Lego-Roboter im Informatikunterricht

INHALTSVERZEICHNIS

1. Eine Provokation als Einleitung

2. Kooperation in der Theorie und Mindstorms in der Praxis
2.1 Kooperationsvermögen in der Schule
2.2 Das LEGO Mindstorms System

3. Die Planung einer Unterrichtsreihe
3.1 Darstellung der Unterrichtsvoraussetzungen
3.1.1 Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen in der Lerngruppe
3.1.2 Unterrichtsvoraussetzungen im Bereich Schülerkooperation
3.1.3 Unterrichtsvoraussetzungen technischer Art
3.2 Sachanalyse und didaktische Reduktion
3.3 Besondere Hilfestellung durch Programmgerüste
3.4 Methodische Entscheidungen
3.5 Arbeitsaufträge an die Gruppen
3.5.1 Gruppe Ladestation
3.5.2 Gruppe Transportzug
3.5.3 Gruppe Regalstation
3.6 Synopse

4. Kooperation in Maßen - verwendete „Messinstrumente“
4.1 Lehrerbeobachtung
4.2 Selbst- und Fremdeinschätzungen der Schüler
4.3 Selbstbewertungen der Schüler
4.4 Die Schülertagebücher
4.5 Das Arbeitsergebnis als Feedback

5. „Action!“ 4 Die Durchführung des Projektes
5.1 Einführung und Einarbeitungsphase
5.2 Koordinierungsphase
5.3 Hauptarbeitsphase
5.4 Abschlussphase

6. Beobachtungen und Analyse
6.1 Selbsteinschätzungen der Schüler
6.2 Fremdeinschätzungen der Teamfähigkeit
6.3 Lehrerbeobachtungen und Schülertagebuch
6.4 Gesamtergebnis

7. Fazit und Zukunftsmusik

8. Verwendete Literatur

9. Anhang

1. EINE PROVOKATION ALS EINLEITUNG

Die Systematik des deutschen Schulwesens geht noch immer von einem grundsätzlich notwendigen Allgemeinwissen aus, das der deutsche Schüler¹ zum Erreichen seiner Reife (z.B. der ‚mittleren’ oder der ‚Hochschul-’) benötigt. Säuberlich den akademischen Fachrichtungen zugeordnet müssen folglich Wissenspakete existieren, die - einmal als beherrscht nachgewiesen - dem Menschen zu seiner Studier- oder Ausbildungsfähigkeit genügen. Diese Wissenspakete zu vermitteln ist die traditionelle Aufgabe der Schule - je nach erkannter Eignung auf dem notwendigen Niveau (Haupt-, Realschule oder Gymnasium). Die Grundannahme, dass in der Schule primär eine Summe bestimmter Sachwissenspakete vermittelt werden muss, führt zur Organisation der Schule in einem System aus Fachunterricht und Fachlehrern mit Hochschulabschluss, Jahrgangsstufen und Klassen, 45 Minuten langen Lektionen, Zentralabitur und Vergleichsarbeiten…²

Und das, obwohl andere Fähigkeiten, wie z. B. Teamfähigkeit und Sozialkompetenz allenthalben dort gefordert werden, wofür die Schüler ausgebildet werden sollen: in Wirtschaft und Gesellschaft. Die Curricula werden bei jeder Überarbeitung zunehmend auf Kompetenzen ausgerichtet, die unabhängig sind von den Sachinformationen der jeweiligen Fächer. Doch wie können diese allgemeinen Fähigkeiten, die eben nicht an das Sachwissen geknüpft sind, in diesem Schulsystem vermittelt werden, das in seinem Aufbau gerade die Sachinhalte in den Mittelpunkt stellt? Eigentlich wäre es an der Zeit, die Schule im Informationszeitalter neu zu erfinden, anstatt nur die Symptome der problematischen Grundannahmen z. B. durch fächerübergreifenden Unterricht und Projektwochen korrigieren zu wollen - aber dafür ist in einer schriftlichen Prüfungsarbeit im Rahmen der Zweiten Staatsprüfung für das Amt des Studienrats nicht der richtige Ort. In 50 Seiten einer solchen Arbeit kann es wohl leider nur darum gehen, die als richtig und notwendig erkannte Vermittlung von Schlüsselkompetenzen sinnvoll im bestehenden Rahmen umzusetzen.

