Naturwissenschaften und Technik zum Anfassen

Transkript

1 Lernen mit Robotern

2 Naturwissenschaften und Technik zum Anfassen Roberta eine Roboterdame erobert die Jugend Wofür brauchen wir Roberta?»Oooh, guck mal, wie süß.«fast gleichzeitig richten sich vier Kinderaugen auf den Boden im Klassenzimmer. Zwei Roboter mit großen Augen rollen vor ihren Füßen hin und her. Zielgerichtet hält einer abrupt an und schüttelt sich auf seinen Rädern hin und her. Dazu piepst er ein paar Mal kurz. Kein bloßes Spiel, sondern ein Szenario aus dem Biologieunterricht:»Biene 1«sucht eine Futterquelle. Als ihre Sensoren die Quelle entdecken, vollführt sie einen»bienentanz«.»biene 2«macht sich sofort auf zur Nahrungsquelle. Von Schulkindern nachkonstruiert, mit eigens programmierten Robotern aus dem Baukasten:»Boa, cool!«lautet fast einhellig der Kommentar der Klasse zu diesem Bienen-Szenario ihrer Mitschülerinnen. Ein bisschen rot werden sie schon, die elfjährige Sara und ihre Tischnachbarin Laura. Auch wenn der Kommentar eigentlich ihren autonomen Modellrobotern galt Sara und Laura haben sie zum Leben erweckt! Die Schülerinnen sind Teilnehmer an einem der vielen bundesweit veranstalteten»roberta«-kurse, in denen Mädchen und Jungen selber Roboter entwerfen, konstruieren und programmieren In Deutschland mangelt es an Ingenieurinnen und Ingenieuren. Laut Studien des Deutschen Verbandes der Ingenieure (VDI) und des Instituts der deutschen Wirtschaft Köln, spiegelt sich der Mangel an Ingenieurinnen und Ingenieuren in der Anzahl unbesetzter Stellen wider. Die Anzahl offener Stellen erhöhte sich demnach auf (Dezember 2010). Dieser Mangel führt mittelfristig zu Wettbewerbsnachteilen. Wichtige Innovationsprozesse geraten ins Stocken. Eine wesentliche Ursache liegt laut einer aktuellen Studie des Instituts der Deutschen Wirtschaft darin, dass im internationalen Vergleich in Deutschland zu wenige Menschen an naturwissenschaftlich-technische und insbesondere ingenieurwissenschaftliche Studiengänge herangeführt werden. Eine besonders exotische Spezies sind Ingenieurinnen. Nur knapp 22 Prozent aller angehenden Ingenieure sind weiblich (Stand 2010). Das Interesse für technische Fächer und Berufe ist bei Mädchen wesentlich geringer als bei Jungen. Das Fraunhofer IAIS wirkt diesem Nachwuchsmangel in technischen Berufen entgegen, indem es mit der Roberta- Initiative schon im Schulalter Begeisterung für Naturwissenschaft, Mathematik und Technik fördert. Um Berührungsängste gar nicht erst aufkommen zu lassen, werden Schülerinnen und Schüler bereits ab zehn Jahren durch Roberta in die faszinierende Welt der mobilen Roboter entführt Meilensteine der Roberta-Initiative II2000 Marktanalyse Ausbildungsrobotik durch Simon-Kucher & Partners II AROBIKS (Vorstudie zur Bedarfsermittlung, Bundesministerium für Bildung und Forschung) II Roberta Mädchen erobern Roboter (Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung: 1,2 Mio. EUR) II2006 MIRO (Mehr) Mädchen in den RoboCup II2007 Roberta-Beispielprojekt in der Initiative für Chancengleichheit der Fraunhofer-Gesellschaft II Roberta-Goes-EU (Förderung aus EU-Mitteln: EUR) II zdi-roberta, Beteiligung am NRW-Landesprojekt»Zukunft durch Innovation.NRW«(zdi) II2008 Erste Roberta LEGO Engineering Conference II2010 Deutsches Museum Bonn und Odysseum Köln werden Roberta-Academy II2010 Roberta wird als Seminarreihe in die Fraunhofer-Academy aufgenommen II2011 Roberta-Unterrichtseinheiten bei Schulen-ans-Netz e.v.

