Programmierung eines Zufallsgenerators zur Erstellung von Ein-Mal-Eins Aufgaben mithilfe von Scratch

Felix Flügge & Charlotte Jaeger

Kurze Skizzierung der Rahmenbedingungen

Die Unterrichtsstunde wurde in einer vierten Klasse einer Grundschulklasse aus Saarbrücken durchgeführt. Die zwei Lehramtsstudierenden waren vorher noch nie in der Klasse tätig und konnten dementsprechend die Fertigkeiten der Schülerinnen und Schüler nur schwer einschätzen. Die Unterrichtsstunde sollte einen mathematischen und informatorischen Inhalt verknüpfen und den Schülerinnen und Schülern Spaß und Freude bei dem Kontakt mit dem Programmieren bereiten. Im Folgendem soll diese Unterrichtsstunde mit informatorisch-mathematisch verknüpftem Inhalt dargestellt und erläutert werden. Hierzu gehen wir zunächst auf die Auswahl des informatorischen Inhaltes ein. Dies führt uns zu der Frage: Wieso wurde Scratch für die Stunde benutzt?

https://www.wissenswerkstatt-zollernalb.de/fileadmin/user_upload/Scratch_Bild.jpg

Was ist Scratch?

https://www.youtube.com/watch?v=fKGGSrpS-pk

Scratch ist, wie in dem obigen Video bereits erwähnt wurde, eine Programmiersprache. Sie ist 2007 erschienen und ist blockbasiert. Auch die visuelle Orientierung eignet sich besonders gut für den Einsatz in der Schule und für Kinder. Somit ermöglicht Scratch den Kontakt mit Programmieren auf eine kinderfreundliche und motivierende Art und Weise. Auch die kostenlose Benutzung von Scratch ermöglicht es jedem, sich auch zu Hause mit dem Programmieren auseinander zu setzten, insofern ein internetfähiges Endgerät vorhanden ist. Dies ist ein weiterer toller Pluspunkt, da Schülerinnen und Schüler zu Hause ihre Fertigkeiten festigen und erweitern können.

Vorteile von Scratch:

• kostenlos
• motivierend
• ästhetisch ansprechend
• Katze als Leitfigur
• visuell
• blockbasiert
• kein klassisches Coding, sondern Befehlsblöcke werden per Drag and Drop eingefügt

Die Unterrichtsstunde

Programmierung eines Zufallsgenerators für das kleine Ein-Mal-Eins

Überlegungen für die Unterrichtsplanung

Zunächst sollte ein mathematisches Thema mit dem Programmieren verbunden werden, das Schülerinnen und Schüler oft schwer fällt und Übung benötigt. Ziel war es, dieses Üben motivierender und spielerischer zu gestalten. Die Grundidee war, zufallsgenerierte Ein-Mal-Eins-Aufgaben zu erstellen, die von den Schülerinnen und Schülern gelöst werden sollten. Dabei bietet Scratch die Möglichkeit, das Ergebnis im Programm einzugeben und direkt Rückmeldung zu erhalten, ob das Ergebnis richtig oder falsch ist. Dies fördert einen motivierenden und spielerischen Umgang mit dem kleinen Ein-Mal-Eins und ermöglicht den Kindern zusätzlich Einblicke in Programmierungselemente wie beispielsweise Bedingungen.

Da die Klasse, in der die Unterrichtsstunde durchgeführt wurde, noch keine Vorerfahrungen mit dem Programm oder der Programmierung an sich hatte, war es zunächst wichtig, die Vorkenntnisse zur Zufallsgenerierung mit Hilfe eines Würfels und zum Programmieren zu erfragen. Anschließend konnte langsam in Scratch eingeführt und gemeinsam schrittweise das Zielprogramm erarbeitet werden. Zum Abschluss sollte noch die Funktion der einzelnen Bausteine besprochen werden, um das erworbene Wissen zu festigen. Als krönenden Abschluss war eine selbst erstellte Urkunde vorgesehen, die den Kindern das fertige Programm nochmals zeigt und einen QR-Code enthält, der auf die Internetseite von Scratch führt.

Im Folgendem wird auf die genaue Planung eingegangen.

