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Unterrichtsidee

Zahn um Zahn ein Zahnrad

Über die Konstruktion einer Zahnrad-Umgebung agiles Zusammenarbeiten erfahren: Nicht einfach «Gruppenarbeit», sondern kollaboratives Finden von Lösungen zu einer herausfordernden Problemstellung mit geklärten Rollen und Abläufen. 

Beschreibung

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.


Mögliche Aufgabenstellungen

Vorbereitend (vor dem eigentlichen Projekt):

Heranführung an agile Arbeitsweisen. Anhand einer einfachen Aufgabe (z. B. Klärung von zwei Begriffen aus der Informatik) wird der Zusammenhang von «Student-Story» (Zielsetzung) und Tasks (Teilschritte) erlebbar gemacht. Das Kanban-Board wird ebenfalls probehalber genutzt. Erklärungen zu diesen Begriffen finden sich unter «Materialien für die Unterrichtsvorbereitung».Die Schüler:innen dokumentieren die Unterrichtseinheit. Idealerweise ist das Dokumentieren in anderen Fächern bereits eingeführt worden – oder umgekehrt: Im Anschluss an diese Unterrichtseinheit können andere Fächer von der Methodenerweiterung profitieren.

Einstieg (2 Lektionen)

  • Zahnräder: Bilder von Zahnrädern werden gezeigt. Brainstorming: Was ist ein Zahnrad, woher kennt ihr Zahnräder?
  • Einführung Tinkercad: Aufgabenstellung Einkaufswagen-Jeton (siehe «Materialien für den Unterricht». Zwei Wege sind mit Tinkercad möglich: Zeichnen oder Blockprogrammierung.

Erarbeitung (2x 2 Lektionen, 1 Lektion)

  • Planen: Jede Arbeitseinheit beginnt mit einem Stand-Up-Meeting vor dem Kanban-Board. Die Zielsetzungen werden in Form von «Student Stories» von der Lehrperson gesetzt, die Schüler:innen formulieren daraus die Arbeitsschritte für die anstehenden Arbeitsphase (siehe Foto unter «Beispiele»).
  • Programmieren der Zahnräder, dabei können in der Grösse minimale Veränderungen pro Person gemacht werden. (Sollen sich die Zahnräder stark in Grösse und auch in der Anzahl der Zähne unterscheiden sollen, muss für das Unterrichtsprojekt deutlich mehr Zeit einberechnet werden.) 
  • Je nach Zielsetzungen, kann statt des Programms auch der Zeichnungsmodus von Tinkercad verwendet werden.
  • Reflexion: Jede Arbeitseinheit endet mit dem Gegenlesen und Unterschreiben des Protokolls sowie der Kurzpräsentation mit Hinweisen zum Prozess, Erkenntnissen und Lernschritten beim Programmieren und Hinweisen für die Weiterarbeit.
  • Abschluss: Die Zahnräder werden mit dem 3D-Drucker produziert, auf ein Brett montiert und auf ihr Zusammenspiel getestet, die Dokumentation wird fertiggestellt und der abschliessende Pitch vorbereitet. 

Beurteilung (1 Lektion)

Eine solchermassen partizipative und kompetenzorientierte Lernumgebung ruft nach einer entsprechenden Beurteilungsform.

Im vorliegenden Beispiel entschied sich die Klasse für die Bewertung des letzten, deutlich ausführlicheren Pitches von ca. 6 min und der Dokumentation in Form eines eBooks im BookCreator oder in OneNote. Als Beurteilungsgrundlage wurden die inhaltlichen Rahmenbedingungen zusammengetragen und auf dieser Basis die Bewertungskriterien festgelegt und mit Punkten versehen (siehe «Beispiele»). Die Gesamtpunktzahl galt dann als Notenpunkte, welche die Gruppe auf die einzelnen Mitglieder verteilen konnte . Damit konnte die Gruppe selber entscheiden, ob alle die gleiche Note bekommen oder ob es auf Grund der Beiträge in der Gruppenarbeit eine Differenzierung geben sollte.

Mögliche Reflexionsfragen

Fachlich:

  • Bedeutung von Zahnrädern: wie funktioniert das Zusammenwirken von Zahnrädern?
  • Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein, damit das Zusammenspiel auch bei unterschiedlich grossen Zahnrädern oder bei unterschiedlicher Zähnezahl funktioniert (siehe Zahnrad-Steckspiel )
  • Wie kann ein Zahnrad möglichst einfach konstruiert werden? Wo haben wir Vereinfachungen gegenüber einem echten Getriebe vorgenommen?

Prozess

  • Welche Erfahrungen wurden mit den agilen Formen wie Kanban-Board oder Pair-Programming gemacht? Was wurde als unterstützend für den Arbeitsprozess erlebt? Was würdet ihr ein nächstes Mal anders angehen?

Materialien für den Unterricht

  • 3D-Drucker
  • Stellwände oder andere Flächen für die Kanban-Boards. Idealerweise können diese über die ganze Phase stehen gelassen werden. 
  • Tinkercad

Materialien für die Unterrichtsvorbereitung

Hinweis: über die Klassenerfassung in Tinkercad (mit Login) kann die Lehrperson Einblick in die Programme der Schülerinnen und Schüler nehmen und Ergänzungen oder Kommentare vornehmen.

Beispiele

Das Unterrichtsbeispiel wurde von Lukas Vogelsang mit einer 2. Sek P in Olten durchgeführt.

Lehrplan 21

Medien und Informatik - 2.2
Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
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