Einsatz von Lernrobotern

Bereits im Jahr 2009 wurden die Informations- und Kommunikationstechnologien (ICT) in einem Bericht der ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder, als „Schlüsseltechnologien sowie als unverzichtbare Bestandteile der Lebenswelt“ (KMK 2009, 1) bezeichnet. Daher wäre es ein entscheidender Schritt, dass das Fach Informatik – in dem solche Technologien behandelt werden – bereits in den deutschen Kindergärten und Grundschulen integriert werden würde. Exemplarisch ist dies in Großbritannien bereits der Fall. Dort gibt es seit 2014 neue nationale Curricula für das Fach Informatik in der Primarstufe (Bergner et al. 2018, 103).

Ein relevantes Argument für diese frühe Beschäftigung mit Inhalten aus dem Bereich der Informatik ist mitunter der große Lebensweltbezug, den informatische Prozesse haben. So werden Kinder mit diesen nahezu täglich konfrontiert, beispielsweise beim Warten darauf, dass die digital gesteuerte Ampel endlich grün wird (Bergner et al. 2018, 28). Zudem könnte eine frühe Auseinandersetzung dabei helfen, digitale Artefakte besser zu nutzen und ein besseres Bild von diesen zu bekommen. Dabei kann insbesondere die direkte Auseinandersetzung mit Systemen aus der Informatik hilfreich sein, weshalb es in diesem Artikel verstärkt um die Heranführung an die Informatik über programmierbare Lernroboter geht.

Programmieren mit Scratch

Scratch ist eine kinderfreundliche, grafische Programmierumgebung, bei der die Kinder keine textuellen Programmiercodes schreiben müssen, sondern wie bei einem Puzzle verschiedene Teile – sogenannte Codefragmente – zusammenfügen (Bergner/Müller 2018, 287). Geöffnet wird Scratch dabei über einen Browser (zu finden unter: https://scratch.mit.edu/), kann aber auch als App instlliert bzw. heruntergeladen und offline genutzt werden. Mit dieser objektbasierten Programmiersprache soll über verschiedene Zugangswege ein einfacher Einstieg in das Programmieren möglich gemacht werden, bei dem die Komplexität der Übungen aber mit der Zeit zunimmt (Resnick et al. 2009, 63). Es gibt hierzu auch die textfreie Version ScratchJR (zu finden unter: https://www.scratchjr.org/), welche beispielsweise für Kinder mit Schwierigkeiten beim Lesen eingesetzt werden könnte. Scratch versucht eine Sprache für alle zu sein , welche zum systematischen und kreativen Denken anregen soll (ebd., 60).

Programmieren mit Informatiksystemen

Neben Programmiersprachen, die ausschließlich im Browser oder einer App stattfinden, gibt es mittlerweile auch eine Vielzahl an Informatiksystemken, kindgerechten Lernrobotern, mit denen algorithmische Fähigkeiten ebenso gefördert werden können (Brandhofer 2017, 3b). Unterstützt werden diese unter anderem von Informatiksystemen zum unplugged-Programmieren, sogenanntenn “DigitalStartern“. Solche Roboter greifen neben dem Aspekt des “spielerischen Lernens“ (ebd.) zudem die direkte Interaktion mit einem Objekt auf, wodurch die Kinder unmittelbar am Roboter sehen können, dass konkrete Handlungsanweisungen für die Steuerung notwendig sind (Bergner et al. 2018, 221). Dabei gibt es zahlreiche unterschiedliche Versionen solcher Roboter (Fislake 2019, 159). Gerade für den Einsatz im Primarbereich – insbesondere am Förderzentrum – ist darauf zu achten, dass technische Artefakte ausgewählt werden, die das sogenannte “low floor“-Prinzip erfüllen, also einen Einstieg mit möglichst wenig Hürden (Bergner et al. 2018, 94). Dadurch kann der erste Umgang mit wichtigen Grundlagen und somit auch das Selbstvertrauen gestärkt werden (ebd., 301).

Im Folgenden werden kurz verschiedene Roboter, die sich für den Einsatz im Primarbereich eignen könnten, vorgestellt:

Ozobot

• kann sich mithilfe von Farben und Linien auf dem Boden, mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen bewegen
• Programmierung möglich über Farbcodes, die leuchten oder die Programmiersprache “OzoBlockly“
• Studien zeigten:
  • Steuerung kann schnell nachvollzogen werden (Fojtik 2017)
  • motorische Fähigkeiten können gestärkt werden (ebd.).
  • Kinder können weitestgehend unabhängig arbeiten (ebd.)
  • Interesse und Motivation am Programmieren steigt an (Tengler 2020)

Botley

• Bewegungen vorwärts, rückwärts und 90-Grad-Drehung
• Steuerung über Fernbedienung gesteuert (bildschirmfreier Roboter)
• Studien zeigten:
  • Aufmerksamkeit der Lernenden und Spaß können gesteigert werden (Löbing/Kluge 2021)
  • gut geeignet für kollaboratives Arbeiten (ebd.)
  • Verständnis im Bereich der “Logik des Programmierens“ kann verbessert werden (Heljakka et al. 2019)
  • positive Auswirkungen auf körperliche Mobilität der Kinder (ebd.)
  • bereits im frühen Alter umsetzbar (ebd.)

