Robotik und Coding im Schulunterricht - Die Sprache der Computer lernen

Was früher noch unmöglich erschien ist mittlerweile völlig realistisch: Roboter, die Arbeitsabläufe übernehmen und uns Menschen somit das Leben erleichtern. Auf viele wirkt dies nach wie vor befremdlich, doch zugleich löst Robotik auch Faszination aus. Nun, da die Gelder aus dem Digitalpakt für eine digitale Ausstattung von Schulen (bald) zur Verfügung stehen sollen, soll sich digitale Bildung nicht mehr nur auf den Informatikunterricht beschränken – der in einigen Bundesländern momentan lediglich als Wahlpflichtfach angeboten wird – sondern ihr Potential auf alle Fächer ausweiten. Denn auch an Schulen hat man die Bedeutung von Robotik erkannt und versucht Kinder Schritt für Schritt an die Thematik heranzuführen und Kompetenzen wie analytisches Denken zu fördern.
Für Lehrerinnen und Lehrer, die bisher eher wenige Berührungspunkte mit Robotik und Coding hatten, stellen wir diese Bereiche hier vor und zeigen ein paar der Vorteile auf, die Kenntnisse in diesen Bereichen mit sich bringen.

1. Häufig gestellte Fragen zu Robotik und Coding an Schulen
2. Ein kleiner Einblick in die Entwicklung der Robotik
3. Coding an Schulen
4. Faszination und Bedeutung
5. Welche Vorteile werden geboten?

Häufig gestellte Fragen zu Robotik und Coding an Schulen

Ein kleiner Einblick in die Entwicklung der Robotik

Der erste Industrieroboter wurde bereits 1960 von der Firma Unimation entwickelt. 10 Jahre später stellt das Stanford Research Institute dann den ersten autonomen mobilen Roboter vor. Laut einer Studie (Oktober 2018) belegt Deutschland mit 322 Industrierobotern auf 10.000 Beschäftigte am Robotermarkt Rang 3 weltweit und ist damit stark vertreten. Laut Prognosen sollen 2020 etwa 3,05 Millionen Industrieroboter weltweit im Einsatz sein. Wir haben die vier wichtigsten Roboterarten zusammengefasst:

1. Industrieroboter: Wie der Name bereits verrät, werden diese in der Industrie eingesetzt und sind meist nicht mobil, sondern fest montiert. Diese kommen beispielsweise in der Automobilbranche bei der Montage von Teilen zum Einsatz.

Die folgenden 3 Arten fallen in die Kategorie der autonomen mobilen Roboter:

2. Serviceroboter: Diese finden sowohl privat, als auch professionell Gebrauch und helfen Menschen beispielsweise bei Haushaltsaufgaben wie Staubsaugen, Rasenmähen oder anderen Reinigungsarbeiten.
3. Humanoide Roboter: Diese Roboter ähneln aufgrund ihrer künstlichen Arme und Beine dem menschlichen Aussehen und sollen mit dem Menschen kommunizieren und interagieren können. Es geht also nicht nur primär darum Arbeit zu ersparen sondern auch den emotionalen Aspekt zu beachten. Besonders für Pflegepersonal in sozialen Berufen könnte dies eine grosse Entlastung sein.
4. Erkundungsroboter: In Situation, die eine Gefährdung für den Menschen darstellen, sind Roboter eine sinnvolle Alternative. Dies ist beispielsweise bei der Entschärfung von Bomben oder diversen Rettungsaktionen der Fall.

Auch die speziell für Schulen entwickelten Robotik-Sets ermöglichen es den Schülerinnen und Schülern häufig, ihre Roboter zu gestalten, selbst zusammenzubauen, eine sinnvolle Programmierung für ihr Ziel zu erstellen und den Roboter dadurch zu instruieren, was er tun soll.

Coding an Schulen

Computer können heute die unglaublichsten Aufgaben erfüllen und haben diverse Fähigkeiten. Das Tolle: Wir können ihnen sagen, was sie tun sollen! Allerdings ist es dafür nötig, die Sprache der Computer zu lernen. Dazu benötigen Schülerinnen und Schüler Fähigkeiten im Coding bzw. Programmieren.

