Computer Science Education Week

In der Woche vom 9.12. bis zum 15.12. fanden in 180 Ländern Veranstaltungen im Rahmen der Computer Science Education Week statt, mit der Schülerinnen und Schülern Computer und Programmieren näher gebracht werden sollen. Zentraler Punkt der Veranstaltung ist die Plattform „Hour of Code“, mit der Kinder jeden Alters einen Einstieg in das Programmieren finden können, die aber inzwischen auch den etwas Erfahreneren einiea zu bieten hat.
In Deutschland ist die Beteiligung im Vergleich zu den Nachbarländern noch recht gering, wie der Kartenausschnitt zeigt.

 

Map

Nachdem wir im letzten Jahr mit den Steinadlern bereits einen erfolgreichen Versuch gewagt hatten, wollten wir in diesem Jahr dem Thema mehr Zeit einräumen und setzten es als fächerübergreifendes Thema mit geplant 15  Wochenstunden um.

Der Montag begann mit einem Einstieg in das Programmieren, der bereits für sehr junge Kinder geeignet ist: „der menschliche Roboter“.
Nach einem kurzen Einstieg und der Frage, wer einen Roboter zuhause hat und was ein Roboter eigentlich ist, wurde aus den Sitzkissen im Musikraum ein Parcours gelegt, den unser Roboter bewältigen sollte. Schnell war klar, dass für die erste Strecke der Befehl „gehe geradeaus“ benötigt wird. Wir symbolisierten ihn durch einen einfachen Pfeil und hängten die Befehlsfolge, also unser „Programm“, an der Wand auf.
Nun wurde ein Kind als Roboter ausgewählt, das auf dem Startkissen ( grün) Position bezog. Ein weiteres Kind las das Programm Schritt für Schritt vor, was das Roboterkind entsprechend ausführte, bis es am Ziel (oranges Kissen) angekommen war.
Im Laufe der Stunde wurde die Strecke immer schwieriger – es kamen Richtungswechsel und Hindernisse dazu und entsprechend neue Befehlskarten.
Nach der Pause ging es mit der „Roboterraupe“ weiter.

Unsere Raupe besteht aus einem Kopf und reichlich vielen Programmbausteinen, die über USB-Verbindungen miteinander gekoppelt werden können. Jeder Baustein repräsentiert einen Befehl – die Symbole ähneln (welch Zufall….) denen, die wir vorher als Karten an die Wand gehängt hatten. Zusätzlich sind die Befehle farblich codiert.

Nachdem die Kinder die Bausteine untersucht und dies alles entdeckt hatten, steckten sie den Parcour, den unser Roboter abgelaufen war, mit den Programmsteinen nach und tatsächlich – die Raupe nahm denselben Weg wie das Kind zuvor.

Nun konnten mit der Raupe weitere Wege programmiert werden.
Sehr geschickt zeigte die Raupe beim Spielen, welchen Programmbefehl sie gerade ausführte: Die Augen der Raupe nahmen einen passenden Farbton an und der entsprechende Stein blinkte. Neugierig erforschten die Kinder auch die ihnen noch unbekannten Befehle. So gibt es in unserer Kiste einen 45°-Stein, einen 180°-Stein, einen (zum Glück nur einen) Musikstein und einen „Wiederholungsstein“, der den Befehl, der davor gesteckt ist, ein- bis fünfmal wiederholt. Geregelt wird die Anzahl der Durchläufe über einen Drehknopf.

Die Raupe stand den Kindern in den folgenden Tagen zur freien Verfügung. Besonders vor dem Frühstück beschäftigte sich stets eine größere Zahl von Kindern damit. Ergänzt wird die Raupe durch die kostenlose App „Code a Pillar“,
die es für Android und IOS gibt und die auch ohne die Raupe für Vorschulkinder und Schulanfänger recht nett ist.

Nach dem Mittagessen griffen wir den Einstieg noch einmal auf.
In mehreren Videos schauten wir uns unterschiedliche Roboter an.
Für die Kinder ist die Vorstellung eines Roboters meist von humanoiden Robotern aus Büchern und Filmen geprägt. Zwar benannten sie den „Staubsaugerroboter“ und den „Rasenmähroboter“, in ihrer Vorstellung haben Roboter aber Hände, Arme, einen Kopf und laufen auf Beinen.
Wir schauten uns zuerst „Pepper“ an, was er kann und wozu er eingesetzt wird (Pepper wurde von den Kindern übrigens spontan als feminin („die Pepper“) wahrgenommen).

Am Beispiel von „Erica“, einem überaus menschlich aussehenden japanischen Roboter, überlegten wir, warum manche Roboter bei Menschen unangenehme Gefühle erzeugen, was die Aufgabe von Robotern sein kann, wozu wir sie benötigen.

