Interagieren, Strukturieren & Programmieren – mia4u.ch – Orientierungsrahmen Digitale Medien / Aargau

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Unterrichtsideen

Materialien

Kompetenzaufbau

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Future Past: Visuelle Experimente mit KI-unterstützter Bildgenerierung
Wenn Leonardo da Vincis Skizzenbuch einen Computer zeigt und Pablo Picasso sein Handy auf Leinwand gebannt hat, war wohl künstliche Intelligenz mit im Spiel.Künstliche Intelligenz erweitert die Möglichkeiten der Bildgenerierung auf eine Weise, welche Bildmanipulationen mit traditioneller Bildbearbeitungssoftware oder Techniken wie Green Screen weit übertrifft. Während klassische Programme auf manuelle Anpassungen und vorgegebene Filter beschränkt sind, können KI-Modelle Bilder entlang von Vorgaben (Prompts) beliebig aufbauen und weiterentwickeln. Für das Bildnerische Gestalten ergeben sich hier neue Möglichkeiten für visuelle Experimente, die auf herkömmlichem Weg nur schwer umzusetzen wären – und das mit relativ geringem Zeitaufwand. Durch die Weiterbearbeitung des KI-generierten Bildes von Hand erfolgt ein weiterer korrigierender oder erweiternder Gestaltungsschritt. So entsteht in diesem Unterrichtsbeispiel eine interaktive Auseinandersetzung mit Kunst.Versteckt in diesem Unterrichtsbeispiel findet sich zudem die Gelegenheit, die Schüler*innen mit Kunstepochen in Berührung zu bringen.
Roboterbesuch im Kindergarten
Mit dieser Unterrichtseinheit sammeln die Schülerinnen und Schüler auf der Kindergartenstufe spielerisch erste Programmiererfahrungen. Die Einheit beginnt mit dem gemeinsamen Aufbau eines Roboters aus einem Bausatz, den die Kinder in einem Paket finden. Ein QR-Code im Roboterbauch führt zu interaktiven Botschaften, die die Kinder auf die Ankunft des einfach zu bedienenden Bodenroboters Blue-Bot vorbereiten. Mittels verschiedener Spielformen erlernen die Kinder das Konzept sequentieller Schritte zur Wegfindung. Sie üben, den Blue-Bot zu programmieren und durch ein Raster zu navigieren, und nutzen dessen Zeichenstift-Funktion für kreative Aufgaben. Abschliessend zeichnen und animieren die Kinder eigene Roboter, die sie mit der App «ChatterPix» zum Leben erwecken. Die Schülerinnen und Schüler machen in einem handlungsorientierten Rahmen vielfältige Erfahrungen mit aktuellen Informatik- und Medienthemen. Durch den Dialog mit einem (selbstgebauten) Roboter sind die Aufgabenstellungen zielstufengerecht eingebettet. Die Kinder lernen in der Arbeit mit dem Blue-Bot, einen Ablauf in Teilschritte zu unterteilen und in standardisierte Befehle zu übersetzen. In vielen begleitenden Aufgabenstellungen wird gebastelt, gezeichnet und getüftelt, und Reflexionsfragen rund um Robotererfahrungen im Alltag der Kinder runden die Unterrichtseinheit ab. Die Förderung eines technologischen Verständnisses und kreatives Denken gehen hier Hand in Hand.
Die unnötig-nötige Maschine
Unnötig – aber höchst vergnüglich: Eine Rube-Goldberg-Maschine erledigt eine bestimmte Arbeit konsequent – wenn auch in äusserst umständlicher Art und Weise. Die Chain-Reaction-Bahn führt ebenfalls nicht auf direktestem Weg zum Ziel, sondern folgt einem ausgeklügelten, verspielten Pfad zur Auslösung der gewünschten Aktion. Bei beiden Konzepten zählt weniger der praktische Nutzen der Maschine, sondern das Vergnügen, das sich beim Beobachten der Abläufe einstellt – und beim Entwickeln und Tüfteln sowieso!Ausgangspunkt der über 18 Lektionen (je 2 Lektionen alle zwei Wochen im Rahmen der Lektionen Medien und Informatik, bzw. informatische Bildung) führenden Unterrichtseinheit ist der Auftrag, eine Chain-Reaction-Bahn oder eine Rube-Goldberg-Maschine zu entwickeln, in welcher folgende Elemente vorhanden sind: ein autonomer Roboter zwei Sensoren ein Tonsignal, das automatisch ertönt oder ausgelöst wird ein Objekt aus einem 3-Drucker, ein Motor, der etwas bewegt (nicht identisch mit dem Roboter-Motor) Alles weitere ist frei – ausser dass der Brandalarm der Schule nicht ausgelöst werden darf …Wichtig ist das Verständnis dafür, dass das entwickelte Produkt den Status eines Prototyps hat. Es ist kein Anspruch an fehlerfreies Funktionieren oder eine anschliessende mediale Vermarktung damit verbunden. Fails und Fehler sind in diesem Prozess selbstverständliche Begleitung; zentral ist der Umgang damit.Die Entwicklung der Maschinen und Bahnen geschieht in Gruppen, basierend auf dem Konzept von agilem Unterricht. Mit diesem Beispiel wird gut nachvollziehbar, was sich hinter Schlagwörtern des agilen Arbeitens (und Unterrichtens) wie Kanban-Board, Tasks, Stand-up-Meetings, Pair-Programming und Pitches verbirgt.
Zahn um Zahn ein Zahnrad
Zahnräder faszinieren. Mehrere Zahnräder ergeben z. B. ein Getriebe, ein Uhrwerk. Dieses perfekte Zusammenspiel inspiriert zu einem Gruppenprojekt über insgesamt vier Doppellektionen in informatischer Bildung (bzw. Medien und Informatik):4er-Gruppen bauen basierend auf agilen Zusammenarbeitsformen ein Set von Zahnrädern. Jede Schülerin, jeder Schüler konstruiert dabei mit Blockprogrammierung in Tinkercad ein eigenes Zahnrad, jedes davon ist unterschiedlich gross. Die Gruppen erarbeiten den Weg hin zum funktionierenden Programm eigenständig. Sie tauschen ihre Fragen und geplanten Arbeitsschritte jeweils zu Beginn jeder Doppellektion in einem «stand-up meeting» aus und halten am Ende dieser Arbeitsphasen Lösungen und Probleme in Kürzest-Präsentationen, sogenannten «one minute-pitches», fest. Die Programmierung erfolgt nach den Regeln des «Pair-Programmings». Alle diese Methoden sind Teil eines agilen Arbeitsprozesses, eine detaillierte Erklärung dazu findet sich unter «Materialien für die Unterrichtsvorbereitung»Die programmierten Zahnräder werden sodann als Prototypen mit dem 3D-Drucker ausgedruckt und zu einem Gruppenresultat zusammengefügt, so dass sich beim Drehen eines Zahnrades alle Zahnräder mitbewegen – sinnbildlich für die Gruppe, die in agiler Arbeitsweise die ihr gestellte Aufgabe bearbeitet hat.Im Informatikunterricht hat das selbstständige Entdecken und eigenständige Problemlösen einen ebenso hohen Stellenwert wie das Vermitteln von Wissen und Methoden. Viele Programmieraufgaben lassen sich in einem ersten Schritt eigenständig angehen. Das Zusammentragen der dabei gemachten Erfahrungen führt zum Entdecken allgemeiner Lösungsstrategien.
