BBC Microbit im Test: Schulrechner muss noch dazulernen
Um mehr britische Schüler für Elektronik, Programmierung und später auch für Ingenieurswissenschaften zu begeistern, hat die BBC den Mini-Schulrechner Microbit vorgestellt. Dafür gab es viel Aufmerksamkeit - vor allem, weil er kostenlos an alle britischen Schüler der siebten Klasse verteilt wird. Aber auch zum Kaufpreis von 13 britischen Pfund hängt er mit seinem Funktionsumfang die Konkurrenz ab: Bluetooth-Low-Energy, Lagesensoren, LED-Matrix. Doch auch die billigste Hardware ist ohne entsprechende Software-Unterstützung und Dokumentation zu teuer. Ist der Microbit ein Schnäppchen für Bastler und ein sinnvolles Lernwerkzeug für Schüler? Wir haben es ausprobiert.
Die Platine passt ins Portemonnaie
Als wir den Microbit aus seiner Verpackung nehmen, finden wir die Namenswahl wohl begründet. Die Platine ist nur wenig größer als die mitgelieferte Batteriebox mit den beiden AAA-Batterien. Für Erwachsenenhände ist die Platine etwas zu klein, aber trotzdem gut zu halten. Mehr Sorgen macht uns, dass es fast unmöglich ist, sie festzuhalten und die beiden Buttons an der Front zu drücken, ohne dabei Bauteile auf der Rückseite zu berühren. Mit einem elektrischen Schlag ist dabei zwar nicht zu rechnen, aber Schweiß und fettige Finger dürften über längere Zeit den Löt- und Kontaktstellen zusetzen.
Die erste Inbetriebnahme geht schnell von der Hand. Wir setzen die Batterien in die Box und schließen sie an: Der Microbit begrüßt uns auf seinem Display. Wir sollen die Buttons ausprobieren, müssen dann einen beweglichen leuchtenden Punkt auf einen feststehenden leuchtenden Punkt positionieren, indem wir die Platine hin und her bewegen. Schließlich landen wir in einem Spiel, das an Snake erinnert und ebenfalls per Lagesensor gesteuert wird.
Komplizierte Smartphone-Anbindung
Eher durch Zufall entdecken wir auf der Microbit-Webseite, dass es auch eine Smartphone-App gibt, um mit dem Gerät zu interagieren. Es ist tatsächlich Zufall, denn eine lehrplanartige Einführung in den Rechner oder eine Übersicht gibt es hier nicht. Stattdessen viele kleine Artikel, die mal nur ein Video enthalten, mal aber auch wichtige Informationen vermitteln. Ein Leitfaden fehlt, der uns vermitteln würde, welche Artikel in welcher Reihenfolge gelesen werden sollten.
Wir installieren die App. Damit sie auf den Microbit zugreifen kann, muss eine Bluetooth-Kopplung (Pairing) mit dem Smartphone stattfinden. Der Vorgang wird auf Englisch in der App erklärt und ist recht aufwendig: Zuerst wird der Microbit in den Pairing-Modus versetzt. Daraufhin zeigt er ein Muster an, das wir auf dem Smartphone "malen" müssen. Nun noch einen Button des Microbits drücken, und schon läuft der Pairing-Zahlencode auf dem Minidisplay durch. Jetzt gilt es, schnell genug auf die Pairing-Anfrage des Smartphones zu reagieren und den Code eingeben. Dazu haben wir 30 Sekunden Zeit. Wir scheitern beim ersten Mal, auch weil nirgends gesagt wird, wie lang der Zahlencode eigentlich ist. Nicht ohne Grund empfiehlt die Anleitung, den Vorgang zusammen mit einem Schulfreund zu bewältigen.
Das erste Programm macht Spaß
Nachdem der Microbit mit dem Smartphone gekoppelt und in der App gespeichert wurde, können wir ihn mit eigenen Programmen flashen. In der App sind bereits drei Beispielprogramme enthalten. Wir probieren das Programm für Selbstporträts aus. Drücken wir auf dem Microbit den A-Button, startet der Fotomodus auf dem Smartphone, der B-Button löst eine Aufnahme aus. Die Anwendung scheint simpel, dürfte aber gerade für Jüngere die richtige Art von Magie sein, um sie für das Thema zu interessieren.
Leider ist dies auch das letzte Mal, dass wir mit der Microbit-Smartphone-Kombination tatsächlich Spaß haben. Doch dazu später mehr.
