Informatik

Im Lehrplan ist Informatik ein eigenständiger Kompetenzbereich, der sich über alle Zyklen hinwegzieht. Ab der 5. Klasse wird Informatik schwerpunktmässig im neu geschaffenen Fach vermittelt. Hierfür gibt es eine entsprechende Ausbildung und auch geeignete Lehrmittel. Deshalb konzentrieren wir uns auf dieser Seite auf den Zyklus 1 und den Zyklus 2 bis und mit 4. Klasse.

Zyklus 1

Das Ziel auf dieser Stufe ist es, die Kinder spielerisch an die Grundprinzipien der Informatik heranzuführen. Sie lernen zum Beispiel, Dinge aufgrund verschiedener Kriterien zu sortieren und zu ordnen oder Muster zu erkennen (Datenstrukturen). Eine Anweisung genau zu befolgen oder etwas in eine richtige Reihenfolge zu bringen (Algorithmen), sind weitere informatische Grundkompetenzen, auf die in den oberen Zyklen aufgebaut wird. So werden auch Fähigkeiten wie z.B. handelndes Lernen, Lösen von Problemen, Lernen aus Fehlern und vorausschauendes Denken trainiert. Ebenfalls machen sich die Kinder im Zyklus 1 mit grundlegenden Funktionsweisen von digitalen Geräten vertraut (Informatiksysteme), indem sie Tools und Programme niederschwellig und kreativ einsetzen.

Zu allen Themen gibt es folgenden Sammlungen mit vielen spannenden Unterrichtsideen:

Datenstrukturen: Daten aus der Umwelt darstellen, strukturieren und auswerten (MI.2.1)

Die Kinder kennen viele Ordnungssysteme aus dem Alltag (Ordnungen im eigenen Zimmer/Kleiderschrank, Besteckschublade in der Küche, Garderobenplatz, Lern- und Spielinseln im Schulhaus usw.). Im Alltag helfen ihnen Symbole an Kisten, Regalen oder bereits vorsortierte Dinge. Im Zyklus 1 geht es darum, die Lernenden auf diese Ordnungssysteme aufmerksam zu machen und sie erkennen zu lassen, dass Objekte nach Eigenschaften geordnet werden können. Denn dadurch können Objekte mit einer bestimmten Eigenschaft schneller wiedergefunden werden. Im Verlaufe des Zyklus 1 lernen sie auch, selbst Ordnungskriterien aufzustellen. Eine mögliche Idee zur Umsetzung findet man auf mia4u.ch. Lustvoll ist auch die Umsetzungsidee von PHSG “Wie können wir uns ordnen?”. Auf dem Blog der PH St. Gallen gibt es noch mehr Ideen.

Algorithmen: Abläufe analysieren, Lösungswege beschreiben und in Programmen umsetzen (MI.2.2)

Algorithmen sind klar definierte Abläufe (Schritt-für-Schritt-Anweisungen), welche unter den gleichen Bedingungen stets zum selben Resultat führen (z.B. Bewegungsablauf). Bereits im Kindergarten nähren sich die Kinder diesem Thema, indem solche Anleitungen befolgen (z.B. Schuhe binden, Tanzchoreografie, Spiel- und Bastelanleitungen, Arbeitsplatz einrichten, sich selber anziehen, beim Kochen helfen). Dabei erfahren sie, dass bestimmte Abläufe immer genau gleich sind. Ziel im Zyklus 1 ist es, diese Prozesse zu visualisieren. Dadurch können Kinder erste eigene Befehlsketten entwickeln und bestehende analysieren. Ein Zeichnungsdiktat erfordert die präzise Formulierung eines Arbeitsschrittes. Auf der Seite zebis.ch lassen sich diverse Unterrichtsideen zum Thema “Anleitungen verstehen und befolgen” finden. Für die Kindergartenstufe findet man im Buch “Strom, Technik und Computer im Kindergarten” passende Inhalte. 

