Die Käfer sind los – Lernumgebung zur Förderung des algorithmischen Denkens und des räumlichen Vorstellungsvermögens

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit machen Schülerinnen und Schüler erste Erfahrungen mit dem Programmieren (Coding) eines einfachen digitalen Werkzeugs – dem Bluebot – und sie schulen ihr räumliches Vorstellungsvermögen. Sie lernen, wie man Algorithmen in Form von Befehlsfolgen entwickelt, wie man Fehler in Befehlsfolgen findet und diese behebt, wie man Muster in Befehlsfolgen erkennt sowie verallgemeinert und wie komplexe Probleme, durch die Zerlegung in Teilprobleme, gelöst werden können.

  • Mathematik / Rechnen & Logik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Fächerübergreifend
  • Primarstufe
  • 4 bis 7 Unterrichtsstunden
  • Problemlösen, kooperatives Lernen, Arbeitsheft, Lehrer-Begleitheft, Karteikarten

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit dient dazu, Schülerinnen und Schülern erste Erfahrungen im algorithmischen Denken zu ermöglichen sowie ihr räumliches Vorstellungsvermögen zu schulen. Das didaktische Begleitheft für Lehrkräfte und das Aufgabenheft der Kinder zeigen Möglichkeiten auf, wie das digitale Werkzeug Bluebot im Unterricht eingesetzt werden kann.

Für den gemeinsamen Beginn der Unterrichtseinheit werden im didaktischen Begleitheft Impulsfragen zum Thema "Roboter" vorgeschlagen. Außerdem wird das "Roboterspiel" vorgestellt, bei dem ein Kind einen Roboter spielt, der von einem anderen Kind gesteuert wird. Unplugged, also ohne Verwendung eines digitalen Werkzeugs, wird die Funktionsweise von Robotern verdeutlicht und die Schülerinnen und Schüler lernen, was ein Algorithmus ist. Im Aufgabenheft finden sich sechs Aufgabenmodule (das Aufgabenheft sowie alle weiteren Materialien finden Sie über den Link am Ende der Seite) zur weiteren Bearbeitung. Diese können den Schülerinnen und Schülern in Form eines ausgedruckten Arbeitshefts oder in Form von Aufgabenkarten (zum Beispiel Lerntheke, Stationenarbeit) zur Verfügung gestellt werden. Die Kinder bearbeiten die Aufgaben in Tandems oder Kleingruppen. Alle Gruppen sollten zunächst die Aufgabenmodule "01 Befehle einführen und visualisieren" und "02 Fahrtwege unterschiedlich darstellen" bearbeiten, da diese grundlegend für die weitere Arbeit sind. Die vier anderen Aufgabenmodule "03 Algorithmen entwickeln", "04 Fehler finden und beheben", "05 Muster erkennen und verallgemeinern" und "06 Probleme lösen" können grundsätzlich in beliebiger Reihenfolge im Anschluss an die beiden ersten Module bearbeitet werden. Je nach verfügbarer Zeit und Materialausstattung (sind zum Beispiel Programmierleisten verfügbar oder wird ausschließlich mit der Setzleiste gearbeitet) kann auch innerhalb der Aufgabenmodule von der Lehrkraft eine Auswahl getroffen werden.

Im gemeinsamen Abschluss wird mit den Schülerinnen und Schülern zusammengetragen, worauf bei einer Programmierung des Bluebot geachtet werden muss, beispielsweise die Unterscheidung von Rechts- und Linksdrehung bei unterschiedlicher Ausrichtung des Bluebot. Abschließend wird eine Transferaufgabe gemeinsam bearbeitet. Bei der sogenannten "Spiegelbildaufgabe" sollen die Kinder einen Weg an einer vorgegebenen Achse spiegeln und die entsprechende Programmierung vornehmen.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Relevanz des Themas

Durch den DigitalPakt Schule werden verstärkt Möglichkeiten der digitalen Bildung auch bereits im Grundschulalter diskutiert. Digitale Kompetenzen sind eine Querschnittsaufgabe, die es fächerübergreifend zu fördern gilt. Die Lernumgebung "Die Käfer sind los" kann dabei ein Baustein sein. Die programmierbaren Käferroboter haben das Potential, Kindern im Grundschulalter die Grundideen algorithmischen Denkens aufzuzeigen.

Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler

Die Schülerinnen und Schüler benötigen keine spezifischen Vorkenntnisse zur Bearbeitung der Aufgabenmodule der Lernumgebung.

