Sequenzen mit Calliope mini

Gliederung

Vorwort

Sequenzen

Praktischer Unterrichtsentwurf

Reflexion

Literatur

Vorwort

Die zunehmende Digitalisierung bewirkt nicht nur veränderte berufliche Anforderungen, sondern reicht auch bis in das alltägliche Leben der Menschen hinein. Bereits im Kindesalter sind digitale Medien, insbesondere das Smartphone, ständiger Begleiter.
Im Hinblick auf das Schulwesen kann die Digitalisierung zum einen als Chance und zum anderen als Herausforderung fungieren. Demnach können die Schülerinnen und Schüler (SuS) individuell gefördert und gefordert werden. Allerdings muss auch bedacht werden, dass die Lernumgebungen angepasst und die Bildungsziele erweitert werden müssen. Hinzu kommt, dass die Schulen ausreichende finanzielle Mittel benötigen, um digitale Werkzeuge zur Verfügung zu stellen sowie Fort- und Weiterbildungen der Lehrpersonen zu gewährleisten.
Der Bildungsauftrag in allen Schulformen trägt im Wesentlichen dazu bei, die SuS auf die verantwortungsvolle Teilhabe in allen gesellschaftlichen Bereichen vorzubereiten – dazu zählt auch die Informatik. „Damit Schülerinnen und Schüler Probleme, die im Kontext von Informatiksystemen auftreten, durch eigenständige Lösungen bewältigen können, ist eine informatische Bildung unabdingbar“ (GI, 2018, S. V). Informatische Kompetenzen werden nicht nur in Bezug auf die digitalen Medien benötigt, sondern kommen auch in nicht-informatischen Domänen wie dem Problemlösen zum Tragen. Demzufolge kann die Informatik zur Allgemeinbildung gezählt werden. Im Zuge einer Anwendung im Schulkontext bedarf es jedoch einer geeigneten kindgerechten thematischen Einbettung der informatischen Problemstellungen.
Aufgrund dessen wurde im Rahmen unseres Unterrichtsentwurfs der Escape Room als lebensnahes Setting für die Behandlung von Sequenzen mit dem Calliope mini ausgewählt.

Quellen:
https://ddi.uni-wuppertal.de/website/repoLinks/v69_Kompetenzen_Entwurfsfassung_2018-07-13.pdf
https://www.kmk.org/fileadmin/Dateien/veroeffentlichungen_beschluesse/2018/Strategie_Bildung_in_der_digitalen_Welt_idF._vom_07.12.2017.pdf

Sequenzen

Unter Sequenzen versteht man in der Informatik algorithmische Strukturen, bei welchen mehrere Aktionen miteinander verknüpft werden, d.h. es handelt sich um eine Aneinanderreihung von Anweisungen und Daten. Diese zusammengesetzten und strukturierten Anweisungen beschreiben die auszuführenden Handlungsfolgen, also die Sequenzen. Die Abfolge dieser Aktionen wird basierend auf Bedingungen und Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeprozessen gesteuert.

Quelle:
https://ddi.uni-wuppertal.de/website/repoLinks/v69_Kompetenzen_Entwurfsfassung_2018-07-13.pdf

Praktischer Unterrichtsentwurf

Der praktische Unterrichtsentwurf mit dem thematischen Schwerpunkt Sequenzen mit dem Calliope mini ist für eine Doppelstunde in einer vierten Klasse konzipiert.

Lernvoraussetzungen

  • die SuS haben schon einmal mit dem Calliope mini gearbeitet
  • die SuS sind mit dem Editor MakeCode vertraut
  • die SuS haben bereits Erfahrungen im Umgang mit dem PC
  • die SuS sind an offene Aufgaben und eigenständiges Arbeiten gewöhnt
  • die SuS können einfache Sequenzen mit dem Calliope mini programmieren

Kompetenzen

Grobkompetenz
Die SuS nutzen strukturierte algorithmische Sequenzen zur Lösung von Problemen, indem sie die Lösung der jeweiligen Rätsel in Form von Codes mit dem Calliope mini programmieren.

