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Lego stößt mit seinen Spike-Baukästen immer weiter in deutsche Schulen vor. Dafür sorgen einsatzfertige Unterrichtsmaterialien, eine simple App und relativ offene Komponenten, die sogar unter Linux laufen. Doch es gibt ein paar Wermutstropfen.

Seit vielen Generationen sind Lego-Steine aus deutschen Kinderzimmern kaum wegzudenken. Die knallbunten Plastikblöcke regen die Fantasie an und laden zu kleinen Kunstwerken ein. Technik-Baukästen mit Spezialsteinen geben Einblicke in die Arbeitsweisen von Motoren, Kränen und anderem schwerem Gerät. Lego trägt somit sogar zur Bildung bei.

Warum also nicht die Klötzchen im Schulunterricht einsetzen? Tatsächlich richtet sich Lego mit gleich mehreren Baukästen gezielt an Bildungseinrichtungen. Der Spielzeughersteller aus Billund hat dazu eine eigene Marke ins Leben gerufen: Lego Education [1].

Abbildung 1: Die Lego-Spike-Sets kommen nicht in der altbekannten Papp-, sondern in einer robusten stapelbaren Plastikkiste. Quelle: Photo used with permission. :c 2025 The LEGO Group.

Zu dieser Themenwelt gehören vor allem die äußerst beliebten Spike-Sets. Die Roboterbaukästen enthalten neben zahlreichen Lego-Technik-Steinen auch Motoren, Sensoren und einen Steuerbaustein. Letztgenannter liest die Daten der Sensoren aus, aktiviert die Motoren und enthält außerdem einen Kreiselsensor (Gyrosensor).

Die Programmierung des dicken Lego-Klotzes erfolgt über eine kostenlose App, die mit etwas Nachhilfe unter Linux läuft – dazu gleich mehr. Dank der Klemmbausteine können die Schüler neben Robotern schnell selbstfahrende Autos, Plotter, Sortiermaschinen, clevere Hunde (wie den aus Abbildung 2) und sogar einfache Handprothesen zusammenstöpseln.

Abbildung 2: Der Hund Kiki aus der Aufgabe “Hilfe!” erkennt die Farben der Blöcke und gibt dazu passende Laute ab.

Genügen die Steine für größere eigene Konstruktionen nicht mehr, nehmen Sie kurzerhand eine Kiste mit weiteren Lego-Steinen dazu. Ähnlich flexibel präsentiert sich nur noch Fischertechnik. Obwohl für den Unterricht gedacht, lassen sich die Spike-Baukästen von jedermann im Lego-Online-Shop erwerben. So können Eltern oder Großeltern gemeinsam mit dem Nachwuchs basteln – oder wenn der im Bett ist, selbst ein paar Roboter bauen.

Zwei Spitzen

Zur Wahl stehen derzeit zwei unterschiedliche Spike-Kästen. An Grundschüler richtet sich das Spike-Essential-Set [2] mit insgesamt 449 Teilen. Dazu gehört eine kleine Variante des Hubs, die lediglich zwei Ein- und Ausgänge besitzt. Mit im Kasten liegen darüber hinaus zwei Motoren und ein Lichtstein, der auf seiner Oberseite über eine Matrix aus 3 mal 3 LEDs verfügt.

Die meisten Bauteile und somit Möglichkeiten verspricht das für die Sekundarstufe konzipierte Spike-Prime-Set [3]. Es liefert 528 Teile, darunter zwei normale und ein großer Motor, ein Abstands-, ein Kraft- und ein Farbsensor. Der Lichtstein fehlt hier zwar, doch ihn ersetzt die größere Fassung des Hubs: Auf seiner Oberseite sitzen 25 programmierbare LEDs in einem 5-mal-5-Raster (Abbildung 3). Der größere Hub offeriert zudem direkt sechs Ein- und Ausgänge für Sensoren und Motoren.

Abbildung 3: Zentrales Element der Spike-Kästen ist der Hub, hier in der großen Ausführung.

Unter Strom

Schon beim Auspacken merkt man den Kästen deutlich an, dass sie explizit für den Einsatz in der Schule entworfen wurden. Sämtliche Lego-Steine finden in zwei Sortierkästen Platz. Welche Steine in welches Fach gehören, markieren Lehrkräfte mit den beiliegenden Aufklebern (Abbildung 4). Das macht es für die Kinder einfacher, die notwendigen Teile herauszufischen und später wieder einzuräumen.

