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In diesem Fachartikel zum Thema "Unterrichtsgestaltung mit Programmierung und Robotik" geben Lehrbeauftragte Tipps, wie sie Schülerinnen und Schüler zum Coden motivieren. Um das Programmieren für Kinder schmackhaft zu machen, braucht es spannende Projekte und viel Zeit. Der Artikel stellt Ideen vor, die über den Bau der obligatorischen Homepage hinausgehen. Die Covid-Pandemie treibt die Digitalisierung mit Wucht voran. Alle Lebensbereiche, auch die Schule, weichen derzeit auf das Virtuelle aus, Online-Unterricht mit Teams und Zoom ist in aller Munde. Lernen ist dabei allerdings nur ein Teil der digitalen Realität der Schülerinnen und Schüler – und oft der Kleinere. Dazu kommen YouTube, TikTok, Fortnite, WhatsApp und viele andere virtuelle Vergnügungs- und Begegnungsstätten. Gut, wer sich jetzt ein wenig damit auskennt und auch die Gefahren einschätzen kann, Stichwort Digitale Kompetenz . "Warum zeigt YouTube mir und nicht meinen Freunden dieses Video? Oh, andere kauften auch gleich diese Produkte? Und warum in aller Welt verbringe ich meine Tage damit, Handyfotos zu liken?" Wir leben in einer zunehmend komplexen Welt und wer hinter die Kulissen schauen kann, versteht eher, was vor sich geht – und wann er oder sie manipuliert wird. Programmieren – plötzlich Teamsport Einer der besten Wege, hinter den digitalen Vorhang zu schauen, ist sich mit dem Thema Programmieren zu beschäftigen. Für die älteren Schülerinnen und Schüler in der Berufsfindungsphase sind sicherlich zusätzlich die guten Berufsaussichten in der Softwareentwicklung von Interesse. Die geburtenstarken Jahrgänge gehen nach und nach in Rente und der Fachkräftemangel in der IT verschärft sich. Erfreulicherweise hat sich das Berufsbild des Programmierers und der Programmiererin in den letzten Jahren gewandelt, und ist dank agiler Methoden wie Scrum inzwischen ein Teamsport geworden. Gute Gründe also, sich auch in der Schule mit dem Thema Programmieren zu beschäftigen – was ja auch längst passiert. Über das Wie scheiden sich allerdings noch die Geister. Visuelles Programmieren: Scratch & Co. Von außen gesehen erscheint das Thema Programmieren zunächst einmal zu groß, um es in wenigen Schulstunden pro Woche adäquat lehren und lernen zu können. Genauso gut könnte man versuchen, Medizin als Schulfach einzuführen. Es gilt also, zumindest bei jüngeren Schülerinnen und Schülern erstmal zu abstrahieren und die Zeitfresser Quellcode und Syntax außen vor zu lassen. In den letzten Jahren sind dazu "bildungsorientierte visuelle Programmiersprachen" wie Scratch oder Open Roberta erschienen, die mit allerhand bunter Grafik den Einstieg erleichtern und grundlegende Konzepte wie Verzweigungen oder Wiederholungen sehr gut ohne Quellcode vermitteln. Einstieg in die Robotik Ganz ähnlich funktionieren die Mindstorm-Baukästen von Lego. Auch hier lassen sich grafisch Programme in Form von Ablaufplänen schreiben und auf einen Computer übertragen. Der Computer ist in diesem Fall recht mobil und da er mit dne enthaltenen Sensoren, Servos und Dioden kommunizieren kann, ist er perfekt für eine Robiktik-AG geeignet. Schülerinnen und Schülern kann mit diesen Tools ohne Probleme die Idee des Programmierens und wichtige Konzepte dahinter vermittelt werden. Aber natürlich haben diese vorgefertigten Lösungen Grenzen: Wenn das Wort Robotik fällt, haben viele Lernende dann doch eher an C3PO gedacht und weniger an das Abfahren einer aufgemalten