Robotik/BeeBot

Under Construction

Im Moment ist noch alles Textlastig, es kommen aber bald Bilder hinzu. Abschnitt 1 ist noch unvollständig, daher "under construction", Abschnitte 2 bis 6 enthalten aber schon den Kern der Aussage.

Bildungsstandards

Die Informatik an der Grundschule ist noch nicht geboren worden. Aber wir sind fortschrittlich, denn die Bildungsstandards der Mathematik können auch in Informatik alle verwirklicht werden, nur eben mit anderen Methoden. Es gibt Befürworter für die Einführung des Faches Informatik an der Grundschule, z.B.:

• Gesche Joost
• Prof. Juraj Hromkovic
• Beat Doebeli Honegger
• Ave Lauringson
• phbern.ch Robotik

in dem letzten Link gibt es die Lernziele für die jüngeren Schüler bis zur zweiten Klasse:

Ich kenne Geräte, die mit Strom funktionieren und mittels ICT programmiert werden können.
Ich kenne den Nutzen alltäglicherTechnologie und verstehe wozu man diese pro-grammieren kann.
Ich kann einzelne Befehle aufzählen und korrekt in einen Roboter eingeben.
Ich kann Anleitungen für den Roboter schriftlich festhalten.
Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser an einen vorher bestimmten Punkt gelangt.
Ich kann bekannte Abläufe analysieren und kombinieren und daraus neue Abläufe ableiten.
Ich kann Winkel und Distanzen messen und diese in den Roboter eingeben.

und für die älteren Schüler:

Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser eine vorgegebene Form nachzeichnet.
Ich kann eine eigene Liste mit Befehlen schreiben, um eine bestimmte Form zu zeichnen.
Ich kann bei Bedarf die „Wiederholen“ -Funktion gezielt einsetzen.
Ich weiss, was eine Prozedur ist und kann eigene Prozeduren speichern.
Ich kann Sensoren nutzen, um Prozeduren auszulösen

Die Kategorien der Vorlage:Pdf-extern, die von der Kultusministerkonferenz am 15.10.2004 verabschiedet wurden, seien hier noch einmal aufgelistet, in Klammern ist jeweils eine mögliche methodische Umsetzung durch einen programmierbaren Roboter angegeben:

Zahlen und Operationen

• Zahldarstellungen und Zahlbeziehungen verstehen
• Rechenoperationen verstehen und beherrschen

(Bee-Bot geht vorwärts bedeutet addieren, entsprechende Anzahl rückwärts gehen bedeutet, diese Anzahl subtrahieren. Insgesamt ist er dann
 (vorwärtszahl-rückwärtszahl) vorwarts gegangen)

• in Kontexten rechnen

Raum und Form

• sich im Raum orientieren

(Indem man den Roboter an eine bestimmte Stelle im Koordinatengitter steuert, übt man das räumliche Vorstellungsvermögen und den Perspektivenwechsel)

• geometrische Figuren erkennen, benennen und darstellen

(mit dem Pro-Bot können Figuren auf Papier programmiert gezeichnet werden)

• einfache geometrische Abbildungen erkennen, benennen und darstellen

(die Umkehrung der Befehle links und Rechts ergibt eine Spiegelung für den Roboter. Die Umkehrung der Reihenfolge der Befehle eine Punktsymmetrie)

• Flächen- und Rauminhalte vergleichen und messen

Muster und Strukturen

• Gesetzmäßigkeiten erkennen, beschreiben und darstellen

(siehe "Entdeckendes Lernen" im Abschnitt Didaktik)

• funktionale Beziehungen erkennen, beschreiben und darstellen

(mit Hilfe von Sensoren mit dem Pro-Bot möglich durch bedingte Reaktion als Funktion der Sensordaten)

Größen und Messen

• Größenvorstellungen besitzen

(der Bee-Bot soll einen Stuhl umkreisen. Die Schrittzahl ist jeweils die Maßzahl für die Längenmessung, die Schrittweite (hier 15cm für den
Bee-Bot) ist die Größe)

• mit Größen in Sachsituationen umgehen

(Wie viele Gartenplatten benötigt man, um ein rechteckiges Gebiet von ... Bee-Bot-Quadraten Fläche einzufassen?)