Heinz Klippert hat mit seinen Publikationen zur Schulentwicklung, zum Methoden- und Kommunikationstraining sowie zur Teamentwicklung ebenfalls in ganz allgemeinem Rahmen Strategien vorgeschlagen, diese Ziele im Fachunterricht zu verankern. Gerade in der Welt der Informatik ist die Arbeit in Teams und das individuelle Kooperationsvermögen eine Schlüsselkompetenz.

In der Analyse der Lerngruppe werde ich begründen, warum ich gerade diese Fähigkeit bei den Schülern fördern wollte. Die Überlegungen zum Thema sind zahlreich; so lieferte eine Suchanfrage bei der Internetsuchmaschine Google am 13. April 2005 nach Kombinationen der Begriffe ‚Kooperationsfähigkeit’ und ‚Schüler’ über 12.000 Treffer. Bei genauerem Hinsehen jedoch waren die ‚Treffer’ jedoch wenig brauchbar für eine konkrete Unterrichtsreihe im Fach Informatik.

Während eines Projekttages hatte ich die Möglichkeit mit dem LEGO Mindstorms System³ im Rahmen eines Roberta Projektes⁴ mit Schülern zu arbeiten und war angenehm überrascht von der Motivation und dem Lernehrgeiz der beteiligten Schüler, die den Klassenstufen 7 bis 9 angehörten, aber bereits nach einem Tag die Programmierung einfacher Roboter mit Hilfe einer grafischen Oberfläche beherrschten. Diese Arbeit soll nun die Funktionalität des Einsatzes des Mindstorms Systems im Informatikunterricht untersuchen und dabei speziell die Förderung des Kooperationsvermögens bei den Schülern im Blick haben.

In Kapitel 2 werde ich begründen, warum ich gerade im Informatikunterricht die Förderung des Kooperationsvermögens von Schülern anstrebe und das LEGO Mindstorms System vorstellen. Die Planung der gesamten Unterrichtsreihe findet sich in Kapitel 3, gefolgt von der Beschreibung der Methoden, mit denen ich das Kooperationsvermögen der Schüler im Laufe des Projektes erfasste, in Kapitel 4. Die Durchführung wird insgesamt in Kapitel 5 beschrieben, während sich das Kapitel 6 der Auswertung mit Hinblick auf das Kooperationsvermögen der Schüler widmet. Im abschließenden Kapitel 7 werde ich Bilanz ziehen und Möglichkeiten einer weiteren Entwicklung herleiten.

Ich habe mich bemüht, diese Arbeit für jedermann verständlich zu halten und verzichte daher meist auf tiefgehend fachliche Beschreibungen und Programmtexte, die Informatiker und Programmierer sich sicher wünschen würden. Die Programmtexte habe ich im Internet verfügbar gemacht - Hinweise dafür finden sich im Anhang.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein RCX mit Leseaufforderung

2. KOOPERATION IN DER THEORIE UND M INDSTORMS IN DER PRAXIS

In diesem Abschnitt soll zunächst das Ziel, die Förderung des Kooperationsvermögens, begründet und danach das Operationalisierungsobjekt, das LEGO Mindstorms System , vorgestellt werden.

