Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch I zum Lehrplan in Rheinland-Pfalz/Stoffe können sich verändern und Robotik/BeeBot: Unterschied zwischen den Seiten

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main>Matthias Scharwies
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Wir haben die Eigenschaften von Stoffen untersucht und diese Stoffeigenschaften genutzt, um sie zu unterscheiden.
==Warum und wozu überhaupt?==
Wir wollen nicht, dass Menschen passiv zu Konsumenten werden, sondern dass sie aktiv ihre Welt gestalten.
Deshalb war es für die Demokratie wichtig, dass Menschen schreiben lernen, um sich anderen mitzuteilen.
Wir denken, dass die Fähigkeit, zu programmieren, genauso wie die Fähigkeit zu schreiben für die Menschen wichtig ist,
und so die Demokratie unterstützt, da sie uns aus der Rolle der Konsumenten, die in Blackboxsystemen gefangen sind,
heraushebt und zu aktiven Gestaltern macht.


Es kann aber vorkommen, dass ein Stoff sich verändert, das er neue Eigenschaften bekommt. Das kann langsam gehen oder schnell:
Wer wagt so gewaltige Worte? Einmal eine noch kleine Gruppe von Visionären wie Peter Meffert und Dr. Stephan Balk in Deutschland,
Alois Bachinger und Ingrid Ebner in Österreich,
aber auch Mitchel Resnick, Professor of Learning Research.


'''Eisen rostet mit der Zeit, es ist eine sehr langsame Veränderung, die unspektakulär ist.'''
<gallery mode="packed" heights="200" style="text-align:center">
File:Iron electrolytic and 1cm3 cube.jpg|Eisen ist ein silber glänzendes Metall.
File:3 Rusty tools.JPG|Kommt es mit Feuchtigkeit und Luft in Kontakt rostet es oft und dabei verändert sich die Farbe.
</gallery>


'''Magnesium verbrennt, wenn man es anzündet mit heller Flamme '''
<gallery mode="packed" heights="220" style="text-align:center">
File:Magnesium-products.jpg|Magnesium ist ein helles, silberglänzendes Metall.
File:Magnesium ribbon burning.jpg|Wenn man es anzündet, brennt es mit sehr heller Flamme. Es steigt weißer Rauch auf was aber nur das verbrannte Magnesium ist, dass zurückbleibt, wenn die Flamme ausgegangen ist.
Datei:Magnesium_oxide.jpg|Weißer Rückstand der Magnesiumverbrennung.
</gallery>


{{Box|AUFGABE - Neuer Stoff oder was?|2=Überlege, warum wir davon ausgehen können, dass hier jeweils neue Stoffe entstanden sind?
===Bildungsstandards===
|3=Üben}}
Die Informatik an der Grundschule ist noch nicht geboren worden. Aber wir sind fortschrittlich, denn die Bildungsstandards
der Mathematik können auch in Informatik alle verwirklicht werden, nur eben mit anderen Methoden. Es gibt Befürworter für die Einführung
des Faches Informatik an der Grundschule, z.B.:
* [http://t3n.de/news/programmieren-ab-grundschule-internetbotschafterin-gesche-joost-536352/ Gesche Joost]
* [http://www.tagesanzeiger.ch/digital/computer/Jedes-Kind-muss-programmieren-lernen/story/15770089 Prof. Juraj Hromkovic]
* [http://beat.doebe.li/publications/2014-doebeli-honegger-muuss-merholz-computer-be-greifen.pdf Beat Doebeli Honegger]
* [http://www.zeit.de/2013/02/Schule-Estland-Programmieren Ave Lauringson]
* [https://www.phbern.ch/fileadmin/user_upload/MOL/Robotik/Einf%C3%BChrung/Kommentar_fuer_Lehrpersonen_Robotik.pdf phbern.ch Robotik]


Die Veränderung von Stoffen, um gezielt neue Stoff herstellen zu können, ist eigentlich nichts Besonderes. Schon in der Frühzeit der Menschheit, hat man Beobachtungen von natürlichen Vorgängen oder auch die Auswirkung von Feuer auf verschiedene Materialien wahrgenommen und auch genutzt. So werden Verbrennungsreaktionen, die alkoholische Gärung oder die Gewinnung von Metallen aus Erzen schon lange genutzt.


<gallery mode="packed" heights="280" style="text-align:center">
Datei:Keltischer rennofen.jpg|Nachbau eines keltischen Rennofens zur Herstellung Eisen.
Datei:Kreismuseum Bitburg-Prüm Brennerei.JPG|Schnaps-Brennerei aus dem 18. Jahrhundert.
</gallery>




Die ersten Theorien, was bei solchen Veränderungen passiert, stammen von den griechischen Philosophen, aber sie sind aus unserer Sicht sehr merkwürdig. Lange hat sich bei der Frage, was bei chemischen Reaktionen passiert, nicht getan.
in dem letzten Link gibt es die Lernziele für die jüngeren Schüler bis zur zweiten Klasse:


Im Mittelalter, waren es die Alchemisten, die sich auf die Nutzung von chemischen Reaktionen spezialisiert haben, Rezepte gesammelt und gezielt bestimmte Stoffe hergestellt haben.
:Ich kenne Geräte, die mit Strom funktionieren und mittels ICT programmiert werden können.
:Ich kenne den Nutzen alltäglicherTechnologie und verstehe wozu man diese pro-grammieren kann.
:Ich kann einzelne Befehle aufzählen und korrekt in einen Roboter eingeben.
:Ich kann Anleitungen für den Roboter schriftlich festhalten.
:Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser an einen vorher bestimmten Punkt gelangt.
:Ich kann bekannte Abläufe analysieren und kombinieren und daraus neue Abläufe ableiten.
:Ich kann Winkel und Distanzen messen und diese in den Roboter eingeben.


<gallery heights="200" mode="packed" style="text-align:center">
File:'Distillatio', scene in an alchemist laboratory Wellcome M0018149.jpg|Szene aus einem alchemistischen Labor
File:Alchemist's Laboratory showing original apparatus. Wellcome L0001814.jpg|Original Apparate aus einem alchemistischen Labor
</gallery>


Viele Alchemisten hatten sicherlich das Ziel Gold herzustellen, was hinter der "Umwandlung" von Stoffen war für sie nicht so wichtig.
und für die älteren Schüler:


==Untersuchung der Veränderungen bei Stoff ==
:Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser eine vorgegebene Form nachzeichnet.
Wir wollen einige Vorgänge genauer betrachten, bei denen sich Stoffe verändern. Du wirst selber ein solche Experiment durchführen und dabei lernen, wie man Beobachtungen bei Experimenten richtig in einerm Versuchsprotokoll festhält.
:Ich kann eine eigene Liste mit Befehlen schreiben, um eine bestimmte Form zu zeichnen.
:Ich kann bei Bedarf die „Wiederholen“-Funktion gezielt einsetzen.
:Ich weiß, was eine Prozedur ist und kann eigene Prozeduren speichern.
:Ich kann Sensoren nutzen, um Prozeduren auszulösen


{{Box|AKTIVITÄT (PFLICHT) - Verhalten von Kupfer beim Erhitzen mit Schwefel|2=Diese Aktivität beschreibt, wie du Experiment durchführen sollst und erklärt dir die Vorgehensweise zum richtigen Protokollieren dieses Epxerimentes.


⇒ [[/Verhalten von Kupfer beim Erhitzen mit Schwefel/]]
Die Kategorien der  {{pdf-extern|http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/2004_10_15-Bildungsstandards-Mathe-Primar.pdf|Bildungsstandards Mathematik}}, die von der Kultusministerkonferenz am 15.10.2004 verabschiedet wurden, seien hier noch einmal aufgelistet, in Klammern
|3=Lernpfad}}
ist jeweils eine mögliche methodische Umsetzung durch einen programmierbaren Roboter angegeben:


Nun, war dieses Experiment etwas Besonderes? Nicht unbedingt, denn das durch unsere Einwirkung sich Stoffe verändern und auch verändert bleiben findet andauern im Alltag statt.
====Zahlen und Operationen====


'''Aber Achtung''', du darfst Veränderung von Stoffe nicht mit Änderungen des Aggregatzustandes verwechseln, denn diese Änderungen können ja wieder ganz einfach rückgängig gemacht werden. So wird Schwefel beim Erhitzen flüssig und ändert seine Farbe, wenn man es aber abkühlen lässt und einige Zeit wartet wird er wieder fest und bekommt seine gelbe Farbe zurück.
*Zahldarstellungen und Zahlbeziehungen verstehen
*Rechenoperationen verstehen und beherrschen
:(Bee-Bot geht vorwärts bedeutet addieren, entsprechende Anzahl rückwärts gehen bedeutet, diese Anzahl subtrahieren. Insgesamt ist er dann (vorwärtszahl-rückwärtszahl) vorwärts gegangen).
*in Kontexten rechnen