3 Erfolgskonzept Das Roberta-Konzept Roberta erleichtert den Einstieg in die Technik Roberta beinhaltet didaktisch aufbereitetes Lehr- und Lernmaterial. Zudem unterstützt die Roberta-Zentrale mit qualitätsgeprüften Schulungsprogrammen (geeignete) Multiplikatorinnen und Multiplikatoren im Bildungssystem, um mit Hilfe von Roboterbaukästen Technikbildung in Schule, beruflicher Lehre und Hochschule nachhaltig zu etablieren. Ein besonderes Augenmerk gilt der Identifizierung von Themen, die Mädchen interessieren, etwa Analogien zu den Naturwissenschaften. Zum Beispiel der Feuerkäfer als Experiment zu einem Temperatursensor. Für Fortgeschrittene bietet sich die»ameisenstraße«an. Sie kombiniert die Experimente»Spur suchen«,»hindernisse vermeiden«und»kommunikation zwischen Roboterameisen«. Solche Beispiele finden sich im Roberta-Lehr- und Lernmaterial. Obwohl das Schulungsmaterial in erster Linie Mädchen ansprechen soll, ist es für Jungen genauso geeignet. Zum Roberta-Konzept gehören: I IRoboterkurse, die für Mädchen und Jungen gleichermaßen interessant sind. Die Kurse werden von geschulten Roberta- Teachern durchgeführt, sind zeitlich flexibel gestaltbar und für Anfänger und Fortgeschrittene geeignet. I IDas vom Fraunhofer IAIS entwickelte, gendergerechte Lehrund Lernmaterial bildet die Grundlage für die Gestaltung von Roberta-Kursen. Sie verwenden handelsübliche Roboterbaukästen und schaffen mit speziellen Roberta-Modellen die Grundlage für themenzentrierte Experimente. IISchulung von Roberta-Teachern durch Roberta-Coaches. I IEin Netzwerk bundesweiter und europäischer RobertaRegio- Zentren, das Roberta-Teachern vor Ort Unterstützung bietet, zum Beispiel durch den Verleih von Roboterbaukästen. I IAkkreditierung von ausgewählten Roberta-Teachern zu Roberta-Coaches. I IDas Roberta-Portal zum Austausch und zur Kommunikation innerhalb des Roberta-Netzwerks. Roberta-Kursmaterial Roberta-Schulungen Ameisenmodelle RCX Ameisenmodell NXT Balancieren des zweirädrigen Roberta- Modells Roberta-Bienenmodell Roberta -Netzwerk Original RCX-Roberta 2-rädriges Roberta-Modell

