Erste Programmiererfahrungen in der Primarstufe.
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Erste Programmiererfahrungen in der Primarstufe.
Konzepte und Werkzeuge für Grundvorstellungen beim Programmieren und
darauf aufbauend hin zu block- und textbasierten Programmiersprachen
Michael Rieseneder und Wolfgang Wagner
Wer etwa vom Coden als grundlegender Kulturtech- die Erfindung des Buchdrucks und wirft für die
nik im Sinne des Schreibens 4.0 keine Ahnung hat, Schule mehr Fragen auf, ob Computer genutzt
kann Computer und ihre virtuellen Welten weder werden sollen oder nicht (Döbeli Honegger,
für „gute“ noch „schlechte“ Zwecke einsetzen und 2017, S. 30). Um einen kompetenten Umgang
ist umso mehr Sklave der heutigen Verhältnisse. mit digitalen Medien pflegen zu können, bedarf
(Barberi, Berger, & Himpsl-Gutermann, 2017, S. 2) es nach Döbeli Honegger (2017, S. 77) soge-
nannten digitalen Kompetenzen. Diese sind
Die zunehmende Digitalisierung unserer Gesell- durch die drei Dimensionen der Anwendungs-
schaft macht für eine kompetente und aktive Teil- kompetenz (kompetentes und effektives Nut-
nahme eine Auseinandersetzung mit Computatio- zen digitaler Medien), der Medienbildung (In-
nal Thinking notwendig. Über eigene spielerische halte produzieren und reflektieren) und der
Handlungserfahrungen soll ein Verständnis für Informatik (unter anderem Inhalte des Compu-
Algorithmisierungen und Programmierungen auf- tational Thinking) definiert. Bereits in den 60er
gebaut werden. Das eigene Tun wird über den Auf- Jahren des vorigen Jahrhunderts forderte Alan
bau von mentalen Modellen (Wartha, 2011, S. 11) Perlis eine Auseinandersetzung aller Studieren-
und der Entwicklung von Grundvorstellungen (Vom den in sämtlichen Disziplinen mit informa-
Hofe, 1995) derart abstrahiert, dass den symbol- tischen Inhalten ein (Guzdial, 2008, S. 25).
haften Programmen stets die zuvor erworbenen Seymour Papert (1980) entwickelte in den 80er
Handlungserfahrungen innewohnen. Dabei ist eine Jahren die Programmiersprache LOGO, die spe-
möglichst enge Passung (Walter 2017, S. 32ff.) bei ziell für ein Coding nach den Grundsätzen des
Intermodalitätswechseln zwischen den Repräsen- Konstruktivismus (Piaget & Szeminska, 1975)
tationsebenen der Handlung, des Bildes und des bzw. dem nach ihm entwickelten Konstruktio-
Symbols (Bruner, 1971) ein zentraler Punkt des nismus (Papert & Harel, 1991) für Kinder be-
vorgestellten Konzepts. reits ab dem Kindergartenalter geschaffen war.
Janette Wing (2006) formulierte im jetzigen
Aufbauend auf Handlungserfahrungen wird ein Jahrhundert die Schlüsselaufgaben zur Umset-
didaktisches Konzept vorgestellt, das von einem zung eines Computational Thinkings einherge-
Bewegungsspiel ausgehend über den Einsatz von hend mit der Forderung diese im K-12 Bildungs-
konkreten Bodenrobotern hin zu virtuellen Pro- bereich (Kindergarten bis zur 12. Schulstufe)
grammierumgebungen führt. Mit dieser Vorgangs- in den STEM Bereichen (Science, Technology,
weise soll gewährleistet sein, dass die abstrakten Engineering and Mathematics) umzusetzen.
informatischen Ideen auf mentalem Prozessver- Solche Umsetzungen werden im österreichi-
ständnis über eigenes Tun generiert werden. schen Lehrplan der Volksschule derart gefor-
Das vorgestellte Konzept wird im Rahmen des dert, dass eine Medienbildung anzubieten ist,
Education Innovation Studios der Pädagogischen welche „die Jugend mit dem für das Leben und
Hochschule Oberösterreich von den Autor*innen den künftigen Beruf erforderlichen Wissen und
erforscht. Können auszustatten hat und zum selbsttä-
tigen Bildungserwerb zu erziehen [hat].“
(BMUKK, 2012, S. 9). Weiters wird eine „Entwick-
Einleitung lung und Vermittlung grundlegender Kennt-
nisse, Fertigkeiten, Fähigkeiten, Einsichten und
Digitalisierung verändert unsere Gesellschaft so Einstellungen“ gefordert, ebenso wie das „Erler-
stark, wie zuvor die Erfindung der Sprache oder nen der elementaren Kulturtechniken (ein-
Rieseneder, M. & Wagner, W. (2020). Erste Programmiererfahrungen in der Primarstufe. Konzepte und Werkzeuge
für Grundvorstellungen beim Programmieren und darauf aufbauend hin zu block- und textbasierten Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020 7
Programmiersprachen. F&E Edition, 26, 7-15.