Du wirst es vielleicht schon geahnt haben, denn beim Experiment von Kupfer mit Schwefel haben wir eine sogenannte Chemische Reaktion durchgeführt.
====Raum und Form====


{{Box|DEFINITION - Chemische Reaktion|2=
*sich im Raum orientieren
Eine '''chemische Reaktion''' ist ein Vorgang bei dem die '''Ausgangsstoffe (Edukte)''' verschwinden und neue Stoffe (Produkte) erscheinen. Dies kann man anhand der Eigenschaften erkennen, die sich (scheinbar) verändern.
:(Indem man den Roboter an eine bestimmte Stelle im Koordinatengitter steuert, übt man das räumliche Vorstellungsvermögen und den Perspektivenwechsel)
|3=Hervorhebung2}}
*geometrische Figuren erkennen, benennen und darstellen
:(mit dem Pro-Bot können Figuren auf Papier programmiert gezeichnet werden. Erklärung der Funktionen des Pro-Bots gibt es auf [https://www.bee-bot.us/downloads/file/Pro-Bot-Robotics.pdf Pro-Bot Beschreibung] )
*einfache geometrische Abbildungen erkennen, benennen und darstellen
:(die Umkehrung der Befehle links und Rechts ergibt eine Spiegelung für den Roboter. Die Umkehrung der Reihenfolge der Befehle eine Punktsymmetrie)
*Flächen- und Rauminhalte vergleichen und messen


Und nun du, fallen dir Vorgänge im Alltag ein, die chemische Reaktionen sind? Denke daran, du musst überlegen, ob sie vielleicht nur Änderungen des Aggregatzustandes sind? Überlege also immer, ob die Veränderung dauerhaft ist? Welche Eigenschaften hat man vorher, welche verändern sich?
====Muster und Strukturen====


{{Box|AKTIVITÄT (PFLICHT) - Chemische Reaktionen|2=Nachdem du nun einige Experiment kennengelernt hast, bei denen eine chemische Reaktion stattgefunden hat, soll dieser Begriff nun etwas genauer
*Gesetzmäßigkeiten erkennen, beschreiben und darstellen
:(siehe "Entdeckendes Lernen" im Abschnitt Didaktik)
*funktionale Beziehungen erkennen, beschreiben und darstellen
:(mit Hilfe von Sensoren mit dem Pro-Bot möglich durch bedingte Reaktion als Funktion der Sensordaten)


⇒ [[/Chemische Reaktionen genauer betrachtet/]]
====Größen und Messen====
|3=Lernpfad}}
*Größenvorstellungen besitzen
:(der Bee-Bot soll einen Stuhl umkreisen. Die Schrittzahl ist jeweils die Maßzahl für die Längenmessung, die Schrittweite (hier 15cm für den Bee-Bot) ist die Größe)
*mit Größen in Sachsituationen umgehen
:(Wie viele Gartenplatten benötigt man, um ein rechteckiges Gebiet von ... Bee-Bot-Quadraten Fläche einzufassen?)


== Chemische Reaktionen im Teilchenmodell ==
====Daten, Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit====


Bevor wir uns genauer anschauen, was bei den chemischen Reaktionen auf Teilchenebene geschieht, führen wir noch ein weitere chemische Reaktion durch:  
*Daten erfassen und darstellen
:(Anzahl der Möglichkeiten, um im Gitter von A nach B zu kommen, und Wahrscheinlichkeit, auf den gewählten Weg zu tippen)
*Wahrscheinlichkeiten von Ereignissen in Zufallsexperimenten vergleichen
:(Pseudo-Zufallsgeneratoren in Scratch-Simulationen für den Bee-Bot)


{{Box|EXPERIMENT - Reaktion von Kupfer mit Iod |2=Die Durchführung des Experimentes und was du dabei genau beachten sollst, wird auf der folgenden Unterseite genauer beschrieben.
<ref name="Quelle">http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/2004_10_15-Bildungsstandards-Mathe-Primar.pdf</ref>


⇒ [[/Reaktion von Kupfer mit Iod /]]
==Didaktik==
|3=Experimentieren}}


Nach unseren bisherigen Vorstellungen ist es so, dass unterschiedliche Stoffe unterschiedliche Teilchen haben müssen. Wenn bei einer chemischen Reaktion ein neuer Stoff entsteht, dann müssen nun neue Teilchen vorhanden sein. Man könnte sich also vorstellen, das bei der Reaktion von Kupfer mit Iod passiert, was im folgenden Film zu sehen ist ...
Eine elementare Form der Informatik lässt sich kindgerecht am besten mit einem leicht zu handhabenden, sofort einsetzbaren und programmierbaren Roboter
verwirklichen. Im Moment erfüllt der Bee-Bot diese Bedingungen am ehesten. Gleich vorweg: keiner von uns hat einen Vertrag mit Bee-Bot oder irgendwelche Vorteile
von der Bevorzugung dieses Lernmediums.


Schau dir schon einmal die Vorschau des Videos an. Was ist gegeben?
Der Bee-Bot besitzt Knopfe auf seinem Rücken, mit dem er sich ganz leicht programmieren lässt: Man drückt z.B. "vorwärts, rechts, vorwärts, links, vorwärts"
*Zunächst einmal sieht man die rosa-farbenen Kugeln, die eng und geordnet beieinander liegen. Das soll hier der Feststoff, also das Kupfer, sein.
und startet ihn mit der Taste "Go". Sofort bewegt er sich nach vorn, macht dann eine 90 Grad-Drehung nach rechts, fährt wieder ein Stück, macht eine
*Herum schwebend sind da noch die kleinen, türkis-farbenen Teilchen, welche die Iod-Atome darstellen sollen, die in den gasförmigen Zustand gebracht wurden.
90 Grad-Drehung nach links und fährt noch ein Stück. Vielleicht ist das noch zu einfach für die erste Klasse, aber wir wollen, dass jeder Schüler
mitkommt. Differenzierung ist ohne Probleme möglich, es gibt jede Menge Möglichkeiten, schwierigere Szenarien zu erstellen ( s.u. ) aber die richtigen
Materialien dafür zu entwickeln ist nicht ohne; wir arbeiten im Moment daran.


Für die chemische Reaktion treffen sie aufeinander. Schau dir einmal an, was dann passiert:
===Entdeckendes Lernen===


{{#ev:youtube|h4wu3s5y7Dw|800|center}}
Geben Sie Schülergruppen aus jeweils vier Schülern einen Bee-Bot in die Hand und lassen Sie sie ihn erforschen, mit dem Auftrag herauszufinden, was die einzelnen Tasten bewirken. Sie werden sich wundern, wie schnell sämtliche Funktionen ermittelt sind. Diese Funktionen auch zu notieren und anderen mitzuteilen, ist anspruchsvoller, aber ebenfalls sinnvoll.


Schau dir das Video ruhig gleich mehrfach an, denn es geht relativ schnell.
===Probleme lösen===


{{Box|AUFGABE - Beschreibung der Vorgänge im Video|2=DBeschreibe mit eigenen Worten was hier passiert?
In vorgegebenen Szenarien können Schüler eine Zielvorgabe erfüllen, dabei sollten die Aufgaben zunächst einfach, dann immer umfassender werden.


Wie kommt es du der Änderung im Verhalten der Teilchen vor und nach der Reaktion?
===Zusammenarbeit===


Verstehst du, warum hier eine chemische Reaktion stattgefunden hat? Oder siehst du ein Problem zu unseren bisherigen Beobachtungen?
Wenn man die Befehle in der Reihenfolge aufschreibt, hat man schon sein erstes Programm geschrieben; dieses kann man einem Mitschüler geben, der es an
|3=Üben}}
seinem Bee-Bot gleichermaßen eingeben und ausführen kann. Aber auch der Weg dorthin ist, wenn man ihn offen gestaltet, gewinnbringend, denn die Schüler
müssen sich über ein entsprechendes Protokoll einigen, ''wie'' das Programm aufgeschrieben werden soll. Viele Szenarien sind möglich, in denen Schüler sich
miteinander verständigen müssen, um eine Aufgabe zu lösen.


