piwik-script

Intern
  • LFS DIGI als einzelne Buchstaben auf Tisch
Lern- und Forschungsstelle des Instituts für Sonderpädagogik Digital

Einsatz von Lernrobotern

Umsetzungsmöglichkeiten im Kontext erschwerter Lern- und Bildungsprozesse

von Philipp Heidenkampf

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.

Einen Überblick über den Ablauf des Programms bekommen die Kinder dabei zunächst mithilfe folgender Lernlandkarte: Einen Überblick über den Ablauf des Programms bekommen die Kinder dabei zunächst mithilfe folgender Lernlandkarte:

Abbildung 4: Lernlandkarte “Euer Weg zum Blue-Bot-Diplom“ (eigene Anfertigung)

Um das Projekt für die Kinder anschaulich und motivierend zu gestalten, wird es im Rahmen einer Geschichte vermittelt, in der die Kinder gemeinsam mit den zwei Charakteren Emma und Ben “Robi´s spaßige Programmierschule“ besuchen und dort auf ganz unterschiedliche Roboter treffen. Durch diese Handlung durchgeführt werden sie über ein E-Book, welches mit der App "BookCreator“ erstellt wurde. Das EBook können Sie hier herunterladen: EBook zum Unterrichtsentwurf

  1. Phase:
  • Einführung in die Thematik “Robotik“
  • Entwurf eines Roboters
  • verschiedene “unplugged-Spiele“ (unter anderem mit Hilfe weiterer Medien, sogenannter “DigitalStarter“)
  1. 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
  1. Phase
  • ausführliche Einführung in die App
  • Arbeit mit den Tablets und der App: Labyrinth-Übung und Bilderrätsel-Übung auf Programmiermatte
  1. Phase
  • eigene Geschichte mit dem Blue-Bot und der Programmiermatte programmieren
  • kennenlernen des “Dash“ als zweiten Roboter
  • Überreichung des Blue-Bot-Diploms

Da der Unterrichtsentwurf für Kinder entwickelt wurde, die unter erschwerten Bedingungen Lernen, wurden auch verschiedene Differenzierungsmöglichkeiten berücksichtigt, welche u. a. den diversen Entwicklungsbereichen eingeordnet wurden und in der nachstehenden Tabelle nachgelesen werden können sind. Das Raster orientiert sich dabei an einer nicht veröffentlichten Tabelle von Wilhelm, der dies auf der Grundlage des Such- und Kritierienraster zur inneren Differenzierung von Klafki (1996, ) adaptiert hat.

Sonderpädagogische Differenzierungs- und Individualisierungsaspekte (Wilhelm (o. J.) in Anlehnung an das Ordnungs- und Suchraster zur inneren Differenzierung n. Klafki 1996, 188)

Unterrichtsphasen   Komplexitätsgrad Mögliche Wi­derstände im Lernprozess
Personelle Un­terstützung (Kooperative Lernformen)

Motorik & Wahrneh­mung

 
Denken & Lernstrategien
Kommuni­kation & Sprache
Emotionen & Soziales Handeln
I. Einführung und unplugged-Spiele (Anfangsübung und Einstieg mit Herr Antenne)
  • Längere Texte auch als Audioda­tei verfügbar machen (über ganzes Projekt hinweg
  • Hilfskarten und ausgedruckte Funktionstasten anbieten, um bes­sere Orientierung zu haben
  • Bezug zum Themenfeld “Ro­botik“
  • Überforderung beim “unplugged“-Programmieren: Aufgaben in verschiedenen Niveaustufen
  • Kooperatives Prob­lemlösen beim Legen der Programmierkaten
  • Gruppenbildung um “Lehrer-Roboter“ richtig zu program­mieren
  • Thema “Program­mieren“ bewusst wahrnehmen
  • Lehrkraft nimmt bei Alltagsübung Bananen mit in den Unterricht, an­hand denen die Übung noch bes­ser wahrgenom­men werden kann
  • Denkanregungen ge­ben (Offene Aufgaben mit mehreren Lösungswege
  • Lehrkraft wirft bei Vor­stellung der Roboter ver­schiedene Begriffe ein, die Kindern helfen können, die Zuständig­keitsbereiche für die Ro­boter zu bestimmen
  • Verschiedene Kommunikati­onsmöglichkei­ten anbieten (mündlich, schriftlich, etc)
 