Daten, Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit

• Daten erfassen und darstellen

(Anzahl der Möglichkeiten, um im Gitter von A nach B zu kommen, und Wahrscheinlichkeit, auf den gewählten Weg zu tippen)

• Wahrscheinlichkeiten von Ereignissen in Zufallsexperimenten vergleichen

(Pseudo-Zufallsgeneratoren in Scratch-Simulationen für den Bee-Bot)

Didaktik

Eine elementare Form der Informatik lässt sich kindgerecht am besten mit einem leicht zu handhabenden, sofort einsetzbaren und programmierbaren Roboter verwirklichen. Im Moment erfüllt der Bee-Bot diese Bedingungen am ehesten. Gleich vorweg: keiner von uns hat einen Vertrag mit Bee-Bot oder irgendwelche Vorteile von der Bevorzugung dieses Lernmediums.

Der Bee-Bot besitzt Knopfe auf seinem Rücken, mit dem er sich ganz leicht programmieren lässt: Man drückt z.B. "vorwärts, rechts, vorwärts, links, vorwärts" und startet ihn mit der Taste "Go". Sofort bewegt er sich nach vorn, macht dann eine 90 Grad-Drehung nach rechts, fährt wieder ein Stück, macht eine 90 Grad-Drehung nach links und fährt noch ein Stück. Vielleicht ist das noch zu einfach für die erste Klasse, aber wir wollen, dass jeder Schüler mitkommt. Differenzierung ist ohne Probleme möglich, es gibt jede Menge Möglichkeiten, schwierigere Szenarien zu erstellen ( s.u. ) aber die richtigen Materialien dafür zu entwickeln ist nicht ohne; wir arbeiten im Moment daran.

Entdeckendes Lernen

Geben Sie Schülergruppen aus jeweils vier Schülern einen Bee-Bot in die Hand und lassen Sie sie ihn erforschen, mit dem Auftrag herauszufinden, was die einzelnen Tasten bewirken. Sie werden sich wundern, wie schnell sämtliche Funktionen ermittelt sind. Diese Funktionen auch zu notieren und anderen mitzuteilen, ist anspruchsviller, aber ebenfalls sinnvoll.

Probleme lösen

In vorgegebenen Szenarien können Schüler eine Zielvorgabe erfüllen, dabei sollten die Aufgaben zunächst einfach, dann immer umfassender werden.

Zusammenarbeit

Wenn man die Befehle in der Reihenfolge aufschreibt, hat man schon sein erstes Programm geschrieben; dieses kann man einem Mitschüler geben, der es an seinem Bee-Bot gleichermaßen eingeben und ausführen kann. Aber auch der Weg dorthin ist, wenn man ihn offen gestaltet, gewinnbringend, denn die Schüler müssen sich über ein entsprechendes Protokoll einigen, wie das Programm aufgeschrieben werden soll. Viele Szenarien sind möglich, in denen Schüler sich miteinander verständigen müssen, um eine Aufgabe zu lösen.

Schüler für Schüler

Die älteren Schüler können Materialien für die jüngeren Schüler erstellen. Hier kommen insbesondere Problemlöse-Szenarien in Frage. Aber auch für die Beauftragung der älteren Schüler in dieser Richtung bedarf es guter Materialien, die vorbereitet werden müssen. Auch hier sind wir noch im Arbeitsprozeß.

Transparenz

Wie im Bereich "FMS-Logo" des Abschnitts "Methoden" weiter unten genauer erläutert, wollen wir "dem Computer auf die Finger schauen". Das, was der Computer macht, ist eigentlich sehr einfach. Nur, er macht es so schnell, dass wir es meistens nicht nachvollziehen können. Dem entgegenzuwirken, ist ein wesentliches Lernziel. Also ist die Konsequenz: Schritt für Schritt alles sichtbar machen. Am besten sogar mit Pausen.

Unterrichtsmaterial

1. und 2. Klasse

In Studio: Bee-Bot mit Scratch finden Sie insbesondere das Programm Bee-Bot schiebt Blöcke bei dem der Bee-Bot Eisblöcke auf einen freien Platz verschieben kann, der Bee-Bot hat in dieser Simulation die Programmierungstasten auf seinem Rücken, also genau so wie es der echte auch hat. Es gibt bis jetzt noch keine anderen, für alle frei verfügbaren Simulationen für den Bee-Bot, bei dem das auch der Fall ist. Am besten, Sie benutzen Scratch-Szenarien im Vollbildmodus.

Eine für Apple-Nutzer verfügbare App gibt es jedoch: Bee-Bot als App für Apple, wobei aber nicht jeder einen Apple hat und zum Anderen die nicht-veränderbare Aufgabenstellung genau 12 Problemlösungen bereithält. Für flexiblere und an die Wünsche der Schüler angepasste Aufgaben ist eben jenes Studio in Scratch vorgesehen.

