Coding und Informatik – nur mit Schere, Stift und Papier!

Für den Einstieg in die Welt der Informatik braucht es weder viel Aufwand noch digitale Unterstützung. Bei der diesjährigen Tagung der europäischen Lernwerkstätten in Halle habe ich von den teilnehmenden Lehrpersonen im Regional Didaktischen Zentrum Rapperswil-Jona in der Schweiz einige sehr schöne ‚unplugged‘-Projekte kennen gelernt und ausprobiert. Herzlichen Dank dafür! Drei davon gefallen mir besonders gut – und meine Anpassung und Aufbereitung dieser Projekte für eine Grundschul-Informatik-AG (2. Klasse) stelle ich hier zum Weiternutzen zur Verfügung. Sie sind ebenfalls gut geeignet für Vertretungsstunden oder für letzte Unterrichtsstunden vor den Ferien und lassen sich in abgewandelter Form auch mit älteren Lernenden zur Veranschaulichung von grundlegenden Informatik-Fragestellungen zum Einsatz bringen. Viel Spaß damit!

Materialien zum Download: Spielkarten für 'Ohne Stau ans Ziel' (zu 1), Elemente der Sortiermaschine und Skizze zum Aufmalen (zu 2) sowie Befehlskarten zum Offline-Programmieren (zu 3)

1. Ohne Stau ans Ziel!

Nicht nur in Computersystemen, sondern z.B. auch im Straßenverkehr kennt man das Problem des Stillstands. Beispiel: Vier Autos kommen gleichzeitig an einer Kreuzung an! Im Computer kann es in solch einem Fall passieren, dass der Computer sich ‚aufhängt‘ (Im Fachbegriff: ‚Deadlock‘). Mit diesem Spiel lernen wir, wie dieses Problem in der Informatik (und auch im analogen Alltag!) durch Zusammenarbeit gelöst werden kann.

Vorgehensweise:

  • Die Klasse wird in Gruppen von 5-8 Schülerinnen und Schülern aufgeteilt. Je mehr Schülerinnen und Schüler in einer Gruppe sind, desto länger dauert das Spiel.
  • Jede Gruppe erhält einen Satz Spielkarten und jedes Kind in der Gruppe bekommt daraus ein Spielkarten-Blatt (Mindestens die erste Spielkarte mit der Banane und dem Smiley muss verwendet werden. Wenn es weniger als 8 Schülerinnen und Schüler sind, kann aus den anderen Spielkarten beliebig ausgewählt werden).
  • Die Schülerinnen und Schüler schneiden die zwei kleinen Spielkarten und die große Spielkarte von ihrem Spielkarten-Blatt aus. Optional können sie auch noch angemalt werden. Die große Spielkarte wird mit einem Bindfaden um den Hals gehängt.
  • Die Gruppe stellt sich in einem Kreis auf und verteilt die kleinen Spielkarten unter sich, so dass jedes Kind zwei Spielkarten in der Hand hat, aber niemand mehr seine ursprünglichen Spielkarten. Das Ziel des Spieles ist, dass jedes Kind wieder seine ursprünglichen Spielkarten bekommt. Welche das sind ist durch die große Spielkarte, die bei allen Kindern um den Hals hängt, für alle transparent. Um die Spielkarten zu bewegen, gelten diese Regeln:
    • Karten tauschen darf immer nur das Kind, das in einer seiner Hände die Joker Karte (den Smiley) hat.
    • Getauscht werden darf nur mit dem direkten Nachbarn (rechts oder links)
    • Das Kind mit der Joker-Karte darf sowohl die Joker-Karte tauschen (dann ist anschließend das Nachbarskind mit Tauschen an der Reihe) oder die zweit Karte tauschen (dann behält es die Joker-Karte und ist direkt noch einmal dran)
  • Im abschließenden Unterrichtsgespräch sammelt man die Beobachtungen beim Spiel. Das Ziel des Spieles ist es, zu merken, dass man nicht weiterkommt, wenn man nur schnell versucht, seine eigenen Karten zu bekommen, sondern dass man manchmal sogar eigene Karten wieder abgeben muss, damit das ganze nachgebildete Netzwerk nicht zum Stillstand kommt.

2. Sortiermaschine

Computer sind blitzschnell. Unter anderem liegt das daran, dass komplizierte Aufgaben in kleine Teilaufgaben geteilt werden, die dann von mehreren Computern gleichzeitig bearbeitet werden können. Wie so etwas in der Praxis funktionieren kann, können wir an einer ‚Sortiermaschine‘ ausprobieren, bei der mehrere Sortiervergleiche gleichzeitig ausgeführt werden.