schließlich eines kindgerechten Umganges mit ßen, mathematische Probleme so auszuführen,
modernen Kommunikations- und Informations- dass damit eine ganze Gruppe ähnlicher Aufga-
technologien.“ (BMUKK, 2012, S. 9-10) bestellungen gelöst werden kann. Diese
In den digitalen Kompetenzen digi.komp4 des menschlichen Computer bedienten sich schon
BMBWF (2016), die bis zum Abschluss der der Kompetenz des Computational Thinking
vierten Schulstufe erreicht werden sollten, fin- (Denning & Tedre, 2019, S. 17). In Folge waren
den sich ebenso Kompetenzen, die das Compu- Menschen bemüht, Maschinen zu konstruieren,
tational Thinking beschreiben, z. B. die Auto- die Berechnungen automatisiert ausführen kön-
matisierung von Handlungsanweisungen und nen. Der Begriff des Computational Thinking
die Koordination von Steuerung von Abläufen. kam erstmals in den 1940ern, als elektronische
Computational Thinking ist im Lehrplan der Computer auf dem Vormarsch waren, auf und
Volkschule im Gegensatz zu dem Lehrplan ab entwickelte sich seit dieser Zeit weiter. Sey-
der Sekundarstufe nicht explizit angeführt, es mour Papert (1980) definierte Computational
finden sich aber die Inhalte des Computational Thinking als mentale Fähigkeit, die Kinder
Thinking in verschiedenen Fächern (Antonitsch beim Üben des Programmierens erlangen. Ei-
et al., 2014). nige Wissenschaftler der Computerwissenschaf-
ten erklärten zu dieser Zeit Computational
In diesem Artikel werden Möglichkeiten vorge- Thinking als Denkleistung beim Ausführen von
stellt, Kindern im Primarstufenbereich (und teil- Wissenschaften, die sich hauptsächlich mit Be-
weise davor) einen Zugang zum Programmieren rechnungen befassen (Denning, 2017b, S. 35).
zu bieten. Die konstruktivistische Vorgangs- Wing griff ihn 2006 erneut auf und forderte,
weise generiert ausgehend von Erfahrungen dass Computational Thinking als weitere Kul-
über das eigene Handeln des Kindes, darauf turtechnik neben Lesen, Schreiben und Rech-
aufbauend zu Grundvorstellungen (Wagner, nen allen Kindern vermittelt werden sollte. Seit
2019, S. 71) mit zunehmenden Abstrahie- 2012 (Denning, 2017b, S. 35) wird oft auf die
rungen schließlich zu textgebundenem bzw. Definition von Al Aho (2012) zurückgegriffen,
blockbasiertem Coding. Dieses in seiner Ab- bei der Computational Thinking als Denkpro-
strahierung fortgeschrittene Coding ist durch zess, der beim Formulieren und Lösen von Pro-
eigenes Tun aufgebaut und dieses Tun kann blemen, die durch Algorithmen repräsentiert
von den Kindern mit abstrakten Begriffen in werden können und welche durch Computer-
Verbindung gebracht werden. modelle ausgeführt werden können, stattfin-
det, beschrieben wird.
Computational Thinking Beim Computational Thinking sollen Code als
Daten und Daten als Code interpretiert werden.
„Computational Thinking ist nicht die Art, wie Es geht darum, Handlungen genau beschreiben
Computer denken. Sondern die Art, wie Men- zu können, Algorithmen erstellen zu können.
schen denken müssen, um Computer dazu zu Hier bedarf es Strategien, um komplexe Pro-
bringen, erstaunliche Dinge zu leisten.“ (Cur- bleme in lösbare Teilprobleme zerlegen zu
zon, 2018, S. 217). Die Informatik kämpft mit können, Strategien der Abstraktion und De-
dem Klischee, dass dies genau umgekehrt auf- komposition. Um Lösungen zu kreieren bedarf
gefasst wird (Gallenbacher, 2018, S. V). es Muster erkennen zu können bzw. heuri-
Das Prinzip des Computational Thinking ist, stische Verfahren anwenden zu können. (Wing
wenngleich auch nicht so benannt, ein altes: 2006, S. 33–34) Denkprozesse, die unter ande-
Der Euklidische Algorithmus, eine Form der rem beim Computational Thinking benötigt
Computational Thinking, ist beinahe 2.500 werden, sind das Sequenzieren, Finden von Al-
Jahre alt. Im frühen 17. Jahrhundert gab es so- ternativen, Iterationen, Abstrahieren, Rekursi-
genannte Computer. Das waren keine Maschi- onen, Dekomposition, Debugging usw. (Den-
nen, sondern Menschen, die die Fähigkeit besa- ning 2017a, S. 15).
