Entwicklung eines altersgerechten und problembasierten Einstiegs in die Informatikbildung in Grundschulen und weiterführenden Schulen

PROJEKTABSTRACT

Durch die Digitalisierung, Industrie 4.0, Globalisierung und den wissenschaftlichen Fortschritt befindet sich die Gesellschaft in einem rasanten Wandel. In einem beispiellosen Tempo finden Veränderungen in allen Bereichen, vor allem in der Arbeitswelt, aber auch im Gesundheitswesen und im persönlichen Lebensumfeld der Menschen statt. Verschiedene Studien kommen zu dem Ergebnis, dass bis zum Jahr 2030 bis zu 50% aller bisherigen Arbeitsplätze durch die zunehmende Technisierung wegfallen könnten und dafür anders ausgerichtete Stellen entstehen werden.  Insbesondere die Informationstechnologie spielt hier eine Schlüsselrolle, da zukünftig für fast alle Arbeitsplätze IT-Kenntnisse benötigt werden. Auch der sichere Umgang mit IT-Produkten wird zur Notwendigkeit, um am gesellschaftlichen Leben teilhaben zu können. Zudem ist neben einer fundierten IT-Grundausbildung ebenso wichtig, die nächsten Generationen in die Lage zu versetzen, sich auch nach der Ausbildung effektiv neue Sachverhalte anzueignen (Lebenslanges Lernen), da die Entwicklungen so schnell sind, dass das in der Ausbildung erworbene Fakten-Wissen schon nach kurzer Zeit veraltet sein wird.

Hier setzt das Projekt an, bei dem eine neue problembasierte Unterrichtskonzeption für den Einstieg in die Informatikbildung von SchülerInnen der Jahrgangsstufen 3 und 4 der Grundschulen bzw. der Jahrgangsstufen 5 und 6 der weiterführenden Schulen entwickelt werden soll, um Lehramtsstudierende, LehrerInnen und SchülerInnen in die Lage zu versetzen, die Herausforderungen der Zukunft anzunehmen und zu aktiven Problemlösungen beizutragen. Neben der reinen Wissensvermittlung werden die Konzepte so entwickelt und umgesetzt, dass Zukunftskompetenzen ausgebildet und geschult werden. Insbesondere beim Umgang mit neuen Technologien muss es zu einer Bewusstseinsänderung kommen, um die Chancen und Risiken zu erkennen und Zukunft gestalten zu können. Deshalb ist es sinnvoll, möglichst früh – idealerweise schon in der Grundschule – entsprechende Grundlagen zu schaffen und Kompetenzen zu fördern.

Geplant ist daher die Entwicklung eines problembasierten Konzepts zur Einbettung von Grundlagen der Informatik vorzugsweise in den Mathematikunterricht der Jahrgangsstufen 3 und 4, sowie der Jahrgangsstufen 5 und 6 der weiterführenden Schulen. Ein besonderes Augenmerk soll hier auf den Übergang von der Grundschule in die weiterführenden Schulen gelegt werden. Um diesen reibungslos zu gestalten, wird der programmierbare Roboter „Dash“ eingesetzt, da dessen grafische Programmierumgebung an die bis zur Oberstufe einsetzbaren Programmiersprachen „Scratch“ und „Snap!“ angelehnt ist, und das Programmieren einen zentralen Bereich der informatischen Grundbildung darstellt. Dabei kann man zwischen den Programmierstrategien/Konzepten (z. B. objektorientiertes Programmieren) und dem Coding (Aneinanderreihung von Befehlen) unterscheiden. Beides ist elementar und sollte deshalb frühestmöglich thematisiert werden, um grundlegende Kompetenzen aufzubauen und zu schulen.

Mit dem programmierbaren Roboter „Dash“ steht eine altersgerechte Hardware zur Verfügung. Die entsprechenden Programmierumgebungen reichen von sehr leichten Einstiegsaufgaben bis zur Blocky App, die ebenfalls schon ab der 3. Klasse eingesetzt werden kann. Gerade letztere ist schon (in vereinfachter Form) stark an die grafischen Programmierumgebungen Scratch und Snap! angelehnt, die sich in idealer Weise für die Programmierung in der Sekundarstufe 1 bis hin zum Abitur eignen.