Strecke. Wenn diese Grenzen erreicht sind, wird es Zeit für Alternativen. Für einen intuitiven Einstieg eignet sich der Kurs Robotik Kinder . Raspberry Pi, der Tausendsassa Weg vom Baukasten, hin zum offenen System mit unbegrenzten Möglichkeiten führt kein Weg am Raspberry Pi vorbei. Damit lassen sich die ersten Schritte unter dem offenen Betriebssystem Linux machen, aber natürlich auch "richtig" programmieren. Die als leicht zu lernen geltende Sprache Python ist die bevorzugte Programmiersprache des Pi. Mit der kostenlosen Entwicklungsumgebung Idle können Schülerinnen und Schüler die ersten Programme in professioneller Umgebung schreiben. Hier arbeiten Sie mit dem Quellcode, so wie sie es nach wie vor der Standard in der Softwareentwicklung ist. Dieser wenig spielerische Ansatz mag einige Schülerinnen und Schüler zunächst überfordern – aber vielleicht braucht es genau die Faszination des "Echten", um andere dafür zu begeistern. Die Freude, wenn ein Programm nach zahlreichen Versuchen endlich fehlerfrei läuft, die mathematische Schönheit von Quellcode, ein raffinierter Algorithmus, womöglich erste Ideen von Softwarearchitektur – hier lockt das wirkliche Coding-Abenteuer. Unterstützend kann dabei eine Online-Nachhilfe sein. Der Pi bietet mit seiner GPIO, einer umfangreichen Hardware-Schnittstelle, darüber hinaus auch die Möglichkeit, unzählige Module anzuschließen und per Programm anzusprechen. Mithilfe eines Breadboards (eine Art Steckbrett) geht das ganz ohne Löten und lässt sich hervorragend mit der Elektronik im Physik-Unterricht zusammenbringen. Arduino, ESP und Raspberry Pi Pico Pi und Jetson enthalten komplette Linux-Betriebssysteme. Für einfache Elektronik-Basteleien genügen aber schon kleine Boards mit Mikroprozessoren wie Arduino, ESP32 oder den neuen Raspberry Pi Pico. Auch diese lassen sich einsteigerfreundlich in (Micro-)Python programmieren. Im Netz finden sich zahlreiche Anleitungen, wie man mit solchen Boards einen Multikopter (eine Drohne) baut. Jedoch muss es nicht gleich so anspruchsvoll sein: Wie wäre es zum Beispiel mit einer Luftqualitätsüberwachung mit Kohlendioxidsensor und Sirene bei Überschreiten eines Schwellenwerts? Die Bauteile sind unter 10 € erhältlich und dann klappt es auch mit dem Corona-Lüften. Motivation, Begeisterung und viel Zeit Softwareentwicklung braucht Motivation und Begeisterung und die weckt man am besten mit spannenden Themen. Die gerne benutzte Beschreibungssprache HTML zur Gestaltung von Webseiten ist da womöglich einen Tick zu einfach. Vielleicht springt der Funke mit einer "echten Programmiersprache" aus der Praxis und dazu spannenden Anwendungen eher über. Neben der Begeisterung braucht es viel Zeit. AGs und Leistungskurse bieten sich deshalb als bevorzugte Spielwiese an. Vielleicht lässt sich auch in fächerübergreifender Zusammenarbeit etwas Zeit gewinnen. Man könnte den Luftsensor beispielsweise im Chemie-Unterricht basteln und das neuronale Netzwerk als Joint-Venture im Mathe- und Informatik-LK starten.

Analog trifft digital: Mit dem Pixi-Buch "Erik und das Zauberhaus" erfahren Kinder im Grundschulalter, was ein Smart-Home ist, wie es funktioniert und was Elektronikerinnen und Elektroniker arbeiten. Gleichzeitig können Schulanfänger ihre Lesekompetenzen trainieren. Das 24-seitige Büchlein wurde gemeinsam von der ArGe Medien im ZVEH sowie dem Carlsen-Verlag erstellt. Schulklassen und Kindergärten können das Pixi-Buch im Klassen- beziehungsweise Gruppensatz kostenlos bestellen.