Streng geheim – eine eigene Schrift erfinden
In den Sprachlehrmitteln wird die faszinierende Geschichte der Sprachen und der Erfindung der Schriften thematisiert (z.B. «Die Sprachstarken 4», Kapitel «Geheimschriften»). Die Schüler*innen erfahren, wie Informationen früher ausschliesslich mündlich weitergegeben wurden und damit anfällig für Veränderungen waren. Verschiedene Kulturen entwickelten Schriftsysteme als Mittel zur Kommunikation und zur dauerhaften Aufzeichnung von Informationen und nutzten dazu ursprünglich Bilder und Symbole. Später wurden Buchstaben als abstrakte Zeichen entwickelt, um Laute darzustellen und Wörter zu bilden. Unser Alphabet entstand in der römischen Zeit. Auch andere Völker haben ihre eigenen Alphabete entwickelt, wie das arabische, das kyrillische oder das griechische oder das hebräische. Wer diese Sprachen spricht und versteht, muss den Code dieser Schriftzeichen kennen, um sie lesen und schreiben zu können. In der hier vorgestellten Lernumgebung entwickeln die Schülerinnen und Schüler einen eigenen Geheimcode. Mit einem selbst erstellten Font (Schriftdatei) können so Botschaften am digitalen Gerät mit dieser Geheimschrift geschrieben werden.
Lerngespräche über das Programmieren
Mit der Kompetenzorientierung des Lehrplans 21 verändern sich die Beurteilungsanlässe. Es braucht eine Beurteilungs- und Rückmeldungskultur, die auf das Erreichen von fachlichen und überfachlichen Kompetenzen ausgerichtet ist. Das hier vorgestellte Lern- und Einschätzungsgespräch im Anschluss an eine längere Lektionseinheit zu Programmieren im Zyklus 2 zeigt ein gelungenes Beispiel einer transparenten Beurteilung mit formativen Anteilen. Auf das Setzen einer Note wird hierbei verzichtet.Mit anregenden und gehaltvollen Aufgabenstellungen rund um das Programmieren haben sich die Schülerinnen und Schüler der 5. Klasse viel neues Wissen über die Grundlagen des Programmierens erworben und dabei viele eigenständige Problemlösungen finden müssen. Die zum Schluss gesetzte Reflexion und Beurteilung nimmt diese Lernprozesse auf und rundet sie ab.
Binäre Spielereien mit Kopf und Hand
Das binäre Zahlensystem hat für die Informatik eine zentrale Bedeutung. Daten werden von digitalen Geräten mit Hilfe der beiden Schaltzustände «0» und «1» dargestellt und gespeichert. Obwohl im Modullehrplan Medien und Informatik nicht explizit erwähnt, bildet das Verständnis des binären Zahlensystems eine Grundlage für den Kompetenzbereiche Informatik. Spielerische Übungen lassen die Schülerinnen und Schüler mit diesem Zahlensystem experimentieren, so dass sie schliesslich in der Lage sind, Dezimalzahlen mit Hilfe von 0 und 1 darzustellen.
Intelligente Codes unplugged
«Computerscience Unplugged» beschreibt ein Vorgehen in der Informatikdidaktik, bei welchem Grundlagen der Informatik auf spielerische-handelnde Weise und ohne Computereinsatz vermittelt werden. Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit stellt einen verblüffenden «Zaubertrick» an den Anfang, um mit seiner Auflösung dem Prinzip hinter fehlerentdeckenden Codes auf die Spur zu kommen.Daten werden auf dem Computer in eine Folge von Bits, bestehend aus verschiedenen Kombinationen von «0» und «1», codiert. Bei der Daten-Speicherung und Übertragung können sich einzelne Fehler ereignen, sogenannte «bit flips», die allerdings mithilfe von intelligenten Codes entweder entdeckt oder sogar behoben werden können.Diese Art der Fehlerentdeckung- respektive Korrektur kann mit dem folgenden Zaubertrick erklärt werden: Die Schülerinnen und Schüler werden von der Lehrperson aufgefordert 16 schwarz-weisse Kärtchen in einer 4x4-Matrix hinzulegen und dabei eine möglichst unregelmässige schwarz-weiss Verteilung zu erreichen (siehe Abb. 1). Die Lehrperson studiert die aktuelle Verteilung und gibt vor, die Ausgangslage noch schwieriger machen zu wollen und ergänzt jeweils noch eine Zeile und eine Spalte, es entsteht eine 5x5-Matrix (siehe Abb. 2). Die Schülerinnen und Schüler werden aufgefordert, ein Kärtchen zu drehen und auf diese Weise einen Fehler einzubauen (siehe Abb. 3). Die Lehrperson muss während dem Drehen des Kärtchens wegsehen, aber findet anschliessend die veränderte Stelle sofort. Erraten die Schülerinnen und Schüler den Trick nicht, so wird dieser einige Male wiederholt.Erklärung für die Lehrperson:Mit den beiden ergänzenden Reihen sorgt die Lehrperson dafür, dass in jeder Zeile und in jeder Spalte eine gerade Anzahl schwarzer Kärtchen liegt. Wenn also in einer Zeile drei schwarze und eine weisse liegen, muss die ergänzende Karte schwarz sein (siehe Abb.2). Drehen die Schülerinnen und Schüler nun eine Karte um, ist die Anzahl der schwarzen Karten nicht mehr gerade und die Lehrperson weiss auf einen Blick, welche Karte verändert wurde (Abb. 4).Hintergrundwissen für die Lehrperson:Dieser Zaubertrick zeigt die Funktionsweise von intelligenten Codes auf: Die ursprüngliche Bitfolge wird mit einem weiteren Bit (= das Paritätsbit oder Prüfbit) gerade ergänzt. Bei der anschliessenden Paritätskontrolle wird darauf geachtet, ob tatsächlich alle Zeilen und Spalten, der mit «1» belegten Bits gerade sind. Ist dies nicht der Fall, so liegt ein Speicher- oder Übertragungsfehler vor und bei zweidimensionaler Parität (wie bei diesem Zaubertrick) kann das fehlerhafte Bit nicht nur entdeckt, sondern auch gleich «geflippt», also korrigiert werden.Grundsätzlich wird hier mit Redundanz gearbeitet: Die ursprünglichen Daten werden ergänzt, wobei diese Ergänzung keine eigentliche Information beinhaltet, sondern einzig der Fehlerentdeckung/-korrektur dient. Dieses Prinzip findet sich bei Codes, die wir aus dem Alltag kennen wie z.B. QR-Codes auf Flyer, EAN-Codes auf Produkten aus dem Warenhaus, ISBN-Codes auf Büchern und ähnliches.Wenn der Zaubertrick verstanden wurde, können anschliessend die unten empfohlenen Aufgaben aus dem Lehrmittel «Connected», respektive «Einfach Informatik» bearbeitet werden.