Anschließend sahen wir weiteren Robotern bei der Arbeit zu: einem Assistenzroboter für Menschen mit Bewegungseinschränkungen, einem Pizzalieferanten und Robotern in der Autoindustrie.

Was Roboter sonst noch so können, insbesondere, wie sie sich fortbewegen, zeigte eine Auswahl der Roboter von Boston Industries.

Am Ende des Tages gab es dann noch einige lustige Beispiele, wie Roboter auch völlig versagen können, wenn ihre Umgebung verändert wurde, die Programmierung noch nicht so recht passt oder sie in Situationen geraten, an die der Programmierer nicht gedacht hat.

Nachdem am Dienstagmorgen sofort die Raupe herausgekramt wurde, ging es nach der Pause mit der „Hour of Code“ weiter.  Gemeinsam lernten die Kinder über das Interaktive Whiteboard das Spiel „Run Marco!“ kennen. Dieses Spiel kann sowohl im Browser am PC gespielt, aber auch als App für Android und IOS kostenlos heruntergeladen werden.

Marco (oder die ebenfalls vorhandene Sophia), haben auf einem Ausflug ihre Klasse verloren und müssen nun alleine den Weg durch den Dschungel zu einer alten Inka-Pyramide finden. Gesteuert werden sie dabei durch das Programm, das die Kinder ihnen Abschnitt für Abschnitt schreiben. Dabei tauchen immer wieder neue Schwierigkeiten auf, bei denen entsprechende Befehle neu eingeführt werden. Die Befehle werden durch Symbole, aber auch durch Text gekennzeichnet und sind farblich gruppiert. Das Aussehen der Befehle und das „Zusammenschieben“ der einzelnen Teile ist stark an Scratch (s. Mittwoch) orientiert, sodass ein Umstieg auf diese freiere und viel umfassendere Programmieroberfläche leicht fallen sollte.

Anschließend sollten die Kinder sich nun zu zweit daran machen, Marco oder Sophia zu retten. Wir führten dazu eine vereinfachte Version des Pair-Programming (oder „Peer-Programming“) ein, bei der es jeweils einen „Kapitän“ und einen „Steuermann“ gibt. Der Kapitän „sagt, wo es langgeht“ – er gibt die Befehle vor. Der Steuermann darf zwar seine Einwände vorbringen, Entscheidungen trifft aber der Kapitän. Der Steuermann ist dafür der Herr (oder die Frau) über das Tablet, gibt die Programmbefehle ein und startet nach Aufforderung des Kapitäns das Programm. Gemeinsam können dann die Fehler diskutiert werden.

Nach vorgegebener Zeit wechseln die Rollen, wenn die jeweiligen Partner dies wünschen. Wir hatten aber auch ein Paar, das sich in den gegebenen Rollen wohler fühlte und die Verteilung bis zum Ende beibehielt.

Eine große Schwierigkeit für die Erstklässler war die Bestimmung der Drehrichtung.
Erst nachdem wir mit ihnen geübt hatten, dass man beim Programmieren aufstehen kann, sich in die Perspektive der Figur versetzt, den Schreibarm hoch in die Luft streckt, sich dreht wie die Figur es benötigt und dann bestimmt, ob man sich um den Schreibarm oder „zur anderen Seite“ gedreht hat, gelang es allen, Rechtsherum- und Linksherum-Drehen auseinander zu halten.
Das Spiel „Run, Marco!“ verwendet auch Schleifen und Funktionen.
Bis zu den Funktionen ist im Rahmen dieser Tage keine Gruppe gekommen, zu den Schleifen jedoch sind alle in ihrem individuellen Tempo vorgedrungen.
Im Spiel werden die Schleifen seht nett eingeführt – der Platz, an dem die Programmbefehle angeordnet werden können, ist begrenzt. Die Aufgabe erfordert aber mehr Befehle als in dieses Feld hineinpassen, sodass zwangsläufig auf die Schleife zurückgegriffen werden muss, damit das Level gelöst werden kann.
Erinnerte man die Kinder an den Wiederholungsbaustein der Raupe, erkannten sie schnell, wie sie nun hier den entsprechenden Befehl einsetzen mussten.

Am Mittwoch stellte ich den Kindern Scratch Junior. vor, die „Katzen-App“ auf unseren iPads.
Ein Kind war mit dieser App bereits vertraut, die anderen versuchten, einfache Programme zu erstellen, die Katze zu bewegen und lernten die andersartige Programmieroberfläche kennen. Vor die Wahl gestellt, entschieden sich viele Paare, lieber bei „Run, Marco!“  weiterzumachen und dort die nächsten Level zu lösen.
Scratch Junior können die Kinder in Zukunft in der Freiarbeit nutzen. Ich werde versuchen, gezielte Aufgabenstellungen zu finden, die den Kindern die Möglichkeiten des Programms vermittelt. Von dort aus können sie dann ins freie Programmieren übergehen, wenn es sie interessiert.