8 Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020
Somit ergeben sich folgende vier Hauptaspekte für Lernende im Planen von Algorithmen liegt
des Computational Thinking unter dem Blickwin- und weniger auf dem Ausformulieren in spezi-
kel der Methoden (Denning & Tedre, 2019, S. 9): fischen Programmiersprachen (Bower, 2008,
• Abstraktion/Modellierung S. 17-19). Dabei sollte der Blick nicht nur auf
• Dekomposition das Coding, das Ausformulieren von Algorith-
• Muster erkennen men, gerichtet werden, weil dies nur einen klei-
• Algorithmisieren nen Teil des Computational Thinking darstellt
(Tedre & Denning, 2016, S. 126).
Ab der Sekundarstufe wird in der Verbindlichen Mit den im Folgenden vorgestellten Konzepten
Übung Digitale Grundbildung das Computatio- und Werkzeugen können Teilbereiche des
nal Thinking explizit angeführt. Die Computational Thinkings schon ab der Primar-
Schüler*innen sollen dabei „mit Algorithmen ar- stufe gelehrt und gelernt werden. Dazu werden
beiten“ (BMBWF, 2018), Abläufe aus dem Alltag nicht zwingendermaßen Computer oder Tablets
beschreiben, Codierungen verwenden, Algorith- benötigt, in einigen Fällen nicht einmal elektri-
men nachvollziehen und formulieren und Pro- scher Strom.
grammiersprachen kreativ nutzen können.
Im Lehrplan der Volksschule ist zu Computatio-
nal Thinking, wenngleich nicht wörtlich ange- Zugang zu einem ersten Programmieren
führt, folgendes angeführt: Algorithmisieren
beim Verstehen und Erstellen von Bildgeschich- Ein Verständnis für ein erstes informatisches
ten oder Spielregeln, Anleitungen bzw. Kochre- Denken kann bei Kindern im Kindergarten-
zepten; logische Operationen in Richtig-Falsch- bzw. im Primarstufenalter generiert werden
Aufgaben; Repräsentieren von Daten; Erstellen (Schwill, 2001, S. 13-30). Im Sinne einer Infor-
und Lesen von Tabellen, Modellieren, Symbole matik ohne Strom (Bell, Alexander, Freeman &
finden und verstehen, funktionale Beziehung Grimley, 2009, S. 20-29) kann dies über eigene
begreifen, schriftliche Rechenverfahren usw. Handlungserfahrungen der Kinder erfolgen. Die
In vielen Aspekten überschneiden sich die In- Repräsentationsebene der Handlung sollen mit
halte der Informatik mit denen der Mathematik denen des Bildes und des Symbols – folgend
(Savard & Highfield, 2015, S. 540-544). So sind dem EIS Prinzip nach Jerome Bruner (1971) –
mathematische Fähigkeiten ein Prädiktor für Er- verbunden werden. Informatik beschäftigt sich
folg beim Erlernen informatischer Fähigkeiten hauptsächlich mit symbolhaft repräsentierter
(Bower, 2008, S. 13). Wobei ein Unterschied Information (Kalbitz et al., 2011, S. 137). Diese
darin liegt, dass die Mathematik sich mit der soll durch das enge Verknüpfen mit der iko-
Beschreibung statischer Strukturen und die In- nischen (bildhaften) und enaktiven (handeln-
formatik mit den dynamischen Strukturen be- den) Repräsentationsebene, welche von Kalbitz
schäftigt (Schubert & Schwill, 2011, S. 15). et al. (2011, S. 139) besonders betont wird, be-
Computational Thinking ist kein explizites Wis- greifbar gemacht werden. Abstrakte Begriffe
sen, sondern ein Bündel an Kompetenzen (Den- (wie der Befehl forward) können somit mit einer
ning, 2017b, S. 36-37). Bower (2008, S. 13) be- Handlung und einem Bild einer Handlung ver-
schreibt, dass Vorwissen zu den Konzepten der bunden werden, wodurch eine Grundvorstel-
Informatik und das Lernen von Problemlöse- lung (Vom Hofe, 1995) des Begriffs generiert
strategien, gefördert durch einen kompetenz- werden kann. Im Sinne eines konstruktivis-
orientierten Laboransatz, bei späteren Program- tischen Vorgehens kann dies auf spielerische
mierkursen zu besseren Ergebnissen führten. Art über das Roboterspiel (Wagner, 2019,
Daneben kritisiert er, dass viele Konzepte für S. 71-72) erfolgen.
