Coding in der Schule

Programmieren in der physischen Welt

Eine schweizer Schule wird eine Woche lang mit ungewohntem Informatikunterricht konfrontiert. Die Schüler programmierten keine PCs oder Web-Browser, sondern einen kleinen postkartengroßen Einplatinencomputer – so reagieren die Jugendlichen.

Nachhaltig und trotzdem schön: Die Oxocard wird mit Kartongehäuse geliefert.

Letztes Jahr fand im Mai ein Feldversuch mit 57 Schülerinnen und Schülern an der Berner Schule Lorraine statt. Eine Woche lang wurde die gesamte Oberstufe mit einem ungewohnten Informatikunterricht konfrontiert. Die Schülerinnen und Schüler programmierten keine PCs oder Web-Browser, sondern einen kleinen postkartengroßen Einplatinencomputer, die Oxocard. Dieser Kleinstcomputer enthält einen Prozessor (CPU) mit eingebautem WiFi und Bluetooth.

Computer erorbern den Alltag

Die Art der CPUs, wie wir sie neben der Oxocard auch bei dem Microbit oder den vielen Arduino-Boards sehen, ist hocheffizient. Klein und spezialisiert begründet sie eine neue Generation von Computeranwendungen, die mittlerweile fast allgegenwärtig sind. Wenn wir morgens aus dem Haus laufen, haben wir schon diverse Mini-Chips in Aktion gesehen. Sei es beim Wecker, der elektrischen Zahnbürste, der Kaffeemaschine, dem Fahrstuhl, dem Treppenhauslicht oder auf dem Fahrrad mit dem blinkenden Rücklicht. Sie sind unscheinbar, aber kaum mehr wegzudenken. Neben den Geräten, die uns sofort als Computer erscheinen, wie Notebooks, Tablets, PCs oder unser Smartphone, sind sie versteckt eingebaut, angepasst und funktional verknüpft mit einer spezifischen Anwendungen wie dem Brühen eines perfekten Espressos. Aktuell findet in der Computerwelt eine Revolution statt, dessen Bestandteil auch das Internet der Dinge ist. Vereinfacht gesagt, bedeutet dies, dass die Geräte unserer Umwelt sich miteinander und mit dem Internet verknüpfen, um Informationen austauschen. Diese technologische Revolution wird vermutlich so bahnbrechend sein wie die Entstehung des Internets und der Web-Browser.

Jugendliche sind von Natur aus affin für das Computing

Bei der Schulung in der Lorraine haben wir festgestellt, dass Jugendliche eine hohe Affinität zu dieser Art des Computings aufweisen. Obwohl es schon einige Jahre solche Kleinstcomputer gibt, sind sie immer noch selten vertreten und genießen dadurch einen gewissen Attraktionsstatus. In den letzten Jahren bedienen wir Computer vor allem dadurch, dass wir auf unserem Smartphones auf einer Glasplatte hin- und herscrollen. Die Haptik, also das Gefühl, neben Glas auch andere Materialien und Oberflächen zu erfühlen, Taster mit einem Druckpunkt zu spüren und auch zu sehen, wie Bilder aus einfachsten LEDs zusammengeknüpft werden, erlaubt einen anderen Zugang zur Materie. Dass die Oxocard dabei in ein Kartongehäuse eingefasst ist, hat nichts mit Retro zu tun, sondern soll zeigen, dass es auch ohne Plastik und mit einem verantwortungsvollen Umgang mit unseren natürlichen Ressourcen einhergehen kann.

Feldversuche stoßen auf große Begeisterung

Der Feldversuch hat drei wichtige Erkenntnisse hervorgebracht:

  1. Erstens hat uns die Begeisterung überrascht. Von den 57 Teilnehmenden hatten wir am zweitletzten Tag einzig eine Person, die nicht mehr programmieren wollte.
     
  2. Mit dieser Aufmerksamkeit ist es zweitens möglich, ein Grundverständnis für Medien und Informatik flächendeckend allen Schülerinnen und Schülern mitzugeben, auch solchen, die gar keine oder wenig Grundbereitschaft mitbringen.
     
  3. Dieser Effekt hat drittens dazu geführt, dass sich die Berufswünsche der Schüler teilweise sogar gewandelt haben. Eine Schülerin meinte auf die Frage, ob sie sich nach dem Kurs auch einen technischen Beruf vorstellen könnte, dass sie sich dies durchaus vorstellen könnte.

Das Internet der Dinge wird alle Lebensbereiche gleichermaßen vernetzen und nachhaltig verändern. Man spricht von Home-Automation, Smart-Cities oder dem vielgehörten Begriff Industrie 4.0. Alle Berufsfelder werden damit in irgendeiner Form konfrontiert werden. Wenn wir in Europa mit dem amerikanischen oder chinesischen Fortschritt im Bereich der Forschung, aber auch der Produktentwicklung, mithalten wollen, investieren wir besser heute in die nächste Generation. Unsere Kinder danken es uns schon jetzt und der Wirtschaft wird das auch gut tun.