2.1 Kooperationsvermögen in der Schule

Die Veränderung des Wirtschaftslebens in postindustriellen Gesellschaften mit ständiger Zunahme an spezialisiertem Wissen und der Notwendigkeit von teamorientierter Produktion aber auch die zunehmende Komplexität in Gesellschaft und Sozialwelt lassen Heinz Klippert zu einer einfachen Einsicht kommen: „Die Zukunft gehört […] den Teams.“⁵ In seinen Veröffentlichungen zum Kommunikationstraining und zur Teamentwicklung versucht er Wege aufzuzeigen, mit denen die Schule die hierfür notwendigen Fähigkeiten bei Schülern anlegen und fördern kann. In seiner Forderung nach teamorientierter Kompetenzvermittlung erhält er von allen Seiten der Didaktik Unterstützung. Wolfgang Edelstein definiert Grundkompetenzen erfolgreichen Handelns und legt sich auf eine Kompetenz fest, die für alle übrigen den Ausschlag gaben: „In unterschiedlichem Ausmaß zwar, aber doch in jedem einzelnen Fall sind die Individuen für anerkennungsfähige Leistungen auf die Fähigkeit zur Kooperation angewiesen, müssen sie gemeinsam handeln, gemeinsam planen, sich einigen können, Streit schlichten, Ziele und Mittel diskutieren, Probleme lösen, Strategien entwickeln, Belohnungen fair verteilen, Anerkennungen zuteilen, aber auch vergemeinschaften können.“⁶ Er führt weiter aus, dass die Entwicklung der Fähigkeit zur Kooperation nicht Aufgabe der Familie sein kann, sondern zuvörderst Aufgabe der Schule sein muss und fordert, „den Unterricht auf Kooperation umzustellen und die Kooperation auf Anerkennung zu orientieren, […] das Leben in den Klassen und das Klima der Schulen in den Dienst des Erwerbs sozialer Kompetenz zu stellen, [denn] das wäre eine leise, vielleicht unspektakuläre, aber extrem folgenreiche Transformation der Schule.“⁷

Die Forderung nach dem Erwerb von Sozialkompetenzen, die Kooperation und Teamarbeit möglich machen, ist nur ein Aspekt des Lernens in Gruppen, das in der didaktischen Literatur weitgehend gelobt und gefordert wird. Hilbert Meyer stellt als zentrale Vorzüge der Gruppenarbeit gegenüber dem Frontalunterricht

- die aktivere Beteiligung von mehr Schülern,
- das günstigere soziale Klima für Schüleräußerungen,
- die Förderung des Zusammengehörigkeitsgefühls,
- die Selbständigkeit des Arbeitens,
- die Nutzung der Neugier der Schüler und Wahl des Lernwegs und
- die verbesserte Beobachtungsmöglichkeit der Lehrkraft dar.⁸

Klippert sieht das Kooperationsvermögen als Grundvoraussetzung für erfolgreiches Lernen in Gruppen und ergänzt, dass eine Stärkung des Anteils an Gruppenarbeit im Unterricht erforderlich ist, da

- die Kompensation im Bezug auf soziales Lernen für Einzelkinder geleistet wird,
- die elementaren Kommunikations- und Kooperationsverhalten trainiert und somit
- Schlüsselqualifikationen der modernen Berufswelt vermittelt werden.⁹

„Die Erziehung zur Selbst- und Sozialkompetenz ist aber nicht als eine vom Fachunterricht getrennte Aufgabe zu sehen“¹⁰, schreibt Ludger Brüning in der Zeitschrift Pädagogik und verlangt eine Unterrichtskultur, welche die Förderung der Sozial- und Selbstkompetenz als ihre Aufgabe akzeptiert. Es muss daher darum gehen, im jeweiligen Fachunterricht möglichst viele Möglichkeiten zu finden, die Kooperationsfähigkeit der Schüler zu stimulieren und zu üben: „Teamarbeit muss eben gelernt und immer wieder konsequent geübt und organisiert werden.“¹¹ Neben der Fähigkeit, mit anderen Schülern gemeinsam an einer Lösung zu arbeiten, müssen die Schüler auch lernen, sich gegenseitig Rückmeldungen zu geben, „an Reflektionen teilzunehmen, Kritik anzunehmen und ins Positive zu wenden.“¹²

Der Informatikunterricht bietet sich aus mehreren Gründen besonders für die Förderung der Kooperationsfähigkeiten an:

1) In der beruflichen Praxis, die einer weiteren Ausbildung im Bereich Informatik folgen könnte, ist Teamarbeit der Normalfall.
2) Gerade Informatikern eilt andererseits das Vorurteil voraus, über zu wenig soziale Kompetenzen zu verfügen, sich hinter Bildschirmen zu verstecken und ihre Arbeit nur unzureichend anderen verständlich machen zu können.
3) In den meisten Problemstellungen sind mehrere Lösungsmöglichkeiten denkbar, die in unterschiedlicher Güte zur Lösung führen und so eine Diskussion des zu gehenden Weges erfordern.
4) Gerade in der Informatik und technischen Berufen ist es wichtig, sich und seine Arbeit anderen zu vermitteln, die Gedanken des anderen aufzunehmen und in den eigenen Arbeitsprozess einzugliedern.
5) In vielen Fällen übernimmt der Computer die Kontrolle der Gruppenergebnisse, der unbestechlicher aber auch unnahbarer ist als ein Lehrer und vor allem allen Gruppen zu jeder Zeit zur Verfügung steht - welch ein Vorteil für die Arbeit in Gruppen!