Für uns ist Scratch Junior insofern wichtig, alsdass wir in absehbarer Zeit im Sachunterricht mit Lego WeDo arbeiten wollen, das optisch dieselben Programmbausteine verwendet. Diese sind nun schon bekannt, wenn auch nicht vertraut.

Oh – schon Donnerstag? Die Schulzeit verging uns in den letzten Tagn wie im Fluge und oft mussten die Kinder an die Pausen erinnert werden und die Mittagszeit kam viel zu schnell.

 

Am Vormittag haben wir uns über Strom und den Stromkreis unterhalten, versucht zu erklären, wie Strom „fließt“, aber trotzdem nicht aus dem angeschlossenen Kabel tropft und überlegt, woher Roboter ihre Energie beziehen können.
Mit Hilfe von Brixo-Elementen *)  wurde ein Stromkreis aufgebaut und eine Lampe zum Leuchten gebracht.

Dann wurde ein weiterer Stein eingebaut. – zum Erstaunen der Kinder konnte die Lampe nun mit einem lauten Händeklatschen oder Fingerschnippen an und ausgeschaltet werden.

Nachdem (grob) geklärt wurde, wie dieser Stein (Schallsensor) funktioniert und ein erstes Verständnis für die Bedeutung von Sensoren bei Robotern vermittelt wurde, kamen auch die anderen Sensoren zum Einsatz: ein Helligkeitssensor und ein Distanzsensor. Anschließend waren die Brixo-Steine und die Legosammlung zum Experimentieren und Bauen freigegeben. Parallel dazu konnten die Kinder aber auch am Tablet programmieren oder im Flur mit der Raupe arbeiten – jeder nach eigenem Interesse und Fähigkeiten.

 

Über das Bauen haben wir dann fast vergessen, dass für die Steinadler nun Englisch anstand….

 

Nach dem Mittagessen kamen die Pappkartons zum Einsatz: Wir bauen Maschinen!
Gemeinsam wurde besprochen, welche Möglichkeiten es gibt, diese Maschinen mit beweglichen Teilen zu versehen (Laschen, Klappen, Musterklammern) und wie man herausragende Teile stabilisieren kann.

 

Und dann wurde gebaut.

Was von außen wahrscheinlich wie ein einziges Chaos aussah, war eine sehr produktive und kreative Bastelzeit in Dreiergruppen. Sechs von acht Gruppen hatten am Ende einen Plan entwickelt, einen Plan ihrer Maschine gezeichnet und den Bau beendet. Eine Maschine besitzt sogar einen raffinierten Schlitzmechanismus.

Heute musste ein wenig länger aufgeräumt werden 😉

 

 

In der Planung waren wir davon ausgegangen, dass auch an diesem Freitag das Schwimmen ausfallen würde. Dem war nicht so – Glück für die Schwimmkinder, Pech für die Planung.


Zudem konnte der Sportunterricht nicht in der vorgesehenen Halle stattfinden – die Gruppe musste kurzfristig in eine Halle jenseits der S-Bahn-Linie umziehen, sodass sich alles verzögerte und uns für das Computerprojekt nur eine kleine Stunde am Vormittag blieb.

Wir trennten die Klasse – Gruppen, die bauen wollten, konnten an ihren Karton-Maschinen weiterarbeiten, das Brixo stand zum Experimentieren zur Verfügung. Drei Steinadler-Gruppen aber zogen mit ihrer Maschine um in den Kunstraum.
Diese Kinder hatten im letzten Jahr fast alle bereits eine  „leuchtende Weihnachtskarte“  gebastelt.

Nun sollten sie mit diesem Wissen (wir haben es noch etwas aufgefrischt, gerade, was den Einbau der LEDs angeht) ihre Maschine verbessern. Leider sind wir damit in dieser Woche nicht fertig geworden, sodass wir uns in der kommenden Woche noch etwas Zeit stehlen müssen.
Ziele sind:
– bei einem Roboter sollen die Augen leuchten, wenn man einen Schalter betätigt (Kupferband, LEDs, Batterie)
– ein Roboter soll sich auf ein Signal hin fortbewegen (Brixo mit Batterie, Motor, Lego, Schallsensor? )
– beim Müllschluck-Roboter sollen die Augen leuchten, sobald man die Entnahmeklappe öffnet (Brixo mit Batterie, Krokodilklemmen+Kabel, Leuchtsteine, Helligkeitssensor).

Ich bin gespannt!

 

*) Brixo, ein ehemaliges Kickstarter-Projekt, ist über den Fachhandel anscheinend nicht mehr erhältlich. Die bei Ebay verlangten Preise sind – im Vergleich zum Originalpreis – stark überteuert.

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