Informatik- bzw. Programmierkurse den Fokus
auf das Erlernen von Programmiersprachen, an- Bei diesem Bewegungsspiel steuert ein Kind
statt auf das Entwickeln von Programmierstra- (Ingenieur*in) ein anderes Kind (Roboterkind)
tegien legen, obwohl die größte Schwierigkeit zu einem vereinbarten Ziel hin. Die Steuerungs-
Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020 9
befehle sind (ein Schritt) vorwärts, rückwärts entsprechen in deren Form der Notierung
und die Drehbewegungen Linksdrehung und durch Zeichensymbole der Befehle. Die Notie-
Rechtsdrehung, jeweils im rechten Winkel aus- rung eines Weges (z. B.: 3FD, LT, 2FD) ent-
geführt. Die Steuerungsbefehle können mit Zei- spricht bereits dem Vorgang des Programmie-
chensymbolen noch vor dem Schreiberwerb no- rens, wobei die Kinder vom selben Ausgangs-
tiert werden bzw. später in Form von Abkürz- punkt, bei gleicher Schrittlänge immer wieder,
ungen (forward FD, rückwärts BK; left turn LT also automatisch, zum selben Ziel gelangen.
und right turn RT). Die Algorithmisierungen der Das Roboterspiel kann im Anschluss mit einer
Bewegungen entsprechen der Programmier- Spielfigur, die auf einem Rasterfeld zu einem
sprache LOGO (Papert, 1980) und finden sich in mit einem Spielstein gekennzeichneten, verein-
vielen Programmiersprachen (Scratch, Swift barten Ziel gesteuert werden soll, durchgeführt
Playground, Java etc.) wieder. werden. Wieder ist es möglich mit Bewegungs-
kärtchen den Weg zu visualisieren (siehe Abb. 2)
und durch Ziehen der Spielfigur den Weg bzw.
die Programmierung handelnd nachzuvollzie-
hen. Beim Roboterspiel können Erkenntnisse
für folgende Fähigkeiten entwickelt werden.
Diese Erkenntnisse bilden die Basis für weitere
Anwendungen, auf die stets zurückgegriffen
werden kann und die stetig weiterentwickelt
werden können:
• Dekomposition: Zerlegen eines Problems in
Einzelteile.
• Algorithmisieren: Einzelteile werden zu Al-
gorithmen, die Lösungen beschreiben, ver-
bunden.
Abb. 1: Visualisierung eines Bewegungsablaufs mit
Bewegungskarten beim Bewegungsspiel (selbst erstellt)
• Programmieren: Befehle werden so verbun-
den, dass ein Ziel damit erreicht wird.
• Mustererkennung: Beim Abschreiten eines
Quadrates (z. B.: FD, RT – 4-mal).
• Embodiment: Ein sich Hineinversetzen in
ein zu steuerndes Objekt.
• Debuggen: Fehler im Bewegungsablauf wer-
den korrigiert.
• Problemlösen: Durch Ausschließen einer
Bewegungsform, diese trotzdem verwirkli-
chen (RT durch 3LT).
• Funktionen: Ein Befehl kann durch andere
Befehle ausgeführt werden (LT wird mit 3RT
beschrieben).
• Automatisieren: Erkenntnisgewinnung: Glei-
che Programme führen zum gleichen Ziel.
Abb. 2: Visualisierung eines Bewegungsablaufs mit
Bewegungskarten mit einer Spielfigur (selbst erstellt)
• Grundvorstellung: Diese sind angebahnt,
wenn Wechsel der Repräsentationsstufen
gelingen.
Die Bewegungen der Kinder können mittels Be- • Iteration: Wiederholungen von Befehlen
wegungskärtchen (siehe Abb. 1) am Boden vi- (FD, FD, FD, FD wird mit 4-mal FD beschrieben).
sualisiert werden und von ihnen selbst abge- • dynamische Geometrie: Geometrische Inhal-
schritten werden. Die Bewegungskärtchen te werden durch Bewegungen dargestellt.
10 Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020Bee-Bot einer symbolischen Darstellung von eingege-
Laut dem Lehrplan der Volksschule sollen Kin- benen Befehlen an. Verschiedene Übungsfor-
der zum „Denken und zur Abstraktion geführt mate bereichern den Umgang mit dem Bee-Bot.
werden.“ (BMMUK, 2012, S. 26–27). Grundvor- So können z. B. Kinder auf quadratischen Zettel
stellungen, die durch das Roboterspiel erlangt mit der Seitenlänge von 15 cm (entspricht der
wurden, können mit Bodenrobotern, z. B. dem Schrittlänge des Bee-bots) Teilbereiche einer
Educational Robot (Catlin, Kandlhofer & Holm- Stadt (Häuser, Straßen, Dienstleistungen usw.)
quist, 2018) Bee-Bot, auf eine weitere Abstrakti- zeichnen und diese dann nebeneinander so
onsstufe gehoben werden. anordnen, dass eine „Bee-Bot-City“ entsteht.