Insofern bietet die Blocky App eine geeignete Vorbereitung, um einen reibungslosen Übergang in die Sekundarstufe 1 aller Schularten zu gewährleisten. Ein entscheidender Vorteil der grafischen Umgebungen (Blocky App und Snap!) ist, dass Syntaxfehler, die Anfängern oft im Wege stehen und stark demotivierend wirken, weitestgehend ausgeschlossen werden. Auch für LehrerInnen sind Syntaxfehler oft nicht schnell zu erkennen, wodurch textbasierte Programmierung im Klassenverband kaum möglich ist und ein hohes Frustrationspotenzial aufweist.
Die verwendeten grafischen Programmierumgebungen führen dagegen einerseits zu schnellen Erfolgserlebnissen, ermöglichen andererseits Aufgabenstellungen in fast beliebiger Komplexität, was für effiziente Binnendifferenzierung genutzt werden kann. Sie sind ein sehr gutes Werkzeug, um grundlegende Prinzipien der Programmierung von Variablen über logische Verknüpfungen und Schleifen bis hin zu Objekten kennenzulernen. Daher bietet sich das zu entwickelnde Lehr-/Lernkonzept nicht nur für die Grundschule, sondern auch für den Informatik-Einstieg in Klasse 5 und 6 aller weiterführender Schulen an. Programmierung eignet sich außerdem in besonderer Weise, um die in allen Bildungsplänen geforderten Problemlösestrategien zu adressieren. Probleme unterscheiden sich von Aufgaben insbesondere dadurch, dass der Weg vom Ausgangs- zum gewünschten Endzustand unbekannt ist und dass es meist viele Realisierungsmöglichkeiten gibt. Das Entwerfen eines Algorithmus (Programmierung) zum schrittweisen Erreichen eines Zielzustandes ist ein systematisches und zugleich höchst kreatives Problemlösen, da in der Regel nicht auf vorgegebene Lösungswege zurückgegriffen werden kann. Auch der Lehrerkurs soll über die Programmierung hinaus weitestgehend problembasiert aufgebaut werden, um bei den (zukünftigen) LehrerInnen Problemlösekompetenzen zu verbessern und ein Bewusstsein für die Wichtigkeit von Problemlösestrategien in der Schule zu schärfen.

Das entwickelte Unterrichtskonzept soll schließlich in das Lehrangebot der Pädagogischen Hochschule und Universität Heidelberg einfließen und eine effektive Lehreraus- und -weiterbildung im IT-Bereich unterstützen. Als Zielgruppe sind sowohl GrundschullehrerInnen als auch LehrerInnen der weiterführenden Schulen sowie Lehramtsstudierende (GS, Sek. 1, Gym) vorgesehen. Das Konzept wird in der Pilotphase in einer Weiterbildung für Lehrkräfte der Grund- und weiterführenden Schulen und im Rahmen einer Lehrveranstaltung getestet und evaluiert. Es ist zudem geplant, für den nachhaltigen Einsatz die Materialien aufzubereiten und online zur Verfügung zu stellen.

PROJEKTPHASEN

  • September 2018 – Januar 2019: Entwicklung problembasierter IT-Aufgaben für den Mathematikunterricht
  • Januar 2019 – März 2019: Entwicklung eines Moduls für die Lehramtsausbildung
  • April 2019 – Mai 2019: Durchführung von Lehrveranstaltungen & Entwicklung eines Moduls für die LehrerInnenweiterbildung
  • Juni 2019: Durchführung von Weiterbildungsveranstaltungen
  • April 2019 – Juli 2019: Evaluation
  • Juli 2019 – August 2019: Anpassung des Konzeptes und der Materialien für den dauerhaften Einsatz im Rahmen der LehrerInnenaus- und -weiterbildung sowie der Lehr- und Forschungsaktivitäten der HSE