Anfänger haben die Wahl
Wir wollen unser erstes eigenes Programm schreiben. Dazu bietet die Microbit-Webseite vier browserbasierte Editoren(öffnet im neuen Fenster) an. Speziell an Jüngere richtet sich der Microsoft Block Editor, hinter dem eigentlich Googles Blockly steckt. Hier werden grafische Programmierblöcke per Maus zusammengesteckt. Das Gegenstück ist der Python-Editor, bei dem der Quellcode tatsächlich eingetippt werden muss. Vom Anspruch her dazwischen stehen der Javascript-Editor und Microsofts Touch Develop. Bei beiden werden die Sprachkonstrukte ebenfalls per Maus beziehungsweise per Fingertipp ausgewählt, der (Pseudo-)Quellcode ist allerdings im Klartext lesbar. Alle Editoren verfügen über einen Emulator, der Quellcode kann im Browser ausprobiert werden, ein Microbit ist nicht erfoderlich. Zum Teil sind die Benutzeroberflächen sogar bereits ins Deutsche übersetzt.
Die Editoren funktionieren prinzipiell auch auf einem Tablet oder Smartphone. Der speziell für diese Geräte konzipierte Touch-Develop-Editor läuft auf diesen Geräten tatsächlich ganz ordentlich - vorausgesetzt, das Display ist groß genug. Das zum Test verwendete One Plus One mit seinem 5,5-Zoll-Display und 1.920 x 1.080 Pixeln ist ausreichend. Darunter wird es aber mit dem Platz eng.
Erst auf dem zweiten Blick fällt uns auf, dass wir uns für Editoren nicht registrieren mussten, um sie zu benutzen. Unsere Skripte bleiben trotzdem erhalten, nachdem wir den Browser geschlossen haben. Sie werden nicht auf dem Server gespeichert, sondern lokal in der Datenbank des Browsers. Allerdings scheint es damit ein Problem zu geben: Wir dürfen jeweils nur einen Editor im Browser offen haben.
Nachdem wir unser erstes Programm geschrieben haben, klicken wir auf den Compile-Knopf. Die Kompilierung erfolgt auf einem Server von Microsoft, das fertig kompilierte Programm wird uns zum Download angeboten. Wir speichern es auf unserem Computer.
Fortgeschrittene werden nicht eingeschränkt
Wer lieber klassisch in C/C++ programmieren will, kann auch das. Allzu offensichtlich wird das aber nicht kommuniziert, erneut eher durch Zufall stoßen wir auf die Webseite(öffnet im neuen Fenster) der Universität von Lancaster. Dort erfahren wir, dass der Online-Editor von mBed mittlerweile den Microbit unterstützt, wie auch dessen Kommandozeilen-Toolchain. Während der Online-Editor unser Beispielprogramm nicht kompilieren will, haben wir mit der Kommandozeilen-Variante Erfolg.
Erfahrene Programmierer sollten sich aber nicht zu früh freuen. Die Dokumentation der C-Bibliothek für den Microbit ist noch wenig aussagekräftig und die Programmierung erfordert entsprechende Kenntnis der zugrundeliegenden Mbed-Plattform wie des Nordic-SDKs.
Unabhängig davon, wie das fertige Kompilat erzeugt wird, wird es vom Computer auf den Microbit über eine USB-Verbindung überspielt. Wie auch bei einigen anderen Mbed-basierten Geräten meldet sich die Platine beim Computer als Massenspeicher an. Die Programmdatei wird darauf kopiert und der Microbit initiiert den Flash-Vorgang. Er startet schließlich neu, unser Programm beginnt zu laufen und lässt die Onboard-LEDs aufblinken.
Mit einem zweiten Programm probieren wir die Pins aus. Per Krokodilklemmen schließen wir eine externe LED an und bringen sie zum Leuchten. Das ist nicht weiter schwierig. Allerdings dürften die breiten Pins auf der Platine gerne etwas breiter sein. Schon kleinere Bewegungen der Platine führen zum Verrutschen der Klemmen und unfreiwilligen Berührungen mit den schmaleren Kontaktstellen. Die Kombination aus Krokodilklemmen und Nutzung der Lagesensoren verbietet sich deshalb.
Bluetooth-Verbindung frustriert
So ermutigt wollen wir wieder wie am Anfang mit dem Smartphone interagieren, diesmal allerdings mit einem selbstgeschriebenen Programm auf dem Microbit. Mit Ausnahme(öffnet im neuen Fenster) des Python-Editors gibt es in den Online-Editoren dafür den Device -Befehlssatz. Diese Befehle können mit Hilfe der Microbit-App verschiedene Funktionen auf dem Smartphone auslösen, es lässt sich zum Beispiel ein Foto oder Video aufnehmen oder eine MP3-Datei abspielen. Damit bauen wir das Selfie-Programm nach und überspielen es per USB.