Im englischsprachigen Raum findet der Bee-Bot In dieser von den Kindern konstruierten Stadt
schon lange Verwendung. In Österreich kam können mittels Storytellings verschiedene
sein Aufschwung mit dem Projekt Denken ler- Wege, die der Roboter beschreiten soll, entwi-
nen – Probleme lösen für die Primarstufe des ckelt und programmiert werden. Aufgaben die-
BMBWF, das seit dem Schuljahr 2017/18 läuft, ses Formats bieten eine natürliche Differenzie-
bei dem österreichweit an Volksschulen Bee- rung (Krauthausen, Scherer & Scherer, 2017,
Bots, iPads und Kästen mit LEGO WeDo2.0 S. 45-49) für heterogene Lerngruppen im inklu-
verliehen wurden, um Computational Thinking siven Sinne an.
damit zu schulen (Himpsl-Gutermann et al.,
2018, S. 7-15). Alle Volksschulen in Nieder- Blue-Bot
österreich wurden im Anschluss daran mit Blue-Bots sind Bee-Bots, die zusätzlich über
Bee-Bots ausgestattet (Niederösterreichische Bluetooth und einen Tactile Reader (eine Steuer-
Landeskorrespondenz, 2018). leiste, die mit Befehlen ausgelegt wird) steuer-
Bee-Bot ist ein Kofferwort aus den englischen bar sind. Durch die Anordnung der Befehle auf
Begriffen bee und robot, wobei das Aussehen der Steuerleiste wird die Notation des Program-
des Bodenroboters beschrieben wird. Auf dem mes sichtbar. Diese Visualisierung in Verbin-
Rücken des gelb-schwarz gestreiften Roboters dung mit der Bewegung des Blue-Bot ermöglicht
befinden sich Tasten (4 orange Pfeiltasten, eine Reflexion der abstrakten Programmierung
grüne Go-Taste, Pause-Taste und Löschtaste), simultan zur Ausführung des Roboters.
durch die er programmiert bzw. das Programm Beim Einsatz des Blue-Bots gemeinsam mit
gestartet werden kann. Vier Tasten (FD, BK, LT, dem Tactile Reader brauchen Programme nicht
RT) zeigen ähnliche Zeichensymbole wie sie mehr notiert werden. Debuggen ist durch Aus-
beim Roboterspiel verwendet wurden. Über tauschen einzelner Befehle möglich und durch
diese Tasten können dem Bee-Bot bis zu 40 Aktivieren der Blue-Bot daraufhin überprüfbar.
Befehle eingegeben werden, die er nach dem Um den Kindern weitere Elemente der proze-
Drücken der der grünen Go-Taste ausführt. duralen Programmierung näher zu bringen,
Sämtliche Befehle sind bereits aus dem Robo- bietet sich z. B. der Bodenroboter Cubetto für
terspiel bekannt und ein Verständnis für diese die Einführung von Funktionen an.
sind mit eigenen Handlungserfahrungen ver-
bunden. Dies bedeutet, dass den abstrakten Cubetto
Befehlen für das Programmieren des Bee-Bot Der Cubetto ist ein würfelförmiger Bodenrobo-
eigene Handlungen bzw. mentale Bilder ter aus Holz, der mittels einer quadratischen
(Wartha, 2011) innewohnen. Dabei können die Holztafel, in die man die bereits von Roboter-
Kinder über Embodiment auf mentalem Weg spiel, Bee- bzw. Blue-bot bekannten Bewegungs-
unterstützt durch eigene Bewegungen mit dem befehle (FD, LT, RT) steckt.
Roboter interagieren (Catlin, Kandlhofer & Der Cubetto weist unterhalb seiner Eingabe-
Holmquist, 2018). zeilen eine Funktionszeile auf, die mit einem
Ein Aufschreiben der Befehle begünstigt eine einzelnen Funktionsbefehl abgerufen werden
Reflexion über die Planungen der Programmie- kann. Um erstmals Funktionen als solche zu
rungen des Bee-Bot. Bee-Bots bieten keine Form benennen und in Form eines Befehls einzuge-
Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020 11ben, kann auf die Erfahrungen des Roboter- Schleifen innerhalb von Programmen konzipiert
spiels zurückgegriffen werden. Hier wird den werden. Nach ersten Programmentwürfen in
Kindern eine Aufgabe gestellt, bei der das Ro- der Form von 2FD, RT, 2FD, RT, 2FD, RT, 2FD,
boterkind rechts abbiegen soll, jedoch der Be- RT wird nach einer einfacheren Notation der
fehl für die Rechtsdrehung nicht erlaubt ist. Wiederholung (2FD, RT) gesucht und eine Nota-
Die Kinder gelangen zu der Erkenntnis, dass tion ähnlich [2FD, RT]•4 verwendet. Matatalab
drei Linksdrehungen derselben Endposition wie bietet für die Begrenzung und die Häufigkeit
die einer Rechtsdrehung entsprechen. Die be- der Ausführung der Schleife eigene Befehle an.
schriebene Vorgangsweise soll ein Verständnis Alle bis jetzt vorgestellten Roboter können als
für Funktionen aufgebaut auf eigene Handlun- Derivate von Paperts Turtle LOGO angesehen
gen gewährleisten. werden. Um den Kindern den Schritt der Ab-
straktion zu blockbasierten (z. B. Scratch) bzw.
textbasierten (z. B. Swift, Python) Programmier-
sprachen zu ermöglichen, werden den Kindern
mit dem OSMO Coding Awbie und dem Ozobot
andere Formen der Notation von Befehlen bzw.