Je nach Komplexität des Codes sind verschiedene Ziele möglich: So kann auf der einen Seite ein kleiner Roboter durch eine Abfolge von Steuertasten dazu gebracht werden, einen bestimmten Weg zurückzulegen oder ein Computerspiel auf der anderen Seite mithilfe einer komplexen Programmiersprache entwickelt werden.

Computer sprechen aber mehr als eine Sprache: JavaScript, PHP, Scratch, Python, Java, C, C++, C#, … Die Liste der Programmiersprachen liesse sich ohne Probleme noch weiter führen. Je nachdem was man programmieren möchte und welches Ziel man hat, wird eine geeignete Programmiersprache gewählt. Da sich die meisten Sprachen recht ähnlich sind, ist es leichter, weitere zu lernen, wenn man bereits eine beherrscht.

Eine gute Programmiersprache für den Einstieg ist Scratch, die speziell für Kinder und Jugendliche entwickelt wurde. Anhand des einfach gehaltenen Aufbaus können Schülerinnen und Schüler die grundlegenden Funktionsweisen erlernen. Mit diesen Basics fällt es ihnen später leichter, komplexere Sprachen zu lernen.

Faszination und Bedeutung

Roboter scheinen bei Schülern und Schülerinnen extrem gut anzukommen – schliesslich gibt es mittlerweile Robotermeisterschaften, bei denen sich die Nachwuchs-Forscher messen. Ein Grund für die Faszination ist vermutlich die Tatsache, dass ein technisches Gerät durch selbst erstellte Programmierung völlig autonom Aufgaben erledigen kann und dabei das digitale Spiegelbild des Menschen ist. So ganz ersetzen können uns diese allerdings noch nicht – denn der zwischenmenschliche Aspekt bleibt unberücksichtigt.

Da Robotik immer relevanter und gefragter wird, ergibt es Sinn, Schüler und Schülerinnen schon früh mit der Thematik vertraut zu machen. Durch die digitale Revolution sind technische Schlüsselqualifikationen immer gefragter. Immer mehr ausführende Tätigkeiten sollen zukünftig von Robotern übernommen werden. Viele Berufe werden dadurch weniger relevant, jedoch entsteht zugleich eine hohe Nachfrage für Berufe bezüglich der Wartung und Kontrolle der Roboter. Derzeit können sich Softwareentwickler, Informatiker, Programmierer und Coder ihren Job aussuchen und der Bedarf scheint in Zukunft nicht kleiner zu werden. Es schadet daher nicht, Kinder frühzeitig für Technik zu begeistern und deren Interesse an einer technischen Ausbildung zu wecken. Robotik ist demnach ein wichtiger Bestandteil der digitalen Bildung.

Welche Vorteile bietet Robotik und Coding an Schulen?

Der Einstieg in die Robotik findet selbstverständlich Schritt für Schritt und kindgerecht statt. Auch für Anfänger ist das Zusammenbauen und Programmieren eines Roboters kein Hexenwerk! Insbesondere der Aspekt der einfachen Informationsvermittlung war der Grund, dass wir unsere neue Produktreihe eduBotics ins Leben gerufen haben. Welche 8 Vorteile damit einhergehen, haben wir hier für Sie aufgelistet:

1. Schülerinnen und Schüler verstehen, wie digitale Technologien funktionieren:

   Kinder und Jugendliche sind ganz gut darin, Apps, Spiele und andere digitale Möglichkeiten v.a. zur Unterhaltung zu nutzen – wie sie wirklich funktionieren wissen sie aber in der Regel nicht. Beim Coding wird nicht nur theoretisch erklärt, was z.B. Algorithmen sind, sie arbeiten selbst mit ihnen. Ein besseres Verständnis für die Abläufe, Funktionsweisen und Gesetzmässigkeiten im Hintergrund wird so möglich. Das führt zu mehr Mündigkeit und ermöglicht es ihnen, sich selbstbestimmt in der digitalen Welt zu bewegen.

