Computational Thinking: Programmieren in der Grundschule mit dem Calliope mini
Dieser Artikel stellt Computational Thinking als Kernkompetenz des 21. Jahrhunderts vor und gibt Grundschullehrkräften einen praktischen Leitfaden zur Förderung von Computational Thinking in den Klassen 3 und 4 an die Hand.
Das hier vorgestellte Bildungsanbot widmet sich dem Thema Computational Thinking als Bestandteil des MINT-Unterrichts in der Grundschule. Grundschulkinder können alltagsnahe Erfahrungen mit Aspekten des Programmierens machen und ein erstes Verständnis dafür entwickeln, welche Bedeutung Programmieren für das Funktionieren eines computerbasierten Gegenstandes hat.
Die hier vorgestellte Handreichung dient der Bekanntmachung und Förderung von "Computational Thinking als 21st Century Skill". Sie zeichnet sich durch die Verwendung problemorientierter Aufgaben und den Fokus auf die Kompetenzen des Computational Thinking aus und enthält daher keine kleinschrittigen Lehrgänge oder "Programmierrezepte" zum Nachahmen. Vielmehr wird Computational Thinking in diesem Handbuch mit naturwissenschaftlich-technischen Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen verknüpft. Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen wie Vermuten, Ordnen, Beobachten und Bewerten sind nicht nur beim Experimentieren oder technischen Problemlösen elementare Kompetenzen, sondern können auch zur Unterstützung des Computational Thinking eingesetzt werden. So sollen Lernende beispielsweise vermuten, welches geeignete Befehle zur Lösung eines Problems sein können, Befehle und Befehlsabfolgen ordnen, beobachten und beschreiben, wie sich verschiedene Programmcodes bei der Ausführung unterscheiden und abschließend die gefundenen Unterschiede anhand des Programmcodes erklären und bewerten.
Computational Thinking beim Programmieren
Computational Thinking beschreibt einen informatischen Problemlöseprozess und stellt sechs (computerbezogene) Kernkompetenzen in den Mittelpunkt, die dem Lösen informatischer Probleme dienen:
- Abstrahieren
- Verallgemeinern
- Zerlegen in Teilprobleme
- Sequenzieren von Algorithmen
- Kontrollfluss
- Debugging
Beim Problemlöseprozess muss zunächst das Problem erkannt und verstanden werden, um anschließend Lösungsideen zu generieren, einen Lösungsprozess zu planen, eine mögliche Lösung zu erarbeiten und zu testen. Das Testergebnis wird bewertet und es werden gegebenenfalls Optimierungen am Modell beziehungsweise Programm vorgenommen. Dieser Prozess ist systematisch, da er einer charakteristischen Sequenz aus
- Probleme identifizieren,
- Lösungen planen (Zerlegen, Abstrahieren, Sequenzieren),
- Modelle/Prototypen/Programme erstellen und
- Lösungen testen, bewerten und optimieren
folgt.
Die Handreichung "Computational Thinking mit Calliope mini"
Die Handreichung "Computational Thinking mit Calliope mini" wurde im Rahmen des von der Telekom-Stiftung geförderten Projekts "Die Zukunft des MINT-Lernens" entwickelt. Das Bildungsangebot wurde im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten MoSAiK-Projektes ("Qualitätsoffensive Lehrerbildung") erstellt. Es soll Grundschullehrkräfte dabei unterstützen, Schülerinnen und Schülern Kompetenzen von Computational Thinking mit Hilfe des Mini-Computers von Calliope® und der Programmiersprache NEPO®, welche auf Open Roberta Lab verfügbar ist, näherzubringen.
Die Handreichung bietet Grundschullehrkräften:
- einen Überblick zum Bildungsangebot und zu Calliope mini®
- organisatorische Hinweise
- Erläuterungen zu zusammenfassenden Karteikarten, die Aufgaben und Musterlösungen enthalten
- Impulse für die Unterstützung der Schülerinnen und Schüler im Unterricht
- Einblick in den fachlichen Hintergrund zu sechs wichtigen Kompetenzen des Computational Thinking
- Einführung zur Kompetenzorientierung und dem didaktischen Ansatz des angeleiteten forschenden Lernens
- Übersicht zu sechs Sequenzen des Bildungsangebots mit ihren Inhalten und den angestrebten Kompetenzen bei Grundschulkindern
- jeweils eine Kurzbeschreibung und konkrete Hinweise zur Durchführung der Sequenzen
- Anregungen für eine adaptive Förderung von Schülerinnen und Schülern im Rahmen des Bildungsangebotes inklusive Planungshilfen
Didaktischer Ansatz des Bildungsangebots
Die didaktische Umsetzung des vorliegenden Bildungsangebots fußt auf dem Ansatz des angeleiteten forschenden Lernens im MINT-Unterricht. Die problemorientierten Aufgaben fordern physische und mentale Aktivität der Grundschülerinnen und -schüler. Soweit möglich sollten die Acht- bis Zehnjährigen eigenständig arbeiten – jedoch mit Unterstützung der Lehrkraft.
Aus didaktischer Sicht sind für Grundschulkinder wohldefinierte problemorientierte Aufgaben besser geeignet als offen formulierte Probleme. Das Bildungsangebot setzt daher auf Probleme, die ein klares Ziel (zum Beispiel: "Bringe ein Fahrradlicht zum Leuchten.") und einen klaren Ausgangszustand (vorgegebenes Material, bekannte Programmierumgebung, …) haben. Zudem liegt die Barriere zwischen Ausgangs- und Zielzustand darin, dass prinzipiell bekannte Befehle in eine bestimmte (unbekannte) Anordnung gebracht werden müssen, nicht aber die Befehle – und damit die Mittel zur Problemlösung – völlig unbekannt sind. Wichtig ist jedoch, dass die Problemstellungen unterschiedliche Lösungen und Lösungswege zulassen sowie ein iteratives Vorgehen mittels Testen und Optimieren herausfordern.
Durch die Vorgabe einer transparenten und klaren Zielstellung wird ein bloßes Explorieren verhindert. Um problemlösendes Denken anzuregen und zu fördern, ist es jedoch von zentraler Bedeutung, dass keine vorab festgelegten Lösungsschritte abgearbeitet werden. Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eigenständig oder kollaborativ Lösungen und setzen diese entsprechend um.
Übersicht der Ziele und Sequenzen
- Befehle einführen und visualisieren anhand Calliope mini®
- Algorithmen entwickeln anhand Calliope mini®
- Fehler finden und beheben anhand Calliope mini®
- Abstrahieren anhand Calliope mini®
- Muster generalisieren anhand Calliope mini®
- Probleme und Prozesse zerlegen anhand Calliope mini®
Handbuch "Computational Thinking" zum Download
- computational-thinking-programmieren-mit-calliope-mini.pdf
Hier können Sie das vollständige Handbuch "Programmiere, damit dir ein Licht aufgeht – Computational Thinking mit Calliope mini" der Deutsche Telekom Stiftung herunterladen.
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Externer Link
- telekom-stiftung.de
Hier gelangen Sie zur Webseite des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Die Zukunft des MINT-Lernens".