Der Informatikunterricht kann und sollte das Arbeiten in Gruppen nicht nur als Methode, sondern auch als Inhalt verstehen. So sollte im Informatikunterricht nicht nur moderne Softwareproduktionstechnik thematisiert werden (Software Life Circle, Software Engineering, UML und XML, CASE tools und CRC), sondern auch die Erfahrung dieser Techniken und eine kritische Reflektion angestrebt werden: Erstellung von Software in Entwicklerteams und welche Probleme dabei entstehen gerade wenn es an Sozialkompetenzen mangelt.

2.2 Das LEGO Mindstorms System

Das LEGO Mindstorms System ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit des dänischen Spielzeugherstellers LEGO und dem Massachusetts Institute of Technology, das seit 1998 in Form der Produktreihe LEGO Mindstorms Robotics Invention System vertrieben wird. Wichtigstes Element ist der „robot command explorer“, oder kurz RCX.¹³ Dies ist ein großer LEGO Baustein¹⁴ mit integriertem 8-Bit-Mikroprozessor und Batteriefach, was einem damit entwickelten LEGO Roboter eine gewisse Autonomie erlaubt.

Der RCX verfügt über eine InfrarotSchnittstelle zur Kommunikation mit einem PC oder anderen RCX Bausteinen und zum Aufspielen der Programme, vier Tasten zur Bedienung und Programmwahl, ein kleines LCD Display mit 5 Stellen, einem kleinen Lautsprecher für Pieptöne, drei Ein- und drei Ausgänge, an die Sensoren und Motoren angeschlossen werden können.¹⁵ Für Schulen wird ein Set angeboten, in dem zwei Licht-, zwei Tastsensoren, eine Lampe, zwei Motoren und insgesamt 828 Bauteile der LEGO Technik Familie (also Zahnräder, Achsen und viele der typischen Legosteine) enthalten sind. Dieses System eignet sich für den Einsatz im Unterricht aus mehreren Gründen:¹⁶

- Die grundsätzliche Funktionsweise der LEGO Bausteine sind fast allen Kindern und Jugendlichen geläufig. Viele haben auch mit LEGO Technik bereits Erfahrungen gesammelt und können sehr schnell auch die ihnen neuen Bausteine des Mindstorms Systems adäquat verwenden.
- Die Baukästen sind untereinander kombinierbar und mit anderen Bauteilen der LEGO Familie beliebig erweiterbar.
- Bei Verwendung des RCX können „embedded systems“, also Geräte, deren
Funktionsweise durch einen Mikroprozessor im Hintergrund gesteuert werden, bis hin zu Robotern gebaut und simuliert werden.
- Durch die Veröffentlichung der technischen Schnittstellen entstanden im Internet frei verfügbare Softwareerweiterungen, die zum Beispiel den Einsatz der im Unterricht verwendbaren Programmiersprache JAVA erlauben.
- Über LEGO Mindstorms wurden zahlreichliche Veröffentlichungen in Buchform oder im Internet geschrieben, die viele Bauanleitungen und Ideensammlungen beinhalten und einen leichten Einstieg auch für Lehrkräfte gewährleisten.
- Das LEGO Mindstorms System wird mit einer Lernumgebung und einem Tutorial ausgeliefert und Schulen können weiterhin die Software ROBOLAB beziehen, so dass ein altersgerechter Einstieg für Kinder ab 11 Jahre gewährleistet ist.
- Roboter, die mit dem LEGO Mindstorms System gebaut wurden, nehmen regelmäßig an Wettbewerben oder Projekten teil, z.B. dem RoboCop Junior 2005 in Paderborn¹⁷ und 2006 in Bremen.¹⁸ Die dort zu bewältigenden Aufgaben sind also offenbar mit dem System angemessen zu lösen und eine Wettbewerbsteilnahme scheint ein weiterer Aspekt zu sein, der Schülermotivation beflügeln könnte.

