Das vorliegende Unterrichtskonzept nutzt, als didaktische Grundlage Deweys pragmatische Lerntheorie und dient dazu SchülerInnen der dritten und vierten Klasse Volksschule im Wahlfach Informatik die Thematik Algorithmus grundlegend zu erklären. Mithilfe des spielerischen Lernens sollen die TeilnehmerInnen ein Verständnis dafür entwickeln, welche Algorithmen sie bereits im Alltag einsetzen und das digitale Anwendungen, so viele alltägliche Abläufe ebenfalls aus einer Abfolge von Anweisungen bestehen.

Algorithmus, pragmatische Lerntheorie, Wahlfach Informatik, spielerisches Lernen
Volksschule, 3.-4. Klasse

Geeignet für: Schulunterricht

• Alter: 8-10 Jahre
• Schulform und Fach: VS, Wahlfach Informatik
• Schulstufe: 3.-4. Klasse Volksschule
• Gruppengröße: 17 bis zu 20
• (zusätzlich Integration) Sprachkenntnisse Deutsch: Fortgeschritten

• AutorInnen: Viktoria Dirry
• Rückfragen bitte an: Viktoria Dirry (v.dirry@aon.at)
• Lehrveranstaltung: Didaktisches Design in der Informatik, Wintersemester 2016, bei Prof. Renate Motschnig
• Datum der Erstellung: 12. November 2016

Für das Konzept müssen die folgenden Vorraussetzungen von Lernenden und Lehrenden erfüllt sein.

• Kenntnisse der Lehrenden:
  • Kenntnis 1: allgemeines Verständnis für die Thematik Algorithmen
• Vorbereitungsaufwand: 12 Std
• Raum und Ausstattung:
  • Tische
  • PC's/Laptops
• Software
  • MS Paint 2010
  • Hamster-Simulator Version 2.9

SchülerInnen benötigen folgenes Vorwissen:

• Nach Rezept etwas gekocht
• Ein Modell aus einem Überraschungsei nach Anleitung selbst gebaut
• Etwas aus Lego nach einer Anleitung gebaut
• Spielregeln eines Spiels gelesen
• Selbst jemandem ein Spiel erklärt
• Nach einer Bastelanleitung etwas gebastelt

Dauer: 5 Minuten Die Vortragende stellt sich selbst in aller Kürze vor und den SchülerInnen wird verdeutlicht, dass sie die Lehrende mit ihrem Vornamen ansprechen dürfen. Die Lernenden werden dazu aufgefordert ihre Namen auf einem Stück Papier zu notieren, welches sie im Anschluss vor sich aufstellen sollen damit es der Lehrenden ermöglicht wird die Kinder ebenfalls mit ihren Namen anzusprechen.

Dauer: 25 Minuten Im Frontalunterricht wird den Lernenden zunächst erklärt, dass sie sich in der aktuellen bzw. darauffolgenden Doppelstunde mit dem Thema „Algorithmen“ beschäftigen. Es wird nachgefragt, ob einem der Kinder bereits bekannt ist, was genau unter einem Algorithmus verstanden werden kann. Zur Aufklärung aller Lernenden wird angeführt, dass ein Algorithmus einfach gesagt, ein Ablauf, der mithilfe von vorgegebenen Regeln funktioniert. Als Beispiele für alltägliche Algorithmen wird angeführt, dass bereits Kommandos wie „Sei jetzt leise!“ oder komplexere Instruktionen wie „Wenn du bis Zehn gezählt hast, dann kannst du beginnen die anderen Kinder während dem Versteckspiel zu suchen“.

Ergänzend wird eine Befragung durchgeführt, welche der folgenden Aktivitäten bereits von den Lernenden durchgeführt wurde. Diese Liste kann natürlich auch reduziert werden, wenn alle SchülerInnen bereits zu verstehen gegeben haben, dass sie einen der genannten Algorithmen bereits verwendet haben.