FMS-Logo Die Seite logo-spielplatz.de bietet eine Einführung in eine kindgerechte Programmierung, die sich Seymour Papert, ein Mathematiker und Psychologe, für seine eigenen Kinder 1968 hat einfallen lassen. Diese Programmiersprache ist in seiner Einfachheit gleichzeitigen Leistungsfähigkeit bis heute unübertroffen. Insbesondere der "Igel", der bei der Bewegung wie eine Spinne ihren Faden hinterläßt, wird durch die Schaltzentralen ( hier geeignet: die für die Grundschule, programmiert von Peter Meffert ) effektiv und klar verdeutlicht. Das "dem Computer auf die Finger schauen"-Prinzip, also das schrittweise Nachvollziehen jeder einzelnen Aktion, ist die Verwirklichung des Gegenteils zur "Black-box". Leider wird in vielen Systemen alles mögliche versteckt, auch die Diskussion um Datenschutz hat hier ihren Platz, die Black-box solcher Fertigsysteme hat viele Gefahren. Dem entgegenzuwirken ist einer unserer pädagogischen Aufträge: Den Schülern Mittel in die Hand zu geben, den Dingen auf den Grund zu gehen und sie bis zum Boden transparent zu machen. Oder, wenn dies nicht funktioniert, sich eben selbst eigene Dinge zu erschaffen, bei denen das möglich ist. Das ist auch eine Möglichkeit, sich der Manipulation zu entziehen und kritisch und demokratisch handeln zu können. Abgeleitet von LOGO ist auch die Berner "KTurtle"-Graphik, bei der eine Schildkröte malt, auch hier sind alle Programmierbefehle in Deutsch.

Scratch und Hopscotch Dafür sind die meisten Schüler in dieser Altersstufe noch zu jung. Lieber erst alle Schüler mit kleinen Dingen richtig umgehen lassen, als nur den stärksten eine Chance geben.

Lego-Roboter Die Lego-Roboter verfügen über einen riesigen Satz an Prorammierungsmöglichkeiten, sind aber im Gegensatz zum Bee-Bot nicht direkt einsetzbar und ihr Vorteil, dass sie immer neu aufbaubar sind, hat auch den Nachteil, dass man evtl. sehr viele Teile hat, die vom fertigen roboter wieder demontiert werden und von denen die meisten nicht mehr wissen, wozu sie gehören oder letzen Endes fehlen; wer möchte die Bastel- und Aufräumarbeit übernehmen, die zu ihrer Verwendung jedes Mal nötig ist?

3. und 4. Klasse

Kennen sich die Schüler mit dem Bee-Bot aus, können sie die Erweiterung, den "Pro-Bot" mit seinen Sensoren und der erweiterten Programmierung nutzen. Dabei werden die Konzepte "Wiederhole-Schleife" "etwas tun nur unter einer Bedingung" und "Ich spüre etwas (Sensoren)" gelernt. Der Pro-Bot kann auch einen Stift in seiner Mitte halten und sanft auf die Unterlage drücken. Dadurch lässt sich eine Zeichnung programmieren. Dadurch, dass auch sehr kleine Winkel und Fahrtstrecken machbar sind lassen sich auch Buchstaben und geometrische Muster zeichnen.

FMS-Logo Wie bei der ersten und zweiten Klasse beschrieben, sind unter logo-spielplatz.de die Schaltzentralen je nach Alter gestaffelt erhältlich, mit denen die Grundzüge der LOGO erlernt werden können.

Scratch und Hopscotch Das MIT bietet Werkzeuge an, die sich gut für unsere Zwecke eignen, für die Grundschule ab der 3. Klasse bis zum 8. Schuljahr sind dies Scratch, Scratch und für die Programmierung eigener Apps auf Smartphones gibt es ( etwa ab der 8. Klasse ) den appinventor. Hopscotch ist auch nicht schlecht, aber Scratch hat viele Vorteile.

Lego ab der vierten Klasse könnten Legosysteme wie "Lego-Wedo" und die etwas teuren "Mindstorms" zum Einsatz kommen, wenn man über genügend Platz zum Lagern und Aufräumen verfügt, ebenso wie die ROBO-TX-Reihe von Fischertechnik.

Methoden

Die Methoden sind von Jahr zu Jahr unterschiedlich und müssen daher differenziert aufgelistet werden.

1. Schuljahr:

2.

3.

4.:

Sie sehen, dass da noch viel zu bearbeiten ist. Machen Sie mit! DrStephanBalk (Diskussion) 15:51, 14. Jun. 2015 (CEST)

Anmerkungen

Hat mal jemand über den Tellerrand geschaut, was in anderen Ländern gemacht wird?