Sticker für Sticker Medienkompetenz aufbauen
Das MIA-Stickerheft entstand aus dem vielfach geäusserten Wunsch von Lehrpersonen des Zyklus 1 für ein kompaktes Werkzeug zur systematischen Förderung von Medien-, Informatik- und Anwendungskompetenzen. Diese Inhalte sollten ohne grossen zusätzlichen Recherche- und Vorbereitungsaufwand in den Unterricht integriert werden können.Insgesamt stehen mit dem MIA-Stickerheft 55 Aufgaben bereit, welche je mit einem Hörbeitrag eingeführt werden. Die liebevoll gestalteten Wimmelbilder mit Szenen aus dem Alltag der Kinder sowie die Möglichkeit des Sammelns und Einklebens von Stickern zielen darauf ab, bei den Kindern über eine längere Zeit Neugierde am Thema aufrechtzuerhalten. Die Verwendung von QR-Codes und Hörbeiträgen soll zudem ermöglichen, dass Kinder selbständig mit dem Produkt arbeiten können, auch wenn sie noch keine (längeren) Texte lesen können.Die Unterrichtsideen können in der vorgeschlagenen Art und Reihenfolge übernommen werden, es besteht aber auch die Möglichkeit, andere Aufträge mit den Stickern zu verknüpfen und/oder die Abfolge zu ändern, wie das unten aufgeführte Beispiel aus Brunegg zeigt. Die Stickeranzahl wurde so gewählt, dass durch die Menge der Aufträge im Verlauf der ersten beiden Schuljahre regelmässig an den MIA-Kompetenzen gearbeitet werden kann.
Die Sortiermaschine
Spätestens im Kindergarten kommen Kinder in Kontakt mit geordneten Spielumgebungen und lernen, Dinge beim Aufräumen der richtigen Kategorie, Spielkiste, Schublade zuzuordnen. Auch im weiteren Verlauf der Schulkarriere wird im Schulpult, im Geräteraum der Turnhalle etc. auf Ordnung geachtet. Doch wie entsteht Ordnung? Die Zuweisung von Eigenschaften und das Bilden von Kategorien ist ein wichtiger Schritt auf diesem Weg. In der hier vorgestellten Unterrichtsidee hilft die Sortiermaschine zu verstehen, dass Ordnung nicht zufällig entsteht, sondern auf Entscheidungen zum Sortieren basiert.Wenn die Kinder erkennen, dass Objekte verschiedene Eigenschaften haben, mit deren Hilfe sich Gegenstände beschreiben und ordnen lassen, stellt dies eine wichtige Grundlage für ein späteres Verständnis von Suchkriterien und die Funktionsweise von Datenbanken dar.
Forschen und tüfteln im Matheunterricht
In der Zeit des Fernlernens sind Aufträge gefragt, die selbstständiges Arbeiten erlauben. Diese lassen sich aber auch später einsetzen, beispielsweise für Wochenplanaufgaben zum selbstständigen Bearbeiten eines Themas. Die Website «meine-forscherwelt.de» bietet verschiedene Anregungen und Materialien für Aufgabenstellungen, die sich mit den Lehrmitteln der Mathematik für die Primarschule kombinieren lassen oder diese ergänzen.Das hier vorgestellte Beispiel zeigt auf, wie Primarschülerinnen und -schüler sich sehr eigenständig mit dem Thema «Diagramme» befassen können. Ausgerichtet ist das Beispiel mit den dazu passenden Arbeitsblättern für die 3. - 4. Klasse, es lässt sich mit Anpassungen auch für die 5. und 6. Klasse verwenden. Unter «weiterführende Beispiele» sind zudem weitere Themen aus «meine Forscherwelt» aufgeführt, welche sich in ähnlicher Art und Weise aufarbeiten lassen.
Ordentlich gesichert
Ordnung ist zunächst einmal ein Alltagsproblem, aufräumen ein Dauerthema, im Kinderzimmer, unter dem Pult, in der Bücherecke im Schulzimmer. Ordnung ist aber auch ein zentraler Baustein auf dem Weg zu informatischer Bildung: «Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Verarbeitung und Speicherung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mit Hilfe von Digitalrechnern», so eine oft verwendete DefinitionDie Schülerinnen und Schüler setzen sich in dieser Unterrichtseinheit mit dem Schaffen von Ordnung in der realen und der digitalen Welt auseinander und kommen dabei an Themen wie Speicherkapazität und Dateigrössen vorbei.
Computer-Anatomie
Alltagsdinge in ihre Einzelteile zu zerlegen, ist für viele Kinder eine faszinierende Erfahrung, die sich auch im Jugendalter nicht verliert. Ob Mixer, Föhn oder eben ein Computer: erstaunlich, was sich im Innern dieser Geräte entdecken lässt!Wer einen Computer auseinandernehmen darf, sieht viele verschiedene Bestandteile, deren Funktion sich einem nicht sofort erschliessen. Die hier vorgestellte Unterrichtseinheit setzt bei der Neugierde der Schülerinnen und Schüler an und fordert sie mit Protokollführung und gezielter Informationsbeschaffung zu methodisch strukturiertem Vorgehen heraus. Der Einbezug technischer Spezifikationen von Komponenten aktueller Multimediageräte schafft einen direkten Bezug zum Alltag der Schülerinnen und Schüler – eine gute Basis für ein engagiertes Mitarbeiten.
Informatisch knobeln mit Bebras-Karten
Die Bebras-Karten liefern verschiedene Aufgaben rund um grundlegende Informatik-Konzepte. Diese sind thematisch geordnet und nummeriert, so dass sich einzelne Themen gezielt aufgreifen lassen.
Zähle deine Schritte!
Der micro:bit ist ein Ein-Platinen-Microcontroller. Mit seinem Lage-, Beschleunigungs-, Licht- und Temperatursensor, dem 5x5-LED-Feld, den Pin-Anschlüssen, Radio, Kompass etc. lässt er grossen Spielraum für alltagsnahe Programmierprojekte. Die Webseite von micro:bit bietet dazu eine Fülle von Anregungen – der Schrittzähler ist nur eine Idee unter vielen.Die Programmierung geschieht über Online-Programme, z.B. mit dem JavaScript-Blockeditor oder dem Python-Editor.