Algorithmen bzw. Befehlsketten können auch digital beschrieben und umgesetzt werden: Die Kinder programmieren erste einfache Programme. Sie lernen dabei, mit anderen Kindern zusammen zu arbeiten, Fähigkeiten zur Problemlösung zu entwickeln und bei schwierigen Aufgaben beharrlich zu bleiben. Die Website “Coding – Programmieren im Kindergarten?” zeigt Wege auf, wie die Kinder auf spielerische Weise bereits im Kindergarten programmieren lernen und welche Lernchancen das „Programmieren“ (Coding) eröffnet.

Ein hilfreiches Buch ab der 2. Klasse ist “Programmier dir deine Welt” aus der Reihe von “Hello Ruby“. Auf dieser Seite findet man verschiedene aufbereitete Umsetzungsideen, Lektionsplanungen und Links zu Materialien, um mit einer ganzen Schulklasse oder einer Halbklasse mit den Büchern von Linda Liukas zu arbeiten.

Das Programmieren mit dem “BeeBot” ermöglicht einen handlungsorientierten Zugang. Die Kinder programmieren den Weg für den Bildungsroboter und erhalten unmittelbar Feedback, wenn die Roboter-Biene den programmierten Weg abfährt. Durch das aktive Handeln werden Algorithmen für sie be-greifbar (im Sinne: verstehen + zum Anfassen). Diverses Unterrichtsideen mit dem BeeBot finden sich auf der Webseite der PH Bern.

Für das Programmieren an einem digitalen Gerät, eignen sich folgende Plattformen (ratsam ab 1. oder 2. Klasse):

Informatiksysteme: Aufbau und Funktionsweise verstehen (MI.2.3)

Im Zyklus 1 sollen Kinder Geräte ein- und ausschalten, Programme starten, bedienen und beenden können. Weiter sollen sie sich mit einem Login in einem lokalen Netzwerk oder einer Lernumgebung anmelden können. Das Trainieren dieser Kompetenzstufen erfolgt am niederschwelligsten beim regelmässigen Einsatz (Werkstattposten, Wochenplan, Freispiel) von geeigneter Lernsoftware. Jedoch ist es empfehlenswert, das Aufstarten und Herunterfahren eines Gerätes explizit, gleich mit Regeln zu derer Nutzung, einzuführen. Die Benutzernamen und Kennwörter sollen auf dieser Stufe möglichst einfach gehalten und für die Kinder zugänglich schriftlich festgehalten werden (laminierte Zettel). So können auch Kinder, welche die Buchstaben eigentlich noch nicht kennen, gleiche Zeichen auf der Tastatur der Reihe nach suchen.
Ein weiteres Ziel sollte die Entwicklung einer ersten Vorstellung sein, wie ein Computer funktioniert. Der Aufbau und die Arbeitsweise eines Computers lassen sich anhand von Bildern und Analogien kindgerecht erklären. Ein hilfreiches Buch ab der 1. Klasse ist “Die Reise ins Innere des Computers” aus der Reihe von “Hello Ruby“. Auf dieser Seite findet man verschiedene aufbereitete Umsetzungsideen, Lektionspläne und Links zu Materialien, um mit einer ganzen Schulklasse oder einer Halbklasse mit den Büchern von Linda Liukas zu arbeiten.

Am Beispiel des Bodenroboters Thymio können die Kinder entdecken, wo und wie Sensortechnologien in unserem Alltag im Einsatz sind (Unterrichtsbeispiel auf mia4u.ch).

Zyklus 2 (3./4. Klasse)

Auf die im Zyklus 1 erworbenen Kompetenzen wird im Zyklus 2 aufgebaut. Nach Lehrplan 21 liegt der Fokus in der 3. und 4. Klasse auf den Kompetenzstufen zu den Informatiksystemen (MI.2.3). Es ist jedoch sinnvoll, auch die anderen Kompetenzen (Datenstrukturen & Algorithmen) weiterhin zu fördern, da sie ab der 5. Klasse vertieft zum Thema werden. Da auf dieser Klassenstufe noch kein Zeitgefäss für “Medien und Informatik” existiert, unterstützt die Umsetzungshilfe “MIA in der 3. und 4. Klasse” (MIA Comic) Lehrpersonen, unter anderem Informatikkompetenzen in den Fachunterricht zu integrieren.

