Unterrichtsbeispiel für die Grundschule
1. Einleitung
2. Warum Informatik in der Grundschule
3. Unterrichtsverlauf – Didaktische Begründung
Die geplante Unterrichtseinheit soll in einer vierten Klasse durchgeführt werden, da die verwendeten Aufgabentexte möglicherweise unbekannte Wörter enthalten und verhältnismäßig komplex formuliert sind. Rein thematisch ließe sich die Unterrichtsstunde bei entsprechender Vorbereitung jedoch auch bereits in einer dritten Klasse durchführen.
Wichtig ist, dass die Schüler sinnentnehmend lesen können, bereits mit Calliope und der Verwendung des Editors vertraut sind, sowie die Bereiche Sequenz, Ein-/Ausgabe, Schleife und Bedingung bereits im Unterricht behandelt und verinnerlicht wurden. Des Weiteren sind die Schüler mit der Verwendung eines USB-Sticks vertraut und können darauf gespeicherte Dateien öffnen und eigene Dateien speichern. Offene Aufgabenformate und kooperative Lernformen sind sie auch aus anderen Fächern gewohnt.
Ziel der Stunde ist es, dass die Schüler Variablen mit Calliope kennenlernen und sie in eigenen Programmen verwenden.
In der Stunde lernen die Schüler Variablen kennen, indem sie Programme mit diesen schreiben und verändern. Die SuS verstehen den Begriff Variable und dessen Eigenschaften, indem sie ihre Handlung mit Programmierbausteinen ohne Strom reflektieren und in Bezug zur Programmierung setzen (TK1). Sei verstehen die Programmierung von Variablen und deren einzelne Bestandteile, indem sie gemeinsam mit L die Programmierung einer Variablen selbst durchführen (TK 2). Dabei entwickeln sie ein tieferes Verständnis für die Funktionsweise von Variablen, indem sie Programme mit unterschiedlicher Schwerpunktsetzung schreiben und eigene Ideen mit einbringen (TK 3) und verstehen, dass Variablen auf unterschiedliche Art und Weise verwendet werden können, indem sie die Programmierung der Mitschüler nachvollziehen (TK4 )
Zum Einstieg stellt die Lehrkraft als Stummen Impuls eine Schatzkiste in den Sitzkreis.
Dann teilt sie einem Schüler wortlos einen Programmierbaustein aus, der die Anweisung „setze Inhalt der Kiste auf 0“. Der entsprechende Schüler wird vermutlich die Handlung ausführen und die Kiste leeren.
Sollte er von alleine nicht darauf kommen, was es zu tun gilt, kann Hilfe von den Mitschülern angeboten werden. Nach und nach werden weitere Programmierbausteine an die Schüler verteilt, die unter anderem zum Erhöhen oder Verringern des Kisteninhalts um unterschiedliche Werte auffordern.
Beim Baustein „Zeige Nummer Inhalt der Kiste“ schreibt der jeweilige Schüler den Wert des aktuellen Kisteninhalts in das LED-Feld eines an die Tafel projizierten oder mit dem Smartboard gezeigten Calliope.
Im Anschluss werden die zuvor durchgeführten Handlungen reflektiert. Dabei sollte den Schülern auffallen, dass sich der Inhalt der Kiste ändern kann, man sich diese Zahl merken muss und die Anzeige das Calliope nur in bestimmten Fällen aktualisiert wird. Außerdem ist der verwendete Baustein den Schülern bisher unbekannt. Gemeinsam wird festgehalten, dass sich etwas verändert. Ein anderes Wort für etwas, das sich verändert ist „variabel“, weshalb diese neue Kategorie „Variablen“ heißt.
Es folgt ein Einschub, in dem die Lehrkraft das Geschehen thematisch einbettet. Ein Piratenkapitän möchte gerne einen Zähler für seine Schatzkiste haben, damit er immer den Überblick behält, die Kinder sollen ihn programmieren. Gemeinsam wird im Plenum die Schatzkiste nachprogrammiert. Dabei sitzen die Schüler je nach Gegebenheiten einzeln oder zu zweit am Computer und programmieren die einzelnen Schritte von der Lehrkraft angeleitet nach.
Da es die erste Stunde zum Thema Variablen ist, soll so gewährleistet werden, dass den Schülern das notwendige Vorgehen bekannt ist, um im späteren Verlauf eigenständig solche Programme schreiben zu können.
Nach Beenden dieser Phase erläutert die Lehrkraft das weitere Vorgehen. Dazu projiziert sie das Bild einer Insel an.