Fashion-Knopf aus dem 3D-Drucker
Der Knopf ist ab, und ein neuer muss her. Warum nicht die Gelegenheit beim Schopf packen und selber einen Knopf herstellen, der einmalig ist? Die Schülerinnen und Schüler lernen mit einer 3D-Modeling-Software einen individuellen Knopf zu designen. Durch die freie Gestaltungsmöglichkeit von Form und Farbe kann ein Unikat hergestellt werden. Die anschliessende Ausgabe auf dem 3D-Drucker setzt den virtuellen Knopf in einen greifbaren und realen Fashion-Knopf um, welcher jedem Kleidungsstück eine besondere individuelle Note verleiht.Die vorliegende Unterrichtsidee wurde mit der browserbasierten 3D-Modeling-Software TinkerCAD umgesetzt. TinkerCAD ist einfach zu bedienen und gut dokumentiert. Im Internet finden sich zahlreiche Video-Tutorials, aber auch Bedienungsanleitungen. Die fertige Datei wird anschliessend im .stl-Format exportiert. Diese .stl-Datei wiederum muss in ein spezielles Programm importiert werden, welche die .stl-Datei so umwandelt, dass das Objekt von einem 3D-Drucker gedruckt werden kann. Diesen Vorgang nennt man „slicen“. Beim „slicen“ wird die Datei so umgeschrieben, dass der 3D-Drucker das Objekt schichtweise (eben in „Slices“) drucken kann. Eine bekannte Slicing- Software ist Cura, eine Open-Source-Software. Die Einstellungen, die in Cura vorgenommen werden müssen, um ein gutes Druckresultat zu erzielen, ist vom verwendeten Druckertyp abhängig und kann nur schlecht verallgemeinert werden. Die verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten in Cura sind aber gut dokumentierte und bei vielen Druckern funktionieren die für den jeweiligen Druckertyp vorgeschlagenen Standardeinstellungen recht gut.Zum Schluss wird das passende Material für den 3D-Drucker ausgewählt, nämlich Farbe und Dicke des Filaments. Bei den Filamenten handelt es sich um thermoplastische Kunststoffe, welche speziell für 3D-Drucker hergestellt werden. Das gängigste Material ist PLA (Polylactid), ein auf Milchsäure basierender Kunststoff. PLA ist ein harter Kunststoff und eignet sich für die Herstellung der Knöpfe.Ein 3D-Drucker braucht längere Zeit, um ein Objekt zu drucken. Je nach Anzahl der Druckaufträge empfiehlt es sich darum, diese ausserhalb der Unterrichtszeit zu erledigen.
Sammeln und ordnen
Die Kinder suchen im Kindergarten oder im Klassenzimmer nach Gegenständen einer bestimmten Farbe und tragen diese zusammen. In einem nächsten Schritt sortieren sie die Sammlung nach neuen Kriterien um, z.B. nach Form oder Grösse. Die Ordnungen werden jeweils fotografiert und zu einem eBook zusammengestellt oder ausgedruckt sichtbar gemacht.Die Auseinandersetzung mit Informatikthemen beginnt spielerisch, ohne Computer und ausgehend von Fragestellungen aus dem Alltag. Ordnungssysteme beispielsweise sind den Kindern von zu Hause und vom Kindergarten- und Schulalltag her vertraut: Es gibt Spielsachen für drinnen und draussen, Bauklötze und Legos werden getrennt in Kisten versorgt, Kleider oder Geschirr sind im Schrank nach Funktion, Grösse etc. eingeräumt. Objekte werden also nach bestimmten Eigenschaften geordnet.Im Unterricht werden diese Prozesse nachgestellt und sichtbar gemacht, um so das Prinzip zu erkennen, zu verstehen und als Basis für weiterführende Aufgabenstellungen anknüpfbar zu machen.
Von der Turtle-Grafik zum Mandala
In den Programmierumgebungen «Scratch» oder «TigerJython» zeichnen die Schülerinnen und Schüler eine einfache geometrische Figur. Sie erweitern das Programm so, dass durch Drehungen mandala-artige Kreisfiguren (sog. Turtle-Grafiken) entstehen und drucken diese Bilder aus.Im bildnerischen Gestalten verarbeiten die Schülerinnen und Schüler ihre Kreisbilder weiter. Im vorliegenden Beispiel wurde die Weiterverarbeitung zu Mandalas mit Grundlagen der Farbenlehre verbunden.
Ein Ozobot versteht viele Sprachen
Die Schülerinnen und Schüler bekommen mit der Arbeit mit Ozobot einen Einblick in unterschiedliche Möglichkeiten der Programmierung. Hierbei folgen sie einem dreistufigen didaktischen Prinzip. Der Einstieg erfolgt in der ersten Stufe über den sog. Low Floor. Die Schülerinnen und Schüler zeichnen Linien auf Papier und experimentieren mit Linienplänen und dem Verhalten der Ozobots. Sie tauschen sich über ihre Beobachtungen aus und haben erste Aha-Erlebnisse. Als Grundlage dienen die Kapitel 1 und 2 aus dem Dossier Ozobot Projektideen der PH Schwyz (s. Material für den Unterricht). Auf der zweiten Stufe Wide Walls kommt die Programmierung mittels Farbcodierung ins Spiel. Mit Hilfe von vordefinierten Farbcodes (s. Arbeitsblatt mit Farbcodes) lässt sich das Verhalten der Ozobots vielfältig steuern, manipulieren und voraussagen. In den Kapiteln 3-9 des Dossiers Ozobot Projektideen finden sich zahlreiche Unterrichtsideen, die eine breite Binnendifferenzierung innerhalb der Klasse ermöglichen, von der einfachen Schatzsuche (Kapitel 4) bis hin zur gezielten Führung des Ozbots durch ein Labyrinth (Kapitel 8). Die dritte und anspruchsvollste Stufe High Ceiling ermöglicht die visuelle Programmierung der Ozobots am Computer mit der Programmiersprache Ozoblockly. Hier lassen sich die Ozobots ohne Linien und Farbcodes steuern und frei programmieren. Bei der visuellen Programmierung stehen vier Schwierigkeitsgrade zur Verfügung. Dies ermöglicht eine nächste Stufe der Binnendifferenzierung innerhalb der Klasse. Unter http://ozoblockly.com findet man Niveaus von sehr einfach bis sehr komplex (Schleifenprogrammierungen, Bedingungen, Variablen). Im Kapitel 10 des Dossiers Ozobot Projektideen finden sich Hinweise zur Arbeit mit der visuellen Programmierung.
Ozobot im Land der Geometrie