Die zwei Reaktionen, die ihr bisher selber durchgeführt habt, also die Reaktionen von Kupfer mit Schwefel und mit Iod lassen sich mit dieser Idee recht gut beschreiben. Betrachten wir andere Reaktionen, so wird der Versuch, dies ähnlich wie im Video zu erklären, nicht so einfach sein.
===Schüler für Schüler===


Wir betrachten nun eine ganz andere Reaktion, die wir ohne Feuer durchführen. Energie kommt hier in Form von Elektrizität vor. Denk daran: Energie spielt eine wichtige Rolle bei chemischen Reaktionen. Neben dem Umsatz von Stoffen ''(es verschwinden Stoffe und es entstehen neue)'' gibt es auch immer einen Umsatz von Energie. Wir müssen wir entweder Energie zufügen ''(das Kochen von Eiern)'' oder es wird Energie frei ''(eine brennende Kerze, das Glühen bei der Reaktion von Kupfer mit Schwefel)''.
Die älteren Schüler können Materialien für die jüngeren Schüler erstellen. Hier kommen insbesondere Problemlöse-Szenarien in Frage. Aber auch für die
Beauftragung der älteren Schüler in dieser Richtung bedarf es guter Materialien, die vorbereitet werden müssen. Auch hier sind wir noch im Arbeitsprozeß.


{{Box|EXPERIMENT - Elektrolyse von Wasser |2=Bei diesem Experiment wirst du auch kennenlernen, wie man einige Stoffe nachweisen kann. Denn die bei diesem Experiment entstehenden Gasen sind beide unsichtbar und man kann nicht wirklich viel Unterschied erkennen.
===Transparenz===


Die Unterseite beschreibt wieder die Durchführung des Experimentes und wie man die Edukte untersuchen kann.
Wie im Bereich "FMS-Logo" des Abschnitts "Methoden" weiter unten genauer erläutert, wollen wir "dem Computer auf die Finger schauen".
Das, was der Computer macht, ist eigentlich sehr einfach. Nur, er macht es so schnell, dass wir es meistens nicht nachvollziehen können.
Dem entgegenzuwirken, ist ein wesentliches Lernziel. Also ist die Konsequenz: Schritt für Schritt alles sichtbar machen. Am besten sogar mit Pausen.


⇒ [[/Elektrolyse von Wasser/]]
== Unterrichtsmaterial ==
|3=Experimentieren}}


Es gibt einige Begriffe, die für spezielle chemische Reaktionen verwendet werden. Zuletzt habt ihr die Elektrolyse durchgeführt, die Begriffe Synthese und Analyse solltet ihr schon einmal im Alltag gehört haben.
In jedem Fall sollten Sie sich die erstklassigen Seiten von Alois Bachinger ansehen, der in Österreich einen Workshop zu Bee-Bots erstellt hat:
* [http://beebot.ibach.at/ Workshop Bee-Bots ibach]


{{Box|Begriffe - Synthese, Analyse, Elektrolyse|2=
Seine Didaktik hat auch die Zielsetzung: ''Strukturieren - analysieren - Strategien aufbauen Denken lernen - Probleme lösen''
* '''Synthese''' = Reaktion, bei der ein bestimmter Stoff hergestellt wird, z.B. die Synthese von Kupfersulfid aus Kupfer und Schwefel.
* '''Analyse''' = Allgemein eine Reaktion, bei der ein Stoff zerlegt wird. Meist beschreibt man damit Verfahren, mit denen man feststellen will, um welche Art von Stoff es sich handelt.
* '''... lyse''' = Reaktion zum Zerlegen von Stoffen
* '''Elektrolyse''' = Reaktion zum Zerlegen eines Stoffes mit Hilfe von elektrischem Strom.
* '''Thermolyse''' = Reaktion zum Zerlegen eines Stoffes mit Hilfe von Wärme.
|3=Hervorhebung1}}


Die Elektrolyse von Wasser ist übrigens ein wichtiges technisches Verfahren. Bei der Elektrolyse wird mit Hilfe von elektrischen Strom der brennbare Wasserstoff gewonnen, um zum Beispiel die gewonnene Energie aus regenerativen Energiequellen längerfristig lagerbar zu machen. Dieser Wasserstoff kann dann wieder zur Gewinnung von Energie genutzt werden. Teilweise wird dieser Wasserstoff auch weiterverarbeitet, zum Beispiel zum flüssigen Methanol, um dieses als Treibstoff für Autos, ähnlich wie Benzin nutzen zu können. Oder auch in Brennstoffzellen, was noch besser ist.
Wir haben unsere gegenseitige Zusammenarbeit schon beschlossen, aber noch gibt es viele andere Dinge, die wir bis dahin noch erledigen müssen.


<gallery  mode="packed" heights="200" style="text-align:center">
===1. und 2. Klasse===
File:20131002_xl_wiki_5203.JPG|Elektrischer Strom wird mit Hilfe von Windrädern gewonnen. Dieser Strom wird genutzt ...  
In
Datei:Front cells.jpg|Elektrischer Strom wird mit Hilfe von Windrädern gewonnen. Dieser Strom wird genutzt ...  
* [https://scratch.mit.edu/studios/1311930/ Studio: Bee-Bot mit Scratch]
File:Wasserstofftankstelle EnBW.jpg|... und der Wasserstoff wird dann an speziellen Tankstellen für Brennstoffzellen-Autos zum Tanken angeboten.  
finden Sie insbesondere das Programm
</gallery>
* [https://scratch.mit.edu/projects/67025190/#fullscreen Bee-Bot schiebt Blöcke]
bei dem der Bee-Bot Eisblöcke auf einen freien Platz verschieben kann, der Bee-Bot hat in dieser Simulation die Programmierungstasten auf seinem Rücken, also genau so wie es der echte auch hat.


Und nun? Lässt sich diese chemische Reaktion bei der Elektrolyse mit Hilfe des Teilchenmodells erklären? Wie müsste ein Video mit einer Teilchensimulation aussehen? Geht das überhaupt?
Es gibt bis jetzt noch keine anderen, für alle frei verfügbaren Simulationen für den Bee-Bot, bei dem das auch der Fall ist.


{{Box|AKTIVITÄT (PFLICHT) - Reaktionen mit dem Atommodell erklären|2=Nun soll es um die endgültige Auflösung gehen und damit sollen alle möglichen Reaktionen chemische erklärbar werden. Dabei rückt das "Atom" wieder mehr in den Mittelpunkt. DU lernst neue Begriffe kenne und
Am besten, Sie benutzen Scratch-Szenarien im Vollbildmodus.  


⇒ [[/Reaktionen mit dem Atommodell erklären/]]
Eine für Apple-Nutzer verfügbare App gibt es jedoch:
|3=Lernpfad}}
* [https://itunes.apple.com/de/app/bee-bot/id500131639?mt=8 Bee-Bot als App für Apple], wobei aber nicht jeder einen Apple hat und zum Anderen die nicht-veränderbare Aufgabenstellung genau 12 Problemlösungen bereithält. Für flexiblere und an die Wünsche der Schüler angepasste Aufgaben ist eben jenes Studio in Scratch vorgesehen.


== Chemische Reaktionen mit Atomsymbolen beschreiben ==
'''FMS-Logo'''


Du hast gelernt, was chemische Reaktionen sind und was dabei passiert. Als ein Beispiel haben wir die Verbrennung von Oktan betrachtet.
Die Seite [http://logo-spielplatz.de/ logo-spielplatz.de] bietet eine Einführung in eine kindgerechte Programmierung, die sich [http://de.wikipedia.org/wiki/Seymour_Papert Seymour Papert], ein Mathematiker und Psychologe, für seine eigenen Kinder 1968 hat einfallen lassen. Diese Programmiersprache ist in seiner Einfachheit gleichzeitigen Leistungsfähigkeit bis heute unübertroffen.


'''Bild:Verbrennung von Oktan'''
Insbesondere der "Igel", der bei der Bewegung wie eine Spinne ihren Faden hinterläßt, wird durch die Schaltzentralen ( hier geeignet: die für die Grundschule, programmiert von Peter Meffert ) effektiv und klar verdeutlicht. Das "dem Computer auf die Finger schauen"-Prinzip, also das schrittweise Nachvollziehen jeder einzelnen Aktion, ist die Verwirklichung des Gegenteils zur "Black-box". Leider wird in vielen Systemen alles mögliche versteckt, auch die Diskussion um Datenschutz hat hier ihren Platz, die Black-box solcher Fertigsysteme hat viele Gefahren. Dem entgegenzuwirken ist einer unserer pädagogischen Aufträge: Den Schülern Mittel in die Hand zu geben, den Dingen auf den Grund zu gehen und sie bis zum Boden transparent zu machen. Oder, wenn dies nicht funktioniert, sich eben selbst eigene Dinge zu erschaffen, bei denen das möglich ist. Das ist auch eine Möglichkeit, sich der Manipulation zu entziehen und kritisch und demokratisch handeln zu können.
Abgeleitet von LOGO ist auch die Berner "KTurtle"-Graphik, bei der eine Schildkröte malt, auch hier sind alle Programmierbefehle in Deutsch.


