nicht den Code zum Setzen jedes Steines einzeln eintippen.

Ü-Ei-Controller, Game-Boy, Joystick und andere Bastelarbeiten rund um dem Raspberry Pi

3.) Einen eigenen Game-Controller basteln

Das beste Feature des Raspberry Pi ist die so genannte GPIO-Schnittstelle. Dabei handelt es sich um 40 Pins, die verschiedene Aufgaben erfüllen. Die meistens lassen sich als In- oder Output verwenden, d. h. es lassen sich z. B. mit jeweils zwei Kabeln Tasten oder LEDs anschließen.

Mit wenigen Handgriffen hat man so seinen eigenen Game-Controller gebastelt, der sich mit Scratch oder Python programmieren lässt. Hierbei kann man in zweifacher Weise kreativ tätig werden: Sowohl beim Programmieren als auch beim Basteln.

So lässt sich etwa für wenige Cent Materialkosten ein Überraschungsei in ein Eingabegerät für den Pi verwandeln. Man benötigt hierzu lediglich einen Taster, eine LED samt Widerstand und vier Jumper-Kabel. Die Bauzeit beträgt ca. 20 Minuten und der Lerneffekt ist enorm. Als nächster Schritt kann dann eine mitgebrachte Kiste mit Hilfe von großen Arcade-Buttons (wie sie früher z. B. in Flippern verbaut wurden) und einem Joystick (ähnlich dem berühmten „Competition Pro“ auf dem C64) ein komplexeres Eingabegerät herstellen.

Mit einem Bauteil namens „EZ-Key“ der Firma Adafruit lässt sich so ein selbstgebauter Controller außerdem mit Bluetooth ausstatten, so dass er mit jedem Computer, Smartphone oder Tablet verbunden werden kann. Das Bauteil ist zudem so klein, dass es zusammen mit einem Akku und Ladegerät ebenfalls in einem Überraschungsei Platz findet.

4.) Ein Reaktionsspiel mit LEDs und Tasten realisieren

Nach diesen ersten Bastelversuchen ist der Weg geebnet für etwas anspruchsvollere Elektronik-Projekte auf einem Steckbrett. Mit einigen LEDs, Widerständen und Tastern lässt sich beispielsweise ein einfaches Reaktionsspiel bauen: Sobald die LED leuchtet, sollen die Spieler eine Taste drücken. Wer zuerst drückt, hat gewonnen.

Der Python-Programmcode für dieses und zahlreiche weitere Projekte wird von der Raspberry Pi-Foundation bereitgestellt. Zusätzlich bietet das kostenlos herunterladbare Magazin MagPi unzählige weitere Anregungen für kreative Projekte, z. B. im Bereich Robotik, Sprachsteuerung oder der Programmierung von Algorithmen.

5.) Einen Game Boy in einen „Super Pi Boy“ verwandeln

Wer das Prinzip der Ansteuerung von Knöpfen und LEDs verstanden hat, kann sich auch an noch schwierigere Projekte wagen, etwa dem Umbau einer alten Konsole. Besonders beliebt bei Pi-Bastlern ist die erste Generation des Game Boys. Dieser bietet genügend Platz nicht nur für den Raspberry Pi, sondern auch für einen kleinen TFT-Bildschirm, einen Akku, Lautsprecher und div. andere elektronische Bauteile.

Unter Einsatz von Dremel, Lötkolben und Heißklebepistole lassen sich die Komponenten ins Gehäuse einbauen und anschließend nicht nur alte Konsolen-Spiele installieren, sondern auch DOS-Klassiker wie Prince of Persia oder DOOM.

Möglich macht dies eine eigene Linux-Distribution namens „Retro Pie“, um die herum sich eine riesige Community gebildet hat, die sich der Konservierung alter Konsolen- und Computerspielen gewidmet hat. Selbst auf dem nur 5,- Euro teuren Pi Zero, dem Einstiegsmodell in die Pi-Welt, lassen sich Konsolen wir das NES oder SNES, die Sega Dreamcast, und die Playstation 1 emulieren. Die Software ScummVM ermöglicht es zudem, nahezu alle alten Adventure-Spiele aus dem Hause Lucasfilm/Lucasarts oder Sierra auf dem Pi laufen zu lassen. Natürlich lassen sich auch die alten Infocom-Textadventures zu neuem Leben erwecken. Vielleicht lernen so also auch zukünftige Generationen noch mit „Space Quest“ oder „The Hitchhikers Guide to the Galaxy“ Englisch.

Die Erfahrungen aus meinen Workshops zeigen, dass diese Retro-Spiele auch bei jungen Kindern, die mit graphisch wesentlich opulenteren Spielen aufwachsen, sehr gut angekommen. Besonders die „Feelies“ aus den alten Boxen erregen Aufmerksamkeit. Wer kennt noch die „Microscopic Spacefleet“ aus „Hitchhikers Guide to the galaxy“? Oder den Runenbeutel aus „Ultima Underworld!“? Die Hörspiel-Kassette aus „LOOM“? Die 3D-Brille aus „Magic Carpet“?

Kein Computer, sondern eine Community

Ursprünglich war geplant, dass vom Raspberry Pi bestenfalls 10.000 Stück verkauft werden – mittlerweile sind es über 11 Millionen. Der Pi ist somit auf dem besten Weg, der meistverkaufte Computer der Welt zu werden. All das liegt jedoch nicht nur an der Hardware, die zwar überaus gelungen, aber keineswegs konkurrenzlos ist. Warum der Pi aber so schnell nicht von einem anderen Produkt abgelöst werden wird, ist die riesige, weltweite Community von begeisterten Bastlern, Lehrern, Schülerinnen und Schülern und Start Ups, die dich immer neue Ideen und Produkte rund um den Pi ausdenken. Allen gemeinsam ist, dass sie Teil der Open Source Community sind. Es existiert kaum ein Projekt mit dem Raspberry Pi, für das nicht auch eine Anleitung kostenlos im Netz publiziert wurde.

Was die Macher antreibt, ist daher nicht in erster Linie Geld, sondern der „Fame“ in der Community, der Respekt von anderen Bastlern. Als die Pi Foundation über meinen Ü-Ei-Controller twitterte, machte sie mich nicht nur stolz auf meine Arbeit, sondern motivierte mich auch (ohne dafür auch nur einen Cent ausgegeben zu haben) zur Weiterarbeit.

We're having great fun with these wonderful teaching aids from @medienistik. Thank you, Tobias. We love them (and the chocolates too!) pic.twitter.com/WkURly0E6r

— Raspberry Pi (@Raspberry_Pi) November 24, 2016

Die Raspberry Pi-Foundation veranstaltet in England und Amerika zudem die „Picademy“ – Workshops für Lehrkräfte, die mit der Zertifizierung zum „Pi-certified teacher“ enden. Die begeisterten Reaktionen der Teilnehmerinnen und Teilnehmer decken sich mit meinen Erfahrungen: Sowohl Kinder und Jugendliche als auch Erwachsene sind begeistert, wenn sie selbst ein Programm zur Ansteuerung von Hardware schreiben, obwohl der Computer für sie zuvor ein buch mit sieben Siegeln war.

Angetrieben von diesem Erfahrungen organisiere ich mittlerweile gemeinsam mit dem Düsseldorfer Start-Up „Codingschule“ Workshops für Kinder und Jugendliche und Lehrkräfte, um zu zeigen, wie man mit dem Pi sowie Open Source Software und ein bisschen Kreativität imposante Basteleien anfertigt. So – und vielleicht nur so – lässt sich verstehen, was Computer eigentlich können und wie sie funktionieren.