Der Ozobot ist ein Mini-Roboter, welcher sich über fünf Farbsensoren und entsprechende Abfolgen von Farbcodes steuern lässt. Die folgende Unterrichtsidee ist als mehrwöchiges Unterrichtsprojekt konzipiert. Die Programmierung der Ozobots wird hier als interdisziplinäres Thema mit dem Geometrie-Unterricht kombiniert.Das Projekt wird nach mehrwöchiger Arbeit mit der «Ozobot-Party» abgeschlossen. Hierbei «tanzen» alle Ozobots gemeinsam auf einer geometrischen Landkarte, welche die Schülerinnen und Schüler als gemeinschaftliches Klassenprojekt gezeichnet und modulartig zusammengesetzt haben.
«Handwerk digital – Robotik im Werken»
Die Schülerinnen und Schüler bauen und programmieren verschiedene Maschinen oder Automaten und verwirklichen dabei ihre eigenen Ideen. Durch die vertiefte handwerkliche Auseinandersetzung steht der Computer nie für sich alleine da. Er ist immer eingebettet in ein Projekt, an dessen Anfang eine Idee und am Ende ein Produkt steht.Herzstück ist die PGLU-Experimentierplatine, an welche Motoren, Fühler LEDs und weiteres angeschlossen werden können. Für die Programmierung steht eine intuitive und leicht verständliche grafische Sprache zur Verfügung. Mit den drei Beispielprojekten «Selbstfahrendes Auto», «Lasershow» und «Kaugummiautomat» ist ein Einstieg auch für Lehrpersonen mit wenig Erfahrung im Programmieren möglich.Die Lernumgebung wurde für eine einfache und flexible Handhabung optimiert. So müssen z.B. keine Programme installiert werden und es kann in Teams programmiert werden. PGLU ist vom Programmiervorgehen her vergleichbar mit Scratch, es bietet sich an für das Technische Gestalten mit Arduino.
Zeichnungsdiktat
Das Tablet mit einer Zeichnungsapp wird zum Werkzeug für ein Zeichnungsdiktat, situiert in den Kompetenzbereichen «Hören» und «Sprechen». Das vorliegende Beispiel stammt aus dem DaZ-Unterricht, lässt sich aber auch im Regelklassenunterricht einsetzen. In einem ersten Schritt hören sich die Kinder Anweisungen für eine Zeichnung an und erstellen diese mit Hilfe einer Zeichnungsapp auf dem Tablet möglichst genau (z.B. «Zeichenpad» oder «Zeichenbrett» für iOS bzw. «DrawingPad» für Android). In einem zweiten Schritt beschreiben sie eine eigene Zeichnung so, dass andere Kinder diese nachzeichnen können.Die Reflexionsfragen wecken das Verständnis für den Unterschied von Alltagssprache, die von Menschen verstanden werden kann, und Algorithmen, die von Maschinen verstanden und umgesetzt werden müssen. Im Anschluss ist eine Verbindung zum Krabbelroboter Bluebot möglich (siehe «Weiterführende Ideen»).
Scratch: Erste Schritte grafischer Programmierung
Scratch ist eine grafische Programmiersprache für Kinder und Jugendliche und kann sowohl online wie auch als Festinstallation auf dem Computer genutzt werden. Die Programmierbefehle werden durch farbige Blöcke dargestellt, und Programme werden durch das Zusammenstecken dieser Blöcke erstellt, ähnlich wie das Zusammenstecken von Legoteilen. Für Kinder ist das Prinzip einfach zu verstehen, so dass schnell ein erstes Resultat und damit ein Erfolgserlebnis möglich ist.Für die Einführung in Scratch stellt swisseduc.ch (siehe Materialien) einen Lernparcours im Umfang von 6-10 Lektionen zur Verfügung. Alle Posten stehen als Word-Dokument zur Verfügung und können nach den eigenen Vorstellungen angepasst werden.Die Unterrichtssequenz von swisseduc.ch in Form eines Lernparcours für ca. 6-10 Lektionen bietet eine Einführung in die Programmierung mit Scratch.
Experimentieren mit der Darstellung von Diagrammen
«Tabellen und Grafiken» sind in der Mathematik Thema in der 5. und 6. Klasse (z.B. «Schweizer Zahlenbuch 5» S. 22/23, «Schweizer Zahlenbuch 6» S. 18/19), Zürcher Lehrmittel «Mathematik 5», Arbeitsbuch S. 17).Ergänzend zu den Aufgabenstellungen der Lehrmittel erfassen die Schülerinnen und Schüler eigene Daten als Tabellen und erstellen damit in einem Tabellenkalkulationsprogramm oder über ein Onlinetool Diagramme. Mit Anpassungen der Einstellungen erleben sie, wie sich die Aussagekraft des Diagramms verändert.
Was Thymio alles kann
Der Thymio ist ein Schulungsroboter mit einer grossen Anzahl Sensoren, der durch Licht, Ton oder Berührung auf seine Umwelt reagiert. Sechs vorinstallierte Programme ermöglichen einen einfachen Einstieg in die Arbeit mit dem Thymio bereits ab dem Kindergarten. Mit der Anwendung «Aseba» können Kinder am Computer den Thymio programmieren, entweder mit grafischen Elementen (visuelle Programmierung) oder mit Texteingabe.
Schau genau – schau, wie schlau!
Wichtiger Hinweis: Das Buch ist vergriffen, es existiert jedoch eine Webversion unter https://schau-wie-schlau.ch Das Buch «Schau genau – schau, wie schlau!» beinhaltet 10 Schauplätze im Zoo. Auf der beiliegenden CD-ROM gibt es zu jedem Bild Arbeitsblätter, Spiele, Bastel- oder Malvorlagen. Im hinteren Teil des Buches befinden sich passende Bildkarten und zu jedem Bild eine Geschichte zum Vorlesen.In den Geschichten «Kamele» und «Bären» beziehen sich die Übungen der Arbeitsblätter auf informatische Denkmuster.Kamele: Die Schülerinnen und Schüler müssen auf dem Zooplan auf verschiedenen Wegen die Tiere besuchen. Sie legen den Weg mit Bildkärtchen (Bezug zur informatischen Bildung: sequentielle Programmierung).Bären: Hier lernen die Schülerinnen und Schüler die digitalen Zahlen kennen. Sie malen diese dann gemäss Vorlage selber. Dabei lernen sie, dass mit dem Zustand «angemalt» oder «nicht angemalt» die Zahl dargestellt wird (Bezug zur informatischen Bildung: Binärsystem).
Gold in meinem Handy
Elektronische Geräte werden immer leistungsfähiger, kleiner, schneller und arbeiten oft lange ohne Stromversorgung: sie werden smarter. Dies hat aber auch eine Kehrseite; die smarten Geräte benötigen immer mehr wertvolle Stoffe und seltene Metalle. Gleichzeitig veralten die Geräte und die dazugehörige Software oft schnell. Am Ende der Nutzung sollten daher die Stoffe zurückgewonnen werden. In dieser Unterrichtseinheit beleuchten wir die technischen Hintergründe der mobilen Geräte. Die Schülerinnen und Schüler lernen, welche Rohstoffe in Handys verbaut sind, sie legen die Grundlage, um ihr Konsumverhalten kritisch zu hinterfragen, und sie erkennen den Nutzen darin, alte Geräte zu rezyklieren.
