MIT-Grundschule
Der Lehrplan des Wahlpflichtfachs MINT erweitert Kompetenzen des Lehrplans 21. Insbesondere werden zahlreiche der in den MINT-Fächern erlernten Denk-, Arbeits- und Handlungsaspekte des Grundanspruchs vertieft. Thematisch öffnet der Lehrplan MINT bewusst neue Themenfelder.
Gerade im Hinblick auf die MINT-Themen bietet die aktuelle Lehrplan-Reform grosse Chancen, die es zu nutzen gilt. Der Lehrplan 21, der erste gemeinsame Lehrplan für die Volksschulen aller deutsch- und mehrsprachigen Kantone, orientiert sich grundsätzlich an Kompetenzen, welche die Schülerinnen und Schüler erwerben sollen. Wissen soll also nicht nur erlernt, sondern vor allem auch fächerübergreifend angewendet werden können. Dieses Konzept ist gerade für die Vermittlung von MINT-Themen gut geeignet.
Als Fachdidaktiker an der Eidgenüssischen Hochschule für Berufsbildung befasste ich mich viele Jahre mit Ausbildungskonzepten, die Schülerinnen und Schüler auf eine Arbeitswelt vorbereiten sollen, die mit der fortschreitenden Digitalisierung ganz neue und anspruchsvolle Grundkompetenzen verlangt.
Didaktische Herausforderungen
Der Lehrplan 21 lässt den Lehrpersonen bei der Gestaltung ihres Unterrichts viele Freiheiten. Das ist gut so, denn das gibt zusätzlichen Spielraum für die Umsetzung eigener Ideen und individueller Konzepte.
Die Lehrerinnen und Lehrer sollen sich auf ihr Kerngeschäft konzentrieren und bestmögliche Voraussetzungen schaffen, dass die Schülerinnen und Schüler einen wesentlichen Teil ihrer MINT-Erfahrungen mit entdeckendem Lernen selber aufbauen können.
Die Wahl der technischen Infrastruktur ist eher nebensächlich, die Motivation der Lehrpersonen aber entscheidend für den Lernerfolg.
Bei der Vermittlung von Fachinhalten können die Schülerinnen und Schüler nicht mit allen Aspekten eines Themas konfrontiert werden, sondern es muss ausgewählt, weggelassen und vereinfacht werden. Für die Grundschule ist daher die didaktische Reduktion von grosser Bedeutung. Welche Aspekte können weggelassen werden? Wie kann das entschieden werden? Die Antworten auf diese Fragen sind manchmal nicht leicht zu finden.
Abstrakt denken, kombinieren, auf Handlungsanweisungen reagieren oder kreative Lösungen finden – all diese Fertigkeiten trainieren Kinder/ Schüler beim Programmieren eines Lernroboters. Die sehr unterschiedlich konzipierten, meist bunten und originellen Spielzeuge können singen, tanzen und auf Stimmen sowie Hindernisse reagieren.
Nur erwartet die Arbeitswelt ganz andere Kompetenzen und möchte davon profitieren, dass wenigstens die elementaren Grundrinzipien verstanden wurden und in konkreten Anwendungen in der Praxis den Einstieg erleichtern.
Der Bezug zur Arbeitswelt
Bezüglich der technischen Hilfsmittel möchte ich mich auf die Wahl einer geeigneten Programmiersprache und eines praxistauglichen Roboters konzentrieren.
Programmiersprachen
Um ein Grundverständnis der programmierten Computer, Roboter und Automaten zu erlangen, die in unserer digital geprägten Informationsgesellschaft allgegenwärtig sind, sollen Schülerinnen und Schüler bis zum Ende der Primarstufe selbst ein Computerprogramm mit einer Programmierumgebung erstellt haben.
Es liegt auf der Hand, dass Schülerinnen und Schüler auf der Grundstufe eine Programmiersprache brauchen, die einen spielerischen und kreativen Ansatz unterstützen.
Auf der Oberstufe sollen aber Werkzeuge verwendet werden, die den Einstieg in die reale Arbeitswelt erleichtern sollen. Hier einen guten Kompromiss zu finden ist nicht einfach.