Teilkompetenzen
TK1: Die SuS nutzen einen Computer, indem sie ein selbstgeschriebenes Programm auf den Calliope mini übertragen.
TK2: Die SuS nutzen den Calliope mini, indem sie logische Sequenzen in Programme umsetzen und mit dem Calliope mini spielerisch interagieren.
TK3: Die SuS reflektieren das eigene Vorgehen, indem sie unterschiedliche Lösungswege vergleichen und diese dementsprechend überarbeiten.

Beschreibung der Stunde

1. Raum
Nachdem die Rahmenhandlung zu Beginn der Stunde vorgetragen wurde, müssen die Kinder in dem ersten Raum des Settings die Lösung des Rätsels in Form einer eigenen LED programmieren, dessen Bausteine unter den Reitern Grundlagen sowie Eingabe fallen, welche dem EVA-Prinzip zuzuordnen sind. Diese Programmierung wurde als Einstiegsaufgabe gewählt, da diese den aufgrund ihrer Vorerfahrungen leicht fällt SuS und da der Komplexitätsgrad relativ gering ist.

Beispielsymbol eines Spiegels

Um in dem zweiten Raum eintreten zu können, muss ein grün blinkendes Licht und eine anschließende Melodie programmiert werden. Die hierfür benötigten Bausteine findet man unter den Reitern Grundlagen, Eingabe und Musik. Die Sequenz besteht in dem Aufeinanderfolgen der verschiedenen Aktionen (grüne LED-Farbe, Pause, Ausschalten aller LED-Farben, anschließende Melodie). Mögliche Schwierigkeiten entstehen hierbei, wenn keine geeigneten Pausenzeiten gewählt und die LED-Farben nicht auf 0 gesetzt werden, was zu einem durchgehenden grünen Leuchten und einem sofortigen statt anschließenden Einsetzen der Melodie führt.


Beispiellösung

2. Raum
Um das nächste Rätsel erfolgreich zu knacken, müssen Zahlen zugeordnete Symbole in einer richtigen Reihenfolge programmiert werden. Diese sollen in rascher Abfolge auf dem Calliope mini erscheinen, worin auch die Sequenz der Aufgabe deutlich wird. Die entsprechenden Bausteine der Programmierung lassen sich in den Reitern Grundlagen und Eingabe verorten, wobei die Symbole von den SuS eigenständig zu gestalten sind.

https://informatikdidaktik.cs.uni-saarland.de/wp-content/uploads/2020/01/IMG_6206.mov
Beispiellösung

3. Raum
Die nächste Aufgabe besteht darin, eine Verfolgungsjagd in Form einer sequenziellen Abfolge verschiedener Melodien zu vertonen. Hierfür müssen die Kinder Bausteine der Reiter Grundlagen, Eingabe und Musik verwenden. Die Herausforderung dieser Programmierung besteht in der Variation der Melodientempi und in der damit einhergehenden Auswahl individuell angemessen langer Pausenzeiten zwischen den einzelnen Melodien, damit diese nicht gleichzeitig abgespielt werden und sich somit überschneiden. Es muss antizipiert werden, dass die SuS beim erstmaligen Ausprobieren gar keine Pausen programmieren und alle Melodien nacheinander setzen, da deren gänzliches Ausspielen angenommen wird.

Beispiellösung

4. Raum
In diesem Raum gilt es, die Töne der C-Dur Tonleiter inklusive der benötigten Pausenzeiten zu programmieren, um die Leiter zum Dachboden erklimmen zu können. Die Sequenz spiegelt sich in der Abfolge der einzelnen Töne wider.

Beispiellösung

5. Raum
Das letzte Rätsel setzt sich aus mehreren Fragen zusammen, deren Antworten nacheinander auf dem Calliope programmiert werden. Das Akrostichon der Antworten kann von den SuS aus der Sequenz abgelesen werden und gibt den letzten Hinweis zum Schatz. Nachdem die Kinder diesen in ihren Besitz gebracht haben, müssen sie sich selbst ein eigenes Rätsel oder eine Aufgabe in Form einer Sequenz unter Rückgriff auf den Calliope überlegen, um den Schatz für andere zu sichern.

