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

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 Faktenwissen schon nach kurzer Zeit veraltet sein wird. Insbesondere beim Umgang mit neuen Technologien muss es daher 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.

Genau hier setzte das Projekt an, bei dem gemeinsam mit Lehramtsstudierenden neue problembasierte Unterrichtskonzepte für den Einstieg in die Informatikbildung ab Jahrgangsstufe 2 der Grundschule entwickelt und an einer Heidelberger Grundschule erprobt wurden. Dabei sollten die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt werden, die Herausforderungen der Zukunft anzunehmen und zu aktiven Problemlösungen beizutragen, wobei neben der reinen Wissensvermittlung die Konzepte so entwickelt und umgesetzt wurden, dass Zukunftskompetenzen ausgebildet und geschult und leicht auf höhere Schulformen übertragen werden konnten.

Im Rahmen der an der Heidelberg School of Education (HSE) angebotenen zertifizierten Zusatzqualifikation „Informations- und Medienkompetenz“, die auf die Vermittlung und Vertiefung von Kompetenzen im Bereich Medien und Information sowie auf Fähigkeiten abzielt, diese Kompetenzen wiederum bei den Schülerinnen und Schülern zu fördern, wurde ein Seminar entwickelt, das von Studierenden der Pädagogischen Hochschule Heidelberg und der Universität Heidelberg gleichermaßen besucht wurde. In diesem Seminar lernten zunächst die Lehramtsstudierenden der Grundschule, Sekundarstufe 1 und 2 sowie der Sonderschule den programmierbaren Roboter „Dash“ und dessen grafische Programmierumgebung selbst kennen, um im nächsten Schritt geeignete problembasierte Unterrichtskonzepte zur Einbettung von Grundlagen der Informatik in den Mathematikunterricht ab Jahrgangsstufe 2 zu entwickeln und schließlich im Unterricht zu erproben.

Mit dem programmierbaren Roboter „Dash“ stand eine altersgerechte Hardware zur Verfügung. Die entsprechenden Programmierumgebungen reichten von sehr leichten Einstiegsaufgaben bis zur grafischen Programmierumgebung „Blockly App“, die ebenfalls schon ab der 2. Klassenstufe eingesetzt werden konnte. Die Blockly App arbeitet mit der Aneinanderreihung von Befehlen (Coding) und ist somit elementar für die informatische Grundbildung. Sie ist an die bis zur Oberstufe einsetzbaren Programmiersprachen „Scratch“ und „Snap!“ angelehnt und bot somit einen idealen Einstieg in das Programmieren. Ein entscheidender Vorteil der Blockly App war zudem, dass Syntaxfehler, die Anfängern oft im Wege stehen und stark demotivierend wirken, weitestgehend ausgeschlossen werden konnten. Auch für die Lehramtsstudierenden sind solche Syntaxfehler oft nicht schnell zu erkennen, wodurch textbasierte Programmierung im Klassenverband kaum möglich ist bzw. ein hohes Frustrationspotenzial aufweist. Die Blockly App führte dagegen einerseits zu schnellen Erfolgserlebnissen, ermöglichte andererseits Aufgabenstellungen in fast beliebiger Komplexität, was für die effiziente Binnendifferenzierung in der besuchten Schulklasse genutzt werden konnte. Die Schülerinnen und Schüler konnten auf diese Weise schließlich grundlegende Prinzipien der Programmierung von Variablen über logische Verknüpfungen und Schleifen kennenlernen.

Darüber hinaus eigneten sich die entwickelten Unterrichtskonzepte in besonderer Weise, um die in allen Bildungsplänen geforderten Problemlösestrategien an ausgewählten Beispielen der Mathematik 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.

Das entwickelte Seminarkonzept soll zukünftig im Rahmen der zertifizierten Zusatzqualifikation „Informations- und Medienkompetenz“ der Heidelberg School of Education weiterhin angeboten werden.