Für den im Schulalltag und daheim unvermeidbaren Teileschwund legt Lego vorsorglich Ersatzteile bei. Ein großes Blatt zeigt zusätzlich noch einmal alle enthaltenen Steine und ihre jeweilige Anzahl – das hilft bei der Kontrolle auf Vollständigkeit. Mit ein paar gänzlich weißen Aufklebern beschriften Sie die wichtigsten Komponenten und den Kasten. Wählt man hier den Klassenraum und eine Zahl, weiß man immer, welcher Hub in welchen Kasten gehört. Nach dem enthusiastischen Aufreißen der Beutel und dem Einsortieren der Steine in die Fächer stolpern Sie allerdings kontinuierlich über ein paar Nachteile der Spike-Kästen.

Abbildung 4: Anhand der Aufkleber in den Sortiereinsätzen lassen sich Teile schneller finden und später wieder einräumen.

Den Hub versorgt ein proprietärer Lithium-Ionen-Akku mit Strom, den die Lehrkraft vor Beginn der Schulstunde über das mitgelieferte USB-Kabel aufladen muss. Das sollte tunlichst rechtzeitig erfolgen, da ein Ladevorgang bis zu drei Stunden dauert. Ein Netzteil liegt nicht bei; Lego rät lediglich dazu, ein Markengerät und das beigelegte USB-Kabel zu verwenden. Die Akkus sollen mindestens 500 Ladezyklen aushalten. Ersatz für ein verschlissenes Exemplar schlägt mit saftigen 80 Euro zu Buche.

Läuft. Nicht. Doch!

Welche angeschlossenen Geräte der Hub wann wie steuert, legen die Kinder in einer von Lego bereitgestellten App (Abbildung 5) fest. Sie aktualisiert auch das im Hub laufende HubOS. Die App selbst steht für Android, iOS, MacOS, Windows und Chromebooks zur Verfügung. Letztgenannte Fassung ist als Webanwendung [4] ausgeführt, die netterweise unter Linux läuft. Sie setzt jedoch zwingend Chrome oder Chromium in aktuellen Versionen voraus.

Abbildung 5: Die Lego-App gewährt Zugriff auf mehrere fertige Aufgaben und Übungen. Primär sollen die Schüler mit ihr arbeiten.

Mit dem Hub kommuniziert die App wahlweise per USB-Kabel oder via Bluetooth 4.2. Letzteres erweist sich vor allem bei fahrenden Robotern als nützlich. Trotz anders lautender Erfahrungsberichte im Internet gelang es uns nicht, unter Linux eine stabile Bluetooth-Verbindung aufzubauen. Die Kommunikation über das USB-Kabel klappte dagegen reibungslos: Sie stecken die Strippe in den Linux-Laptop und schalten daraufhin den Hub ein (mit dem großen Knopf). Dann braucht es allerdings noch einen nicht ganz trivialen Handgriff.

Stolperfallen

Zunächst folgen Sie in der Lego-Webanwendung unter Erste Schritte der Lichtmatrix, bis sich das Verbindungsfenster (Abbildung 6) öffnet. Darin erscheint für den Hub ein Gerätename, der bei einer USB-Verbindung gewöhnlich »ttyACM0« lautet. Der zugehörigen Gerätedatei müssen Sie die passenden Zugriffsrechte verpassen. Am schnellsten gelingt das per »sudo chmod 666 /dev/ttyACM0«.

Abbildung 6: Eine Verbindung zum Hub lässt sich erst herstellen, wenn die zugehörige Gerätedatei passende Zugriffsrechte hat.

Erst jetzt lässt sich die App endgültig mit dem Hub verbinden. Ist das selbst geschriebene Programm später auf den Hub geladen, können Sie das Kabel wieder abziehen. Die Musterlösungen für einige Aufgaben benötigen dazu teilweise kleinere Anpassungen. So bellt zum Beispiel der Roboterhund Kiki aus Abbildung 2 standardmäßig über die Lautsprecher des Laptops.

Aufgrund der genannten Stolperfallen dürfte der Betrieb auf einem Linux-Laptop nur in höheren Jahrgangsstufen infrage kommen. Bei jüngeren Schülern empfiehlt es sich generell, auf ein Tablet zu setzen. Doch aufgepasst, die entsprechenden Apps verlangen mindestens einen 8-Zoll-Bildschirm.

Kratzende Schlangen

Jüngere Kinder programmieren den Hub über die visuelle Programmiersprache Scratch 3.0, ergänzt um spezielle Anweisungsblöcke für Spike (Abbildung 7). Ältere Jahrgänge und jung gebliebene Erwachsene greifen auf MicroPython (Abbildung 8) zurück. Für beide Sprachen bringt die Lego-App passende Entwicklungsumgebungen mit. Die geben den Schülern maßgeschneiderte Hilfen, indem sie die Aufgabe einblenden beziehungsweise eine API-Referenz präsentieren. Kommen mehrere Hubs im Klassenraum zum Einsatz, sollten Sie jedem einen eindeutigen Namen zuweisen. So entsteht später kein Chaos, wenn alle Hubs gleichzeitig in Betrieb sind.