Minibiber
Der «Minibiber» beruht auf dem Konzept von «Computational Thinking»: Es geht darum, die Kinder mit den Mustern und Strukturen der Informatik vertraut zu machen. Alle Minibiber-Aufgaben werden ohne Computer oder digitale Medien bearbeitet. Die Übungen sind in drei Schwierigkeitsstufen unterteilt.Bei der Beratungsstelle imedias können Minibiber-Kisten mit allen Aufgaben und Materialien ausgeliehen werden. Zur Ausleihe (Solothurn)Zur Ausleihe (Aargau)
Hour of Code: Programmieren mit Elsa und Anna
Mit dem Lernprogramm "Die Eiskönigin" lassen die Schülerinnen und Schüler Anna und Elsa übers Eis gleiten. In 20 Aufgaben lernen sie die Grundelemente des Programmierens kennen und können zum Schluss mit Befehlen, Variablen und Schleifen umgehen. Es handelt sich um eine visuelle Programmiersprache, welche bereits mit Unterstufenkindern verwendet werden kann.
Krabbelroboter BlueBot
Als Grundlage für die Arbeit mit BlueBot dient ein Bodenbild, z.B. ein einfacher Strassenplan, unterteilt in Plan-Quadrate.Jedes Kind wählt einen Ort auf dem Strassenplan aus, welchen der BlueBot besuchen soll. Dazu überlegt sich das Kind, wie viele Planquadrate der BlueBot vorwärts, bzw. links oder rechts fahren muss, um zum gewünschten Ort zu gelangen. Danach tippt es diese Route über die Pfeilsymbole auf dem BlueBot ein. Mit der Taste Go wird der BlueBot in Bewegung gesetzt und das Kind kann überprüfen, ob der gewünschte Ort erreicht wird.Je nach Bodenbild kann die Aufgabenstellung verändert werden. Ein Beispiel: Bei einem Bodenbild aus farbigen Quadraten würfeln die Kinder mit dem Farbwürfel und versuchen anschliessend, den BlueBot zur gewürfelten Farbe zu schicken. Einfachere Variante: Farbquadrate werden in einer Linie hintereinander gelegt. Nun würfeln die Kinder nacheinander mit dem Farbwürfel und programmieren den BlueBot so, dass er bei der entsprechenden Farbe anhält. Der Roboter kann dabei immer wieder beim Start beginnen oder aber die Schülerinnen und Schüler programmieren ihn so, dass er auch rückwärtsfahren muss.
Farbklang aus farbigen Quadraten
Diese Aufgabenstellung eignet sich gut für eine Umsetzung mit Pinsel und Papier wie auch am Computer. Schülerinnen und Schüler setzen sich mit der Wirkung von Farben in Bildern auseinander und gestalten eigene Farbkompositionen. Sie loten dabei das Farbspektrum aus und können den Aufbau von Rasterbildern aus einzelnen Farbpixeln nachvollziehen.
i-factory - Besuch im Verkehrshaus
Der Besuch der i-factory stellt einen erlebnisreichen Höhepunkt während der Einführung in die Informatik dar. Die vier Themenschwerpunkte der i-factory plan & control program & code sort & search try & retry werden vor Ort mit der Methode des Gruppenpuzzles durchgearbeitet. Die Schülerinnen und Schüler bereiten die einzelnen Themen in Gruppen vor. Die i-factory bietet auf ihrer Webseite fertig aufbereitete Arbeitsmaterialien für die methodische und inhaltliche Einarbeitung an. Um die Schülerinnen und Schüler an die Informatik heranzuführen, hat sich der Einstieg mit der Webseite www.ilearnit.ch «Wie denken Computer?» bewährt, ebenso wie die Erarbeitung des Kapitels zum binären Zahlensystem des Lehrmittels «Computer Science unplugged».
Standardfunktionen für Fortgeschrittene
Die Schülerinnen und Schüler kennen viele unterschiedliche elektronische Geräte und Programme. Sie erfahren etwas über die Geschichte von Interfaces, Eingabesystemen u.a. Sie lernen in diesem Zusammenhang wichtige Phänomene kennen wie Medienkonvergenz, Software-Ergonomie, Skeuomorphismus und Barrierefreiheit.Sie lernen Gemeinsamkeiten und Unterschiede von elektronischen Geräten und Programmen kennen und können diese qualitativ beurteilen. Sie sind in der Lage, die Befehle und Manipulationen auf andere, «unbekannte» Geräte zu transferieren.
Standardfunktionen für Anfängerinnen und Anfänger
Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, verschiedene Kategorien von digitalen und elektronischen Geräten zu benennen. Sie erkennen, dass viele Geräte und Programme nach ähnlichen Prinzipien funktionieren. Sie können diese Funktionen anwenden und sind in der Lage, die Befehle und Manipulationen auch auf andere, «unbekannte» Geräte zu transferieren.
Bilderreihe legen
Mit einem einfachen Zeichnungsprogramm (z.B. Paint) gestalten die Schülerinnen und Schüler mit einfachen Formen und Linien eine sich aufbauende Bilderreihe. Dabei trainieren sie das Speichern von Dateien.
Rechnungen kontrollieren mit Tabellenkalkulationsprogrammen
Im Mathematikunterricht gibt es immer wieder Momente, wo die Schülerinnen und Schüler selber Rechnungen erfinden, z.B. mit Ziffernkarten. Die Kinder suchen z.B. sechs verschiedene Ziffernkarten aus und repetieren mit ihnen die schriftlichen Operationen. Jede erfundene Rechnung wird im Arbeitsheft schriftlich ausgerechnet und anschliessend mit Hilfe eines Tabellenkalkulationsprogramms selbst kontrolliert. Auf diese Weise kann die Lehrperson sich auf das Erklären konzentrieren und muss nicht laufend Rechnungen nachrechnen.
QR-Lesespur
Die Schülerinnen und Schüler erfinden eine Lesespur-Geschichte, welche an verschiedenen Stationen im Schulhaus spielt. Sie verpacken die einzelnen Etappen der Lesespur in QR-Codes, welche sie an den entsprechenden Stellen im Schulhaus verteilen. (Mit QR-Codes lassen sich auf kleiner Fläche verschiedene Informationen speichern. QR-Codes finden sich auf Plakaten, Flyern oder in Zeitschriften. Sie werden oft auch zu Werbezwecken eingesetzt.) An der Lesenacht (oder einem anderen Anlass) bekommen Gäste ein iPad mit einer App zum Scannen von QR-Codes oder nehmen ihr Smartphone und folgen damit der Lesespur durchs Schulhaus.