Didaktisch-methodische Analyse

Algorithmisches Denken, auch Computational Thinking genannt, umfasst das Erstellen von Algorithmen und das Finden und Korrigieren von Fehlern in (Computer-)Programmen. Algorithmisches Denken meint aber auch grundsätzlicher das Zerlegen von Problemen des Alltags in Teilprobleme, um sie mithilfe eines Computers oder anderen digitalen Werkzeugen lösen zu können. Durch die verschiedenen Aufgabenmodule werden die Kinder in die Lage versetzt, einfache Programmierungen (Coding) vorzunehmen. Dazu lernen sie zunächst die verschiedenen Befehle des Bodenroboters Bluebot kennen. Sie stellen Fahrtwege des Bluebot unterschiedlich dar (ikonisch, symbolisch, sprachlich) und vernetzen diese Darstellungen miteinander, indem eine Darstellung in eine andere übersetzt wird. Sie entwickeln zu Fahrtwegen und sprachlichen Beschreibungen Befehls- und Bausteinfolgen und finden und beheben Fehler in Befehls- und Bausteinfolgen. Fahrtwege in Form geometrischer Figuren (Quadrat, Rechteck, Treppen, ...) regen dazu an, Wiederholungen und Regelmäßigkeiten in Befehlsfolgen zu erkennen und diese für die Lösung ähnlicher Probleme zu verwenden.

Die Lernumgebung eignet sich außerdem zur Förderung des räumlichen Vorstellungsvermögens, da die Kinder die Fahrtwege des Bluebot zunächst in der Vorstellung planen, diese dann programmieren und anschließend evaluieren. Bei der Planung des Fahrtwegs lernen die Schülerinnen und Schüler Richtungen und Bewegungen zu beschreiben, aber auch Begriffe wie (Viertel-)Drehung nach links beziehungsweise nach rechts, nach oben, nach unten, nach links/rechts oben/unten, vorwärts und rückwärts kennen und sachgerecht zu verwenden. Die Begriffe unterstützen dabei den Planungsprozess und werden in der Kommunikation über die Lösungswege genutzt.

Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen

Die Lehrenden sollten in der Lage sein, die digital gestützte Lernumgebung so in ihrem Unterricht umzusetzen, dass die Schülerinnen und Schüler in den zentralen Zielbereichen Problemlösen, algorithmisches Denken und räumliches Vorstellungsvermögen Kompetenzzuwächse erzielen (3.1. Lehren und 3.2. Lernbegleitung). Insbesondere die Gestaltung des gemeinsamen Beginns sowie Abschlusses sind für eine Sicherung der Kompetenzen zentral. Weiter ist ein grundlegendes Verständnis für das digitale Werkzeug "Bluebot" sowie des ergänzenden analogen und digitalen Zubehörs notwendig. Entsprechend der Lernvoraussetzungen der Schülerinnen und Schüler muss die Lehrkraft in der Lage sein, aus den bereitgestellten Aufgabenmodulen auszuwählen und diese mittels GeoGebra an verschiedene Lernstände anzupassen, zu erweitern oder auch neu zu erstellen (2.1. Auswählen, 2.2. Erstellen und Anpassen, 5.2. Differenzierung). Durch die grundlegenden Aufgabenmodule (01 und 02) wird in den weiterführenden Aufgabenmodulen (03 bis 06) selbstgesteuertes Lernen ermöglicht. Durch die konsequente Konzipierung der Aufgabenmodule zur Bearbeitung in Schülertandems kann die Lehrkraft durchgängig kollaborative Lernprozesse ermöglichen (3.3 Kollaboratives Lernen, 3.4. Selbstgesteuertes Lernen).

Weitere Hinweise zu den Materialien und Lernmodulen

Begleitheft für die Lehrkraft: Das didaktische Begleitheft informiert die Lehrkräfte über das digitale Werkzeug Bluebot, die zu erwerbenden Kompetenzen sowie das didaktisch-methodische Vorgehen. Im Anhang werden Kopiervorlagen zu Verfügung gestellt und eine Anleitung zur Erstellung eigener Aufgaben mithilfe von GeoGebra.

Aufgabenheft für die Kinder: Das Aufgabenheft beinhaltet sechs Aufgabenmodule. Die Aufgaben sind so gestaltet, dass sie von den Schülerinnen und Schülern weitgehend selbstständig bearbeitet werden können. Die Lehrkraft kann aus dem Aufgabenheft eine Aufgabenauswahl zusammenstellen und diese den Schülerinnen und Schülern als Heft oder in Form von Aufgabenkarten zur Verfügung stellen.

01 Befehle einführen und visualisieren: Im ersten Aufgabenmodul lernen die Schülerinnen und Schüler die Befehle des digitalen Werkzeugs Bluebot kennen: Vorwärts (VW), Rückwärts (RW), Rechtsdrehung (RD), Linksdrehung (LD), Pause, Löschen und die Starttaste.