Bluebot

• kann im Unterschied zum “Bee-Bot“´ über Tablet mittels App gesteuert werden
• kann per Bluetooth Befehle empfangen
• kann auch analog über sieben Tasten bedient werden
• App mit verschiedenen Entdeckerbereichen
• kann Rasterflächen in jeweils 15cm großen Schritten vorwärts und rückwärts gehen und sich um 90 oder 45 (nur in der App) Grad drehen
• Studien zeigten (für den Schwesterroboter Bee-Bot):
  • hilfreiches Tool zum Erlernen des algorithmischen und iterativen Denkens (Brandhofer 2017a)
  • positiver Einfluss auf das kollaborative Arbeiten (ebd.)
  • von vielen Lehrkräften als sehr hilfreich empfunden, um sich mit dem Thema Informatik zu beschäftigen (ebd.)

Die erwartete Annahme, dass sich informatische Inhalte auch in heterogenen Lerngruppen gut umsetzen lassen, zeigen zwei Studien, die in diesem Bereich durchgeführt wurden. So zeigten etwa Conchina et al. (2015, 167), dass programmierbare Roboter ein Medium darstellen, welches Potential besitzt, auch in heterogenen Lerngruppen die Differenzen im Bereich der Technologie und auch der Sprache zu verringern (Conchina et al. 2015, 167). Barganga et al. (2018) stellten hierzu zusätzlich fest, dass es unter anderem wichtig ist, das Zeitformat und die Aktivitäten stark zu strukturieren, indem beispielsweise Ablenkungsquellen vermieden, regelmäßig individuelle Rückmeldungen gegeben und kleine Arbeitsgruppen gebildet werden (ebd., 321).

Die Ergebnisse dieser beiden Studien wurden mitunter auch bei der Erstellung des im Folgenden vorgestellten Projekts berücksichtigt. Bei diesem wurde für den Roboter Blue-Bot ein Unterrichtsentwurf erstellt, welcher anschließend in einer dritten Klasse im Rahmen einer Projektwoche durchgeführt wurde.

1. Phase:

• Einführung in die Thematik “Robotik“
• Entwurf eines Roboters
• verschiedene “unplugged-Spiele“ (unter anderem mit Hilfe weiterer Medien, sogenannter “DigitalStarter“)

2. Phase:

• Einführung in die Technik- und Regelkunde des Blue-Bots
• Blue-Bot erste Wege auf Programmiermatte (siehe Abbildung 5) fahren lassen (mit Programmierkaten) und kegeln mit dem Blue-Bot

3. Phase

• ausführliche Einführung in die App
• Arbeit mit den Tablets und der App: Labyrinth-Übung und Bilderrätsel-Übung auf Programmiermatte

4. Phase

• eigene Geschichte mit dem Blue-Bot und der Programmiermatte programmieren
• kennenlernen des “Dash“ als zweiten Roboter
• Überreichung des Blue-Bot-Diploms

Die Erkenntnisse des Projekts zeigen, dass es den Kindern beispielsweise schwer fiel, sich selbständig in das Arbeiten mit dem Blue-Bot hineinzufinden, weshalb die Methode der direkten Instruktion für den Einstieg in das Projekt und die einzelnen Phasen zu empfehlen ist. Außerdem hilft es den Kindern, wenn ihnen die Übungen direkt am Blue-Bot gezeigt werden und um mögliche Überforderungen zu vermei­den, wäre es wünschenswert, wenn sie stets eine Ansprechperson zur Seite hätte. Hierfür aber auch generell ist eine kleine Gruppengröße von maximal acht Kindern pro Lehrkraft zu empfehlen. Weiterhin sollte die Möglichkeit der Nutzung der ver­schiedenen Hilfsangebote noch stärker betont werden, da diese vielen Kindern hal­fen, aber zu Beginn oft noch nicht berücksichtigt wurden. Zudem ist es sinnvoll, stär­kere Kinder mit schwächeren zusammenarbeiten zu lassen, um so mehr zu gewähr­leisten, dass alle SuS Erfolgserlebnisse verspüren.Alles in allem wäre zudem noch mehr Zeit von Vorteil gewesen, um die Kompeten­zen im Bereich des Programmierens zu vertiefen und auch dem E-Book noch mehr Aufmerksamkeit zu schenken. Dieser ging durch die kürzere Projektzeit etwas unter. Prinzipiell konnten bei den Kindern schon in dieser kurzen Zeit Fort­schritte verzeichnet werden und so gelang zum Beispiel bei allen in einem gewissen Ausmaß der Übergang vom Trial-and-Error-Verfahren zum systematischen Arbei­ten. Es ist also auch am Förderzentrum möglich, inder mithilfe von Lernrobotern an das Programmieren heranzuführen. Dazu benötigt es aber auch Lehrkräfte, die bereit dazu sind, dieses Themenfeld in ihren Unterricht zu integrieren und sich an die Arbeit mit Robotern auch selbst heran­trauen. Dafür möchte ich nun noch einmal abschließend appellieren und deshalb auch diesen Unterrichtsentwurf als eine mögliche Anwendungs- oder Orientierungs­form zur Verfügung stellen. Dieses Themengebiet ist, wie eingangs erwähnt, von sehr großer Bedeutung und es ist wichtig, dass es immer mehr und immer früher Einzug in die deutschen Schulen findet, so auch in den Primarstufen von Förderzentren.

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