• Ein Modell aus einem Überraschungsei nach Anleitung selbst gebaut
• Etwas aus Lego nach einer Anleitung gebaut
• Spielregeln eines Spiels gelesen
• Selbst jemandem ein Spiel erklärt
• Nach einer Bastelanleitung etwas gebastelt
• Nach Rezept etwas gekocht

Um den SchülerInnen einen effektiveren Überblick über die abzufragenden Aktivitäten bzw. eine aktivere Teilnahme anzuregen wird ein(e) AssistentIn aus den Lernenden zur Erfassung der Häufigkeiten erwählt bzw. eine vorbereitete Tabelle auf der bereitgestellten Smarttafel angezeigt. Die Häufigkeiten werden von der Lehrenden erfasst und anschließend von der Assistentin mithilfe der Smarttafel notiert. Am Ende der Erfassung wird die Assistentin mit einem Applaus aller Anwesenden wieder auf ihren Platz entlassen.

Zur abschließenden Verdeutlichung des vorliegenden Szenarios werden die Lernenden dazu befragt welchen Ablauf sie während des Anziehens ihrer Kleidung anwenden. Als Hilfsmittel wird abermals die Smarttafel verwendet. Der Lehrende zeichnet zunächst ein schemenhaftes Strichmännchen, welches mithilfe der Mitarbeit der Lernenden vollständig angezogen werden soll.

Dauer: 25 Minuten Es werden zunächst Arbeitsgruppen aus zwei Personen gebildet. Die Teams werden anschließend dazu aufgefordert einen der beiden Computer auf ihren Plätzen einzuschalten und das Grafikprogramm Paint zu öffnen. Die TeilnehmerInnen sollen sich nun vorstellen, dass einer der beiden SchülerInnen pro Arbeitsgruppe zunächst die Rolle eines Malroboters einnimmt und der andere die Anweisungen an den Malroboter vorgibt Während der Durchführung der Anweisungen soll der Malroboter vom Anweisungsgeber, jedoch nicht korrigiert werden. Nach der Fertigstellung soll die Lehrende mithilfe eines „geheimen“ Klopfzeichens darüber informiert werden, dass die erste Teilaufgabe vollständig abgeschlossen ist. Zur Durchführung der ersten Teilaufgabe des Malroboters wird das Arbeitsblatt A an den Anweisungsgeber ausgehändigt.

Zur Erklärung der zu nutzenden Werkzeuge in Microsoft Paint bzw. zum besseren Verständnis der Anweisungen wird dem aktuellen Malroboters eine unterstützende Legende ausgehändigt.

Bilddatei fehlt - konnte nicht hochgeladen werden, aufgrund fehlender Berechtigung

Im Anschluss an die Fertigstellung von Arbeitsblatt A wird der Malroboter von der Lehrenden dabei unterstützt, dass zuvor gezeichnete Bild erfolgreich abzuspeichern. Nun wird der Arbeitsgruppe mitgeteilt die Rollen zu tauschen und Arbeitsblatt B wird ausgehändigt.

Nach dem Abschluss von Arbeitsblatt B unterstützt die Lehrende abermals bei der Speicherung der Zeichnung und beide erstellten Arbeitsmaterialien werden auf einem USB-Stick gespeichert, um diese abschließend auswerten zu können.

Dauer: 15 Minuten Im Zuge des ersten Teils der „Hamster-Programmierung“ besteht die Aufgabe darin den Spielplan eines Brettspiels korrekt aufzubauen. Für den Verlauf der gesamten Aufgabenstellung verbleiben die Teilnehmer zwar in den zuvor festgelegten Arbeitsgruppen und dürfen miteinander kommunizieren, jedoch soll jede SchülerIn ihr eigenes Brettspiel aufbauen.

Je nachdem, ob die einzelnen Arbeitsgruppen zeitgleich oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten die Aufgabenstellung „Malroboter“ fertigstellen erfolgt die Einführung der Lehrenden bzw. die Aushändigung der Arbeitsmaterialien entweder pro Arbeitsgruppe oder zum selben Zeitpunkt für alle SchülerInnen.