02 Fahrtwege unterschiedlich darstellen: Im zweiten Aufgabenmodul nehmen die Kinder Darstellungswechsel vor. Fahrtwege werden mittels Pfeilfolgen, Wegen im Plan und verbaler Beschreibungen dargestellt.

03 Algorithmen entwickeln: Im dritten Aufgabenmodul stellen die Kinder Bausteine her. Durch Wiederholung von Bausteinen werden regelmäßige Figuren im Plan erzeugt.

04 Fehler finden und beheben: Im vierten Aufgabenmodul müssen Fehler in Befehlsfolgen identifiziert und behoben werden.

05 Muster erkennen und verallgemeinern: Im fünften Aufgabenmodul müssen Muster in Befehlsfolgen und Fahrtwegen erkannt und auf ähnliche Aufgabenstellungen übertragen werden.

06 Probleme lösen: Im sechsten Aufgabenmodul werden beispielsweise kürzeste Wege vom Start zum Ziel gesucht.

IMMER UP TO DATE SEIN

Möchten Sie über neue Veröffentlichungen der Deutsche Telekom Stiftung auf der Plattform Lehrer-Online stets informiert sein? Dann melden Sie sich hier an.

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • kennen Funktionsweisen und grundlegende Strukturen digitaler Werkzeuge und verstehen einfache Algorithmen.
  • verfügen über räumliches Vorstellungsvermögen.
  • können Darstellungen in andere Formen übertragen.
  • können Zusammenhänge erkennen, nutzen und auf ähnliche Sachverhalte übertragen.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen Funktionsweisen digitaler Werkzeuge kennen.
  • nutzen diese zur Lösung von Problemen.
  • erkennen algorithmische Strukturen in den Programmierungen.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • bearbeiten Aufgaben gemeinsam.
  • treffen Verabredungen und halten diese ein.
  • tauschen sich mit anderen über Strategien zur Problemlösung aus.

21st Century Skills

Die Schülerinnen und Schüler

  • kennen Funktionsweisen und grundlegende Strukturen digitaler Werkzeuge und verstehen einfache Algorithmen.
  • beschreiben eigene Vorgehensweisen, verstehen die Lösungswege anderer und reflektieren darüber gemeinsam.

Aus unserem Lehrer-Online-Shop

MasterTool - Grundschule - Tierallerlei 1 (TP 195)

100 interaktive Aufgaben und Übungen stellen Lebensweise, Lebensraum, Nahrung, Körperbau und ...

41,90 €

MasterTool - 99 kreative Übungen für die ...

99 interaktive Aufgaben und Übungen zu den wichtigsten Themen der Grundschule in den Fächern ...

36,12 €

Kleines Experimentier-Set "Wasser", 15-tlg. ...

Sparen Sie mit dem Wasserexperimente-Set! Drei faszinierende Experimente in einem. Enthalten ...

4,95 €

MasterTool - Grundschule - Gesundheit (TP 41)

55 interaktive Übungen und Aufgaben rund um das Thema "Gesundheit" für Grundschüler. Mit ...

18,88 €

MasterTool - Grundschule - Ernährung (TP 40)

59 interaktive Übungen und Aufgaben für die Grundschule rund um das Thema "Gesunde Ernährung". ...

18,88 €

MasterTool - Grundschule - Verkehrserziehung ...

54 Aufgaben und Übungen rund um das Thema "Verkehrserziehung.Bestens geeignet für den Einsatz ...

21,90 €

MasterTool - Juniorhelfer - Erste Hilfe ...

146 interaktive Aufgaben und Übungen zum Thema "Erste Hilfe – kindgerecht" für Schüler ab dem ...

41,90 €

MasterTool - Grundschule - Tierallerlei 2 (TP 196)

100 interaktive Aufgaben und Übungen stellen Lebensweise, Lebensraum, Nahrung, Körperbau und ...

41,90 €

Forscherkoffer "Luft", 123-tlg. Projektunterricht

Mache Luft sichtbar, bilde aus Wasser Gas, treibe einen Springbrunnen mit Luft an und lasse ...

4,95 €

Interaktives Themenpaket Jahreszeiten - Uhr - ...

Loggen Sie sich ein und nutzen Sie sofort die interaktiven Übungen und interaktiven ...

15,90 €


Autorenteam

Avatar
Prof. Dr. Stephanie Schuler & Dr. Ulrike Dreher

Zum Profil

Lizenzinformation

Frei nutzbares Material
Die von Lehrer-Online angebotenen Materialien können frei für den Unterricht genutzt und an die eigene Zielgruppe angepasst werden.

Herausgeber

Die Zukunft des MINT-Lernens

Die Materialien sind im Projekt "Die Zukunft des MINT-Lernens" der Deutsche Telekom Stiftung entstanden.