2. Schulpraktisches Seminar Treptow-Köpenick (Berlin)

Schriftliche Prüfungsarbeit
im Rahmen der
zweiten Staatsprüfung
für das Amt des Studienrates

Lego-Roboter im Informatikunterricht

Oliver Wagner

Inhaltsverzeichnis

1. Eine Provokation als Einleitung ... 3

2. Kooperation in der Theorie und Mindstorms in der Praxis ... 5

2.1 Kooperationsvermögen in der Schule ... 5
2.2 Das LEGO Mindstorms System ... 7

3. Die Planung einer Unterrichtsreihe ... 10

3.1 Darstellung der Unterrichtsvoraussetzungen ... 10
3.1.1 Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen in der Lerngruppe ... 10
3.1.2 Unterrichtsvoraussetzungen im Bereich Schülerkooperation ... 11
3.1.3 Unterrichtsvoraussetzungen technischer Art ... 12
3.2 Sachanalyse und didaktische Reduktion ... 12
3.3 Besondere Hilfestellung durch Programmgerüste ... 16
3.4 Methodische Entscheidungen ... 18
3.5 Arbeitsaufträge an die Gruppen ... 19
3.5.1 Gruppe Ladestation ... 20
3.5.2 Gruppe Transportzug ... 21
3.5.3 Gruppe Regalstation ... 23
3.6 Synopse ... 25

4. Kooperation in Maßen – verwendete „Messinstrumente“ ... 26

4.1 Lehrerbeobachtung ... 26
4.2 Selbst- und Fremdeinschätzungen der Schüler ... 27
4.3 Selbstbewertungen der Schüler ... 28
4.4 Die Schülertagebücher ... 29
4.5 Das Arbeitsergebnis als Feedback ... 30

5. „Action!“ 4 Die Durchführung des Projektes ... 31

5.1 Einführung und Einarbeitungsphase ... 31
5.2 Koordinierungsphase ... 32
5.3 Hauptarbeitsphase ... 33
5.4 Abschlussphase ... 34

6. Beobachtungen und Analyse ... 35

6.1 Selbsteinschätzungen der Schüler ... 35
6.2 Fremdeinschätzungen der Teamfähigkeit ... 37
6.3 Lehrerbeobachtungen und Schülertagebuch ... 39
6.4 Gesamtergebnis ... 41

7. Fazit und Zukunftsmusik ... 42

8. Verwendete Literatur ... 45

9. Anhang ... 47

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: Ein RCX mit Leseaufforderung (nur in der Download-Version verfügbar)

2. Kooperation in der Theorie und Mindstorms 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

[...]

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. LEGO Roboter im Informatik Unterricht 1. Eine Provokation
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. LEGO Roboter im Informatik Unterricht 2. Kooperation und LEGO Mindstorms