Da das Oktanmolekül aus vielen Atome besteht, müssen wir sehr viele Atome zeichnen, was einige Zeit dauert. Einfacher wäre es zum Beispiel, wenn wir bei den Sauerstoff-Molekülen nicht jedes Molekül einzeln zeichnen müssten, sondern einfachen sagen könnten, dass ''(wir hier im Beispiel)'' 25 Sauerstoff-Moleküle reagieren.
Für LOGO in der Grundschule votiert auch
* [http://www.zum.de/Faecher/Materialien/leupold/logo/index.html Jleupold1],
* [http://www.zum.de/Faecher/Materialien/leupold/logo/historie.html Jleupold2] in ZUM.


Noch einfacher geht das allerdings, wenn wir statt einen Kreis für ein Atom zu zeichnen ein einfaches Symbole verwenden. Nämlich einfach Buchstaben. Die sogenannten Atomsymbole, sind spezielle Buchstaben-Kombinationen, die man international festgelegt hat, so dass Chemiker, aus aller Welt sich damit verständigen können.


Für die Verbrennung von Oktan schreibt man dann in einer sogenannten Reaktionsgleichung ganz schnell.
'''Scratch und Hopscotch'''


=== Historische Entwicklung der Atomsymbole ===
Dafür sind die meisten Schüler in dieser Altersstufe noch zu jung. Lieber erst alle Schüler mit kleinen Dingen richtig umgehen lassen, als nur den stärksten eine Chance geben.


Wie schon vorhin erwähnt, haben die die Chemiker vor über 200 Jahren sich mit der Untersuchung von chemischen Reaktionen beschäftigt, indem sie die Mengen der Edukte und Produkte genau gewogen haben.
Neuerdings gibt es eine Version ScratchJr als app für Apple und Android Tablets, die mindestens 7 Zoll groß sind (Android 4.4 (Kit-Kat)und höher), nämlich ScratchJr, konstruiert für Schüler im Alter von 5 bis 7 Jahre:
* [http://www.scratchjr.org/ Scratch_Jr]
oder direkt die Android-Version:
* [https://play.google.com/store/apps/details?id=org.scratchjr.android ScratchJr_Android]


....
=== Die "moderne" Symbolschreibweise ===


=== Die Symbolschreibweise chemischen Reaktionen ===
'''Lego-Roboter'''
Erinnerst du dich an die Reaktionsgleichung für die Beschreibung der Verbrennung des Oktans im Benzin? Was das alles bedeutet, sollte dir nun klar sein, oder?


2 C<sub>8</sub>H<sub>18</sub> + 25 O<sub>2</sub> ⟶ 16 CO<sub>2</sub> + 18 H<sub>2</sub>O
Die Lego-Roboter verfügen über einen riesigen Satz an Prorammierungsmöglichkeiten, sind aber im Gegensatz zum Bee-Bot nicht direkt einsetzbar und ihr Vorteil, dass sie immer neu aufbaubar sind, hat auch den Nachteil, dass man evtl. sehr viele Teile hat, die vom fertigen roboter wieder demontiert werden und
von denen die meisten nicht mehr wissen, wozu sie gehören oder letzen Endes fehlen; wer möchte die Bastel- und Aufräumarbeit übernehmen, die zu ihrer Verwendung jedes Mal nötig ist?


Da du nun die Symbolschreibweise kennst, können wir uns daran machen, sie bei weiteren chemischen Reaktionen anzuwenden. Dabei benutzen immer noch das Reaktionsschema und betrachten dazu das Teilchenmodell, denn du hast noch nicht so viel Erfahrung.
===3. und 4. Klasse===


{{Box|AKTIVITÄT (PFLICHT) - Betrachtung von Chemischen Reaktionen auf verschiedenen Ebenen|
Kennen sich die Schüler mit dem Bee-Bot aus, können sie die Erweiterung, den "Pro-Bot" mit seinen Sensoren und der erweiterten Programmierung nutzen.
Als Abschluss des Thema soll nun alles, was du rund um die Symbolschreibweise gelernt hast, und auch noch einmal das Teilchenmodell, angewendet werden. Wir nutzen dazu fertige Arbeitsblätter, die nur noch ausgefüllt werden müssen.
Dabei werden die Konzepte "Wiederhole-Schleife" "etwas tun nur unter einer Bedingung" und "Ich spüre etwas (Sensoren)" gelernt. Der Pro-Bot kann auch einen
Stift in seiner Mitte halten und sanft auf die Unterlage drücken. Dadurch lässt sich eine Zeichnung programmieren. Dadurch, dass auch sehr kleine Winkel und Fahrtstrecken machbar sind lassen sich auch Buchstaben und geometrische Muster zeichnen.


⇒ Betrachtung von Chemischen Reaktionen auf verschiedenen Ebenen
'''FMS-Logo'''
|3=Lernpfad}}


== Abschluss - Erstellen einer Concept-Map ==
Wie bei der ersten und zweiten Klasse beschrieben, sind unter logo-spielplatz.de die Schaltzentralen je nach Alter gestaffelt erhältlich, mit denen die Grundzüge der
LOGO erlernt werden können.


Nun hast du hoffentlich genau verstanden, was chemische Reaktionen sind und was es auch auf Teilchenebene bedeutet. Um sich selber Begriffe und ihre Zusammenhänge besser merken zu können, nutzt man gerne MindMaps oder hier noch besser sogenannten '''Concept-Maps'''.
'''Scratch und Hopscotch'''


{{Box|AUFGABE - Concept-Map zum Thema erstellen|2=
Das MIT bietet Werkzeuge an, die sich gut für unsere Zwecke eignen, für die Grundschule ab der 3. Klasse bis zum 8. Schuljahr sind dies Scratch,
[[Datei:VORSCHAU Anleitung 2 Concept-Maps- Chemische Reaktionen im Teilchenmodell.png|right|200px]]
[https://scratch.mit.edu/ '''Scratch'''] und für die Programmierung eigener Apps auf Smartphones gibt es ( etwa ab der 8. Klasse )
Das folgende Arbeitsblatt führt die ein, in die Erstellung von Concept-Maps. Zuerst einmal wird es dir recht einfach gemacht und genau erläutert, was Concept-Maps sind und wie sie "funktionieren".
den [http://appinventor.mit.edu/explore/ appinventor].


Lade dir das Arbeitsblatt als [[:Datei:Anleitung 2 Concept-Maps- Chemische Reaktionen im Teilchenmodell.pdf|'''→ PDF''']] oder [[:Datei:Anleitung 1 Concept-Maps- Chemische Reaktionen im Teilchenmodell.odt|'''→ ODT''']]-Datei herunter, drucke es dir aus und fülle es aus.
Hopscotch ist auch nicht schlecht, aber Scratch hat viele Vorteile.


Wir vergleichen es am Ende und besprechen die Lösungen.
|3=Üben}}


Die Idee der Concept-Maps kann dir immer - egal in welchen Fächern - helfen dein Wissen zu struktuieren. Nutze es ruhig auch in anderen Fächern. Wir werden noch öfters Concept-Maps in Chemie nutzen und du wirst auch noch eine Software kennenlernen, mit der du solche Concept-Mapsrecht bequem erstellen kannst.
'''Lego''' ab der vierten Klasse könnten Legosysteme wie "Lego-Wedo" und die etwas teuren "Mindstorms" zum Einsatz kommen, wenn man über genügend Platz zum
Lagern und Aufräumen verfügt, ebenso wie die ROBO-TX-Reihe von Fischertechnik.
 
==Methoden==
 
Die Methoden sind von Jahr zu Jahr unterschiedlich und müssen daher differenziert aufgelistet werden.
 
:1. Schuljahr: Das '''spielerische Erfassen''' von Vorgängen, das '''Zeigen und Nachmachen''' sind die wesentlichen primären Methoden.
Angegliedert das Zählen, vor allem vorwärts, dazu fährt der Bee-Bot dann auf einer Zahlen-Matte, man kann die Zahl immer
mitsprechen, wenn er auf einem Zahlenfeld angekommen ist und auch '''mitzählen''' beim "Programmieren", d.h. wie oft man auf die
Vorwärts-Taste drückt, bevor man den Bee-Bot startet. Am Fußgängerweg muss man stehen bleiben und '''besonders aufpassen'''.
Normalerweise halten Autos vor dem Zebrastreifen, der Bee-Bot kann das auch mit seiner "Warte-Taste", je öfter man sie drückt, um so
länger wartet er. Aber man kann auch sehen, was passiert, wenn an einer Kreuzung zwei Bee-Bots auf Kollisionskurs sind und nicht
aufeinander warten! Die Vorstellung, man würde sich mit dem Bee-Bot bewegen, hilft, vom Startpunkt zum Zielpunkt auf einem
6x6-Feld zu gelangen. Die Schüler legen ihre "Wohnungsblume", diese vorher selbst '''gemalt''', auf einen Rasterplan, und der Bee-Bot muss so programmiert werden, dass
er von Wohnung zu Wohnung fährt. Hindernisse in Form von dicken Eispackungen machen einige Felder unbefahrbar, sie müssen die '''Hindernisse
einplanen'''.
 