Eigene Aufgaben/ Rätsel der StudentInnen:

Zahlenrätsel – Sequenz
Morsecode als Sequenz
Reime als Sequenz

Methodisch-didaktischer Kommentar

Um eine angenehme Gesprächsatmosphäre zu schaffen, empfiehlt es sich, die Einführung in die Rahmenhandlung im Kinositz oder im Sitzkreis zu präsentieren. Sofern die Schule über Notebooks verfügt, werden diese vorab auf den Gruppentischen der Klasse platziert. Ist dies nicht der Fall, kann auf einen Computerraum ausgewichen werden.

Nachdem die SuS auf ihren Platz zurückgekehrt sind, wird die Hintergrundgeschichte zum ersten Raum vorgetragen, in der sich die Kinder den Begriff „Spiegel“ aus einem Rätsel herleiten müssen:
Programmiere den richtigen Gegenstand. Tausche dich danach mit deinem Nachbarn aus.
Hierfür liegt eine Tippkarte bei der Lehrperson mit dem Hinweis:
Wenn du vor mir stehst, vertausche ich rechts und links. Dabei ist zu beachten, dass die Lehrperson die angemessene Verwendung der Hilfestellung sicherstellt. In diesem Zusammenhang können bei leistungsschwächeren Klassen auch Tippkarten mit den für die Programmierung jeweils nötigen Bausteinen zur Verfügung gestellt werden. Dies gilt auch für die Rätsel der nachfolgenden Räume. Überdies bietet es sich an, nach jedem durchlaufenen Raum die Lösungen und ggf. Schwierigkeiten der SuS zu reflektieren, damit jedes Kind die Chance zur Würdigung oder Überarbeitung seiner Programmierung erhält.
Um ins nächste Zimmer zu gelangen, müssen die SuS eine weitere Sequenz programmieren:
Programmiere ein grün blinkendes Licht und die danach einsetzende Melodie Pointe.

Im zweiten Raum wird die Erzählung der Rahmenhandlung fortgesetzt. Die im Rätsel enthaltene Tabelle kann je nach Ausstattung der Schule mit einem Smartboard oder einem Overheadprojektor für alle SuS gut sichtbar gezeigt werden. Die SuS werden nicht nur durch die informatische Programmierung kognitiv aktiviert, sondern auch durch die nicht-standardisierte mathematische Darstellung der Zahlen zusätzlich herausgefordert. Die SuS sind dabei frei in der Gestaltung der zu programmierenden Symbole.

Im nächsten Raum schildert die Lehrperson eine Verfolgungsjagd zwischen den Protagonisten und einer verzauberten Ritterrüstung, wodurch die Spannung erhöht wird. Die SuS sollen diese Verfolgungsjagd anschließend mit dem Calliope vertonen. Hierfür wird folgender Impuls visualisiert:
Vertone die Verfolgungsjagd. Die nötigen Geräusche findest du bei der Kategorie Musik unter dem Reiter Melodien:
Programmiere die Melodie Verfolgungsjagd, damit Tina und Leon laufen. Programmiere die Melodie Hochspringen, damit Tina und Leon nicht auf den Murmeln ausrutschen.
Programmiere die Melodie Verfolgungsjagd, damit Tina und Leon weiterlaufen.
Programmiere die Melodie Hochspringen, damit Tina und Leon auf den Balken springen.
Programmiere die Melodie Verfolgungsjagd und ändere das Tempo auf 30 (bpm), damit die Kinder konzentriert balancieren können.
Programmiere die Melodie Runterspringen, damit Tina und Leon vom Balken hüpfen.
Programmiere die Melodie Verfolgungsjagd und ändere das Tempo auf 200 (bpm), damit die Kinder den Verfolger abhängen können.
Programmiere die Melodie wawawawaa, um den Ritter zu besiegen.
Dazu muss gesagt werden, dass die Melodien alle genau vorzugeben sind, da die Aufgabe an sich für die Kinder sehr herausfordernd ist und ihre Frustrationstoleranz wesentlich schult.