Spielzeugroboter versus Industrieroboter
In der Grundschule dürfen die Lernroboter durchaus Ähnlichkeit haben mit Spielzeugen, mit denen die Schülerinnen und Schüler schon bestens vertraut sind. LEGO und FischerTechnik sind bekannte Stichworte dazu.
In der Arbeitswelt dagegen müssen Roboter hohen technischen Anforderungen genügen, damit nicht nur die Sicherheit des Personals sondern auch die Präzision der hergestellten Werkstücke dem Industriestandard genügen.
Ein AHA-Erlebnis
Wie Phönix aus der Asche trat vor einem Jahr ein Lernroboter auf die Bühne, der viele der genannten Probleme lösen wird.
Wie genau erfährst du später
Man stelle sich vor, man könne mit einer bekannten und bewährten Programmierumgebung sowohl die Bedürfnisse der Schüler beim Entwickeln eigener Spiel-Programme unterstützen, wie auch den Technik-Freaks bei der Steuerun der Roboter,
Die Roboter sind keine Spielzeuge sondern erfüllen bezüglich Robustheit und Genauigkeit auch die in der Industrie geltenden Anforderungen.
Der Roboter wird von einem Mikrocontroller gesteuert, deren Programme mit einer Standardsoftware entwickelt wurden. Er kann über WLAN und Bluetooth mit andern Roboter und dem Internet kommunizieren.
Wie steht es mit der Umsetzung ?
Um ein Grundverständnis der programmierten Computer, Roboter und Automaten zu erlangen, die in unserer digital geprägten Informationsgesellschaft allgegenwärtig sind, sollen Schülerinnen und Schüler bis zum Ende der Primarstufe selbst ein Computerprogramm mit einer Programmierumgebung erstellt haben. Ähnlich wie im Chemielabor geht es dabei um ein konzeptionelles Verständnis und nicht um das Erlernen und Meistern einer konkreten Programmiersprache.
Programme in der Informatik sind, wie mathematische Beschreibungen, exakt und präzise zu formulieren und können anschliessend auch nur genau das tun, was vom Programmierer vorgesehen wurde. Der Begriff Algorithmus umschreibt eine Folge von Anweisungen, mit denen ein bestimmtes Problem gelöst werden kann. Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass Algorithmen von Menschen gemacht werden und nicht unveränderbar gegeben sind.
Auf der Unterstufe wird vielerorts eine Programmierumgebung verwendet, die am MIT (Massachusetts Institute of Technology) genau für diesen Zweck entwichelt und allen Schulen auf der Welt zur Verfügung gestellt wird.
Scratch ist eine bildungsorientierte visuelle Programmiersprache für Kinder und Jugendliche inklusive ihrer Entwicklungsumgebung und der eng verknüpften Online-Community-Plattform.
Ihr Ziel ist es, Neueinsteiger – besonders Kinder und Jugendliche – mit den Grundkonzepten der Programmierung vertraut zu machen. Die Programmierung erfolgt mit farbigen Blöcken, die wie Puzzlesteine per drag&drop zu Teilprogrammen zusammengesetzt werden.
scratch.mit.edu
bietet die Möglichkeit online ohne Download eines Programms eigene Projekte zu programmieren, hochzuladen und anderen zu präsentieren. Ebenso können Projekte von anderen betrachtet, heruntergeladen und ausgeführt werden.
Das Gestalten von Spielsituationen, in denen sich die Figuren nach vorgegeben Regeln bewegen können, ist meist recht einfach.
Die Programmierung von Computer-Spielen, die man mit Schülerinnen und Schülern auf der ganzen Welt austauschen kann, ist schon recht anspruchsvoll, aber darum auch sehr motivierend.
Computer befolgen ihre einprogrammierten Regeln - Anleitungen - was in welchen Situationen zu tun ist und das akribisch genau. Im Gegensatz zu uns Menschen sind sie nicht in der Lage Anweisungen zu interpretieren oder selbstständig zu erraten, was der Autor der Anleitung wohl damit gemeint hat, wenn der nächste Schritt nicht ganz eindeutig ist.
Währenddem auf der Unterstufe der kreative, spielerische Umgang mit dem Programmierwerkzeug erprobt wird werden auf der Mittelstufe ersten Erfahrungen in einem Anwendungsbereich vertieft, der einen viel engeren Bezug zur Berufs- und Arbeitswelt hat. Nun werden nicht nur Figuren auf einem Display verschoben, sondern kleine Roboter mit einer programmierbaren Fernsteuerung.