Das Quadrat wird in einfacher Form durch die Aufgabe "'''Um einen Stuhl mit dem Bee-Bot herumfahren'''" kennen gelernt.
 
 
:2. Schuljahr: Die Schüler können sich '''gegenseitig Aufgaben stellen''', indem Sie ein Startfeld und ein Zielfeld auf einem
Rasterplan markieren, auf dem der Bee-Bot fahren wird. Dazu legen sie Hindernisse in Form von Stiften auf die Feldränder, die
nicht überfahren werden dürfen. Das Ganze wird sowohl auf dem Papier als auch in der Realität umgesetzt.
 
Das "Minus-Rechnen", d.h. die Subtraktion ist mit dem Bee-Bot sehr einfach zu verstehen: fährt von der 0 erst einmal
nach vorn ( z.B. auf die 4 ), und danach wieder ( z.B. 2 mal ) '''rückwärts''', dann steht er auf dem Ergebnis ( hier: 4-2=2 ).
Die Schüler werden '''selbst''' auf einem Plan mit großen Feldern schrittweise '''vorwärts und rückwärts gehen''', um das Verständnis der Subtraktion
zu verstehen.
 
Der Bee-Bot kann als "Kehrmaschine" eingesetzt werden, um ein 6*6-Feld von Gegenständen spiralförmig von innen heraus zu befreien.
 
Der '''Fahrweg''', der auf einem 6*6 Raster '''durch Pfeile eingezeichnet''' ist, soll in die '''Programmierung duch entpsrechendes Tastendrücken übersetzt werden
und umgekehrt.'''
 
 
 
:3. Wie auf S. 16 von <ref name="Quelle2">http://lama.uni-paderborn.de/fileadmin/Mathematik/MathematikDidaktik/Vorlesungen/Did._Ari_Kl._1-3/Multiplizieren_und_Dividieren_GVV.pdf</ref> kann die Multiplikation auch kombinatorisch verstanden werden, z.B. können die Schüler zählen, wie viele Wege es auf einem quadratischen Raster gibt, von A ( links unten ) nach B ( rechts oben ) über einen Zwischenpunkt ( Blume, hier als Raststätte für die Biene ) Z zu kommen. Gibt es z.B. 2 Wege, von A nach Z zu kommen, und 3 Wege, von Z nach B zu kommen, so gibt es 2*3=6 verschiedene Wege.
 
'''Bring-Aufgaben erledigen''': Der Bee-Bot soll die Socken in das Badezimmer bringen. Dazu schiebt er sie vor sich her, aber die
Schüler lernen, dass man so nicht Kurven fahren kann, da man die Socke nur immer nach vorn schiebt. So muss man, um sie nach links zu bekommen,
rechts neben die Socke fahren und sich dann nach links drehen und dann erst geradeaus fahren. Die '''Unterteilung einer großen Aufgabe
in einzelne kleinere Aufgaben''' ist daher eine wichtige Problemlösestrategie, die man mit den Schülern sogar reflektieren kann.
 
'''Verschiebe-Aufgaben erledigen''': Ein Eisblock kann verschoben werden, aber nicht zwei Eisblöcke hintereinander.
Hier empfiehlt es sich, die Scratch-Simulationen ( siehe oben ) im Computerraum von den Schülern durchspielen zu lassen.
 
Auch hier sollen die Schüler '''kreativ tätig''' sein und sich gegenseitig Bring- und Verschiebe- Aufgaben stellen. Die Lösung der Aufgaben soll zunächst
vom Mitschüler auf Papier aufgeschrieben werden ( das ist dann schon ihr eigenes, '''erstes Programm, das sie als Problemlösung als Tastendruckanweisung
geschrieben''' haben ) .
 
:4. Schüler '''erfinden Bee-Bot Aufgaben''' für ihre Mitschüler aus der 2. Klasse. Sie '''zeichnen sich verantwortlich''' für ihre Aufgabe, indem sie
ihren Namen auf ihr Aufgabenblatt schreiben. Sie '''helfen sich gegenseitig''' bei schwierigeren Aufgaben, wie z.B. kompliziertere Multiplikationsaufgaben
kombinatorisch verstanden, z.B. bei der Aufzeichnung von 6*6=36 verschiedenen Wegen von A nach B über die Zwischenstation Z.
Sie erfinden neue Aktionen und Ereignisse, die auf dem Papier stattfinden, wenn der Bee-Bot eine Aufgabe auf dem Rasterplan auf dem Din-A4-Blatt erledigen soll,
z.B. kamen sie auf Vulkanausbrüche, wo man weggeschleudert wird, Explosionen, Fähren über einen sonst nicht passierbaren Fluss, Teleport-Wirbel, wo man
eingesaugt und an anderer Stelle wieder ausgespuckt wird.
 
Sie lernen, '''gegenseitige Interessen gegeneinander abzuwägen und rücksichtsvoll zu planen''', indem sie gleichzeitig zwei Bee-Bots auf dem selben Plan fahren lassen, aber
Rücksicht aufeinander nehmen müssen, um nicht gegeneinander zu stoßen. Hierfür Pläne mit wenigen Feldern sinnvoll, bei denen Bee-Bot1 von
A nach B und Bee-Bot2 von B nach A reisen muss, wobei dann noch jeder etwas zu trinken bei T und zu essen bei E holen muss.
Im Detail: 8 Felder, dabei 6 Felder wie auf einem Schachbrett von A2 nach F2, mit A auf A2 und B auf F2, dazu noch E auf C3 und T auf E1.
Als Bild ist das dann ganz einfach zu sehen, als Text natürlich fast unverständlich. Da muss auf jeden Fall noch ein Bild hier hin zur Erklärung.
 
Sie begreifen die Programmiersprache LOGO als praktisches Instrument, um Spielpläne für den Bee-Bot zu zeichnen, inclusive der Wege mit Pfeil, da der "Igel" bei
LOGO, wie eine Spinne ihren Faden, eine Linie bei seiner Bewegung zeichnet, und können Programmierung, die sie
am Bee-Bot gelernt haben, direkt umsetzen. Sie lernen neue Probleme kennen, z.B. dass es '''langweilig ist, einen an sich gleichen Vorgang
10 mal hintereinander einzugeben und begreifen so die Nützlichkeit einer Wiederholeschleife'''.
Mit dem Pro-Bot können sie die Reaktion auf ein Anstoßen gegen ein Hindernis über Sensoren erlernen, so dass einfache Wenn-Dann-Beziehungen begreifbar
werden, die die dann wiederum mit LOGO verfeinern können, so dass '''schöne Muster''' wie Blumen, Mandalas usw. darauf '''programmiert''' werden können.
Der Pro-Bot kann auch einen Stift in seiner Mitte aufnehmen, so dass auf einem Papier entsprechend programmierte Muster gezeichnet werden können.
Entsprechend programmierte Buchstaben können von den Schülern der 4. Klasse für Schüler der 1. Klasse '''vorgeführt''' werden. Dabei lernen
die Erstklässler dann gleich die großen Druckbuchstaben kennen.
 
 
==Gesellschaft für Informatik==
Prof. Dr. Humbert von der Universität Wuppertal hat uns auf wertvolle Seiten aufmerksam gemacht, die sich mit der Informatik in der Grundschule
befassen. Dort gibt es einen [https://gi.de/meldung/bitte-kommentieren-kompetenzen-fuer-informatische-bildung-im-primarbereich/ Arbeitskreis „Bildungsstandards Primarbereich“]
in dem bis Ende Juli 2018 die Bildungsstandards diskutiert werden dürfen.
 
Ein zugehöriger [https://gi.de/themen/beitrag/informatische-bildung-im-primarbereich-1/ Fachartikel], der die Kompetenzen der Schüler im Blick hat ist ebenfalls zu finden.
Wer dirket die Kompetenzen ansehen möchte, kann diese pdf-Datei lesen: [http://ddi.uni-wuppertal.de/website/repoLinks/v63_Kompetenzen_Entwurfsfassung_2018-06-26.pdf Kompetenzen]
Und auf S. 10 findet sich als Abb. 1.02:
''Lernen und Lehren –
Messen und Notieren einer für den
Bee-Bot zu programmierenden Fahrt.''
 
 
Die [https://ddi.uni-wuppertal.de Didaktik-Abteilung] der Universität Wuppertal hat
einige Beiträge geliefert:
 
[13.07.2018]
Entwurfsdokument »Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich«
Arbeitskreis Bildungsstandards für den Primarbereich des FA IBS der
Gesellschaft für Informatik
 
[26.06.2018]
Symposium zum Projekt »Informatik an Grundschulen«
 
[19.03.2018]
Informatiktag NRW 2018 in Paderborn – Drei Workshops der BUW-DdI …
=> Expliziter Hinweis auf das Vernetzungstreffen »Informatik in der
Grundschule«
 
[01.01.2018]
Erweiterung des Spioncamps
 
und es gibt das Das Projekt [http://IaG.nrw.de/ »Informatik an Grundschulen (IaG)«]
des MSB Nordrhein-Westfalen --
 
 
 
 
 
Ich habe nun schon einiges hier eingetragen, es ist aber noch nicht vollständig, es fehlen noch viele Bilder zur Veranschaulichung.
 