Geplante Durchführung:

Die Informatikstunde mit mathematischem Inhalt wurde für eine vierte Klasse geplant. Im Folgenden geht es um die Planung und den Hintergrund der Unterrichtsstunde. Die Unterrichtsstunde wurde in fünf Abschnitte eingeteilt: den Einstieg, die Erarbeitung, die Arbeitsphase, die Vertiefung und die Sicherung. Ziel der Stunde ist es, die Schülerinnen und Schüler in das Programm Scratch einzuführen und mit ihnen gemeinsam ein Programm zu erstellen, das zufällige Malaufgaben stellt. Zunächst soll den Schülerinnen und Schülern das Programm gezeigt und der Begriff des Zufallsgenerators eingeführt werden. Hierfür wird ein lebensweltnahes Beispiel verwendet, nämlich der Würfel. Anschließend können die Schülerinnen und Schüler mit der Lehrkraft gemeinsam ein kleineres, einfacheres Programm erstellen, um die Grundlagen von Scratch kennenzulernen. Hierfür erstellen sie ein Programm, bei dem eine konkrete Malaufgabe gestellt wird.

https://scratch.mit.edu/projects/1117333071/editor

Anschließend soll auf den Zufallsgenerator eingegangen werden, bei dem die Schülerinnen und Schüler das Programm so ergänzen, dass eine Zahl durch einen Zufallsfaktor ersetzt wird. Dies soll wieder gemeinsam mit der Lehrkraft geschehen, und anschließend sollen die Schülerinnen und Schüler das Programm ausprobieren und die Malaufgaben berechnen. Dadurch wird der mathematische Inhalt, nämlich das kleine Ein Mal Eins, betont, da die Schülerinnen und Schüler Zeit damit verbringen, die Aufgaben zu lösen.

https://scratch.mit.edu/projects/1144478746/editor

In der Vertiefungsphase soll nun darauf eingegangen werden, ob das Programm nur mit der 3-er Reihe funktioniert. Die Schülerinnen und Schüler sollen dabei erkennen, dass das Programm auch mit anderen Reihen funktioniert und dürfen sich ihre Lieblingsreihe des Ein-Mal-Eins aussuchen. Hierbei ist besonders der Aspekt wichtig, dass sowohl die Frage als auch die Antwort angepasst werden müssen. Beispielsweise für die 4-er Reihe:

https://scratch.mit.edu/projects/1117498274/editor

In der Sicherungsphase wird das Programm nochmals besprochen, und sowohl die Lehrkraft als auch die Schülerinnen und Schüler geben Feedback zur Unterrichtsstunde. Anschließend erhalten die Schülerinnen und Schüler eine Urkunde, die bestätigt, dass sie erfolgreich die Grundlagen von Scratch erlernt haben.

Vorderseite der Urkunde

Rückseite der Urkunde

Geplante Erweiterung bei Zeitüberschuss:

Da die zwei Lehramtsstudierenden die Klasse noch nie zuvor unterrichtet hatten, sollte die nachfolgend zu sehende Erweiterung bei Zeitüberschuss noch ergänzt werden. Diese Erweiterung sollte vor allem zur Motivationssteigerung beitragen, da das Programm zum Üben nun wie ein Spiel mit Punktesystem aufgebaut ist.

https://scratch.mit.edu/projects/1117336272/editor

Eine andere geplante Erweiterung, die zum Tragen kommen sollte, falls noch viel Zeit übrig ist, wäre die vollständige Generierung einer Ein-Mal-Eins-Aufgabe, indem auch der zweite Faktor zufällig ausgewählt wird. Dadurch hätten die Schülerinnen und Schüler ein nützliches Tool zum Üben dieser Aufgaben erstellt.

https://scratch.mit.edu/projects/1095169969/editor

Das Artikulationsschema

Um es übersichtlicher zu gestalten, ist hier das Artikulationsschema der Stunde in Tabellenform zu sehen:

Hier ist ebenfalls das Artikulationsschema dargestellt, wobei in Rot die ergänzten/veränderten Punkte, die bei der Durchführung der Stunde im Vergleich zur Planung getätigt wurden, markiert sind:

Reflexion und tatsächliche Durchführung

Im Folgenden wird die Unterrichtsstunde reflektiert und die tatsächliche Durchführung beschrieben. Der Einstieg erfolgte wie geplant und verlief erfolgreich. Die Schülerinnen und Schüler waren aufmerksam, interessiert und beteiligten sich aktiv. Einige Schülerinnen und Schüler kannten Scratch bereits, was jedoch keine Probleme verursachte. Das Erstellen des ersten Programms in der Erarbeitungsphase ging schnell vonstatten, und alle Schülerinnen und Schüler konnten gut folgen. Die Pause wurde nach hinten verschoben, da die Schülerinnen und Schüler gerade konzentriert arbeiteten.