Im vierten Raum gilt es, die Töne der aufsteigenden C-Dur-Tonleiter mit den entsprechenden Pausen zu programmieren:
Programmiere die Tönen der aufsteigenden C-Dur Tonleiter. Achte darauf, entsprechende Pausen zwischen den Tönen zu lassen.
Von leistungsstärkeren SuS wird kann eine komplexere Tonleiter verlangt werden, leistungsschwächeren SuS kann die Lehrperson die nötigen Töne vorgeben:

Der fünfte Raum schließt die Suche nach dem Schatz mit einem letzten Rätsel ab. Hierfür müssen die SuS vier Fragen aus den Bereichen Sachunterricht, Informatik, Religion und Französisch beantworten. Aufgrund dieses fächerübergreifenden Schwerpunktes werden die unterschiedlichen Stärken und Interessen der SuS angesprochen.
Dazu gibt die Lehrperson folgenden Impuls:
Programmiere die Antworten nacheinander auf deinem Calliope.
Fragen:

1. Nenne die Hauptstadt des Bundeslandes Brandenburg (Potsdam).
2. Nenne den Namen eines kleinen Datenträgers, um Informationen, z.B.
vom Computer, zu  sichern. (USB)
3. Nenne den Nachnamen des Reformators, der sich die 95 Thesen
ausgedacht hat. (Luther)
4. Nenne das französische Wort für eine Obsttorte – oder einen Obstkuchen.
(tarte)

Das Akrostichon der Antworten verrät euch, wo sich der Schlüssel zur Schatztruhe befindet.
Falls einige SuS die Bedeutung eines Akrostichons nicht kennen, können sie folgende Tippkarte bei der Lehrperson einsehen:
Ein Akrostichon wird aus den Anfangsbuchstaben mehrerer Wörter gebildet.
Im Sinne der Schülerorientierung wird schließlich die Eigenaktivität der Kinder noch einmal gefordert, indem sie sich selbst ein Rätsel in Form einer Sequenz ausdenken und der Klasse präsentieren. Dazu formuliert die Lehrperson den entsprechenden Impuls:
Das ist nun euer Schatz. Überlegt euch in Dreiergruppen ein Rätsel oder eine Aufgabe, um ihn vor Plünderern zu schützen.
Hierbei haben die SuS die Gelegenheit, ihre Kreativität zu entfalten und ihre informatischen Kompetenzen in den Unterricht einfließen zu lassen.

Rahmenhandlung
Tina hat ihrem besten Freund Leon zu Weihnachten einen Gutschein für den Escape Room geschenkt. Heute haben sie endlich die Gelegenheit, diesen einzulösen und sind schon ganz aufgeregt. Beide sind begeistert von Abenteuergeschichten und kniffligen Rätseln, die sie bisher aber nur aus Büchern oder Hörspielen kennen. Deswegen freuen sie sich ganz besonders, heute ein solches Abenteuer selbst zu erleben. Im Escape Room angekommen, müssen sie ihre Sachen abgeben und ein Mitarbeiter drückt ihnen einen Calliope in die Hand, welchen sie zur Lösung der Rätsel benötigen. Tina und Leon schauen sich begeistert an. „Hey, den Calliope kennen wir doch aus dem Informatikunterricht“, erinnert sich Tina und Leon ergänzt: „Ich bin gespannt, wie wir damit Rätsel und Aufgaben lösen können“. Sie treten in den ersten Raum ein und der Mitarbeiter schließt die Tür hinter ihnen. Sie haben nicht viel Zeit, also los geht’s.
Hilf Tina und Leon das erste Rätsel rechtzeitig zu lösen.