Datenstrukturen: Daten aus der Umwelt darstellen, strukturieren und auswerten (MI.2.1)

Als Fortsetzung der Ordnungssysteme im Zyklus 1, werden im Zyklus 2 (nach dem Orientierungspunkt) die Darstellungsformen und die Speicherstruktur von Daten in den Fokus gerückt. Um in der 3./4. Klasse darauf vorzubereiten, können zum einen die Ordnungsübungen aus den vorangehenden Klassenstufen auf einem komplexeren Niveau repetiert werden. Zum anderen können die Kinder mittels Geheimschriften und niederschwelligen Möglichkeiten zur Datendarstellung an das Thema herangeführt werden.

Geheimschriften faszinieren die Kinder. Dadurch wird es möglich, sich mit jemandem auszutauschen, ohne dass Dritte es verstehen. Solche Geheimcodes zu knacken ist ein beliebtes Knobelrätsel für die Kinder. So versuchen sie beispielsweise einen Satz in Morsecode zu entziffern. Dabei erkennen die Kinder, dass solche Geheimsprachen auf einer fix abgemachten Codierung basieren. Nur diejenigen mit dem Codeschlüssel (Kenntnis über Codierung) können die geheime Botschaft entziffern. Viele Kinder kennen aus ihrer Freizeit bereits Geheimschriften. Diese werden im Unterricht aufgenommen und analysiert. Die Kinder erfinden selbst Geheimschriften oder -sprachen, codieren und entziffern Botschaften. Weitere Ideen zum Thema sind im Sprachstarken 4 “Geheimschriften”, im MIA-Comic oder hier zu finden.

Daten können unterschiedlich dargestellt werden: in Tabellen, als Grafik, Text, Zahl oder Symbol. Streng gesehen sind auch Tonaufnahmen Daten. In der 3./4. Klasse wird dieses Thema mittels einfacher Datentabellen und Diagrammen angegangen. Das Fach Mathematik (z.B. im Lehrmittel “Mathematik” Themenbücher 3 und 4: «Geld», «Daten und Diagramme», «Sachaufgaben») anerbietet sich dafür wunderbar. Die Kinder betrachten Datentabellen und Grafiken, analysieren und diskutieren diese. Anschliessend sammeln sie selbst Daten (z.B. Lieblingsgetränk, Hobbies, Anzahl Geschwister etc.) und stellen diese sowohl analog wie auch digital mit dem Diagramm-Generator dar.

    Algorithmen: Abläufe analysieren, Lösungswege beschreiben und in Programmen umsetzen (MI.2.2)

    • Wegbeschreibungen: SuS beschreiben sich gegenseitig den Schulweg. Sie versuchen das zuerst in Worte aufzuschreiben. Anschliessend können sie einen Plan zeichnen und so den Weg beschreiben. Im Plenum kann die Auswertung gemacht werden: Welche Methode ist effizienter/einfacher zum übermitteln? Welche Methode ist einfacher zu verstehen?
    • Robotermensch: SuS programmieren sich gegenseitig mit einfachen Befehlen (vorwärts, stoppen, drehen usw.) Dies kann als Einstieg für das Programmieren genutzt werden.

    Informatiksysteme: Aufbau und Funktionsweise verstehen (MI.2.3)

    Zyklus 2 (5./6. Klasse)

    Ab der 5. Klasse bieten die Lehrmittel (connected 1 und 2, inform@21, Medienkompass 1 usw.) viele Ressourcen.

    Datenstrukturen: Daten aus der Umwelt darstellen, strukturieren und auswerten (MI.2.1)

    Auch wenn die Geheimschriften in der 3./4. Klasse allenfalls bereits thematisiert wurden, können Codierformen in der 5./6. Klasse weiter behandelt werden. Nachrichten zu codieren war schon früher ein Mittel um Botschaften geheim zu halten. Ein Blick in die Geschichte lohnt sich. Die Schüler:innen untersuchen beispielsweise die berühmte Caesarverschlüsselung. Sie erkennen, dass auch ein Computer Daten in einer Art “Geheimsprache”, der Codierung mit 0 und 1, speichert. Beim Erlernen der binären Zählweise gewinnen die Schüler:innen ein Gefühl für diese Art Codierung. Mit einem Zaubertrick lernen sie die Funktionsweise von fehlerkorrigierenden Codes kennen. Das Kapitel 4 im Connected 1 “Vom Alltagscode zum digitalen Code” knüpft hier an und macht die Überleitung zu den Speicherformaten und -grössen von Dateien auf dem Computer. Weitere Vertiefung bietet Kapitel 5, wo es um die Codierung digitaler Bilder geht.

