ASTER - Entwurf und Implementierung eines sensorenbasierenden Rubik-Würfels als Lernspiel

Abstract

Der 1974 von Ernö Rubik erfundene "Zauberwürfel" ist für Kinder und Erwachsene gleichermaßen eines der beliebtesten Puzzlespiele. Diese Arbeit beantwortet die folgenden Frage: Wie kann eine Implementierung einer interaktiven, sensorenbasierenden Version des Rubik-Würfels und deren Einbettung in eine didaktisch wertvolle Software aussehen? Ein würfelförmiges Eingabegerät wurde gebaut und dokumentiert, welches im Inneren einen Mikrocontroller und diverse Sensoren verbirgt. Deren Messergebnisse werden zu einem Computer übertragen, auf welchem der zweite Teil der Arbeit zum Einsatz kommt: Ein Programm, das diese Werte interpretiert und einen virtuellen Rubik-Würfel rendert. Dieser folgt dem Eingabegerät sowohl in Konfiguration als auch bezüglich der Orientierung im Raum.<br />Diese Arbeit beschreibt die technischen und mathematischen Grundlagen des Prototyps und argumentiert die didaktischen Prinzipien der Lernsoftware. Zusätzlich werden konkrete Unterrichtsszenarien präsentiert, die das entwickelte System inkorporieren. Außerdem wird die entwickelte Hard- und Software in Bezug auf ihre Einsetzbarkeit auf älteren Systemen einer Evaluation unterzogen. Abschließend werden mögliche zukünftige Weiterentwicklungen diskutiert.<br />

The Rubik's cube - invented 1974 by Ernö Rubik - is for both children and adults one of the world's most beloved puzzle games. This paper answers the following question: How could the implementation of an interactive, sensor-employing version of the Rubik's cube and an accompanying educationally valuable software look like? A cubical-shaped input device containing a microcontroller and miscellaneous sensors was built and documented. It transmits taken measurements to a computer where the second part of the system runs: a program which interprets these measurements and renders a virtual Rubik's cube. This cube follows the input device regarding orientation and configuration.<br />This thesis describes the prototype's technical and mathematical fundamentals and argues the educational principles of the software. In addition concrete educational scenarios, which incorporate the designed system, are presented. Furthermore the developed hard- and software is evaluated regarding its applicability on older systems, and in conclusion possibilities for further development are discussed.