Denn den wesentlichsten Vorteil der Verwendung von LEGO Mindstorms im Unterricht beschreiben sowohl ABEND als auch SCHREIBER in ihren Reflektionen: Die herausragende Motivation der Schüler an dem vermeintlichen Spielzeug zu arbeiten und dabei handlungsorientiert eine konkrete Anwendung von Informatik und Programmierung, die sich nicht nur auf dem Bildschirm auswirkt, zu erleben.¹⁹ Neben der Informatik gibt es auch in anderen Fächern viele Einsatzmöglichkeiten, wie auf dem 4. Berliner MNU²⁰ Kongress am Beispiel von Verhaltenssimulationen in der Biologie vorgeführt - als Möglichkeit für „konstruktivistisches Lernen im Team“²¹ zum Beispiel für biologische Regelkreise, Instinktverhalten und einfache Lernprozesse.LEGO Mindstorms stellt dabei nur die Hardware dar - die Verwendungsmöglichkeit im Unterricht wird aber maßgeblich von der verwendeten Software bestimmt, die je nach Einsatzwunsch gewählt werden kann. Mitgeliefert in der Mindstorms-Version für den Spielwarenhandel und weitgehend im Roberta-Projekt verwendet ist die graphische Programmieroberfläche des Robotics Invention System (RIS).²² Diese hat den Vorteil, dass sie für Schüler schon im Bereich der Sekundarstufe I geeignet ist um kleine Programme für die Roboter zu schreiben oder deren Reaktionen und Verhalten zu verändern. Die Darstellung erfolgt optisch angelehnt an LEGO Bausteine, aber inhaltlich ist die Ähnlichkeit zu Nassi-Schneidermann Diagrammen nicht zu übersehen. „Die Schülerinnen und Schüler verstehen dieses Prinzip sehr schnell und sind somit rasch in der Lage, Programmieraufgaben selbständig zu lösen.“²³ In der Software ebenfalls enthalten ist ein multimediales Tutorial, mit dem die Schüler (und natürlich auch interessierte Lehrer) lehrgangsartig an die Programmierung herangeführt werden. 10 Nachteile dieser Software treten erst in komplexer werdenden Anwendungen auf, wenn die Programme schnell unübersichtlich werden. Auch ist eine Modularisierung oder arbeitsteilige Programmierung nicht einfach zu realisieren, d.h. nur unter „austricksen“ des Systems zu erreichen.

Ebenfalls graphisch orientiert ist die so genannte RoboLab Software, die von der LEGO Educational Division als Erweiterung speziell für Schulen angeboten wird. Diese lässt Modularisierungen wesentlich leichter zu. In der neuen Version 2.5 können auch Bilder der LEGO Kamera und Sensoren anderer Anbieter ausgewertet werden.²⁴ Auch in diese Art der Programmierung können sich Schüler oft schneller einarbeiten als Lehrer, so beobachtete Landolt während seiner Präsentationen für Kollegen. Das unterstützte Programmierkonzept ist jedoch streng imperativ mit allen seinen Nachteilen: So werden z.B. Schleifen recht umständlich umgesetzt während Sprünge sich als einfache Lösung aufdrängen - also eigentlich das Gegenteil dessen, was der Informatikunterricht mit Blick auf Softwareentwicklung und -wartung den Schülern vermitteln will. Ein weiterer Nachteil beider Entwicklungsumgebungen sind die Kosten, eine Schullizenz der RoboLab Software kostet derzeit 261,- Euro zuzüglich der Kosten der Lehrerhandbücher oder Arbeitsbücher von je rund 50,- Euro.²⁵

Durch die Offenlegung der Programmierschnittstellen durch LEGO und die Möglichkeit, das Betriebssystem des RCX im Arbeitsspeicher zu überschreiben, „zog Tüftler und Programmierer an und führte zur Umsetzung unterschiedlicher Programmiersprachen für Mindstorms.“²⁶ Durch die kostenlos im Internet erhältlichen Programme zum Aufspielen der entsprechenden Software auf den RCX wird auch die Programmierung in NQC, einer C-ähnlichen Sprache für den RCX, FORTH und JAVA möglich. Dadurch kann das LEGO Mindstorms System auch zur Ergänzung des Unterrichts in diesen Programmiersprachen in der Oberstufe eingesetzt werden.