Z.B. sollte die englische Anleitung ( [https://www.bee-bot.us/downloads/file/Pro-Bot-Robotics.pdf Pro-Bot Beschreibung] ) auch ins Deutsche übertragen werden.
 
Machen Sie mit! [[Benutzer:DrStephanBalk|DrStephanBalk]] ([[Benutzer Diskussion:DrStephanBalk|Diskussion]]) 15:51, 14. Jun. 2015 (CEST)
 
Hat mal jemand über den Tellerrand geschaut, was in anderen Ländern gemacht wird?
 
== Anmerkungen ==
<references/>
 
 
 
[[Kategorie:Grundschule]]
[[Kategorie:Informatik]]
[[Kategorie:Lego]]

Version vom 19. August 2019, 10:42 Uhr

Warum und wozu überhaupt?

Wir wollen nicht, dass Menschen passiv zu Konsumenten werden, sondern dass sie aktiv ihre Welt gestalten. Deshalb war es für die Demokratie wichtig, dass Menschen schreiben lernen, um sich anderen mitzuteilen. Wir denken, dass die Fähigkeit, zu programmieren, genauso wie die Fähigkeit zu schreiben für die Menschen wichtig ist, und so die Demokratie unterstützt, da sie uns aus der Rolle der Konsumenten, die in Blackboxsystemen gefangen sind, heraushebt und zu aktiven Gestaltern macht.

Wer wagt so gewaltige Worte? Einmal eine noch kleine Gruppe von Visionären wie Peter Meffert und Dr. Stephan Balk in Deutschland, Alois Bachinger und Ingrid Ebner in Österreich, aber auch Mitchel Resnick, Professor of Learning Research.


Bildungsstandards

Die Informatik an der Grundschule ist noch nicht geboren worden. Aber wir sind fortschrittlich, denn die Bildungsstandards der Mathematik können auch in Informatik alle verwirklicht werden, nur eben mit anderen Methoden. Es gibt Befürworter für die Einführung des Faches Informatik an der Grundschule, z.B.:



in dem letzten Link gibt es die Lernziele für die jüngeren Schüler bis zur zweiten Klasse:

Ich kenne Geräte, die mit Strom funktionieren und mittels ICT programmiert werden können.
Ich kenne den Nutzen alltäglicherTechnologie und verstehe wozu man diese pro-grammieren kann.
Ich kann einzelne Befehle aufzählen und korrekt in einen Roboter eingeben.
Ich kann Anleitungen für den Roboter schriftlich festhalten.
Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser an einen vorher bestimmten Punkt gelangt.
Ich kann bekannte Abläufe analysieren und kombinieren und daraus neue Abläufe ableiten.
Ich kann Winkel und Distanzen messen und diese in den Roboter eingeben.


und für die älteren Schüler:

Ich kann eine Abfolge von Befehlen in einen Roboter eingeben, so dass dieser eine vorgegebene Form nachzeichnet.
Ich kann eine eigene Liste mit Befehlen schreiben, um eine bestimmte Form zu zeichnen.
Ich kann bei Bedarf die „Wiederholen“-Funktion gezielt einsetzen.
Ich weiß, was eine Prozedur ist und kann eigene Prozeduren speichern.
Ich kann Sensoren nutzen, um Prozeduren auszulösen


Die Kategorien der Vorlage:Pdf-extern, die von der Kultusministerkonferenz am 15.10.2004 verabschiedet wurden, seien hier noch einmal aufgelistet, in Klammern ist jeweils eine mögliche methodische Umsetzung durch einen programmierbaren Roboter angegeben:

Zahlen und Operationen

  • Zahldarstellungen und Zahlbeziehungen verstehen
  • Rechenoperationen verstehen und beherrschen
(Bee-Bot geht vorwärts bedeutet addieren, entsprechende Anzahl rückwärts gehen bedeutet, diese Anzahl subtrahieren. Insgesamt ist er dann (vorwärtszahl-rückwärtszahl) vorwärts gegangen).
  • in Kontexten rechnen

Raum und Form

  • sich im Raum orientieren
(Indem man den Roboter an eine bestimmte Stelle im Koordinatengitter steuert, übt man das räumliche Vorstellungsvermögen und den Perspektivenwechsel)
  • geometrische Figuren erkennen, benennen und darstellen
(mit dem Pro-Bot können Figuren auf Papier programmiert gezeichnet werden. Erklärung der Funktionen des Pro-Bots gibt es auf Pro-Bot Beschreibung )
  • einfache geometrische Abbildungen erkennen, benennen und darstellen
(die Umkehrung der Befehle links und Rechts ergibt eine Spiegelung für den Roboter. Die Umkehrung der Reihenfolge der Befehle eine Punktsymmetrie)
  • Flächen- und Rauminhalte vergleichen und messen

Muster und Strukturen

  • Gesetzmäßigkeiten erkennen, beschreiben und darstellen
(siehe "Entdeckendes Lernen" im Abschnitt Didaktik)
  • funktionale Beziehungen erkennen, beschreiben und darstellen
(mit Hilfe von Sensoren mit dem Pro-Bot möglich durch bedingte Reaktion als Funktion der Sensordaten)

Größen und Messen

  • Größenvorstellungen besitzen
(der Bee-Bot soll einen Stuhl umkreisen. Die Schrittzahl ist jeweils die Maßzahl für die Längenmessung, die Schrittweite (hier 15cm für den Bee-Bot) ist die Größe)
  • mit Größen in Sachsituationen umgehen
(Wie viele Gartenplatten benötigt man, um ein rechteckiges Gebiet von ... Bee-Bot-Quadraten Fläche einzufassen?)

Daten, Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit

  • Daten erfassen und darstellen
(Anzahl der Möglichkeiten, um im Gitter von A nach B zu kommen, und Wahrscheinlichkeit, auf den gewählten Weg zu tippen)
  • Wahrscheinlichkeiten von Ereignissen in Zufallsexperimenten vergleichen
(Pseudo-Zufallsgeneratoren in Scratch-Simulationen für den Bee-Bot)

[1]

Didaktik

Eine elementare Form der Informatik lässt sich kindgerecht am besten mit einem leicht zu handhabenden, sofort einsetzbaren und programmierbaren Roboter verwirklichen. Im Moment erfüllt der Bee-Bot diese Bedingungen am ehesten. Gleich vorweg: keiner von uns hat einen Vertrag mit Bee-Bot oder irgendwelche Vorteile von der Bevorzugung dieses Lernmediums.

Der Bee-Bot besitzt Knopfe auf seinem Rücken, mit dem er sich ganz leicht programmieren lässt: Man drückt z.B. "vorwärts, rechts, vorwärts, links, vorwärts" und startet ihn mit der Taste "Go". Sofort bewegt er sich nach vorn, macht dann eine 90 Grad-Drehung nach rechts, fährt wieder ein Stück, macht eine 90 Grad-Drehung nach links und fährt noch ein Stück. Vielleicht ist das noch zu einfach für die erste Klasse, aber wir wollen, dass jeder Schüler mitkommt. Differenzierung ist ohne Probleme möglich, es gibt jede Menge Möglichkeiten, schwierigere Szenarien zu erstellen ( s.u. ) aber die richtigen Materialien dafür zu entwickeln ist nicht ohne; wir arbeiten im Moment daran.

Entdeckendes Lernen

Geben Sie Schülergruppen aus jeweils vier Schülern einen Bee-Bot in die Hand und lassen Sie sie ihn erforschen, mit dem Auftrag herauszufinden, was die einzelnen Tasten bewirken. Sie werden sich wundern, wie schnell sämtliche Funktionen ermittelt sind. Diese Funktionen auch zu notieren und anderen mitzuteilen, ist anspruchsvoller, aber ebenfalls sinnvoll.

Probleme lösen

In vorgegebenen Szenarien können Schüler eine Zielvorgabe erfüllen, dabei sollten die Aufgaben zunächst einfach, dann immer umfassender werden.

Zusammenarbeit

Wenn man die Befehle in der Reihenfolge aufschreibt, hat man schon sein erstes Programm geschrieben; dieses kann man einem Mitschüler geben, der es an seinem Bee-Bot gleichermaßen eingeben und ausführen kann. Aber auch der Weg dorthin ist, wenn man ihn offen gestaltet, gewinnbringend, denn die Schüler müssen sich über ein entsprechendes Protokoll einigen, wie das Programm aufgeschrieben werden soll. Viele Szenarien sind möglich, in denen Schüler sich miteinander verständigen müssen, um eine Aufgabe zu lösen.