Der Piratenkapitän möchte nun zusätzlich zum Schatzkistenzähler auch den Rest seiner Insel mit solchen Zählern ausstatten. Die Lehrkraft erklärt das Aufgabensystem: Jeder Schüler bearbeitet eine Station. Jeweils gibt es eine Aufgabenkarte und mehrere Differenzierungskarten nach unten (Papagei) und nach oben (Totenkopf). Die Blumenstation ist die leichteste, gefolgt von den Schiffen und den Kanonen. Die Schwierigkeit kann an der Anzahl der Schatzkarten auf der Rückseite erkannt werden.
Differenzierungskarten dürfen in der Reihenfolge ihrer Nummerierung verwendet werden (s. auch Kapitel 4).
Die Schüler bearbeiten im Folgenden ihre Aufgaben. Es steht eine zusätzliche Kapitänsaufgabe zur Verfügung, die jedoch vermutlich nicht zur Verwendung kommt, näheres dazu findet sich in Kapitel 4.
Nach der Arbeitsphase folgt eine kurze Reflexionsphase, in der die Schüler ihre Erfahrungen und Probleme mitteilen können. Dies bietet der Lehrkraft die Möglichkeit hierauf später einzugehen und die Schwierigkeiten zu bearbeiten.
Zur Sicherung werden alle Projekte der Kinder vorgestellt und gewürdigt, indem sie in die Kapitänskajüte, welche anprojiziert wird, gehängt werden.
Es folgt die Überleitung zur nächsten Stunde, indem sich der Kapitän bedankt und ankündigt, seine Insel zukünftig noch weiter ausbauen zu wollen.
3.1 Verlaufsplan
4. Differenzierung
Eine Differenzierung ist abgesehen von den allgemeingültigen Gründen besonders an dieser Stelle im Unterrichtsverlauf von entscheidender Bedeutung. Da es sich bei Variablen um ein verhältnismäßig komplexes Thema handelt, was Vorkenntnisse bei den Schülern voraussetzt, ist davon auszugehen, dass bereits einige Zeit vorher mit informatischer Bildung in der entsprechenden Klasse begonnen wurde. Erfahrungsgemäß geht der Leistungs- und Kenntnisstand der Schüler, was die Programmierung betrifft bereits nach relativ kurzer Zeit weit auseinander. Zudem spielen neben Faktoren wie logischem Denkvermögen, mathematischen Vorstellungen und Begreifen des Systems als solchem viele außerschulische Faktoren eine Rolle, die vom Unterricht nicht berücksichtigt werden können. So bringen einige Kinder möglicherweise bereits großes Vorwissen aus dem Elternhaus mit, oder besuchen außerschulische Programmierveranstaltungen, wie sie im Saarland beispielsweise von der Wissenswerkstatt oder den CoderDojos (Saarbrücken und St. Ingbert) angeboten werden.
Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Unterrichtsplanung in erster Linie über das Material differenziert, da eine Lehrkraft alleine durch individuelle Betreuung während der Arbeitsphasen den unterschiedlichen Anforderungen nicht gerecht werden könnte. Dennoch dient hauptsächlich die individuelle Betreuung bei der gemeinsamen Programmierung des Schatzkistenzählers (Erarbeitungsphase, D1) der Sicherheit schwächerer Schüler und bietet die Möglichkeit Verständnisschwierigkeiten frühzeitig vorzubeugen. Je nachdem, wie die entsprechende Klasse aufgestellt ist, ist beispielsweise denkbar die Schüler, die Unterstützung benötigen in eine gesonderte Kleingruppe zu setzen, oder bei regulärer Sitzordnung im Klassenverband individuell zur Seite zu Stehen. Für stärkere Schüler kann in dieser Phase die Aufgabe geöffnet werden, sodass sie sich weitere Komponenten für den Schatzkistenzähler überlegen können, um die zeitliche Differenz zu überbrücken. Es ist ihnen gestattet, jedoch ohne explizit darauf hinzuweisen, schneller vorzugehen, als die Orientierung der gemeinsamen Programmierung vorgibt. Hier bietet sich an, eine solche Regelung im Vorfeld in der Klasse zu etablieren, damit die Schüler genau wissen, wie sie vorgehen können, ohne dass es zu vermeidbaren Störungen kommt.