1. Raum:
Beide zucken zusammen als plötzlich eine mysteriöse Stimme im Raum ertönt: „Willkommen ihr waghalsigen Abenteurer! Wir befinden uns im Spukhaus des Zauberers Calli dem Geizigen. Einer Legende nach hat er das Haus mit verschiedenen Flüchen belegt, damit nach seinem Tod niemand an seine wertvollen Reichtümer gelangt, die ganz oben auf dem Dachboden versteckt liegen. Einige vor euch haben sich schon in das Haus gewagt und versucht die Flüche zu brechen. Sie sind jedoch kläglich gescheitert. Damit es euch nicht genauso ergeht, liegt es an euch, den Calliope mini richtig zu programmieren, um die Flüche aufzuheben. Oh hier hört ihr schon eure erste Herausforderung. Der Hund bewacht den ersten Raum schon seit vielen Jahren und versucht mutige Eindringlinge fernzuhalten. Davon lasst ihr euch aber sicherlich nicht einschüchtern. Im Eingangsbereich befinden sich viele Gegenstände auf dem Boden. Nur ein Gegenstand kann den Hund besänftigen, während die restlichen ihn noch angriffslustiger machen. Überlegt also genau, welchen Gegenstand ihr auswählt.
Das folgende Rätsel gibt euch einen Hinweis:
Ich zeige jedem, der vor mir steht ein anderes Gesicht.
Manchmal zeige ich auch mehrere Gesichter gleichzeitig.
Aber wenn ich alleine bin, habe ich kein Gesicht.
Was bin ich?
Glückwunsch, ihr habt den richtigen Gegenstand herausgefunden. Der Hund ist in sein eigenes Spiegelbild verliebt und achtet gar nicht mehr auf euch.
Das erste Rätsel des Zauberers ist gelöst. Über der Tür blinkt ein grünes Licht und sie öffnet sich. Wenn ihr durch sie hindurchgeht, ertönt eine fröhliche Melodie.

2. Raum
Da ertönt wieder die mysteriöse Stimme: „Den ersten Raum habt ihr unbeschadet durchquert, aber in diesem Raum wartet bereits das nächste Rätsel auf euch. Ihr seht auf der gegenüberliegenden Wand eine Tabelle mit vier Zahlen, denen jeweils ein Symbol zugeordnet ist.
Ordne die Zahlen von klein nach groß und programmiere die entsprechenden Symbole mit deinem Calliope. Die Symbole müssen schnell aufeinander folgen, damit sich die nächste Tür öffnet. Viel Glück.“

3. Raum
Tina und Leon gehen durch die Tür, doch sie befinden sich nicht in einem neuen Raum, sondern auf einem sehr, sehr langen, dunklen Korridor. An den Wänden hängen flackernde Kerzenleuchter, auf dem Boden liegen allerlei Gegenstände. In der Ecke neben der Tür liegt eine rostige Ritterrüstung, die plötzlich zum Leben erwacht und sich auf die beiden Kinder stürzen will. Die mysteriöse Stimme reißt Tina und Leon aus ihrer Starre und ruft: „Lauft schnell, der Geist des Ritters darf euch nicht erwischen!“
Die beiden zögern nicht lange und rennen los. Doch da liegen auf einmal ganz viele Murmeln auf einem Teppich verteilt. Sie springen mit einem großen Satz darüber hinweg und sprinten weiter. Doch was ist das? Ein Kessel ist umgestürzt und eine grüne, klebrige Substanz erstreckt sich über einen großen Teil des Flurs. Ohne groß nachzudenken springen die beiden auf einen Holzbalken und balancieren darauf. Um nicht herunterzufallen, müssen sie nun langsamer laufen. Auf der anderen Seite angekommen, springen sie wieder hinunter. Durch das Balancieren haben sie wertvolle Zeit verloren, der Ritter ist ihnen nun dicht auf den Fersen. Tina und Leon müssen daher schneller als zuvor rennen, um dem hartnäckigen Verfolger zu entkommen. Da entdecken die Kinder ein Seil auf dem Boden. Sie haben beide dieselbe Idee. Geistesgegenwärtig spannen sie das Seil, um den heranstürmenden Ritter zu Fall zu bringen. Doch wird dieser sich austricksen lassen?
Super, ihr habt Tina und Leon geholfen, sich vor dem Ritter zu retten.
Sie sind noch ganz außer Atem, aber erwartungsvoll betreten sie den nächsten Raum.