II. erste Erfahrun­gen mit dem Blue-Bot und seiner Tas­tenfunktion (Roberta und ihr Blue-Bot)

  • Ausgedruckte Funktionstasten und Spielfeld in Kleinformat, um Übungen zunächst ohne Roboter durchzuführen

  • Überforderung bei Arbeit mit Tas­ten und Regeln des Blue-Bots
  •  Bezug zum “Programmieren“
    • manchen Kindern die Funktionstasten und deren Besonder­heiten in 1 zu 1 Ge­sprächen direkt am Blue-Bot erklärenRegeln evtl. auch nochmal in 1 zu 1 Gesprächen erkläre
    • Individuelle Erklärungen während der Arbeitsphase

 

 

 
  • SuS beim Na­men des Blue-Bots mitent­scheiden lassen

III. Kennenlernen der Blue-Bot-App (Erkundung der App bei Professor Schnauzer)

  • Merkzettel (in einfacher oder leichter Sprache) mit wichtigsten Funktionen der App anbieten

  • Schwierigkeiten im Umgang mit technischen Gerä­ten
  • Motivation und Kreativität durch lebensweltorientierte Aufgaben begegnen

 

  • QR-Code zu ei­nem Video für La­byrinth-Übung zur besseren An­schaulichkeit
  • Tipps im Buch zum Bauen des Labyrinth
  • vorbereitete Rätselfra­gen für Bilderübung als Denkanregung anferti­gen
   

IV. Eigenständiges Erstellen eines Pro­gramms und Ab­schluss des Pro­jekts (Abschluss­übung bei Robi dem Roboter)

 
  • Abschlussauf­gabe ist zu heraus­fordernd
  • Schwierigkeiten beim Formulieren einer eignen Ge­schichte in der deutschen Spra­che
  • individuelles Erklä­ren
  • Regeln manchen Kindern nochmal in einem 1 zu 1 Ge­spräch ausführlich erklären
  • visuelle Hilfe bei der Erstellung der Geschichte
  • Merkzettel mit Regeln anbieten
  • Kinder haben diese immer neben sich und können sich gezielt auf Aufgabe konzentrieren
  • Kleine Zettel mit Hilfs­wörtern für Storytelling als mögliche Denkanregung
 
  • Dash darf am Ende von jedem ausprobiert wer­den, unabhängig vom Lernfort­schritt

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.

Arnulf Betzold GmbH (2022): Blue-Bot – der programmierbare Roboter. In: https://www.betzold.de/prod/E_754599/. [Zugriff am: 26.04.2022]

Bargagna, S./ Castro, E./ Cecchi, F./ Cioni, G./ Dario, P./ Dell´Omo, M./ Di Lieto, M.C./ Inguaggiato, E./ Martinelli, A./ Pecini, C./ Sgandurra, G. (2018): Educational Robots in Down Syndrome: A Feasibility Study. In: Technology, Knowledge and Learning 2, 24, 315-323.

Bergner, N./ Köster, H./ Magenheim, J./ Müller, K./ Romeike, R./ Schröder, U./ Schulte, C. (2018): Zieldimensionen informatischer Bildung im Elementar- und Primarbereich. In: Stiftung Haus der kleinen Forscher (Hrsg.): Früher informatische Bildung – Ziele und Gelingensbedingungen für den Elementar- und Primarbereich. Wissenschaftliche Untersuchungen zur Arbeit der Stiftung Haus der kleinen Forscher Bd. 9. Opladen, Berlin, Toronto, 38-267.

Bergner, N./ Müller, K. (2018): Fachempfehlung Informatiksysteme. In: Stiftung Haus der kleinen Forscher (Hrsg.): Früher informatische Bildung – Ziele und Gelingensbedingungen für den Elementar- und Primarbereich. Wissenschaftliche Untersuchungen zur Arbeit der Stiftung Haus der kleinen Forscher Bd. 9. Opladen, Berlin, Toronto, 268-301.