Vorgehensweise:

  • Die 24 Seiten der ‚Sortiermaschine‘ werden ausgedruckt und so wie in der Skizze veranschaulicht auf den Boden gelegt. Die Verbindungen werden mit einem Bindfaden gelegt.
  • Sechs Schülerinnen und Schüler spielen mit; die anderen beobachten. Das Ziel ist es, die sechs Schülerinnen und Schüler der Größe nach zu sortieren. Dazu stellen sie sich zunächst in zufälliger Reihenfolge auf den sechs Kreisen (auf der Skizze ganz unten) auf. Um das Sortieren zu starten, laufen alle sechs SchülerInnen ihrem jeweiligen Bindfaden entlang. Wenn sie auf einem Viereck ankommen, warten sie auf eine zweite Person. Die größere Person der beiden läuft dann rechts weiter; die kleinere links. Wenn alle sechs Schülerinnen und Schüler die Ziel-Kreise erreicht haben, sind sie nach Größe sortiert.
  • Nach dieser ersten Demonstration erkunden die Schülerinnen und Schüler die ‚Sortiermaschine‘ eigenständig. z.B. könnten sie versuchen, sich nach Alter zu sortieren. Oder sie könnten versuchen, die Sortiermaschine zu vergrößern, um 8 oder mehr Kinder sortieren zu können (dann muss auch die Sortiermaschine größer werden) …
  • Abschließend werden die Beobachtungen besprochen.

Dieses Unterrichtsprojekt ist besonders toll im Sommer bei schönem Wetter, weil sich die ‚Sortiermaschine‘ (und viele Variationen) dann mit Kreide auf den Schulhof malen lässt.

3. Einen Roboter programmieren

Um einen Roboter zu programmieren, benötigt man eindeutige Befehle, die man in einem Programm zusammenfasst, welches dann vom Roboter ausgeführt wird. Das lässt sich auch mit gespielten Robotern erkunden!

Vorgehensweise:

  • Im ersten Schritt besprechen wir gemeinsam, was programmieren bedeutet: präzise Befehle zu einem komplexen Programm zusammensetzen und dann von einer Maschine ausführen lassen.
  • Wir sammeln erste mögliche Befehle und überlegen uns eine Visualisierung dazu, z.B. ein Pfeil nach oben könnte bedeuten ‚Gehe einen Schritt vorwärts‘, eine Sprechblase mit ‚Hallo‘ könnte bedeuten ‚Sage Hallo‘‚ ein Pfeil nach rechts könnte bedeuten ‚Gehe einen Schritt nach rechts‘. Wenn dieses Grundprinzip verstanden ist, können wir zeigen, wie sich Befehle zu einem Programm zusammensetzen lassen: z.B. 6 Pfeile nach oben und eine Sprechblase mit Hallo bedeutet, dass der Roboter sechs Schritte nach vorne läuft und dann Hallo sagt. Befehle mit Klammern vereinfachen das Programm noch etwas: z.B. anstelle der 6 Pfeile nach oben könnten wir auch 6(Pfeil nach oben) schreiben.
  • Anschließend erhalten alle Schülerinnen und Schüler den Ausdruck ‚Programmiere einen Roboter‘. Auf der ersten Seite können sie sich dabei bis zu 8 Befehle überlegen und diese mit einem Symbol visualisieren. Auf der zweiten Seite schreiben sie ein zusammenhängendes Programm mit diesen Befehlen.
  • Um die Programme zu testen, finden sich die Schülerinnen und Schüler paarweise zusammen. Abwechselnd spielen sie den Roboter und führen dazu das erstellte Programm des anderen Kindes aus. Dazu bekommt der Roboter zunächst nur die Befehlsseite gezeigt und muss sich die Befehle merken. Anschließend erhält er das Programm und führt es aus. Ganz wichtig: Der Computer merkt nicht, wenn irgend etwas falsch programmiert wurde, sondern macht stur nacheinander die aufgemalten Befehle des Programms.
  • Das Kind, das programmiert hat, beobachtet die Programm-Ausführung, kann sein Programm bei Bedarf korrigieren – und dann erneut am Roboter testen. Danach werden die Rollen gewechselt.
  • Im abschließenden Unterrichtsgespräch wird gemeinsam reflektiert: Was hat geklappt? Wo lief etwas schief? Wie gut hat es geklappt, Programme zu korrigieren?

Weitere Unplugged-Unterrichtsideen zum Informatik-Einstieg findest Du in der neu veröffentlichten Zusammenstellung ‚Informatik ohne Strom‘ der Pädagogischen Hochschule Schwyz. Sie sind - ebenso wie die hier von mir vorgestellten Unterrichtsideen - als Open Educational Resources (OER) veröffentlicht und können somit frei verwendet und weiter genutzt werden.