Verschlüsselung - einfach erklärt

5 Kurzfilme zu wichtigen Aspekten der Datensicherheit

code4school

EIne Zusammenstellung von Werkzeugen zum Thema "Programmieren lernen", die sich im Einsatz bewährt haben. Eingeteilt in die Kategorien "Roboter", "online", "Platinen" und "Apps" (iOS), mit Links zu passenden Unterrichtsmaterialien.

code4school

Internet+Umwelt

SATW-Broschüre "Internet+Umwelt" mit gut aufbereiteten Facts zu Energie- und Rohstoffverbrauch aktueller Technologien.

SATW Technoscope 3/19, Internet+Umwelt

Turtlestitch: Programmiere - zeichne - sticke!

Code! .. Draw! .. Stitch!

In der Programmierumgebung "Turtlestitch" lassen sich mit Blockprogrammierung, ähnlich wie bei Scratch, attraktive Designs gestalten. Diese können anschliessend exportiert und auf den Stickcomputer übertragen werden.

Neben dem Link zu Turtlestitch finden Sie hier Unterrichtsmaterialien, entwickelt und zur Verfügung gestellt von Sabine Probst, Kreisschule Mittelgösgen.

Infografiken, welche die Welt erklären

Die Platform "raconteur" bietet Infografiken (in englisch) zu verschiedenen Themen, u.a. zum technologischen Wandel. Gerade zum Kompetenzbereich "Informatiksysteme" gibt es hier vieles zu entdecken und diskutieren.

Weitere Themen lassen sich über den Filter einstellen.

Zoom: Online-Meetings, Webinare

Zoom ist spezifisch auf die Gestaltung von online-Meetings und Webinaren ausgerichtet und arbeitet mit unterschiedlichen Rollen, jener der Leitung und jener der Teilnehmenden. Die enthaltenen Features sind auf geführte Sequenzen hin optimiert: Bildschirmeinbettung (z.B. auch ppt im Präsentationsmodus), Stummschaltung der TN mit Wortmeldungsmöglichkeiten, Hochladen von Dateien, Aufnahmefunktion zum späteren Abspielen, etc.

Kollaboration in eingeschränktem Rahmen unter den Teilnehmenden möglich (in Unterkonferenzen), aber nicht ausgerichtet auf kollaboratives Bearbeiten von Dokumenten, etc. (keine beständige Ablage von Dokumenten oder Kommunikationsverläufen, Meetings können nicht nachbearbeitet werden).

Kosten:
In der Gratisversion können 50 Personen einer Session beitreten. 1:1-Meetings sind zeitlich unbeschränkt, ab 3 Personen läuft die Session für max. 40 min.

Registrierung:
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Informatik-Biber

Der Informatikbiber ist ein internationaler Informatik-Wettbewerb für Kinder und Jugendliche vom 3. bis zum 13. Schuljahr (Klasse), also für ca. 8- bis 20-Jährige.