Der nächste Schritt scheint offensichtlich - doch er schlägt fehl. Wir rufen die App auf und tippen auf den Verbinden-Button für unseren anfangs abgespeicherten Microbit. Doch die Kopplung scheitert. Was folgt, sind Stunden mit unzähligen Versuchen, den Microbit und das Smartphone zur Zusammenarbeit zu überreden. Bis zum Schluss gelingt es uns nicht, unser eigenes Programm auf dem Microbit ein Foto mit dem Smartphone machen zu lassen.
Die Dokumentation hilft uns nicht weiter
Bei der Suche nach dem Fehler offenbart die verfügbare Dokumentation ihre ganzen Mängel: Es fehlt ein großer Überblick, zudem geht sie kaum auf technische Details, Interna und Abläufe ein. Die FAQ(öffnet im neuen Fenster) behandeln zwar unser Problem, der Verweis, sich doch bitte an den Lehrer zu wenden, hilft uns aber nicht sonderlich weiter. Dass den Lehrern ein umfangreiches (Geheim-)Dokument zur Verfügung steht, ist indes eher unwahrscheinlich - denn die FAQ rät ihnen, bei Problemen den Microbit des Schülers gegen einen neuen zu tauschen.
Was uns bei der Fehlerrecherche außerdem auffällt: Es gibt keine Community. Sämtliche Suchanfragen zum Microbit lenken uns immer wieder auf dessen Webseite. Es gibt keine Foren, auf Stackoverflow finden sich gerade mal sieben Einträge zum Microbit.
Doch zurück zum Problem. In der Erklärung zur App finden wir den Hinweis, dass der Microbit die Bluetooth-Kopplung vergisst, wenn ein Programm per USB aufgespielt wird. Wir löschen den vorhandenen Kopplungsvermerk im Smartphone, koppeln erneut den Microbit, und die Verbindung klappt. Allerdings nur kurz, eine stabile Verbindung erhalten wir nicht.
Laut Dokumentation soll merkwürdigerweise die Bluetooth-Kopplung erhalten bleiben, wenn ein Programm über Bluetooth geflasht wird. Also probieren wir das. Über das Smartphone erstellen wir das Programm erneut. Auf dem Gerät wird das Programm genauso fernkompiliert und heruntergeladen wie auf dem Computer. Die App erkennt Programmdateien im Downloadverzeichnis automatisch, unser Programm wird in der Liste der flashbaren Programme angezeigt, wie die bereits vorhandenen Beispielprogramme. Sicherheitshalber führen wir einen neuen Kopplungsprozess durch und verbinden das Smartphone mit dem Microbit, doch der Flash-Vorgang bleibt erfolglos. Das probieren wir Dutzende Male. Zumeist startet der Flash-Vorgang erst gar nicht, manchmal bricht der Prozess einfach ab, zuweilen scheint auch die App einfach einzufrieren.
An einem Punkt glauben wir, den Microbit gebrickt zu haben. Dadurch stoßen wir darauf, wie die Firmware des Minirechners aktualisiert werden kann. Dass diese Informationen nur auf der Mbed-Webseite(öffnet im neuen Fenster) stehen, verwundert uns zu diesem Zeitpunkt nicht mehr. Ein kaputter Flash-Vorgang per Smartphone ist aber viel einfacher zu reparieren. Es muss wieder ein beliebiges Programm über die USB-Schnittstelle aufgespielt werden.
Wir geben auf
Praktisch gelingt es uns nur ein einziges Mal, den Microbit per Smartphone zu flashen und das Programm tatsächlich dann auch mit dem Smartphone agieren zu lassen. Allerdings ist es nicht unser eigenes Programm, sondern wieder das Beispiel-Selfie-Programm. Unser eigenes zu nutzen, ist uns nicht vergönnt, unabhängig davon, ob wir es per USB-Übertragung oder über das Smartphone überspielen. Es scheitert letztlich stets daran, dass auch nach einer erfolgreichen Kopplung die Verbindung zwischen App und Microbit fehlschlägt oder nicht stabil läuft.
Ob es am Smartphone liegt? Wir haben das One Plus One bewusst ausgewählt. Bereits bei unserem Test des Autorennspiels Anki Overdrive werden wir mit Bluetooth-Problemen unter Android konfrontiert. Das One Plus One bewährte sich dabei aber. Zusätzlich probieren wir auch noch kurz ein Nexus 6 mit der Beta von Android N aus. Doch hier gibt es die gleichen Probleme. Bei einem Nexus-7-Tablet mit Android 6 konnten wir die App gar nicht erst installieren. Eines der Smartphones und Tablets, die laut der sehr kurzen FAQ-Liste problemlos funktionieren sollten, haben wir nicht zur Hand. Das dürfte aber wohl auch für einen Großteil der britischen Schüler gelten. Auf einen Test mit iOS-Geräten verzichten wir auch, denn deren Microbit-App unterstützt merkwürdigerweise keinen der Device-Befehle.
