Kryptografie in der Grundschule

Eine Unterrichtsstunde in der 3. Klasse zur Caesar-Scheibe.

Frida Esser, Helena Ost & Clara Schöck

Warum Kryptographie schon in der Grundschule?

Bereits in der Grundschule haben digitale Medien eine hohe Relevanz für die Schülerinnen und Schüler. Sie wachsen schon in jungem Alter mit diesen Medien auf und nutzen sie dabei immer häufiger. Wenn solche Medien genutzt werden sollen, um Kompetenzen wie das Problemlösen, Kreativität oder auch dem logischen Denken zu fördern, ist ein Verständnis für das Medium und dessen Funktion nützlich.

Hier greift der Informatikunterricht ein, welcher sich als Ziel setzt, bei den Kindern ein Verständnis für die Informatik zu bilden und ihnen so den Zugang zu informatischen Inhalten zu gewährleisten. Grundlegend geht es in der Primarstufe darum, ein Verständnis für Informationen, Daten und Algorithmen zu bilden. Algorithmen werden hier durch Schritt-für-Schritt-Anleitungen dargestellt und ausgeführt. Bei Daten und Informationen geht es um das Speichern, Darstellen und Verändern dieser. Der Aspekt der Codierung und Verschlüsselung kann hier besonders gut durch das Erstellen und Lesen eigener Geheimschriften geübt werden. Durch spielerische Zugänge zu Problemlösestrategien und strukturiertem Denken, sollen hierbei die Grundbausteine für den Informatikunterricht der weiterführenden gelegt werden.

Kryptographie in der Grundschule

Kryptographie bietet für die Kinder einen hohen Spiel- und Motivationsfaktor, besonders durch die Verknüpfung mit einer spannenden Rahmenhandlung wie dem Detektiv und einem zu lösenden Fall. Die SuS können hier beispielsweise selbst als Detektiv tätig werden und verschiedenste Geheimschriften zum Ent- und Verschlüsseln nutzen. Gefördert werden besonders das logische Denken und das Erkennen von Mustern, da systematisch mithilfe einer Vorlage der Schrift ganze Wörter oder Sätze gelesen werden können. Als Einstieg in die Codierung und den Einsatz von Algorithmen kann die Kryptographie nützlich sein. Auch zur Darstellung des Aspektes der Informationssicherheit kann dieser Themenbereich als anschauliches Beispiel dienen.

Die Caesar-Scheibe

Die Caesar-Scheibe, eine der ältesten Verschlüsselungsmethoden, ist eine Anwendung der Kryptographie. Zwei übereinanderliegende, drehbare Kreise zeigen hier zweimal das Alphabet auf. Eine Scheibe steht hierbei für die reine, und die andere für die verschlüsselte Version. Meist sind diese beiden Scheiben in unterschiedlichen Farben gestaltet. Durch das Drehen der inneren Scheibe um den angegebenen Schlüssel, also die Anzahl der nötigen Verschiebungen, können hier Wörter verschlüsselt oder entschlüsselt werden. Ein Vorteil dieser Anwendung ist zunächst, dass sie leicht verständlich und gut visuell darstellbar ist. Somit ist es den Schülerinnen und Schülern möglich, eigenständig Geheimwörter zu erstellen und auch zu entschlüsseln . Aus didaktischer Sicht bringt die Nutzung der Caesar-Scheibe ebenfalls Mehrwert mit sich. Durch das Interagieren mit einer tatsächlichen Scheibe greift hier die Handlungsorientierung, da sie SuS durch das Tun lernen. Zudem veranschaulicht die Scheibe das abstrakte Prinzip der (De-) Kodierung und bietet durch eine thematische Einbettung einen spielerischen Zugang. Eine gute Differenzierung ist ebenfalls möglich, indem man die Schwierigkeit und Menge der Wörter oder Sätze anpasst oder sie eigenständig ganze Texte erstellen lässt. Der Aspekt des Rätselns verstärkt die Motivation auf Schüler Seite zusätzlich.

Das Artikulationsschema

Unsere Materialien

Vorlage Caesar-Scheibe

Powerpoint-Präsentation

Audiodateien

Arbeitsblätter

Urkunde

Impressionen aus der Praxis

Feedback

…der Seminarleitung:

• Gelungene Umsetzung der Kryptografie in Form der Caesar-Scheibe.
• Erkennbarer mathematischer Bezug für Rechenaufgaben in den Hinweisen und in der großen Additionsaufgabe.
• Erkennbarer roter Faden.
•  Zur Ergänzung der Unterrichtsstunde hätte die Lehrkraft die Arbeitsblätter (Hinweis 1-6) unter der Dokumentenkamera zeigen können und dazu diese erklären können

…der Lehrkraft der Klasse:

• Die SuS waren die ganze Unterrichtsstunde motiviert.
• Auch SuS mit Lese- und Rechenschwierigkeiten waren motiviert in der Gruppe zu arbeiten und konnten sehr gut mitarbeiten.
• S wurden viel verschiedene Medien genutzt z.B. QR-Code, Audiodateien, Power-Point, usw.
• Die Arbeitsblätter und die Power-Point sind sehr ansprechend gestaltet und sind thematisch eingebettet.
• Die Audiodateien bieten den SuS wieder ein anderes Medium, welches die SuS in die Detektivgeschichte hineinführt und am Schluss abrundet.
• Der mathematische Bezug konnte immer wieder in den einzelnen Hinweisen und in der großen schriftlichen Additionsaufgabe erkannt werden.
• Alles in allem ist die Unterrichtsstunde sehr gelungen. Die SuS hatten Spaß und waren durch die thematische Einbettung motiviert die Hinweise zu entschlüsseln.

…der hospitierenden Studenten:

• Den SuS hat die Unterrichtsstunde sichtlich gefallen.
• Die Arbeitsblätter der Arbeits- und Vertiefungsphase sind ansprechend gestaltet
• Die Idee die Unterrichtsstunde im Sitzkreis zu beginnen und zu enden, machte die Unterrichtsstunde rund.
• Das Erklären der Vorgehensweise beim Verschlüsseln und Entschlüsseln gemeinsam mit den SuS anhand von Beispielen ist gelungen und zeigte sich darin, dass die Gruppen die Hinweise schnell entschlüsseln konnten.

Fazit

Die gehaltene Unterrichtsstunde, in der das Thema Kryptographie anhand der Caesar-Scheibe eingeführt wurde, kann als voller Erfolg bewertet werden. Aufgrund der thematischen Einbettung des Themas in eine Detektivgeschichte arbeiteten die Schüler und Schülerinnen mit sichtbarer Freude und Neugier an den Aufgaben und zeigten großes Interesse am Entschlüsseln und Verschlüsseln von Nachrichten und Hinweisen. Durch die spielerische Herangehensweise gelang es, mathematische und informatische Denkprozesse sinnvoll zu verknüpfen und für die Kinder greifbar zu machen.

Auch für uns als Lehramtsanwärterinnen war die Stunde eine positive Erfahrung. Die Planung und Durchführung haben gezeigt, wie bereichernd es sein an, informatische Elemente in den Grundschulunterricht zu integrieren. Wir sind überzeugt, dass die Informatik im Grundschulbereich nicht fehlen darf. Sie bietet Kindern frühzeitig die Möglichkeit, wichtige Kompetenzen, wie logisches Denken, systematisches Arbeiten und ein erstes Verständnis für digitale Prozesse zu entwickeln. Daher sollte eine Einbindung von informatischen Themen bereits in der Grundschule im Rahmen.