3. DIE PLANUNG EINER UNTERRICHTSREIHE

Die Unterrichtsreihe wurde in meiner Ausbildungsschule durchgeführt, dem Otto-Nagel- Gymnasium in Berlin Biesdorf. Dort unterrichtete ich für insgesamt etwa 3 Monate objektorientierte Programmierung in Java in einem Oberstufenkurs (12. Jahrgang, zweites Ausbildungsjahr), in dem zuvor mittels der Programmiersprache Modula grundlegende Programmierkonzepte vermittelt worden waren. Dies war gerechtfertigt im Sinne des noch gültigen Rahmenplans, da besonders das Konzept der Modularisierung im Mittelpunkt stand, was sich mit dem Schwerpunkt „der Vermittlung des Prozedur- und Modulkonzeptes“²⁷ in der Konzeption des Rahmenplans für das zweite Lernjahr deckt. 10 Da im Rahmenplan für das zweite Lernjahr weiterhin mit 30 Stunden die Behandlung „spezieller Algorithmen in typischen Anwendungssituationen“²⁸ vorgegeben ist und innerhalb der Implementierung der verschiedenen Bestandteile des Projektes ebendiese in Form von Such- und Steueralgorithmen verwendet werden mussten, bot hier die Robotik eine anschauliche Anwendungssituation für die Schüler.²⁹ Der Fachbereich hatte entschieden, mit der Einführung der neuen curricularen Vorgaben für die gymnasiale Oberstufe im Fach Informatik³⁰ die Programmiersprache Java einzuführen. Damit war die Unterrichtsreihe auch für meine Kollegen als Anregung für die weitere Ausgestaltung des Schulcurriculums interessant Die Anschaffung einer Grundausstattung an LEGO Mindstorms Systemen wird nun angestrebt

3.1 Darstellung der Unterrichtsvoraussetzungen

Im Folgenden werden die Unterrichtsvoraussetzungen bezüglich der allgemeinen Lernsituation, der Schülerkooperation im speziellen sowie die technischen Rahmenbedingungen beschrieben.

3.1.1 Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen in der Lerngruppe

Der Kurs bestand aus neun Schülern, davon acht Jungen und ein Mädchen. Einige unterrichtete ich ebenfalls in einem PW-Kurs (Politische Weltkunde). Das Unterrichtsgeschehen war von jeher sehr „ruhig“. Meine Mentorin, die den Kurs zuvor unterrichtet hatte und nach dem Abschluss des Projektes wieder übernahm, stellte es mit der Kurzformel „die wollen nicht reden“ dar. Auf Lehrerfragen stellte sich in der 30 Regel eine peinliche Stille ein, in der viele Schüler intensiv auf die Monitore oder am Lehrer vorbei an die Tafel bzw. die Projektionsfläche blickten. Die seltenen freiwilligen Wortmeldungen bahnten sich in der Regel durch eine zögerlich halbhoch erhobene Hand an, der anschließend eine sehr vorsichtige Einleitung („Vielleicht könnte man ja auch sagen dass,…“) folgte. Ohne vorherige Meldung dran genommene Schüler konnten jedoch oft das Unterrichtsgeschehen trotzdem voran bringen. Im Vergleich zu anderen Kursen konnte man also von einem sehr zurückhaltenden Klima sprechen. Dieses Klima wurde unterstützt durch die leider nicht veränderbare Sitzordnung im Kursraum, der aus einer U-förmigen Anordnung besteht, bei der die Rechner und Monitore nach innen orientiert sind. Dadurch entsteht für die Schüler die Möglichkeit, sich hinter dem eigenen Monitor zu „verstecken“, bzw. diesen immer zwischen sich und dem Gesprächspartner zu haben. Weiterhin ist der Raum ein Kellerraum mit niedriger Deckenhöhe, so dass die Projektionsfläche vorne relativ klein ist. Andererseits bietet die Sitzordnung die Möglichkeit, an den drei Seiten des U je eine Schülerarbeitsgruppe zu beheimaten.