Abbildung 7: In der Scratch-Entwicklungsumgebung klicken die Schüler den Programmablauf aus bunten Blöcken zusammen.

Mit den Entwicklungsumgebungen in den Apps dürfen Sie vollkommen frei eigene Scratch- und MicroPython-Programme entwickeln. Das Herzstück bilden aber die von Lego vorbereiteten Aufgaben und Bauanleitungen. Um sie nutzen zu können, benötigen die Apps eine Internetverbindung. Den Download der Materialien und somit den Offline-Betrieb gestattet die App unerklärlicherweise ausschließlich bei Spike Prime. Lego behält sich gleichzeitig vor, die Lerninhalte zu aktualisieren. Lehrkräfte sollten daher vor der Schulstunde einmal kurz das geplante Projekt durchspielen.

Abbildung 8: Ältere Schüler können den Hub direkt in MicroPython programmieren.

Stundenpläne

Für jeden Baukasten liefert die App aus mehreren einzelnen Aufgaben bestehende Unterrichtspläne (Abbildung 9). Das Spike Prime-Set kommt so auf 88 Aufgaben, die durchweg fächerübergreifendes Wissen aus der Physik, Mathematik und Informatik vermitteln. Die einzelnen, meist projektbezogene Aufgaben lassen sich losgelöst von den Unterrichtsplänen erledigen. So gilt es beispielsweise, ein Tresorschloss, einen Windmesser oder die bereits erwähnte Prothese zu basteln.

Abbildung 9: Lego stellt fertige und in der Praxis erprobte Aufgaben bereit.

Wer gezielt kommunikative, mathematische oder andere Fähigkeiten schulen möchte, sollte auf der Lego-Education-Seite die Filterfunktion Themenbereich einspannen. Dort lassen sich übrigens alle Aufgaben und Bauanleitungen separat herunterladen. Obendrauf gibt es noch ergänzende Informationen für Lehrer, unter anderem zur Vor- und Nachbereitung des Unterrichts. Kleiner Tipp: Wenn Sie die Sprache der Lego-Education-Seite per URL auf en-us oder en-gb umstellen, finden Sie dort 64 weitere Aufgaben zur Python-Programmierung. Sie eignen sich für Kinder ab der sechsten oder siebten Klasse und orientieren sich an den CSTA-Bildungsstandards.

Nachschub: Fehlanzeige

Erstaunlicherweise haben wir keine weiteren deutschsprachigen Lektionen von engagierten Lehrern oder Eltern gefunden. Lediglich das Zebis-Portal hat einen Unterrichtsplan [5] mit drei Lektionen im Angebot. Englischen Aufgabennachschub gibt es unter anderem bei der Carnegie Mellon Robotics Academy [6], der Seite Prime Lessons [7] und kostenpflichtig beim RoboCamp [8]. Von den genannten Seiten weist allerdings nur RoboCamp einen Bildungsanspruch auf.

Lego stellt den Lehrern darüber hinaus zusätzliche Hilfen zur Seite. Beispielsweise können sich Lehrkräfte auf der Lego-Education-Webseite in einem abgeschotteten Forum austauschen. Zertifizierte Lego-Partner bieten kostenpflichtige Schulungen für Lehrkräfte an. Dazu gehören unter anderem Betzold, insGraf und Christiani. Die Kurse stellen die Sets vor und evaluieren, wie sich die Kästen in der jeweiligen Bildungseinrichtung nutzen lassen.

Eigenbau

Lego verwendet in seiner App bekannte Open-Source-Komponenten, legt deren Quellcode aber nicht offen. Immerhin dokumentiert das dänische Unternehmen die Hardware erstaunlich detailliert. Daher verwundert es nicht, dass sich die Community auf den Spike Hub gestürzt hat.

So lässt sich der Baustein mittlerweile über das Open Roberta Lab [9] und PyBricks [10] programmieren. Beide Entwicklungsumgebungen (Abbildung 10) laufen direkt im Browser unter Linux und bieten eine Alternative zur Lego-App. Sie erlauben ebenfalls das visuelle Programmieren über eine Scratch-ähnliche Sprache oder direkt via Python. Obendrauf existieren einige fertige Aufgaben, die bei PyBricks im Wesentlichen aus (englischen) Einführungen in die Bedienung bestehen.

Abbildung 10: Das Open Roberta Lab wirkt wie eine stark erweiterte Fassung der Lego-Apps.

PyBricks benötigt außerdem eine eigene Firmware auf dem Hub. Sie spielen sie zwar leicht per Mausklick auf, aber bei solchen inoffiziellen Manipulationen kann immer etwas schiefgehen. Und die Sache hat noch einen Haken: Wer den Scratch-ähnlichen Block-Editor nutzen möchte, muss eine Lizenz erwerben. Die Einnahmen fließen immerhin in die Weiterentwicklung von PyBricks.