Dieser Artikel zum Thema "Einsatz eines virtuellen Labors im naturwissenschaftlichen Unterricht" informiert über die Einsatzmöglichkeiten des "Virtual Lab" von BASF im Präsenz- und Online-Unterricht. Neben den Themen, zu fördernden Kompetenzen sowie den Vor- und Nachteilen berichtet der Autor von seinen Erfahrungen mit dem Virtual Lab im Online-Unterricht. Funktionsweise des virtuellen Labors Die Themenbereiche des virtuellen Labors "Virtual Lab" sind wie ein reales naturwissenschaftliches Labor aufgebaut. Die Schülerinnen und Schüler können so virtuell mit den Gerätschaften aus einem Labor experimentieren und lernen zugleich deren Anwendung kennen. Unterstützt werden sie dabei vom virtuellen Assistenten "Dr. Blubber". Einführende Erklärvideos liefern zu jedem Thema Hintergrundwissen, Quizfragen ermöglichen einen selbstständigen Verständnistest. Zudem gibt es verschiedene Belohnungsmöglichkeiten für das erfolgreiche Absolvieren von Experimenten und Tests. Einsatzmöglichkeiten des virtuellen Labors Der Einsatz des Systems ist ab der Grundschule möglich. Je nach Thema ist für die Erklärungen Vorwissen erforderlich, weshalb sich manche Labore an die Klassenstufen der Sekundarstufe I richten, die dieses bereits erworben haben. Beim eigenständigen Einsatz müssen die Kinder grundlegende Fertigkeiten im Umgang mit dem PC (zum Beispiel Steuerung mit der Maus) haben. Die Einsatzmöglichkeiten im Überblick: Einsatz zur Präsentation eines Versuchs über Beamer oder Smartboard virtuelles Bearbeiten der Experimente in Einzel- Partner oder Kleingruppenarbeit im Präsenzunterricht Durchführung der Experimente als Aufgabe für den Fernunterricht. Hier liegt eine besondere Stärke des Systems, da die Schülerinnen und Schüler mit Labormaterial und Rohstoffen virtuell arbeiten können ohne diese reale anschaffen zu müssen. zur Vertiefung für besonders interessierte und begabte Kinder (Enrichment). als virtuelle Vorbereitung auf die reale Durchführung der Versuche im Unterricht. Themen des virtuellen Labors Folgende Laborthemen werden aktuell angeboten: Lüfte das Geheimnis des "grünen Wunders" (Fotosynthese) Der rote Fleckenteufel (Wirkweise von Buntwaschmittel untersuchen) Dem Boden auf den Grund gehen (physikalische Bodenuntersuchung) Nutze die Kraft der Sonne (Funktionsweise von Solarzellen) Probiere das süße Brot (Untersuchung der Bestandteile von Lebensmitteln) Werde zum Filterexperten (Experimente zum Bau einer Minikläranlage) Finde den richtigen Absender (Chromatograhie von Farbstiften) Besuche die Backstube Chemielabor (chemische Prozesse beim Kuchenbacken) Lass es blubbern (Wirkung Kohlenstoffdioix in Wasser) Die schäumenden Perlen (Vergleich von Dämmstoffen) Rostschutz für Lebensmittel (Stoffe gegen die Oxidation von Obst) Kompetenzerwerb Generell lassen sich durch den Einsatz des virtuellen Labors folgende Kompetenzen vermitteln: Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen oder sichern die Sicherheitsregeln im Labor. lernen oder sichern die Bezeichnung von Laborgeräten und deren Anwendungsgebiete sowie verschiedene Untersuchungsverfahren aus den Naturwissenschaften. lernen, wie man die verwendeten Stoffe nach dem Versuch richtig entsorgt. üben die Durchführung von Experimenten nach Anleitung. lernen die physikalischen und chemischen Hintergründe der einzelnen Themen kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler üben den Umgang mit virtuellen Lernumgebungen. Sozialkompetenz (beim Einsatz als Partner- oder Gruppenarbeit) Die Schülerinnen und Schüler trainieren ihre Kommunikations- und Kooperationsfähigkeit, indem sie gemeinsam die gestellten Aufgaben im virtuellen Labor lösen. Grenzen des virtuellen Labors Die Schülerinnen und Schüler sehen zwar den Umgang mit den einzelnen Laborgeräten und Labormaterialien, es fehlt jedoch das praktische Nutzen. Dadurch wird die für die Laborarbeit nötige Fingerfertigkeit nicht und das genaue Arbeiten nur bedingt geübt. Möglicher Ablauf einer Unterrichtseinheit mit dem "Virtual Lab" Vor Einsatz des virtuellen Labors sollen die Regeln besprochen werden, die generell für die Laborarbeit gelten (Sicherheitsausrüstung, gängige Labormaterialien, genaues Lesen beziehungsweise Zuhören bei den Versuchsanleitungen, Reihenfolge beim Durchführen des Versuchs beachten). Diese werden zwar auch durch den virtuellen Assistenten vermittelt, allerdings verlängert dies die Zeit für die Durchführung einzelner Versuche massiv. Wichtig sind beim Einsatz im Präsenzunterricht klare Absprachen, was im virtuellen Labor genutzt werden darf. Das System bietet auch einige spielerische Elemente als Ergänzung. Diese sollten die Schülerinnen