Programmen nähergebracht.
OSMO - Coding Awbie
Osmo ist eine App, die auf Apple Umgebungen
wie IOS, iPadOS läuft. Reale Blöcke werden von
der eingebauten Kamera des Apple Gerätes er-
fasst und lassen auf Knopfdruck des Kindes die
virtuelle Figur Coding Awbie in seiner virtuellen
Welt bewegen. Ein Verständnis für die Anord-
nung von Blöcken beim blockbasierten Pro-
grammieren kann für Kinder vor dem Schreiber-
werb generiert werden. Durch das Manipulieren
der drehbaren Bewegungssymbole ist das Pro-
grammieren mit eigenen Handlungen verbun-
Abb. 3: Cubetto mit blauem Funktionsbefehl der 3 den. Das Verständnis für eine blockbasierte
Linksdrehungen ausführt (3 LT)
Programmierung kann in Folge etwa bei Ozo-
blockly, Scratch etc. genutzt werden.
Matatalab
Ähnlich zu Cubetto wird der Bodenroboter Ma- Ozobot
tatalab über das Einstecken von Bewegungsbe- Ozobots sind kleine Bodenroboter, die auf zwei
fehlen (FD, BK, RT, LT) als Pfeilsymbole, welche Arten programmiert werden können. Einerseits
aus dem Roboterspiel bekannt sind, und Funkti- können sie optisch über Farbcodes und Linien
onsbefehlen, welche hier durch die mathema- gesteuert, andererseits mittels der Program-
tische Notation einer Funktion dargestellt sind, miersprache Ozoblockly programmiert werden.
auf ein quadratisches Feld programmiert. Den Die Entwicklungsumgebung für Ozoblockly bie-
Bewegungsbefehlen kann erstmals die Häufig- tet Programmierblöcke in fünf verschiedenen
keit ihrer Ausführung angehängt werden (z. B. Komplexitätsstufen an.
4FD). Zusätzlich können mit Matatalab Iterati- Ein Verständnis für blockbasiertes Programmie-
onen in Form von Schleifen programmiert wer- ren kann über eine Form des Roboterspiels
den. Aus Vorerfahrungen aus dem Roboterspiel, enaktiv aufgebaut werden. Ungefähr halbmeter-
bei dem ein Kind den Umfang eines Quadrates große Platten (etwa aus Styrodur) repräsentie-
mit einer bestimmten Seitenlänge z. B. zwei ren in konkreter Form die virtuellen Blöcke von
Schritte abschreiten soll, kann die Notation von Ozoblockly. Mit Befehlskärtchen in Textform
12 Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020können nun die konkreten Blöcke zu Pro- den sie. Schnell werden zum Lösen der neuen
grammblöcken vervollständigt werden. Die Aufgaben neue Strukturen wie Funktionen,
damit erzeugten Bewegungsanweisungen kön- Schleifen, Bedingte Anweisungen usw. benötigt.
nen daraufhin von den Kindern selbst ausge- Den Kindern kann in Form des Roboterspiels
führt werden (Wagner, 2018). eine Vernetzung der symbolhaften mit enakti-
ven bzw. ikonischen Repräsentationen angebo-
Scratch ten werden. Hierzu werden virtuelle Umge-
Scratch ist eine blockbasierte Programmierspra- bungen aus Swift Playgrounds mit Schachteln
che ähnlich zu Ozoblockly, welche die Kinder nachgebaut. Die Kinder können ihre Lösungen
durch die Steuerung physischer Roboter gelernt mit den entsprechenden Befehlen in Form von
haben. Scratch wurde 2007 erstmals als visuelle ausgedruckten Befehlskarten auflegen und auf
Programmiersprache für Kinder und Jugendliche Handlungsebene durch Abschreiten der Befehle
veröffentlicht. Im Jänner 2019 wurde die Ver- ihre Lösungen überprüfen. Die Swift-Umgebung
sion 3.0 der Programmiersprache veröffentlicht, kann in Folge in vermindertem Maßstab durch
welche nun auf HTML5 basiert und somit auch Bausteine dargestellt werden, in der Spielfi-
auf mobilen Geräten im Standard-Browser aus- guren nach Auflegen der Befehlskarten ebenso
geführt werden kann. Im Gegensatz zu den auf Handlungsebene bewegt werden. Im An-
bisher vorgestellten Werkzeugen werden mit schluss können die Programme, die über eige-
Scratch keine physischen Roboter gesteuert, nes Tun überprüft bzw. korrigiert wurden, auf
sondern es werden virtuelle Figuren (Sprites) dem Tablet eingegeben werden.