    In Verbindung mit Mathematik wird auch in der 5./6. die Darstellung von Daten und Zahlen sowie das Verständnis von Tabellen, Diagrammen und Grafiken wieder aufgegriffen.

    Algorithmen: Abläufe analysieren, Lösungswege beschreiben und in Programmen umsetzen (MI.2.2)

    Informatiksysteme: Aufbau und Funktionsweise verstehen (MI.2.3)

    Folgende Themen werden in den Lehrmittel behandelt und können dort bearbeitet werden.

    connected 1

    Kapitel 2: Gut geordnet, schnell gefunden (2B): SuS sollen Informationen ordnen, damit sie schneller gefunden werden.

    Kapitel 2: Wie funktionieren Suchmaschinen? (2E): die Funktion einer Suchmaschine wird hier erklärt. Die Suchanfragen und den Ablauf lassen sich auch gut nachspielen (connected 1 S. 43)

    Kapitel 2: Index einer Suchmaschine (2F): SuS lernen den Begriff Index kennen und erfahren über die Bedeutung im Zusammenhang mit Suchmaschinen.

    Kapitel 3: Wie komme ich von A nach B? (3A): SuS beschreiben ihren Schulweg auf unterschiedliche Art und Weise

    Kapitel 4: Ein Code für alle Fälle: die SuS erfahren wie der Computer Zahlen und Texte darstellt und speichert.

    Kapitel 5: Bilder: Punkt für Punkt: die SuS erfahren wie der Computer Bilder speichert und die SuS programmieren

    inform@21

    So suchen Suchmaschinen: SuS lernen wie eine Suchmaschine funktioniert und erhalten Suchstrategien

    Vom Pixel zum Bild: SuS lernen den Aufbau eines Bildes (Pixel) kennen

    Codiert – gehackt: SuS wenden Codiersprachen an und arbeiten mit den Binärzahlen

    Programmierte Welten: erstellen mit Scratch einfache Programme

    Datensammler: SuS lernen Möglichkeiten des Datenschutzes kennen

    Medienkompass 1

    Punkt für Punkt ein Bild: SuS lernen den Aufbau einer Rastergrafik kennen und wandeln ein Bild in eine Zahlenfolge um

    Reichhaltige Menüs und Tasten: SuS lernen Elemente der grafischen Benutzeroberfläche kennen (Fenster, Menü usw.)

    Verschlüsselte Botschaften: SuS lernen den Code für den Computer kennen

    Auf der Suche nach der Nadel im Heuhaufen: SuS lernen wie Suchmaschinen funktionieren

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    Geeignete Software und Hardware

    Scratch

    Scratch muss wohl nicht weiter vorgestellt werden. Diese visuelle Programmiersprache wird auch intensiv im GMI eingesetzt. An dieser Stelle sei deshalb einfach auf die umfangreichen Ressourcen verwiesen:

    Ozobots

    Die knuddeligen Ozobots lassen sich über Farbcodes steuern, die mit Filzstift auf papier gemalt werden. Für eine komplexere Programmierung gibt es mit Ozoblockly eine visuelle Programmierumgebung, die stark an Scratch angelehnt ist. Auch dieses System wird im GMI eingesetzt:

    Thymio

    Der Thymio ist ein Produkt der ETH Lausanne, das sich sehr universell im Unterricht einsetzen lässt. Mit den vorprogrammierten Zuständen lässt er sich bereits im Zyklus 1 verewenden, mit den verfügbaren Programmierumgebungen kann die Komplexität beliebig gesteigert werden.