Kommunikationsbeispiel mit Blockly

Mit der visuellen Programmiersprache Blockly lassen sich auch anspruchsvollere Projekte einfach umsetzen

In der Schweiz ist seit dem neuen Lehrplan das Fach Medien und Informatik Pflicht. Blockprogrammiersprachen wie Scratch oder Blockly erscheinen allerdings geeigneter für den Einstieg in das Programmieren als die in der Industrie üblichen Textprogrammiersprachen, wie Java, Python oder C++.

Anwendungsorientiert programmieren, statt Konzepte pauken

Will man in der Schule Internet-Kommunikation thematisieren, ist zudem die Flughöhe entscheidend. Es hat sich gezeigt, dass die Lernenden am meisten profitieren, wenn man strikt von der Anwendung ausgeht und die zugrundeliegenden technischen Konzepte später erörtert oder ganz weglässt. Das bedeutet beispielsweise, dass weder Internet-Protokolle, Sicherheitsaspekte noch Namensserver thematisiert werden. Stattdessen lernt man, in welchen Schritten eine Kommunikation abläuft, wie Daten übertragen werden und was man damit praktisch umsetzen kann.

Dieser Ansatz wird auch als „reine Informatik“ bezeichnet und meint damit, dass bei der Oxocard die Anwendung im Zentrum steht und nicht das abstrakte, theoretische Informatik-Wissen. Hierzu haben wir zwei Beispiele:

  1. Das erste Beispiel „Lies Temperatur“ zeigt, wie man Daten aus dem Internet für eigene Projekte nutzen kann. In dem Fall wird die Temperatur von Bern gelesen und auf dem Bildschirm angezeigt.
    Man sieht an dem Beispiel, dass auch Nicht-Informatiker die Essenz sofort erfassen können, wodurch diese Umgebung auch in der Grundschule, wo keine ausgebildeten Informatiker verfügbar sind, einsetzbar wird. Die Anforderungen an die Lehrpersonen beschränkt sich auf wenige Grundlagen, wie beispielsweise der Begriff der Variablen, der aus dem Algebra-Unterricht den meisten Schülerinnen und Schülern ja schon bekannt ist. Selbst ohne dieses Wissen lassen sich solche Beispiele ohne Probleme im Klassenverbund umsetzen.
     
  2. Das zweite Beispiel „Sende Nachricht“/ „Empfange Nachricht“ zeigt, wie zwei Karten Daten miteinander über das Internet austauschen können. Es wird meistens als Vorlage genutzt mit der Schülerinnen und Schüler eigene Versuche starten. Hierbei können jeweils zwei unabhängige Karten programmiert und dann miteinander in Interaktion gebracht werden. Neben praktischen Experimenten, wie beispielsweise dem Sammeln von Temperaturdaten an verschiedenen Orten, sind auf dieser einfachen Basis bereits beindruckend anspruchsvolle Experimente möglich, ohne die Beteiligten zu überfordern. Denkbare Anwendungen sind Abstimmungen, Multiple-Choice-Umfragen, Datensammlung und -aufbereitung oder Kunstinstallationen.

Kommunikation ist ein sehr zentrales Thema und der Umgang und das Verständnis damit ist wichtig, nicht nur im Grundschulalter.

Lernumgebung für Gymnasien

Auf gymnasialer Stufe finden wir ganz andere Voraussetzungen, die den Einsatz textbasierter Programmierumgebungen ermöglichen. Eine sehr beliebte Programmiersprache an Hochschulen ist Python, die der holländischen Informatiker Guido van Rossum vor über 25 Jahren entwickelt hat und die heute attraktiver denn je ist.

Python ist eine interpretierte Sprache, welche direkt auf der Oxocard übersetzt und ausgeführt wird. Es ist im Prinzip keine zusätzliche Programmierumgebung erforderlich und man hat Zugriff auf die komplette Hardware, welche die Elektronik bietet.

Oxocard – der leistungs­fähige Kleincomputer im Kartongehäuse

Die Oxocard wurde vom Schweizer Startup Oxon anlässlich des Swiss Economic Forums 2017 lanciert und ist seit Mai 2018 in einer leistungsfähigen WiFi-Ver­sion verfügbar. Der eingebaute Chip kann mit verschiedenen Programmiersprachen wie Blockly, Python oder C++ programmiert werden. Neben WiFi und Bluetooth hat die Oxocard einen Beschleunigungs- und Temperatursensor, sowie Mikrofon und Kopfhörer eingebaut.

Ein Novum in dieser Produktkategorie ist klar die Vernetzung der Karten mit dem Internet. Neben einfachen Beispielen, wie dem Abfragen von Wetterdaten, können auch anspruchsvollere Projekte, wie Internet-Radios oder sogar Internet-Telefone realisiert werden.

Für Anfänger stehen viele kostenlose Arbeitsblätter aus dem Internet zur Verfügung. Für die Oberstufe ist zudem das Lehrmittel „Achtung, fertig, Code! Programmieren mit der Oxocard“ im hep verlag, Bern, erschienen. Die Oxocard ist Preisträger des renommierten World Didac Awards 2018.