2. Computational Thinking:

   Beim Programmieren üben sich die Schülerinnen und Schüler darin, Probleme, auf die sie stossen, in kleinere Teilbereiche zu gliedern, um eine Lösung durch eine Analyse der so übersichtlicher gewordenen Daten zu ermöglichen und Muster zu erkennen. Diese Fähigkeit, ein Problem abstrakt darzustellen sowie das Entwickeln und Planen einzelner Arbeitsschritte zur Problemlösung bringt einen Nutzen, der weit über den Bereich des Coding hinausreicht.

3. Problemlösendes Denken:

   Das Suchen nach Lösungswegen fördert die Problemlösungskompetenz. Auch der Umgang mit offen gehaltenen Fragestellungen wird erlernt. Die Kinder und Jugendlichen lernen, mit Misserfolgen umzugehen, trotzdem bei der Sache zu bleiben und andere Lösungswege zu finden.

4. Anschaulicher Unterricht mit automatischer Fehlerrückmeldung:

   Durch Visualisierungen verstehen Schülerinnen und Schüler Unterrichtsinhalte besser. Zudem sind die Roboter spannend, was eine Anfangsmotivation für die Arbeit mit ihnen mit sich bringt. Die Rückmeldung, ob die Schülerinnen und Schüler die Aufgaben korrekt lösen, übernimmt der Roboter: bewegt er sich nicht oder fährt in die falsche Richtung, muss etwas falsch gelaufen sein…

5. Fehler sind wichtig, um zu lernen:

   Während Fehler nicht nur im schulischen Kontext meist als etwas Negatives angesehen werden, machen die Schülerinnen und Schüler beim Umgang mit ihren Robotern die Erfahrung, dass Fehler wichtig sind, um Dinge zu verstehen und ihre Programmierung zu verbessern. Ein positiv geprägter Umgang mit Fehlern und Rückschlägen ist für ihren weiteren Lebensweg überaus hilfreich! Mit dieser Erkenntnis wird auch die Angst vor Technik genommen und das Durchhaltevermögen trainiert.

6. Selbstständig Projekte bearbeiten:

   Natürlich sind besonders am Anfang Hilfestellungen nötig, doch das Ziel ist es, dass die Schülerinnen und Schüler lernen, die Robotik-Projekte weitestgehend selbstständig zu bearbeiten. Die besten Teams können sich in Robotik-Challenges bzw. Roboter-Wettbewerben (z.B. FIRST® LEGO® League Junior, World Robot Olympiad) messen, die inzwischen immer häufiger veranstaltet werden.

7. Teamfähigkeit wird gestärkt:

   Beim Programmieren arbeiten Schülerinnen und Schüler meist in Teams zusammen, was ihre soziale Kompetenz und die Teamfähigkeit stärkt. Jeder kann seine Stärken einbringen, lernt, sich auf andere zu verlassen, zu kommunizieren, Rücksicht zu nehmen und mit Kritik umzugehen. Gerade gemischte Teams mit Jungen und Mädchen sind oft erfolgreicher und harmonieren besser, wie ein Lehrer einer Robotik-AG gegenüber Schule online berichtet.

8. Förderung der Kreativität:

   Die verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten und das selbstständige Lösen von Problemen in Aufgabenstellungen setzen eine gewisse Kreativität voraus und fördern diese. Die Schülerinnen und Schüler können eigene Ideen entwickeln, austesten und verbessern. Klappt eine Konstruktion oder ein Programm nicht beim ersten Versuch (und das ist häufig der Fall), müssen sie nach alternativen Lösungswegen suchen, um an ihr Ziel zu kommen.

Der grösste Vorteil, den Fähigkeiten in Coding und Robotik für Schülerinnen und Schüler mit sich bringt: Sie können digitale Technologien und Anwendungen nicht nur bedienen, sondern selbst gestalten!