Schüler für Schüler

Die älteren Schüler können Materialien für die jüngeren Schüler erstellen. Hier kommen insbesondere Problemlöse-Szenarien in Frage. Aber auch für die Beauftragung der älteren Schüler in dieser Richtung bedarf es guter Materialien, die vorbereitet werden müssen. Auch hier sind wir noch im Arbeitsprozeß.

Transparenz

Wie im Bereich "FMS-Logo" des Abschnitts "Methoden" weiter unten genauer erläutert, wollen wir "dem Computer auf die Finger schauen". Das, was der Computer macht, ist eigentlich sehr einfach. Nur, er macht es so schnell, dass wir es meistens nicht nachvollziehen können. Dem entgegenzuwirken, ist ein wesentliches Lernziel. Also ist die Konsequenz: Schritt für Schritt alles sichtbar machen. Am besten sogar mit Pausen.

Unterrichtsmaterial

In jedem Fall sollten Sie sich die erstklassigen Seiten von Alois Bachinger ansehen, der in Österreich einen Workshop zu Bee-Bots erstellt hat:

Seine Didaktik hat auch die Zielsetzung: Strukturieren - analysieren - Strategien aufbauen Denken lernen - Probleme lösen

Wir haben unsere gegenseitige Zusammenarbeit schon beschlossen, aber noch gibt es viele andere Dinge, die wir bis dahin noch erledigen müssen.

1. und 2. Klasse

In

finden Sie insbesondere das Programm

bei dem der Bee-Bot Eisblöcke auf einen freien Platz verschieben kann, der Bee-Bot hat in dieser Simulation die Programmierungstasten auf seinem Rücken, also genau so wie es der echte auch hat.

Es gibt bis jetzt noch keine anderen, für alle frei verfügbaren Simulationen für den Bee-Bot, bei dem das auch der Fall ist.

Am besten, Sie benutzen Scratch-Szenarien im Vollbildmodus.

Eine für Apple-Nutzer verfügbare App gibt es jedoch:

  • Bee-Bot als App für Apple, wobei aber nicht jeder einen Apple hat und zum Anderen die nicht-veränderbare Aufgabenstellung genau 12 Problemlösungen bereithält. Für flexiblere und an die Wünsche der Schüler angepasste Aufgaben ist eben jenes Studio in Scratch vorgesehen.

FMS-Logo

Die Seite logo-spielplatz.de bietet eine Einführung in eine kindgerechte Programmierung, die sich Seymour Papert, ein Mathematiker und Psychologe, für seine eigenen Kinder 1968 hat einfallen lassen. Diese Programmiersprache ist in seiner Einfachheit gleichzeitigen Leistungsfähigkeit bis heute unübertroffen.

Insbesondere der "Igel", der bei der Bewegung wie eine Spinne ihren Faden hinterläßt, wird durch die Schaltzentralen ( hier geeignet: die für die Grundschule, programmiert von Peter Meffert ) effektiv und klar verdeutlicht. Das "dem Computer auf die Finger schauen"-Prinzip, also das schrittweise Nachvollziehen jeder einzelnen Aktion, ist die Verwirklichung des Gegenteils zur "Black-box". Leider wird in vielen Systemen alles mögliche versteckt, auch die Diskussion um Datenschutz hat hier ihren Platz, die Black-box solcher Fertigsysteme hat viele Gefahren. Dem entgegenzuwirken ist einer unserer pädagogischen Aufträge: Den Schülern Mittel in die Hand zu geben, den Dingen auf den Grund zu gehen und sie bis zum Boden transparent zu machen. Oder, wenn dies nicht funktioniert, sich eben selbst eigene Dinge zu erschaffen, bei denen das möglich ist. Das ist auch eine Möglichkeit, sich der Manipulation zu entziehen und kritisch und demokratisch handeln zu können. Abgeleitet von LOGO ist auch die Berner "KTurtle"-Graphik, bei der eine Schildkröte malt, auch hier sind alle Programmierbefehle in Deutsch.

Für LOGO in der Grundschule votiert auch


Scratch und Hopscotch

Dafür sind die meisten Schüler in dieser Altersstufe noch zu jung. Lieber erst alle Schüler mit kleinen Dingen richtig umgehen lassen, als nur den stärksten eine Chance geben.

Neuerdings gibt es eine Version ScratchJr als app für Apple und Android Tablets, die mindestens 7 Zoll groß sind (Android 4.4 (Kit-Kat)und höher), nämlich ScratchJr, konstruiert für Schüler im Alter von 5 bis 7 Jahre:

oder direkt die Android-Version:


Lego-Roboter

Die Lego-Roboter verfügen über einen riesigen Satz an Prorammierungsmöglichkeiten, sind aber im Gegensatz zum Bee-Bot nicht direkt einsetzbar und ihr Vorteil, dass sie immer neu aufbaubar sind, hat auch den Nachteil, dass man evtl. sehr viele Teile hat, die vom fertigen roboter wieder demontiert werden und von denen die meisten nicht mehr wissen, wozu sie gehören oder letzen Endes fehlen; wer möchte die Bastel- und Aufräumarbeit übernehmen, die zu ihrer Verwendung jedes Mal nötig ist?

3. und 4. Klasse

Kennen sich die Schüler mit dem Bee-Bot aus, können sie die Erweiterung, den "Pro-Bot" mit seinen Sensoren und der erweiterten Programmierung nutzen. Dabei werden die Konzepte "Wiederhole-Schleife" "etwas tun nur unter einer Bedingung" und "Ich spüre etwas (Sensoren)" gelernt. Der Pro-Bot kann auch einen Stift in seiner Mitte halten und sanft auf die Unterlage drücken. Dadurch lässt sich eine Zeichnung programmieren. Dadurch, dass auch sehr kleine Winkel und Fahrtstrecken machbar sind lassen sich auch Buchstaben und geometrische Muster zeichnen.

FMS-Logo

Wie bei der ersten und zweiten Klasse beschrieben, sind unter logo-spielplatz.de die Schaltzentralen je nach Alter gestaffelt erhältlich, mit denen die Grundzüge der LOGO erlernt werden können.

Scratch und Hopscotch

Das MIT bietet Werkzeuge an, die sich gut für unsere Zwecke eignen, für die Grundschule ab der 3. Klasse bis zum 8. Schuljahr sind dies Scratch, Scratch und für die Programmierung eigener Apps auf Smartphones gibt es ( etwa ab der 8. Klasse ) den appinventor.

Hopscotch ist auch nicht schlecht, aber Scratch hat viele Vorteile.


Lego ab der vierten Klasse könnten Legosysteme wie "Lego-Wedo" und die etwas teuren "Mindstorms" zum Einsatz kommen, wenn man über genügend Platz zum Lagern und Aufräumen verfügt, ebenso wie die ROBO-TX-Reihe von Fischertechnik.

Methoden

Die Methoden sind von Jahr zu Jahr unterschiedlich und müssen daher differenziert aufgelistet werden.

1. Schuljahr: Das spielerische Erfassen von Vorgängen, das Zeigen und Nachmachen sind die wesentlichen primären Methoden.

Angegliedert das Zählen, vor allem vorwärts, dazu fährt der Bee-Bot dann auf einer Zahlen-Matte, man kann die Zahl immer mitsprechen, wenn er auf einem Zahlenfeld angekommen ist und auch mitzählen beim "Programmieren", d.h. wie oft man auf die Vorwärts-Taste drückt, bevor man den Bee-Bot startet. Am Fußgängerweg muss man stehen bleiben und besonders aufpassen. Normalerweise halten Autos vor dem Zebrastreifen, der Bee-Bot kann das auch mit seiner "Warte-Taste", je öfter man sie drückt, um so länger wartet er. Aber man kann auch sehen, was passiert, wenn an einer Kreuzung zwei Bee-Bots auf Kollisionskurs sind und nicht aufeinander warten! Die Vorstellung, man würde sich mit dem Bee-Bot bewegen, hilft, vom Startpunkt zum Zielpunkt auf einem 6x6-Feld zu gelangen. Die Schüler legen ihre "Wohnungsblume", diese vorher selbst gemalt, auf einen Rasterplan, und der Bee-Bot muss so programmiert werden, dass er von Wohnung zu Wohnung fährt. Hindernisse in Form von dicken Eispackungen machen einige Felder unbefahrbar, sie müssen die Hindernisse einplanen.

Das Quadrat wird in einfacher Form durch die Aufgabe "Um einen Stuhl mit dem Bee-Bot herumfahren" kennen gelernt.