und Schüler aufgrund der Ablenkungsgefahr nicht nutzen dürfen. Nach der Einführung können die Lernenden in der gewünschten Sozialform den virtuellen Versuch durchführen. Damit jeder Schüler und jede Schülerin die Chance hat einen Teil zu übernehmen, sollte die Gruppengröße drei Personen nicht überschreiten. Vor Öffnen des Versuchs sollen die Schülerinnen und Schüler Vermutungen zur Fragestellung des Versuchs notieren. Im Anschluss an den Versuch werden Durchführung und Ergebnisse in der Klasse besprochen und offene Fragen geklärt. Erfahrungen des Autors zum Einsatz des Labors im Fernunterricht Der Autor dieses Artikels hat das virtuelle Labor im Rahmen eines virtuellen Biologiekurses für hochbegabte Grundschulkinder ergänzend eingesetzt. Es handelte sich um Kinder der zweiten bis vierten Klasse. Im Rahmen einer Videokonferenz wurden zuvor die Regeln für Laborarbeit und das Vorgehen bei Versuchen besprochen. Zur Anwendung kam das Labor zur Fotosynthese. In der Konferenz wurden zudem Hypothesen gesammelt, was alles für die Fotosynthese nötig ist und was dabei hergestellt wird. Die Funktionsweise des virtuellen Labors wurde mithilfe der Bildschirmübertragung erklärt. Nach der Konferenz führten die Kinder zu Hause selbstständig das virtuelle Experiment durch. In der Folgekonferenz wurden Beobachtungen und Ergebnisse besprochen. Es stellte sich heraus, dass alle Kinder gut mit dem virtuellen Labor zurechtkamen und Spaß an der Durchführung hatten. Das nötige Wissen wurde durch den Versuch und die Erklärungen des virtuellen Labors vermittelt. Zwei Versionen des Virtual Lab Neben der Schülerversion mit allen spielerischen Elementen gibt es eine Version für den Unterrichtseinsatz, bei dem das Belohnungsspiel entfernt wurde. Fazit Das "virtual Lab" von BASF bietet vielfältige Möglichkeiten zu Hause oder bei fehlender Laborausstattung in der Schule spannende Experimente durchzuführen. Es kann jedoch nicht dauerhaft den experimentellen praktischen Unterricht ersetzen. Quellen Vorstellung des Virtual Lab durch den Anbieter Informationen über die Schulversion

Durch spannende Experimente können Kinder spielerisch an die Naturwissenschaften herangeführt werden. Wir zeigen Ihnen Ideen und Anleitungen für Versuche, die Kinder in der Schule oder zu Hause durchführen können.

Das neue Unterrichtsmaterial "Mein erstes Internet-ABC" ermöglicht es Lehrkräften erstmals, mit leseunkundigen Kindern die Themen Internet und Medien spielerisch zu erarbeiten.

Dieser Fachartikel beschreibt die einzelnen Schritte der Erstellung von Brickfilmen sowie den Mehrwert für die außerschulische Begabungsförderung. Der projektorientierte Ansatz nutzt einfache Technik sowie Bildbearbeitungssoftware, erreicht dabei aber professionelle Ergebnisse und fördert vielseitige Kompetenzen. Was sind Brickfilme? Unter "Brickfilm" versteht man einen Trickfilm, der mithilfe von Lego-Figuren erstellt wird. Die Bewegungen der Figuren werden in einzelnen Szenen fotografiert, dann werden die Figuren Stück für Stück weiterbewegt und wieder fotografiert. Aus Einzelbildern, die schnell hintereinandergereiht werden (Stop-Motion-Technik), entsteht dabei eine fließende Bewegung. Einsatz in der schulischen und außerschulischen Begabungsförderung Das beschriebene Vorgehen basiert auf einem Kurs von drei Mal fünf Stunden in der Begabungsförderung von Kindern der zweiten bis vierten Klasse, lässt sich aber auch in höheren Klassenstufen anwenden. Schritte der Brickfilm-Erstellung Beispiel eines Brickfilms analysieren Zu Beginn bietet es sich an, gemeinsam mit den Kindern einen Brickfilm anzusehen und diesen zu analysieren. Dabei achten die Schülerinnen und Schüler darauf, wie sich Figuren und Fahrzeuge bewegen, wie der Hintergrund gestaltet ist und welche Wirkung Töne und Musik erzeugen. Im Kurs wurde als Beispiel ein Brickfilm-Musikclip zu einem Lied von Schandmaul verwendet. Man sollte die Kinder jedoch darauf hinweisen, dass solche Filme sehr aufwendig zu produzieren sind und viel Zeit und Übung erfordern. So wird die Erwartungshaltung an die eigenen Projekte nicht zu hoch gesetzt. Entwicklung eigener Ideen für einen Brickfilm Im nächsten Schritt entwickeln die Kinder in Zweier- oder Dreiergruppen die Idee für einen Film. Bei den Geschichten sollte darauf geachtet werden, dass sie sich auf dem Boden abspielen. Die bei den Kindern beliebten Flugszenen sind schwierig zu produzieren. Sie sind möglich, wenn die Kamera so eingestellt wird, dass die Halterung der fliegenden Objekte nicht zu sehen ist. Für die Anfangszeit bieten sich Filme von 15 bis 20 Sekunden Länge an, so haben die Kinder schnell erste Erfolgserlebnisse.