Grundsätzlich vermuten wir hinter den Bluetooth-Schwierigkeiten aber kein Hardware-Problem seitens des Microbits. Dessen nrf81255-Microcontroller ist äußerst populär für Bluetooth-Anwendungen. Die Ursache liegt vermutlich eher in den bei Bluetooth-Low-Energy selten gewordenen Kopplungen, welche die Microbit-Firmware oder die zugehörigen Basisbibliotheken nicht sauber abwickeln. Da eine tiefergehende Dokumentation fehlt, wissen wir nicht, ob wir die Bluetooth-LE-Funktion standardgerecht auch ohne Kopplung nutzen können.
Die Probleme mit der Bluetooth-Verbindung sind auch deshalb bedenklich, weil die Entwickler schon mehr Zeit hatten als geplant - aber auch noch haben. Die Auslieferung an die Schüler sollte bereits Ende letzten Jahres erfolgen, verschob sich aber ins Frühjahr 2016. Damit wird der Microbit erst im kommenden Schuljahr auf den Lehrplänen stehen.
Es ist nicht der erste Lerncomputer
Ohne Bluetooth erinnert der Microbit sehr an dessen inoffiziellen Vorläufer, den Codebug . Der Microbit bietet aber zusätzliche Sensorik und unterstützt mehr Programmiermöglichkeiten. Allerdings hat der Codebug eine zusätzliche Buchsenleiste und kann zusammen mit dem Raspberry Pi verwendet werden. Wie der Microbot richtet er sich insbesondere an Jüngere und erfordert kein weiteres Zubehör.
Eine Bluetooth-fähige Alternative inklusive Bewegungs- und Lagesensor ist auch der Genuino/Arduino 101 von Intel, ihm fehlen allerdings die LED-Matrix und die Buttons. Intel versucht damit nicht nur, Elektronik- und Programmiereinsteiger zu erreichen, sondern auch den erfahreneren Bastler.
Verfügbarkeit und Fazit
Der Microbit kann bei verschiedenen britischen Onlinehändlern für 13 britische Pfund vorbestellt werden. Auch ein nicht-britischer Händler(öffnet im neuen Fenster) bietet ihn bereits zu einem Euro-Preis für knapp 17 Euro an. Die Auslieferung soll ab Juli erfolgen. Der Hersteller Farnell-Element 14 selbst bietet bislang noch keinen internationalen Vertrieb an. Es bleibt daher abzuwarten, ob der Euro-Preis tatsächlich realistisch ist.
Sinnvoll ist außerdem der Kauf einer Adapterplatine. In deren Buchse wird der Microbit eingesteckt. Die Signale an den Kontaktflächen stehen dann an Steckpins oder über ein Steckbrett zur Verfügung. Je nach Variante beginnt der Preis bei 5 britischen Pfund.
Fazit
Die instabile Bluetooth-Umsetzung nimmt dem Microbit viel von seiner Magie. Es bleibt zu hoffen, dass die Projektbeteiligten bis zum Start des Schuljahres die Bluetooth-Probleme noch in den Griff bekommen. Doch die Macher stehen sich hier selbst im Weg: Die aktuelle Webseite und Dokumentation setzen schon viel Enthusiasmus bei unfreiwilligen Betatestern voraus. Wer weder Schüler noch Lehrer ist, hat anscheinend keine Möglichkeit, Feedback zu geben, eine hilfreiche Community entsteht so nicht. Sollten die Probleme nicht gelöst werden, dürfte es viel Frust auch unter Schülern und Lehrern geben.
Sowohl der Codebug als auch der Genuino 101 kosten deutlich mehr als der Microbit inklusive optionaler Adapterplatine. Da der Microbit in seinen Basisfunktionen auch genauso wie die anderen Plattformen programmiert werden kann und Display wie Sensoren nutzbar sind, ist er klar ein Schnäppchen. Er taugt aber nicht zum Selbststudium für Jugendliche, auch wenn die zugehörige Kampagne zuweilen anders klingt. Dafür fehlt es an strukturierten Lehrmaterial und einer Dokumentation. Intel macht es mit dem Genuino 101 nicht unbedingt besser, profitiert hier aber von der riesigen Arduino-Infrastruktur und -Community.
Ein unerwarteter Erfolg könnte dem Microbit aber aus einem anderen Grund beschert werden. Der Microbit ist das billigste Entwicklerboard für die nrf81xxx-Microcontroller-Serie von Nordic Semiconductors. Die preiswerten Alternativen von Red Bear Labs(öffnet im neuen Fenster) gibt erst ab 20 Euro und sie enthalten keinerlei Sensorik. Es wird spannend, ob emsige Bastler für den Microbit eine alternative Firmware bauen.