2. Schuljahr: Die Schüler können sich gegenseitig Aufgaben stellen, indem Sie ein Startfeld und ein Zielfeld auf einem

Rasterplan markieren, auf dem der Bee-Bot fahren wird. Dazu legen sie Hindernisse in Form von Stiften auf die Feldränder, die nicht überfahren werden dürfen. Das Ganze wird sowohl auf dem Papier als auch in der Realität umgesetzt.

Das "Minus-Rechnen", d.h. die Subtraktion ist mit dem Bee-Bot sehr einfach zu verstehen: fährt von der 0 erst einmal nach vorn ( z.B. auf die 4 ), und danach wieder ( z.B. 2 mal ) rückwärts, dann steht er auf dem Ergebnis ( hier: 4-2=2 ). Die Schüler werden selbst auf einem Plan mit großen Feldern schrittweise vorwärts und rückwärts gehen, um das Verständnis der Subtraktion zu verstehen.

Der Bee-Bot kann als "Kehrmaschine" eingesetzt werden, um ein 6*6-Feld von Gegenständen spiralförmig von innen heraus zu befreien.

Der Fahrweg, der auf einem 6*6 Raster durch Pfeile eingezeichnet ist, soll in die Programmierung duch entpsrechendes Tastendrücken übersetzt werden und umgekehrt.


3. Wie auf S. 16 von [2] kann die Multiplikation auch kombinatorisch verstanden werden, z.B. können die Schüler zählen, wie viele Wege es auf einem quadratischen Raster gibt, von A ( links unten ) nach B ( rechts oben ) über einen Zwischenpunkt ( Blume, hier als Raststätte für die Biene ) Z zu kommen. Gibt es z.B. 2 Wege, von A nach Z zu kommen, und 3 Wege, von Z nach B zu kommen, so gibt es 2*3=6 verschiedene Wege.

Bring-Aufgaben erledigen: Der Bee-Bot soll die Socken in das Badezimmer bringen. Dazu schiebt er sie vor sich her, aber die Schüler lernen, dass man so nicht Kurven fahren kann, da man die Socke nur immer nach vorn schiebt. So muss man, um sie nach links zu bekommen, rechts neben die Socke fahren und sich dann nach links drehen und dann erst geradeaus fahren. Die Unterteilung einer großen Aufgabe in einzelne kleinere Aufgaben ist daher eine wichtige Problemlösestrategie, die man mit den Schülern sogar reflektieren kann.

Verschiebe-Aufgaben erledigen: Ein Eisblock kann verschoben werden, aber nicht zwei Eisblöcke hintereinander. Hier empfiehlt es sich, die Scratch-Simulationen ( siehe oben ) im Computerraum von den Schülern durchspielen zu lassen.

Auch hier sollen die Schüler kreativ tätig sein und sich gegenseitig Bring- und Verschiebe- Aufgaben stellen. Die Lösung der Aufgaben soll zunächst vom Mitschüler auf Papier aufgeschrieben werden ( das ist dann schon ihr eigenes, erstes Programm, das sie als Problemlösung als Tastendruckanweisung geschrieben haben ) .

4. Schüler erfinden Bee-Bot Aufgaben für ihre Mitschüler aus der 2. Klasse. Sie zeichnen sich verantwortlich für ihre Aufgabe, indem sie

ihren Namen auf ihr Aufgabenblatt schreiben. Sie helfen sich gegenseitig bei schwierigeren Aufgaben, wie z.B. kompliziertere Multiplikationsaufgaben kombinatorisch verstanden, z.B. bei der Aufzeichnung von 6*6=36 verschiedenen Wegen von A nach B über die Zwischenstation Z. Sie erfinden neue Aktionen und Ereignisse, die auf dem Papier stattfinden, wenn der Bee-Bot eine Aufgabe auf dem Rasterplan auf dem Din-A4-Blatt erledigen soll, z.B. kamen sie auf Vulkanausbrüche, wo man weggeschleudert wird, Explosionen, Fähren über einen sonst nicht passierbaren Fluss, Teleport-Wirbel, wo man eingesaugt und an anderer Stelle wieder ausgespuckt wird.

Sie lernen, gegenseitige Interessen gegeneinander abzuwägen und rücksichtsvoll zu planen, indem sie gleichzeitig zwei Bee-Bots auf dem selben Plan fahren lassen, aber Rücksicht aufeinander nehmen müssen, um nicht gegeneinander zu stoßen. Hierfür Pläne mit wenigen Feldern sinnvoll, bei denen Bee-Bot1 von A nach B und Bee-Bot2 von B nach A reisen muss, wobei dann noch jeder etwas zu trinken bei T und zu essen bei E holen muss. Im Detail: 8 Felder, dabei 6 Felder wie auf einem Schachbrett von A2 nach F2, mit A auf A2 und B auf F2, dazu noch E auf C3 und T auf E1. Als Bild ist das dann ganz einfach zu sehen, als Text natürlich fast unverständlich. Da muss auf jeden Fall noch ein Bild hier hin zur Erklärung.

Sie begreifen die Programmiersprache LOGO als praktisches Instrument, um Spielpläne für den Bee-Bot zu zeichnen, inclusive der Wege mit Pfeil, da der "Igel" bei LOGO, wie eine Spinne ihren Faden, eine Linie bei seiner Bewegung zeichnet, und können Programmierung, die sie am Bee-Bot gelernt haben, direkt umsetzen. Sie lernen neue Probleme kennen, z.B. dass es langweilig ist, einen an sich gleichen Vorgang 10 mal hintereinander einzugeben und begreifen so die Nützlichkeit einer Wiederholeschleife. Mit dem Pro-Bot können sie die Reaktion auf ein Anstoßen gegen ein Hindernis über Sensoren erlernen, so dass einfache Wenn-Dann-Beziehungen begreifbar werden, die die dann wiederum mit LOGO verfeinern können, so dass schöne Muster wie Blumen, Mandalas usw. darauf programmiert werden können. Der Pro-Bot kann auch einen Stift in seiner Mitte aufnehmen, so dass auf einem Papier entsprechend programmierte Muster gezeichnet werden können. Entsprechend programmierte Buchstaben können von den Schülern der 4. Klasse für Schüler der 1. Klasse vorgeführt werden. Dabei lernen die Erstklässler dann gleich die großen Druckbuchstaben kennen.


Gesellschaft für Informatik

Prof. Dr. Humbert von der Universität Wuppertal hat uns auf wertvolle Seiten aufmerksam gemacht, die sich mit der Informatik in der Grundschule befassen. Dort gibt es einen Arbeitskreis „Bildungsstandards Primarbereich“ in dem bis Ende Juli 2018 die Bildungsstandards diskutiert werden dürfen.

Ein zugehöriger Fachartikel, der die Kompetenzen der Schüler im Blick hat ist ebenfalls zu finden. Wer dirket die Kompetenzen ansehen möchte, kann diese pdf-Datei lesen: Kompetenzen Und auf S. 10 findet sich als Abb. 1.02: Lernen und Lehren – Messen und Notieren einer für den Bee-Bot zu programmierenden Fahrt.


Die Didaktik-Abteilung der Universität Wuppertal hat einige Beiträge geliefert:

[13.07.2018] Entwurfsdokument »Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich« Arbeitskreis Bildungsstandards für den Primarbereich des FA IBS der Gesellschaft für Informatik

[26.06.2018] Symposium zum Projekt »Informatik an Grundschulen«

[19.03.2018] Informatiktag NRW 2018 in Paderborn – Drei Workshops der BUW-DdI … => Expliziter Hinweis auf das Vernetzungstreffen »Informatik in der Grundschule«

[01.01.2018] Erweiterung des Spioncamps

und es gibt das Das Projekt »Informatik an Grundschulen (IaG)« des MSB Nordrhein-Westfalen --



Ich habe nun schon einiges hier eingetragen, es ist aber noch nicht vollständig, es fehlen noch viele Bilder zur Veranschaulichung.

Z.B. sollte die englische Anleitung ( Pro-Bot Beschreibung ) auch ins Deutsche übertragen werden.

Machen Sie mit! DrStephanBalk (Diskussion) 15:51, 14. Jun. 2015 (CEST)

Hat mal jemand über den Tellerrand geschaut, was in anderen Ländern gemacht wird?

Anmerkungen

  1. ↑ http://www.kmk.org/fileadmin/veroeffentlichungen_beschluesse/2004/2004_10_15-Bildungsstandards-Mathe-Primar.pdf
  2. ↑ http://lama.uni-paderborn.de/fileadmin/Mathematik/MathematikDidaktik/Vorlesungen/Did._Ari_Kl._1-3/Multiplizieren_und_Dividieren_GVV.pdf
Abgerufen von „https://unterrichten.zum.de/index.php?title=Benutzer:BirgitLachner/Chemie-Buch_I_zum_Lehrplan_in_Rheinland-Pfalz/Stoffe_können_sich_verändern&oldid=99917“