am Bildschirm bewegt. Zusätzlich zu den schon
bekannten Befehlen und Kontrollstrukturen
(z. B. Schleifen), werden erstmals Ereignisse Conclusio
(Interrupts) explizit benannt. Durch sie wird es
möglich, die virtuelle Figur so zu programmie- Erste Interview- und Videoauswertungen von
ren, dass sie durch Maussteuerung oder Tasta- Kindern weisen darauf hin, dass das vorge-
tureingaben gesteuert werden kann. Der Hand- stellte Konzept ein erstes Programmieren ver-
lungsbezug bei Scratch ist enaktiv-virtuell. Über bunden mit Grundvorstellungen bei Kindern der
mit Scratch verbundenen Robotern (LegoWeDo Primarstufe ermöglichen kann. Mathematisches
etc.) und deren Bewegungsausführungen kön- und informatisches Verständnis für Modellie-
nen Programme aus zusammengesetzten virtu- rungen, Problemlöseprozesse, Algorithmisie-
ellen Befehlsblöcken in konkreter Form über- rungen, Automatisierungen, statischer und dy-
prüft werden. namischer Geometrie, Dekompositionen,
Iterationen, Funktionen und Musterkennungen
Swift Playgrounds kann im Primarstufenalter generiert werden.
Swift ist eine textbasierte Programmiersprache Eine möglichst enge Passung zwischen eigenen
von Apple für die Betriebssysteme von Apple Handlungen und den mentalen Prozessen hin
und Linux, in der unter anderem professionelle zu einem Verstehen der mathematischen und
Apps für das iPad programmiert wurden. informatischen Ideen können eine erfolgreiche
Die App Swift Playgrounds bietet einen spiele- Umsetzung ermöglichen.
rischen Erwerb der Programmiersprache durch
verschiedene Aufgaben, die mit dem virtuellen Eine Möglichkeit eines schrittweisen Aufbaus in-
Roboter Byte erledigt werden sollen, an. Dabei formatischer Inhalte ist in Abb. 4 dargestellt.
werden zunächst Aufgaben zur Steuerung des Mögliche Repräsentationen und Inhalte, die ver-
virtuellen Roboters durch einfache Labyrinthe mittelt werden können, sind den vorgestellten
gestellt. So gelangt er z. B. durch das Pro- Medien zugeordnet. Die Zuordnungen wurden
gramm moveForward(); turnLeft(); moveFor- nach dem vorgestellten didaktischen Konzept
ward(); zu seiner ersten Belohnung. Je mehr so gewählt, dass eine erfolgreiche Umsetzung
Aufgaben gelöst wurden, umso komplexer wer- gewährleistet werden kann.
Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020 13Abb. 4: Übersichtstafel von Repräsentation und Inhalten zum Programmierverständnis
Literatur len geändert werden. Online verfügbar unter:
https://www.ris.bka.gv.at/Dokumente/BgblAuth/
Aho, A. V. (2012). Computation and computational BGBLA_2018_II_71/BGBLA_2018_II_71.html
thinking. The Computer Journal, 55(7), 832-835.
BMUKK (2012). Lehrplan der Volksschule. Online
Antonitsch, P., Pasterk, S., & Sabitzer, B. (2014). Infor- verfügbar unter: https://www.bmbwf.gv.at/dam/
matics Concepts For Primary Education: Preparing jcr:b89e56f6-7e9d-466d-9747fa739d2d15e8/lp_vs_
Children For Computational Thinking. In C. Schulte gesamt_14055.pdf
(Hrsg.), WiPSCE 2014: proceedings of the 9th Work-
shop in Primary and Secondary Computing Education, Bower, M. (2008). Teaching and Learning Computing.
November 5-7, 2014, Berlin, Germany. Hg. v. Michael Online verfügbar unter https://www.researchgate.
E. Caspersen, Carsten Schulte und Judith GalEzer. net/publication/228384558_Teaching_and_Learning_
[Place of publication not identified]: ACM, S. 108–111. Computing.
Barberi, A., Berger, C. & Himpsl-Gutermann, K. Bruner, J. (1971). Studien zur Kognitiven Entwick-
(2017). Editorial 2/2017: Digitale Grundbildung. lung. Klett.
Medienimpulse, 55(2).
Catlin, D., Kandlhofer, M., & Holmquist, S. (2018).
Bell, T., Alexander, J., Freeman, I., & Grimley, M. (2009). EduRobot taxonomy: A provisional schema for
Computer science unplugged: School students doing classifying educational robots. Paper presented at
real computing without computers, 13(1), 20-29. the International Conference on Robotics in Edu-
cation 2018.