Bevor auf den Zufallsgenerator und das erweiterte Programm eingegangen wurde, gab es einen kleinen Exkurs zum Thema „Hintergrund erstellen“. Den Schülerinnen und Schülern wurde erklärt, wie sie einen persönlichen Hintergrund (Bühne) einfügen können. Dieser Schritt war notwendig, da einige Schülerinnen und Schüler diese Funktion bereits selbstständig entdeckt hatten und dadurch abgelenkt wurden. Die fünf Minuten, die dafür eingeplant wurden, verhinderten unnötige Ablenkungen und halfen, die Schülerinnen und Schüler wieder zu konzentrieren.

Die Erarbeitung des erweiterten Programms verlief ebenfalls gut, auch wenn einige Schülerinnen und Schüler versehentlich ihr Programm gelöscht hatten. Es wäre hilfreich gewesen, vorher zu betonen, dass darauf geachtet werden sollte, nichts zu löschen, und dass bei Problemen gewartet werden sollte, bis eine Lehrkraft helfen kann. Dies hätte kleinere Störungen durch Schülerinnen und Schüler verhindert, die verzweifelt waren, weil ihr Programm „verschwunden“ war. Am Ende der Erarbeitungsphase hatte jedoch jede/r Schülerinnen und Schüler ein funktionierendes Programm, das zufällige Malaufgaben zur Dreierreihe stellte.

Im nächsten Schritt sollten die Schülerinnen und Schüler selbst herausfinden, wie sie andere Ein-Mal-Eins-Reihen abfragen lassen können. Dies funktionierte reibungslos, viele Schülerinnen und Schüler setzten dies ohne Aufforderung um. Um das Verständnis zu vertiefen, wurde erneut auf den Würfel als Beispiel zurückgegriffen.

Dank der schnellen Arbeit der Schülerinnen und Schüler wurde das Programm weiter ausgebaut. Dies funktionierte überraschend gut und bot eine wertvolle Gelegenheit, das Programm weiter kennenzulernen. Gegen Ende wurde es etwas hektisch, weshalb die Sicherung ausfiel. Dies war jedoch nicht problematisch, da die Schülerinnen und Schüler auch am Ende der Stunde noch konzentriert arbeiteten und Spaß am Programmieren hatten, obwohl es gegen Schluss etwas anspruchsvoller wurde. Zum Abschluss probierten die Schülerinnen und Schüler ihr erweitertes Programm mit zwei Zufallsfaktoren aus und vertieften dadurch weiterhin den mathematischen Inhalt.

Gegen Ende verblieb dann doch weniger Zeit als ursprünglich für die Sicherung angedacht war, sodass diese nicht wirklich durchgeführt wurden konnte. Eigentlich sollte immer eine Sicherung zu Ende einer Unterrichtsstunde erfolgen. Wenn von einer folgenden Stunde zum Thema ausgegangen wird, könnte die Sicherung als Vorwissensaktivierung in der Einführung erfolgen. Allgemein hat man als Lehrkraft einer eigenen Klasse mehr Spielraum bezüglich der Zeit und kann die Zeiteinplanung besser einschätzen. Allgemein lässt sich aber festhalten, dass den Kinder genug Zeit gegeben werden soll, um das neu Erlernte auch zu reflektieren.

Tipps für die Benutzung von Scratch:

• stabile Internetverbindung sollte vorhanden sein
• Öffnen des Programmes auf den Endgeräten der Schülerinnen und Schüler im Vorfeld
• richtige Sprache eingestellt
• Die Lupe zur Vergrößerung der Blöcke nutzen (bei Visualisierung an dem White-Board)
• Auswahl des Hintergrundes und der Figur im Vorfeld, da die Programmierung immer Figur oder Hintergrund bezogen ist
• Lieber mehr Zeit für einzelne Abschnitte einplanen
• Der Hintergrund die sogenannte Bühne kann wie die Figur selbst programmiert werden –> Wenn ein Kind sein Programm gelöscht hat, ist es möglich das er nur das Programmierfeld der Bühne aufgerufen hat und das Programm noch bei der Figur vorhanden ist

Eine Möglichkeit das Programm zu erweitern im Kontext einer einer Unterrichtseinheit könnte so aussehen:

https://scratch.mit.edu/projects/1095228482/editor

Ein solches Programm gemeinsam mit den Kindern zu erarbeiten, ist auch bereits in Klassenstufe 2 denkbar. Dies würde eine tolle Möglichkeit darstellen den Kindern die Chance zu ermöglichen das kleine Einmaleins spielerisch üben zu können. Wenn ein solches Programm beabsichtigt wird mit Kindern der zweiten Klassenstufe zu erarbeiten, sollte jedoch genug Zeit eingeplant werden.