4. Raum
Dieser Raum ist ganz klein und komplett leer. Nur eine schäbige Leiter baumelt aus einer runden Öffnung in der Decke.
„Das ist ja einfach, wir müssen nur die Leiter hochklettern“, freut sich Tina.
„Moooment, so leicht kommt ihr nicht davon. Ich hoffe, ihr habt in Musik gut aufgepasst. Um die Leiter zu erklimmen, dürft ihr nur die Sprossen der aufsteigenden C-Dur-Tonleiter benutzen.
Prima, ihr habt Tina und Leon dabei geholfen, die Leiter zu erklimmen. Oben angekommen stehen die beiden nun endlich im letzten, alles entscheidenden Raum

5. Raum
Die Kinder schauen sich im Raum um. Leon macht ein enttäuschtes Gesicht. „Auf diesem staubigen Speicher soll ein Schatz versteckt sein?“
„Aber gewiss doch, ihr seid dem Schatz ganz nahe.“
Erschrocken wirbeln die beiden Kinder herum und sehen nun auch die Gestalt, zu der die mysteriöse Stimme gehört: Es ist der Geist von Calli, dem Geizigen, der die Schatztruhe in den Händen hält.
„Ihr seid schon weit gekommen, aber um euch meines Vermächtnisses würdig zu erweisen, müsst ihr ein letztes Rätsel lösen. Ich stelle euch vier Fragen.
Die beiden schauen sich um und entdecken in der Ecke des Raumes ein altes Pult, auf dem noch das vergilbte Zauberbuch von Calli liegt. In einer Schublade liegt ein schwerer Schlüssel.
„Gratuliere, ihr habt die Schatztruhe samt Schlüssel in euren Besitz gebracht.“

Reflexion

Tops

Auch von den Studierenden wurde der Kontext Escape Room als adäquate thematische Einbettung zur Behandlung von Sequenzen mit dem Calliope mini empfunden. Die Abfolge der verschiedenen Aktionen entspricht dem Durchlaufen der unterschiedlichen Rätsel innerhalb der Räume.
Die zu programmierenden Sequenzen zur Lösung der Rätsel sind für GrundschülerInnen interessant und herausfordernd zugleich. Demnach können sie viel ausprobieren, experimentieren und kreativ werden, indem sie selbst eigene Rätsel erfinden. Gleichzeitig wird aber auch die Frustrationstoleranz der SuS geschult, da sie bei etlichen Aufgaben knobeln und ggf. mehrmals ihre Programmierung überarbeiten müssen.
Des Weiteren ist der Unterrichtsentwurf fächerübergreifend angelegt, schult er Kompetenzen aus den Bereichen Mathematik, Deutsch, Sachunterricht, Musik, Religion und Französisch. Daraus resultierend werden die unterschiedlichen Interessen und Stärken der SuS angesprochen, was von den Kommilitonen besonders positiv hervorgehoben wurde.
Positiv vermerkt wird die Einhaltung des roten Fadens bei der Durchführung der Stunde, der letztlich auf das Finden des Schatzes hinausläuft. Dadurch wird eine anhaltende Motivation der SuS gewährleistet.

Tipps

Es ist zu empfehlen in einer vorangehenden Stunde einen Theorieblock zu den Melodien im Makecode Editor für den Calliope mini durchzuführen. Hierbei sollte man sich mit den SuS zuerst einmal alle Melodien anhören und auch auf die Funktion der Pausenzeiten eingehen, da die Abschätzung dieser Pausen für GrundschülerInnen sehr schwierig ist. In Bezug darauf ist zu überlegen, das Rätsel zur Tonleiter chronologisch vor der Vertonung der Verfolgungsjagd zu stellen, sodass eine ansteigende Aufgabenschwierigkeit erreicht wird.
Je nach Vorwissen der SuS muss die Lehrperson das Prinzip eines Escape Rooms erklären oder das Setting spontan zu dem eines Zauberschlosses abwandeln.
Schließlich sollten alle SuS die Möglichkeit haben ihre eigens erdachten Rätsel im Plenum präsentieren zu können, um eine Würdigung für ihre Arbeit zu erfahren.

Literatur