BMBWF (2018). Verordnung der Bundesministerin für
Bildung, mit der die Verordnung über die Lehrpläne Curzon, P. & P. W. McOwan (2018). Computational
der Neuen Mittelschulen sowie die Verordnung über Thinking. Die Welt des algorithmischen Denkens –
die Lehrpläne der allgemeinbildenden höheren Schu- in Spielen, Zaubertricks und Rätseln. Springer.
14 Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020Denning, P. (2017a). Computational Thinking in Papert, S., & Harel, I. (1991). Situating construction-
Science. Am. Sci., 105(1), 13. ism. Constructionism, 36(2), 1-11.
Denning, P. (2017b). Remaining trouble spots with Piaget, J. & Szeminska, A. (1975). Die Entwicklung
computational thinking. Commun. ACM, 60(6), 33–39. des Zahlbegriffs beim Kinde. KlettCotta.
Denning, P., & Tedre, M. (2019). Computational Savard, A., & Highfield, K. (2015). Teachers’ Talk
thinking. The MIT Press. about Robotics: Where Is the Mathematics? Mathe-
matics Education Research Group of Australasia.
digi.komp4 (2016). BMBWF.
https://digikomp.at/index.php?id=542&L=0 Schubert, S. & Schwill, A. (2011). Didaktik der Infor-
matik. 2. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag.
Döbeli Honegger, B. (2017). Mehr als 0 und 1. Schule
in einer digitalisierten Welt. 2., durchgesehene Auf- Schwill, A. (2001). Ab wann kann man mit Kindern In-
lage. hep der Bildungsverlag. formatik machen. INFOS2001-9. GIFachtagung Infor-
matik und SchuleGI-Edition, 13-30.
Gallenbacher, J. (2018). Geleitwort. In P. W. McOwan
(Hrsg.), Computational Thinking: Die Welt des algo- Tedre, M. & Denning, P. (2016): The long quest for
rithmischen Denkens – in Spielen, Zaubertricks und computational thinking. In J. Sheard & C. Suero
Rätseln. Springer. Montero (Hrsg.), Proceedings of the 16th Koli Calling
International Conference on Computing Education
Guzdial, M. (2008). Education Paving the way for Research - Koli Calling '16. the 16th Koli Calling
computational thinking. Communications of the International Conference. Koli, Finland, 24.11.2016 -
ACM, 51(8), 25-27. 27.11.2016 (S. 120–129). ACM Press.
Himpsl-Gutermann, K., Brandhofer, G., Frick, K., Vom Hofe, R. (1995). Grundvorstellungen mathema-
Fikisz, W., Steiner, M., Bachinger, A., Gawin, A., tischer Inhalte. Spektrum Akad. Verlag.
Szepannek, P & Lechner, I. (2018). Abschlussbericht
im Projekt "Denken lernen - Probleme lösen (DLPL) Wagner, W. (2019). Entwickeln von Grundvorstel-
Primarstufe". lungen des Programmierens bei Kindern zum Aufbau
einer digitalen Literarität. merz spektrum, 01, 70-77.
Kalbitz, M., Voss, H. & Schulte, C. (2011). Informatik
begreifen – Zur Nutzung von Veranschaulichungen Wagner, W. (2018). Programmieren mit Programm-
im Informatikunterricht. In M. Thomas (Hrsg.), bausteinen [Video]. YouTube: https://www.youtube.
Informatik in Bildung und Beruf. 14. GI-Fachtagung com/watch?v=xl0y0cr-aDI
'Informatik und Schule - INFOS 2011', Münster,
12.-15.09.2011 (S. 137–146). Gesellschaft für Informatik. Walter, D. (2017). Nutzungsweisen bei der Verwen-
dung von Tablet-Apps: Eine Untersuchung bei zäh-
Krauthausen, G., Scherer, P. & Scherer, P. (2017). lend rechnenden Lernenden zu Beginn des zweiten
Natürliche Differenzierung im Mathematikunterricht: Schuljahres (Vol. 31). Springer.
Konzepte und Praxisbeispiele aus der Grundschule.
Kallmeyer/Klett. Wartha, S. (2011). Handeln und verstehen. Förder-
baustein: Grundvorstellungen aufbauen.
Niederösterreichische Landeskorrespondenz, P. mathematik lehren, 66.
(2018). Bienen-Roboter für alle NÖ Landeskindergär-
ten und NÖ Volksschulen. Wing, J. M. (2006). Computational thinking. Commu-
nications of the ACM, 49(3), 33-35.
Papert, S. (1980). Mindstorms: Children, computers,
and powerful ideas. Basic Books, Inc.
Pädagogische Hochschule Vorarlberg | F&E Edition 26 | 2020 15Sie können auch lesen