Best, A./ Borowski, C./ Büttner, K./ Freudenberg, R./ Fricke M./ Haselmeier, K./ Herper, H./ Hinz, V./ Humbert, L./ Müller, D./ Schwill, A./ Thomas, M. (2019): Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich. In: LOG IN 191/192, 39, 1-36.

Brandhofer, G. (2017a): Coding und Robotik im Unterricht. In: Erziehung und Unterricht 7-8, 630 -637.

Brandhofer, G. (2017b): Code, Make, Innovate! Legitimation und Leitfaden zu Coding und Robotik im Unterricht. Ein Plädoyer für einen Blick hinter die Kulissen des Digitalen, für Coding, Computational Thinking, Robotik und Making in der Schule. In: https://journal.ph-noe.ac.at/index.php/resource/article/view/348. [Zugriff am: 27.04.2022]

Conchinha, C./ Osório, P./ Correia de Freitas, J. (2015): Playful learning: Educational Robotics applied to Students with Learning Disabilities. In: do Rosário Rodrigues, M./ Llamas M.N./ Figueiredo, M. (Hrsg.): 2015 International Symposium on Computers in Education (SIIE). Setubal, 167-171.

Fojtik, R. (2017): The Ozobot and education of programming. In: New Trends and Issues Proceedings on Humanities and Social Sciences 5, 4, 8-16

Geldreich, K./ Funke, A./ Hubwieser, P. (2017): Willkommen im Programmierzirkus. Ein Programmierkurs für Grundschulen. In: Diethelm, I. (Hrsg.): Informatische Bildung zum Verstehen und Gestalten der digitalen Welt - Proceedings der 17. GI-Fachtagung Informatik und Schule (INFOS). Bonn, 327-334.

GDSU (Gesellschaft der Didaktik des Sachunterrichts (2021): Positionspapier Sachunterricht und Digitalisierung. Online: https://gdsu.de/sites/default/files/PDF/GDSU_2021_Positionspapier_Sachunterricht_und_Digitalisierung_deutsch_de.pdf [Zugriff am: 26.04.2022]

Heljakka/ K./ Ihamäki, P./ Tumoi, P./ Saarikoski, P. (2019): Gamified Coding: Toy Robots and Playful Learning in Early Education. In: Institute of Electrical and Electronics Engineers [IEEE] (Hrsg.).: 2019 International Conference on Computational Science and Computational Intelligence. Las Vegas, 800-805.

Klafki, W. (1996): Neue Studien zur Bildungstheorie und DIdaktik. Zeitgemäße Allgemeinbildung und kritisch-konstruktive Didaktik. Weinheim und Basel.

Kultusministerkonferenz [KMK] (2009): Empfehlung der Kultusministerkonferenz zur Stärkung der mathematisch-naturwissenschaftlichen Bildung. In: https://www.kmk.org/themen/allgemeinbildende-schulen/unterrichtsfaecher/mathematik-informatik-naturwissenschaften-technik-mint.html. [Zugriff am: 27.04.2022].

Löbing, A./ Kluge J. (2021): Ich bin ein Roboter - programmiere mich! Eine Unterrichtsstunde zum themenerschließenden Bewegen dem programmierbaren Roboter Botley. In: sportpädagogik 4, 10-13.

Resnick, M. (2014): Give P´s a chance: Projects, peers, passion, play. In: https://educators.brainpop.com/printable/give-ps-a-chance-projects-peers-passion-play/. [Zugriff am: 27.04.2022]

Tengler, K. (2020): Klein, kreativ, Ozobot. - Förderung von Kreativität und informatischem Denken durch spielerisches Programmieren. In: https://journal.ph-noe.ac.at/index.php/resource/article/view/825/914. [Zugriff am: 28.04.2022]

Thompson, R. (2016): Teaching Coding to Learning-Disabled Children with Kokopellis World. In:  Blackwell, A./ Plimmer, B./ Stapleton, G. (Hrsg.): 2016 IEEE Symposium on Visual Languages and Human-Centric Computing (VL/HCC). Cambridge, 258-259.

Topi, H. (2015): Gender Imbalance in Computing: Lessons from a Summer Computer Camp. In: ACM Inroads 4, 6, 22-23.