Die Möglichkeit, die Figuren nun in einem realen Umfeld bewegen zu können, stellt die Lernenden vor neue Herausforderungen. Was auf dem Bilschirm noch geordnet ablaufen mag, kann auf dem Arbeitstisch auch mal an den physikalischen Grenzen scheitern.
Spannend werden diese Anwendungen, wenn die Roboter nicht einem vorgegebenen Programm folgen, sondern sich autonom bewegen können. Dazu haben sie Sensoren, mit denen sie das Umfeld erkennen können.
Je nachdem, welche Bedeutung die MINT-Fächer in einem Projekt haben sollen, werden ganz unterschiedliche Modelle entstehen. Realisiert werden sie meist mit bekannten Bausätzen aus der LEGO-Welt oder den FischerTechnik Bausätzen.
Selbstverständlich ist der Zusammenbau der Modelle jeweils eine ganz besondere Herausforderung.
Moderne Lernroboter werden von leistungsfähigen Mikrocontrollern gesteuert. In vielen Fällen ist es ein ARDUINO, der für wenig Geld auch als Bausatz gekauft und zu Bastlerzwecken eingesetzt werden kann.
Mikrocontroller verfügen über alle Funktionen eines einfachen Computers. Sie werden nicht nur in Maschinen, sondern auch in technischen Gebrauchsartikeln wie Waschmaschinen, Kaffeautomaten, medizinischen Geräten, Verkaufsautomaten und Haushaltgeräten eingesetzt.
Mikrocontroller sind bei der Entwicklung neuer Produkte von besonderer Bedeutung. Natürlich wäre es wünschenswert, wenn interessierte Schülerinnen und Schüler in Freifachangeboten kleine Projekte realisierenund erste Erfahrungen sammeln könnten.
Moderne Lerncomputer verfügen auch über verschiedene Sensoren, die das Umfeld zum Beispiel mit Licht-, Distanz- und Schallsensoren überwachen und dem Mikrocontroller die für die Steuerung erforderlichen Daten liefern.
Um zu verstehen, wie selbstfahrende Autos funktionieren, sind praktische Erfahrungen mit der Sensortechnik sehr hilfreich.
Auch hier gibt es Lehrpersonen, die mit einfachen Experimenten ein wertvolles Grundwissen aufbauen.
Python ist eine mächtige, vielseitig einsetzbare Programmiersprache, die von Guido van Rossum erstellt wurde. Python hat eine einfach zu benutzende Syntax und ist damit die perfekte Sprache für jemand, der sich neu mit Programmierung beschäftigt.
Die Syntax der Sprache ist sehr einfach und leicht zu verstehen und die Länge des Codes ist relativ kurz. Es macht meist auch für Anfänger viel Spaß, sich mit Python zu beschäftigen, weil du dich ganz auf die Lösung des Problems konzentrieren kannst, statt dich mit Besonderheiten der Sprache herumzuschlagen.
1. Programmieren in Python macht Spass
Es ist einfacher, Python-Code zu schreiben und zu verstehen als in anderen vergleichbaren Programmiersprachen. Dies liegt an der einfach zu verstehenden Syntax.
Selbst wenn du noch nie programmiert hast, ist es selbsterklärend, dass dieser Code zwei Zahlen addiert und das Ergebnis ausgibt.
2. Die Syntax ist nicht übertrieben streng
In Python musst du den Datentyp einer Variable nicht angeben. Zudem wird kein Semikolon nach jedem Statement benötigt.
Python zwingt dich dazu, bewährten Methoden zu folgen (wie z.B. richtige Einrückung). Dies mag zuerst wie eine Kleinigkeit aussehen, kann aber den Einstieg in die Programmierung für Einsteiger deutlich vereinfachen.
3. Ausdruckskraft der Sprache
Python ermöglicht es dir, Programme mit umfangreicher Funktionalität in wenigen Codezeilen zu schreiben. Es ist erstaunlich, wieviel man mit Python machen kann, wenn man erstmal die Grundlagen beherrscht.
4. Eine großartige Community und Unterstützung
Python wird von einer großen Community getragen. Es gibt mehrere aktive Onlineforen die dir helfen können, wenn du nicht weiterkommst.
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