Das Open Roberta Lab spricht wahlweise mit der PyBricks- oder einer uralten Lego-Firmware. Letztere lässt sich ausschließlich über die von Lego eigentlich nicht mehr weiterentwickelte, lediglich für Windows und MacOS verfügbare Spike Legacy App integrieren.

Teure Bildungsoffensive

Wenn Sie jetzt mit einem Lego-Education-Kasten liebäugeln, sollten Sie vorab einen Blick auf ihr Bankkonto werfen. Obwohl sich die Sets an (bekanntlich notorisch klamme) Schulen und Bildungseinrichten richten, lässt sich der dänische Hersteller recht fürstlich dafür bezahlen. Das Spike-Essential-Set kostet 369,99 Euro, das Spike-Prime-Set sogar satte 484,99 Euro. Zum Vergleich: Eine einfache Steinebox mit 790 Teilen verkauft Lego für 50 Euro, auf Flohmärkten erstehen Sie die Plastiksteinchen zum Kilopreis.

Zudem sind 528 Teile für komplexere Roboter nicht besonders viel. Alle von Lego bereitgestellten Lehrmaterialien nutzen ausschließlich die in den Kisten vorhandenen Teile. Lego setzt allerdings in sämtlichen Bauprojekten voraus, dass jeweils zwei Schüler mit einem Prime-Set arbeiten. Man braucht folglich mehrere Kästen für eine Schulklasse.

An der unverbindlichen Preisempfehlung kommt man dabei kaum vorbei. Zunächst sind die Lego-Education-Kästen nur direkt im Lego Online-Shop oder bei einer Handvoll ausgewählter Fachhändler für den Bildungssektor erhältlich. Die Idee liegt nahe, einfach eine günstige Kiste mit Steinen zu kaufen und die speziellen Komponenten wie den Hub separat zu erwerben. Die Rechnung geht aber nicht auf: Schon für den kleinen Hub verlangt Lego rund 255 Euro, die Sensoren und Aktoren sind bei Lego gar nicht einzeln zu beziehen.

Das gelingt lediglich bei ausgewählten Fachhändlern wie Betzold oder Christiani, bei denen jedoch schon der große Motor mit 56 Euro zu Buche schlägt. Damit übersteigen die Kosten für die Einzelkomponenten letztendlich den Preis für das komplette Spike-Prime-Set. Auf Anfrage gewähren einige Fachhändler bei der Abnahme eines Klassensets immerhin einen Rabatt. Wer Geld sparen will, kann die Sets bei verschiedenen Stellen ausleihen. Dazu zählen unter anderem die kommunalen Medienzentren und einige Bibliotheken.

Aufgestockt

Wer an die Grenzen des Spike-Prime-Sets stößt, kann mit dem Spike-Prime-Erweiterungsset [11] nachlegen. Einige Aufgaben setzen den Kasten ohnehin voraus. Für 150 Euro erhalten Sie damit noch einmal 604 Teile. Dazu zählen ein weiterer großer Motor, ein Farbsensor und für fahrende Roboter zwei extragroße Räder. Das Besondere des Sets ist eine violette Maker-Platte. Sie lässt sich auf herkömmliche Lego-Steine aufstecken und nimmt einen Minicomputer wie den Raspberry Pi auf.

Um den RasPi mit den Lego-Sensoren und Aktoren zu verbinden, gibt es den Raspberry Pi Build HAT [12]. Die Platine von den RasPi-Machern bietet nur vier Anschlüsse für die Spike-Komponenten, Ihre Programmierung erfolgt dafür auf dem RasPi flexibel in Python. Damit lassen sich die Spike-Sets auch noch in der Oberstufe, für schnelle Roboterprototypen oder wilde Maker-Projekte verwenden. Den Raspberry Pi Build HAT bekommen Sie ab rund 23 Euro im gut sortierten Einzelhandel.

Fazit

Die Spike-Baukästen aus der Lego-Education-Reihe versprechen im wahrsten Sinne des Worts spielerisches Lernen, jedoch zu gesalzenen Preisen. Dafür liefert der Klemmbausteinhersteller pädagogisch aufgebautes Lehrmaterial, eine reibungslos funktionierende App und zumindest relativ offene Komponenten, die zu weiteren Experimenten einladen. Der Bau von Maschinen und Robotern macht zudem im Familienkreis extrem viel Spaß. Einen kleinen Einblick in die Schulpraxis gibt das Interview mit Nico Brückmann vom Fachhändler und Lego-Schulungspartner Christiani [13]. (csi)