Die Hauptarbeitsphase findet in Form unterschiedlicher Stationen statt. Dabei stellt die Blumenstation die leichteste, die Schiffstation die mittlere, welche von den meisten Schülern bearbeitet werden soll und die Kanonenstation die schwerste dar. Je nach Schüler kann entschieden werden, ob die Lehrkraft die Aufgaben zuteilt, oder ob die Schüler selbst wählen dürfen. Aufgrund der geplanten Zeit, ist nicht davon auszugehen, dass ein Schüler mit einer Aufgabe fertig wird, sollte dies dennoch der Fall sein, so kann eine andere Station begonnen werden. Andererseits ist davon auszugehen, dass selbst sehr schwache Schüler in der vorgegebenen Zeit zumindest die Grundaufgabe einer Station lösen können und ein vorzeigbares Ergebnis haben.
Zu jeder Station gehört eine Aufgabenkarte, die das Grundproblem erläutert und jeweils mehrere Differenzierungskarten. Dabei stellt der Papagei eine Differenzierung nach unten, also in Form von Hinweisen oder Hilfestellungen dar, der Totenkopf eine Differenzierung nach oben in Form von Herausforderungen oder Zusatzaufgaben. Die leichteste Variante stellt jeweils eine Datei zur Verfügung, bei der die benötigten Bausteine in die richtige Reihenfolge sortiert werden müssen. Die Differenzierungskarten sind nummeriert und dürfen in der angegebenen Reihenfolge nacheinander benutzt werden. Das Bereitstellen von Karten für alle Schüler verhindert, dass sich schwächere zurückgestellt fühlen, weil sie alleine Tippkarten benötigen.
Die Blumenstation differenziert dreimal nach unten, jedoch gibt es auch hier eine Totenkopfkarte mit einer einfachen Herausforderung, um die Möglichkeit zu haben ein zusätzliches Erfolgserlebnis zu schaffen. Die Schiffsstation differenziert gleichermaßen nach unten und nach oben. Die Kanonenstation liefert jedoch ausschließlich Herausforderungen, keine Hilfestellungen. Sie ist für Schüler gedacht, die bereits weiter fortgeschritten sind.
Die Kapitänsaufgabe ist eine Zusatzaufgabe, die in dieser Unterrichtsstunde vermutlich nicht zur Verwendung kommt, jedoch in einer Weiterführung gut einsetzbar wäre (s. Kapitel 5). Sie ist eine sehr offen formulierte Knobelaufgabe, die weitere Einsatzmöglichkeiten von Variablen aufzeigen kann.
5. Weiterführungsmöglichkeiten
Das Setting der Unterrichtsstunde eignet sich gut, um in den folgenden Stunden daran anzuschließen. Denkbar ist eine Stationenarbeit, während der die Schüler die Stationen, welche sie zuvor nicht bearbeitet haben angehen. Hierbei kann auch die Kapitänsaufgabe intensiver betrachtet werden.
Zusätzlich zur Weiterführung der Arbeitsphase, die auch durch weitere Anforderungen ergänzt werden könnte, würden sich beispielsweise Funk- oder Hardwareprojekte anbieten.
Denkbar wäre z.B. das Szenario, dass die einzelnen Zählerstände der Insel von der Kapitänskajüte aus mit dem Calliope des Kapitäns per Funk abgefragt werden können, oder, dass die Zählercalliope Warnmeldungen an den Kapitän versenden, wenn beispielsweise die Kanonenkugeln zur Neige gehen.
Eine andere mögliche Idee wäre, den Calliope mit weiteren mechanischen und elektrischen Bauteilen ergänzen. Denkbar wäre z.B. der Bau einer automatischen Kugelauffüllanlage. Fällt der Kugelwert unter eine bestimmte Grenze, wird vom Calliope ein Servomotor angesteuert, der eine Klappe öffnet und Kanonenkugeln herausrollen lässt. Nach gleichem Prinzip ließen sich auch eine Blumenbewässerung (vgl. auch http://coderdojo-saar.de/calliope-pflanzenbewaesserung/ sowie https://makecode.microbit.org/projects/plant-watering/) oder ein Sonnensegel realisieren.
6. Quellen
Bergner et al. (2017): Das Calliope-Buch. Spannende Bastelprojekte mit dem Calliope-Mini-Board. Heidelberg: dpunkt-Verlag. Online: https://www.dpunkt.de/calliope
Gesellschaft für Informatik (2019): Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich. Online unter: ddi.uni-wuppertal.de/website/repoLinks/v142_empfehlungen_kom petenzen-primarbereich_2019-01-31.pdf, S. 7 (18.02.2019)
Hauck, M. (2015): Bis der Propeller knattert. Online unter: https://www.sueddeutsche.de/digital/programmieren-fuer-grundschueler-bis-der-propeller-knattert-1.2742872 (18.02.2019)
Microsoft: makecode.calliope.cc (18.02.2019)
Microsoft: https://makecode.microbit.org/projects/plant-watering (18.02.2019)