Ein Brettspiel für die „Hamster-Programmierung“ besteht aus folgenden Komponenten:

• ein Spielplan
• einer Spielfigur
• zwölf Spielkärtchen mit Körnern
• sechzehn Spielkärtchen mit Mauern
• 12 Kärtchen mit dem Befehl nimm();
• 100 Kärtchen mit dem Befehl vor();
• 50 Kärtchen mit dem Befehl schaue nach oben();, schaue nach unten();, schaue nach links();, schaue nach rechts();

Für den Aufbau des Spielplans erhalten die SchülerInnen eine kurze Erklärung hinsichtlich der Platzierung eines Kärtchens auf dem Spielplan bzw. eine Anleitung mit Angaben, wo die einzelnen Spielelemente platziert werden sollen.

Zum Aufbau des Spielplans werden den Kindern in ihrer Spielanleitung Positionierungen auf dem Spielplan vorgegeben, welche sie dann selbstständig nachempfinden müssen.

• D7, D8, D9
• B4, C4, D4
• B5, C5, D5
• G7, H7, I7
• G3, G4, G5, G6

• F5
• G8
• B2, C2
• B3, C3
• H4, H5, H6
• I4, I5, I6

• B7 schaue nach rechts();

Dauer: 50 Minuten Während des zweiten Abschnitts der Hamster-Programmierung ist es die Aufgabe der TeilnehmerInnen die auf dem Spielplan platzierten Körner mit der Spielfigur, so effizient wie möglich, einzusammeln. Um die Spielfigur über den Spielplan zu bewegen stehen den SchülerInnen folgende Befehle zur Verfügung:

• schaue nach oben(); - Drehe den Hamster so, dass er nach oben blickt
• schaue nach unten(); - Drehe den Hamster so, dass er nach unten blickt
• schaue nach rechts(); - Drehe den Hamster so, dass er nach rechts blickt
• schaue nach links(); - Drehe den Hamster so, dass er nach links blickt
• nimm(); - Nimm von der Kachel, auf der du gerade stehst, das Kärtchen mit den Körnern auf
• vor(); - Hüpfe mit dem Hamster ein Feld in Blickrichtung nach vorne

Mithilfe dieser Befehle sollen die Kinder nun folgenden Anweisungen folgen: Du kannst frei wählen, welche Befehle du nacheinander einsetzt. Versuche aber mit deinem Hamster so schnell, wie möglich die Körner einzusammeln. Sobald du ein Kärtchen mit Körnern eingesammelt hast, nimm die Befehle die du dafür benötigst hast und staple sie vom ersten bis zum letzten.

1. Sammle die Körner auf dem Feld G8 ein
2. Als nächstes sammle die Körner auf dem Feld F5 ein
3. Sammle nun die Körner auf den Feldern H4 bis H6 und I4 bis I6 ein
4. Zum Abschluss soll der Hamster die Körner auf den Feldern C2, B2, C3 und B3 ein

Dauer: 40 Minuten Dieser Abschnitt wird zeitgleich mit dem zweiten Teil der Hamster-Programmierung durchgeführt. Mithilfe der Anwendung Hamster-Simulator Version 2.9 ist es zunächst die Aufgabe des Lehrenden den für die SchülerInnen vorgegebenen Spielplan nachzuempfinden, damit ein idealer Vergleichswert zwischen Brettspiel und digitaler Anwendung für die SchülerInnen geschaffen wird.

Anschließend werden die TeilnehmerInnen paarweise vom Spielplan abgezogen und sie werden dazu aufgefordert die gleichen Aktionen, wie im Brettspiel, im Zuge der digitalen Anwendung auszuführen. Nach wenigen Minuten kehren die Teams wieder zu ihren Plätzen zurück, um sich ausführlicher mit der Entwicklung der Algorithmen im Zuge des Brettspiels zu beschäftigen.

Dauer: 25 Minuten Um abschließend einen Rahmen zwischen der Anwendung von „Algorithmen“ im Alltag bzw. im Zuge digitaler Anwendungen spannen zu können werden die TeilnehmerInnen zunächst aufgefordert auf dem PC vor ihnen ein Minispiel zu testen und dessen Regeln zu notieren. Diese Informationen bilden die Grundlage für das Verständnis, dass auch digitale Anwendungen einem Regelwerk folgen. Anschließend wird zum Abschluss der beiden Doppelstunden eine textuelle und graphische MindMap erstellt, welche die bereits bekannten digitalen bzw. alltäglichen Algorithmen wiederspiegelt.