3.1.2 Unterrichtsvoraussetzungen im Bereich Schülerkooperation

In der vorhergehenden Unterrichtseinheit musste die Programmiersprache JAVA eingeführt werden und ich hatte in diesem Zusammenhang zwei größere Programmieraufgaben gestellt, von denen ich eine, die Implementation eines „Zahlenraten“ Spiels auch bewertete. Beide Aufgaben mussten letztendlich individuell, also in Einzelarbeit am eigenen Rechner gelöst werden, jedoch war während des Unterrichts die Möglichkeit gegeben, bei anderen Schülern die Lösung der einzelnen Probleme (Benutzereingabe; Schleifen zur Spielwiederholung, der einzelnen Spielzüge, der Eingabewiederholung; Bewertung der Spielereingabe; Ergebniserstellung undausgabe) zu erfragen und auf das eigene Programm zu übertragen. Sobald mir gute Lösungen aufgefallen waren hatte ich auch Schüler zur Zusammenarbeit aufgefordert, bzw. angeregt, sich die Lösung eines anderen Schülers erklären zu lassen. Bei der Bewertung der einzelnen Programme musste ich jedoch feststellen, dass davon offenbar kaum Gebrauch gemacht worden war. Weder wurden ähnliche Fehler gemacht, noch waren die Strukturen der Programme so ähnlich, dass auf eine regelmäßige Zusammenarbeit geschlossen werden konnte. Schon während der Bearbeitungszeit war mir aufgefallen, wie selten Schüler gemeinsam an einem Problem arbeiteten, sondern in der Regel vertieft in das eigene Problem vor dem Rechner saßen und sich nur sehr selten gegenseitig halfen. Wenn ich einem Schüler Hinweise gab,waren die daneben sitzenden Schüler nur bedingt aufmerksam und nutzten meine Nähe meist nur um eine völlig andere Frage anzuschließen. Eine auf das Ergebnis bezogene Kooperation zwischen den Schülern war ungewöhnlich selten zu beobachten, was den Ausgangspunkt meiner Überlegungen zur Themenwahl dieser Arbeit darstellte. Während die Schüler aber selten kooperativ im Bezug zum Unterricht zusammen arbeiteten, so waren dennoch keine Aversionen untereinander zu beobachten, was mir die Schlussfolgerung nahe legte, dass eine konstruktive Kooperation ihnen im Laufe ihrer Schulzeit nicht vermittelt oder sogar abgewöhnt worden war.

3.1.3 Unterrichtsvoraussetzungen technischer Art

Die Schule verfügt derzeit noch über keine eigene Ausstattung an LEGO Mindstorms Systemen. Möglich wurde diese Unterrichtsreihe erst durch die Leihgabe von vier Grundkästen aus dem Bestand des Berliner Landesinstituts für Schule und Medien (LISUM) für die ich mich an dieser Stelle bedanke. Die notwendige Software ist im Internet frei verfügbar und wurde von mir auf den Schulrechnern installiert. Dies war im Einzelnen

- die JAVA Programmierumgebung SDK, die ein Programmieren in Java auf Rechnern im Windows System ermöglicht (http://java.sun.com/),
- die Entwicklungsumgebung BlueJ, welche das Programmieren und partielle Testen von Programmteilen gerade für Schüler vereinfacht (www.BlueJ.org),
- das Java Betriebssystem LEJOS für das Mindstorms System, das zunächst auf den jeweiligen RCXen aufgespielt werden muss (http://lejos.sourceforge.net),
- das „BlueJ Mindstorms Tool“ BJMT, eine Erweiterung des BlueJ Systems, das die direkte Nutzung der LEJOS Funktionen von der Programmoberfläche BlueJs ermöglicht (http://ddi.uni-paderborn.de/mindstormstools/bjmt) und
- die RCXTools, die einzelne Motoren und Sensoren des RCX direkt ansteuern lassen und so zum Testen der gebauten Roboter vor der Programmierung der Software dienen (http://rcxtools.sourceforge.net/).