Der Informatikbiber ist aber noch viel mehr, ein Besuch der Website lohnt sich auch ausserhalb der Wettbewerbszeit: zum Beispiel für die Aufgabensammlungen (mit Lösungen) aus den vergangenen Jahren und mit ergänzendem Unterrichtsmaterial. Damit lässt sich das Interesse an Informatik wecken und Schülerinnen und Schülern aller Altersklassen aufzeigen, wie vielseitig und alltagsrelevant Informatik ist.

Interagieren, Strukturieren, Programmieren

Das Verständnis für Grundkonzepte der automatisierten Informationsverarbeitung ermöglicht es Schülerinnen und Schülern, Problemstellungen so anzugehen, dass computergestützte Lösungen möglich werden. Sie sind damit in der Lage, digitale Geräte nicht nur als Anwenderin oder Anwender zu nutzen, sondern deren Funktionsweisen zu begreifen. Dies ermöglicht das Verstehen und Mitgestalten zukünftiger Entwicklungen und trägt bei zum Verständnis der Informationsgesellschaft.

Die Themen in diesem Handlungsfeld:

Anwendung und Nutzung von Geräten, Programmen und Diensten
Unterschied Betriebssystem und Anwendungssoftware
Umgang mit Dateiformaten
Problemlösestrategien bei Problemen mit Geräten und Programmen
Kenntnis über Risiken im Umgang mit Daten (Verlust, unverschlüsselte Übertragung)
Nutzung von Tabellenkalkulationsprogrammen
Grundprinzipien der Informatik
Computational Thinking Patterns
Technologischer Wandel und seine Auswirkungen

Im Zyklus 1 lernen die Kinder, die vorhandenen Geräte sachgerecht an- und auszuschalten und werden mit den Programmumgebungen ihrer Schulgeräte vertraut. Über das das Zuweisen von Eigenschaften zu Gegenständen machen sie sich mit Kriterien zum Ordnen und Suchen vertraut. Damit oder mit dem Entdecken von Rasterbildern setzen sie sich ein erstes Mal spielerisch mit grundlegenden Prinzipien der Informatik auseinander.

Im Zyklus 2 entdecken die Schülerinnen und Schüler, wie im Alltag Schrift, Bilder, Musiknoten etc. als Zeichen (oder eben «Code») dazu dienen, Informationen zu übermitteln und machen sich damit mit einem weiteren Grundprinzip automatischer Datenverarbeitung vertraut. Darauf bauen sie das Verständnis auf, dass Anweisungen für Computer in eine für sie verständliche Form (Codes) gebracht werden müssen und in welcher Form Computersysteme Daten ablegen und verarbeiten. Sie finden sich zudem auf den Oberflächen unterschiedlicher digitaler Geräte und Programme zurecht und nutzen das Ablagesystem zum Speichern der Dateien korrekt.

Im Zyklus 3 können die Schülerinnen und Schüler Lösungen z.B. für mathematische, grafische oder auch technische Problemstellungen algorithmisch angehen. Sie tauchen noch weiter in das Verständnis von Informatiksystemen ein und setzen sich mit den prinzipiellen Funktionsweisen aktueller netzbasierter Technologien auseinander, um darauf basierend Potenziale und Gefahren dieser Technologien einschätzen zu können.

Mit dem Filter "Interagieren, Strukturieren & Programmieren" und dem gewünschten Zyklus erhalten Sie Vorschläge für Materialien und Unterrichtsideen, um an den in diesem Handlungsfeld angestrebten Kompetenzen zu arbeiten.

Handlungsfelder

Die sieben Handlungsfelder bilden zusammen den Orientierungsrahmen von mi4u. Es handelt sich hierbei um ein systemisches Konstrukt, welches die innere didaktische Logik des Orientierungsrahmens abbildet und somit als stufen- und fachübergreifendes Instrument für Schulentwicklung dient.

Materialien

Unter Materialien findet sich eine strukturierte Sammlung unterschiedlicher Quellen (Dokumente, Links, Hilfsmittel u.a.). Dieses Material unterstützt Lehrpersonen sowohl beim Aufbau des Fachwissens als auch bei der Planung des Unterrichts.

MyLessons

Sammeln und Planen: Mit MyLessons tragen Sie Ihre persönliche Sammlung an Unterrichtsideen zusammen– eine Grundlage für Ihre Jahresplanung. Mit der Erweiterung um das Element «MyLessons» lässt sich diese Schatzkiste nun personalisieren und gezielter für die Jahresplanung nutzen.

Kompetenzen LP21

Handlungsfelder

Themen

Handlungsfelder

Zyklen

Fächer

Suchen

Unterrichtsideen

Materialien

Kompetenzaufbau

Future Past: Visuelle Experimente mit KI-unterstützter Bildgenerierung

Roboterbesuch im Kindergarten

Die unnötig-nötige Maschine

Zahn um Zahn ein Zahnrad

Streng geheim – eine eigene Schrift erfinden

Lerngespräche über das Programmieren

Binäre Spielereien mit Kopf und Hand

Intelligente Codes unplugged

Sticker für Sticker Medienkompetenz aufbauen

Die Sortiermaschine

Forschen und tüfteln im Matheunterricht

Ordentlich gesichert

Computer-Anatomie

Informatisch knobeln mit Bebras-Karten

Zähle deine Schritte!

Fashion-Knopf aus dem 3D-Drucker

Sammeln und ordnen

Von der Turtle-Grafik zum Mandala

Ein Ozobot versteht viele Sprachen

Ozobot im Land der Geometrie

«Handwerk digital – Robotik im Werken»

Zeichnungsdiktat

Scratch: Erste Schritte grafischer Programmierung

Experimentieren mit der Darstellung von Diagrammen

Was Thymio alles kann

Schau genau – schau, wie schlau!

Gold in meinem Handy

Minibiber

Hour of Code: Programmieren mit Elsa und Anna

Krabbelroboter BlueBot

Farbklang aus farbigen Quadraten

i-factory - Besuch im Verkehrshaus

Standardfunktionen für Fortgeschrittene

Standardfunktionen für Anfängerinnen und Anfänger

Bilderreihe legen

Rechnungen kontrollieren mit Tabellenkalkulationsprogrammen

QR-Lesespur

Verschlüsselung - einfach erklärt

code4school

Internet+Umwelt

Turtlestitch: Programmiere - zeichne - sticke!

Infografiken, welche die Welt erklären

Zoom: Online-Meetings, Webinare

Informatik-Biber