Aktuell gibt es für das Wahlfach Informatik leider keine Lehrpläne, weshalb eine Verankerung nicht festgelegt werden kann.

Die SchülerInnen sollen ein Verständnis dafür entwickeln, dass Algorithmen in übergeordneten Zusammenhängen eingebettet sind. Dazu werden Abläufe thematisiert, welche den Kindern bereits aus ihrem alltäglichen Leben bekannt sind. Dieser didaktische Ansatz soll dazu dienen erste gedankliche Verknüpfungen zwischen natürlichen und digitalen Abläufen zu bilden. Gemäß Bruner orientieren sich die Ziele der vorliegenden Unterrichtseinheiten an den „Fundamentalen Ideen“ des Algorithmus, weshalb den Kindern anhand von vorgegebenen „Anweisungen“ beziehungsweise der Option selbst eine Abfolge von Anweisungen zu entwickeln, die Arbeitsweise von Programmen mithilfe kindgerechter Arbeitsmittel verdeutlicht werden soll. Um ebenfalls einen hardwareorientierten Ansatz zu verfolgen wird den SchülerInnen in Zusammenarbeit mit dem Vortragenden verdeutlicht, wie der von ihnen „programmierte“ Ablauf im Rahmen eines Brettspiels mithilfe der dazugehörigen technischen Hilfsmittel realisiert werden kann. Zur Reflexion der Unterrichtsinhalte werden abschließend zur Realisierung eines anwendungsorientierten Ansatzes typische digitale Anwendungen beziehungsweise deren Arbeitsweise aus dem Alltag der SchülerInnen gemeinschaftlich erläutert und mithilfe einer Mindmap festgehalten.

Quelle: Schubert, Sigrid/Schwill, Andreas (2011): Didaktik der Informatik. Zweite Auflage. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag.

Um ermitteln zu können, ob die vorgegebenen Kompetenzen erfolgreich an die Lernenden vermittelt werden konnten fließen folgende Ergebnisse in die Bewertung ein:

• Ausführung der Anweisungen im Rahmen der Malroboter-Zeichnungen
• Aufbau des Spielplans beim Brettspiel „Hamster-Programmierung“
• Anordnung und Effizienz des selbstentwickelten Algorithmus im Rahmen des Brettspiels „Hamster-Programmierung“
• Vorgabe der Anweisungen im Rahmen der Anwendung „Hamster-Programmierung“
• erstellte Mindmap im Rahmen der Reflexion
• aktive Mitarbeit währen der einzelnen Teilaufgaben

Konnten bei der Erstellung dieses Eintrags noch nicht hochgeladen wird. Kann aber gerne nach der Freigabe der Option „Bilder und Dateien hinzufügen“ nachgeholt werden.

• Einführung in alltägliche Algorithmen und Malroboter
• Spielerisches Erlernen der Programmierung mit dem Java-Hamster-Modell
• Anwendung Hamster-Programmierung Version 2.9

Charlier, Siegfried (2001): Grundlagen der Psychologie, Soziologie und Pädagogik für Pflegeberufe. Stuttgart, Georg Thieme Verlag. Reich, Kersten (2005): Konstruktivistische Didaktik auf dem Weg, die Didaktik neu zu erfinden. In: Voß, Reinhard (Hrsg.). Lernlust und EigenSinn. Heidelberg, S. 179-190. Reich, Kersten (1998): Thesen zur konstruktivistischen Didaktik. In: Pädagogik. 50, 7-8/1998, S. 42-46. Schlag, Bernhard (2013): Lern- und Leistungsmotivation. 4., überarbeitete und aktuali-sierte Auflage. Wiesbaden: Springer Fachmedien. Schubert, Sigrid/Schwill, Andreas (2011): Didaktik der Informatik. Zweite Auflage. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag.

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