Insgesamt stehen im Otto-Nagel-Gymnasium drei Computerräume zur Verfügung, die jeweils unterschiedliche Sitzordnungen aufweisen. Im Kursraum (016) sind die Tische wie oben erwähnt in U-Form angeordnet und die Monitore nach innen orientiert. Im später ebenfalls genutzten Nebenraum (017) sind die Computer hingegen jeweils vor den Außenwänden aufgebaut und in der Mitte des Raumes stehen mehrere Tische, die als Arbeitsfläche genutzt werden können, was sich besonders dann anbietet, wenn die Programmierung in den Hintergrund tritt. Im dritten Raum sind die Tische in Reihen angeordnet und die Computer nach vorne zur Lehrerpult orientiert.³¹

3.2 Sachanalyse und didaktische Reduktion

Wie auf Seite 10 bereits erwähnt forderte der noch gültige alte Rahmenplan Informatik 30 für den Kurs „in 2.1“ die „Konstruktion eines Programmsystems zur Dateiverwaltung“ mit einem Umfang von 30 Stunden in einem „Kurzprojekt“ zu behandeln.³² Da die Schüler sich im ersten Halbjahr bereits mit Dateiverwaltung beschäftigt hatten, aber damals kein Projekt durchgeführt worden war, konnte dieses Kurzprojekt in den Bereich der Robotik verlegt werden, der explizit im Rahmenlehrplan gar nicht erscheint.

[...]

¹ In dieser Arbeit wird aus Gründen der sprachlichen Einfachheit generell die maskuline Form gewählt, gemeint sind jedoch stets beide Geschlechter.

² Vgl. KLIPPERT, S. 20.

³ LEGO® und MindstormsTM sind eingetragene Warenzeichen der LEGO Gruppe.

⁴ Roberta ist ein Projekt des Fraunhofer Institut für Autonome Intelligente Systeme (AIS); weitere Informationen unter www.roberta-home.de.

⁵ KLIPPERT, S. 14.

⁶ EDELSTEIN, S. 8.

⁷ EDELSTEIN, S. 9.

⁸ Vgl. MEYER , S. 245.

⁹ Vgl. KLIPPERT, S. 35.

¹⁰ BRÜNING, S. 20.

¹¹ KLIPPERT, S. 22.

¹² BRÜNING, S. 23.

¹³ Für eine ausführlichere Beschreibung siehe SCHREIBER , S. 4f.

¹⁴ Siehe Abbildung auf der Titelseite dieser Arbeit.

¹⁵ Für eine genauere Spezifikation siehe MAGENHEIM/SCHEEL, S. 41, und KOERBER , S. 66ff.

¹⁶ Vgl. ABEND, S.9.

¹⁷ Vgl. TEMPELHOFF (1), S.4f.

¹⁸ Informationen zum Wettbewerb auf http://www.robocop.de/junior/ (gelesen am 21.08.2005).

¹⁹ Vgl. ABEND, S. 41 und SCHREIBER , S. 47.

²⁰ Berliner Verein zur Förderung des mathematischen und naturwissenschaftlichen Unterrichts e.V.

²¹ LANDOLT, S. 39.

²² Dies bringt das Problem mit sich, dass die Verwendungsrechte der Software nicht geklärt sind.

²³ TEMPELHOFF (2), S. 24.

²⁴ Vgl. LANDOLT, S. 37.

²⁵ Vgl. Preisliste der LPE Medien, exklusiver Anbieter der LEGO Educational Division in Deutschland, im Internet unter http://technik-lpe.info/LEGO/Schulprogramm/Preisliste (gelesen am 01.09.2005).

²⁶ Schreiber, S. 5.

²⁷ RAHMENPLAN INFORMATIK, S. 24.

²⁸ RAHMENPLAN INFORMATIK, S. 31.

²⁹ Weiterer Bezug zum Rahmenplan ab Seite 12.

³⁰ Vgl. CURRICULARE VORGABEN .

³¹ Dieser Raum wurde im Verlauf dieser Reihe nie genutzt.

³² Vgl. RAHMENPLAN , S. 25.