4 Die»Roberta Reihe«dokumentiert das Roberta-Konzept. Beides wurde vom Fraunhofer IAIS zusammen mit Partner Innen entwickelt und vom Bundesminis-terium für Bildung und Forschung gefördert. Die Reihe präsentiert Lehr- und Lernmaterialien für Roboterkurse, die für Mädchen interessant sind und von geschulten Roberta-Kursleitungen durchgeführt werden. Unterstützung finden die Kursleitungen im internationalen Netzwerk der RobertaRegioZentren. Das Buch NXT-Geschöpfe aus einer Box ergänzt mit seinen Anregungen zum Bau von der Natur inspirierter NXT-Geschöpfe ideal das Roberta-Konzept, indem es die Auswahl (vor allem für Mädchen) interessanter Themen und Experimente erhöht. Dieser Roberta-Band ist die deutsche Übersetzung des Buchs Lego Mindstorms NXT 2.0 One-Kit Creatures von Fay Rhodes ISBN: NXT Fünf Entwürfe für LEGO MINDSTORMS NXT 1.0 oder 2.0 Von Fay Rhodes Übersetzt von: Matthias Paul Scholz Lernen mit Robotern Lehr- und Lernmaterial Roberta-Lehr- und Lernmaterial Aufgrund des großen Erfolges der»roberta-reihe«band 1 7 und der Fülle an Lehr- und Lern- Band 5 Anleitung zur Schulung von Roberta- material ist die bekannte»roberta-reihe«für verschiedene Baukästen geöffnet worden. So Kursleitungen (mit CD-ROM) gibt es von LEGO Mindstorms als Basis-Baukastensystem für Roberta eine Nachfolgeversion der IIZur Vorbereitung von Roberta-Schulungen. RCX-Variante, den Lego Mindstorms NXT. Entsprechend gibt es die»roberta-reihe«sowohl für I IErläuterungen von Ziel und Inhalt einer Schulung für die RCX- als auch die neuere NXT-Variante. Ausgewählte Bände der Roberta-Reihe sind auch Roberta-Kursleitungen. Dieser Band steht nur auf Englisch und Italienisch erhältlich. zertifizierten Roberta-Schulungsleiterinnen und -Schulungsleitern zur Verfügung. Band 1 Grundlagen Roberta-Reihe Band NXT-Geschöpfe aus einem Baukasten I INachschlagewerk für Roberta-Teacher. Anleitung für die Band X Geschöpfe aus einem Baukasten Durchführung von Schnupperkursen bis hin zu Projekt- IIAnregungen zum Bau von der Natur inspirierter NXT-Geschöpfe. wochen. IIViele, vor allem für Mädchen interessante Robotermodelle. IIDetaillierte Bauanleitungen. Zusätzlich IIBand 1 NXT: Roberta-Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms NXT (mit CD-ROM). Roberta-Box IIBand 1 RCX: Roberta-Grundlagen und Experimente für Beinhaltet alle wesentlichen Lehr- und Lernmaterialien zur Lego Mindstorms RCX (mit CD-ROM). Durchführung von Roberta-Kursen in einer Box: IIBaukastensystem Band 2 Der Simulator RobertaSim (mit CD-ROM) IISoftware IIProgrammierung und Steuerung eines LEGO Mindstorms IIRoberta Band 1 Grundlagen Roboters in einer virtuellen Umgebung. IIRoberta Band 1 NXT IIRoberta Parcour-Unterlage Band 3 Programmieren mit Java und C IIu. v. m. IIVon der Installation bis zu den Besonderheiten im Umgang mit den Programmiersprachen Java und C. Roberta-NXT Klebefolien Band 3 NXT: Programmieren mit Java (mit CD-ROM) Mit den NXT Klebefolien lassen sich die NXT Steine individuell IIVon der Installation bis zu den Besonderheiten im mit einer farbigen Haut bekleben und verzieren. Die Folien Umgang mit der Programmiersprache Java. sind strapazierfahig, abwaschbar und rückstandslos abziehbar. Der Foliensatz enthält die folgenden Farben: Grün, Pink, Band 4 RCX: Themen und Experimente (mit CD-ROM) Orange, Blau, Gelb, Sand und Schwarz. IIVorstellung verschiedener Themen und Robotik- Experimente. IIQuelle zur Planung und Durchführung langer Roberta-Kurse.

5 NetzwerkNetzwerk und Roboterwettbewerbe Quelle: Odysseum Köln Roberta-RegioZentren Wettbewerbe mit Roberta Ein zentrales Instrument zur Förderung, Qualitätssicherung und dauerhaften Einrichtung von Roberta-Kursen, wie auch zur praktischen Unterstützung der Multiplikatorinnen und Multiplikatoren vor Ort ist das nationale und internationale Netzwerk der RobertaRegioZentren. Sie bieten interessierten Lehrkräften sowie den Teilnehmerinnen und Teilnehmern Unterstützung innerhalb ihrer Region an. Über das RobertaRegioZentrum können zertifizierte Roberta-Teacher das Lehr- und Lernmaterial beziehen und bei Bedarf Baukästen ausleihen. Von 2005 bis Ende 2008 wurde mit Hilfe des von der EU geförderten Projekts»Roberta-Goes- EU«das Roberta-Konzept erfolgreich auf weitere EU-Länder ausgeweitet. Inzwischen besteht ein europäisches Netzwerk von RobertaRegioZentren, das die grenzübergreifende Zusammenarbeit länderspezifischer Bildungseinrichtungen unterstützt. Roberta- RegioZentren gibt es heute in den Ländern Schweiz, Österreich, Italien, Schweden und England (Stand 2011). Hunderte von Roberta-Kursen bildeten bislang für junge Menschen und vor allem für Mädchen den Einstieg in die Beschäftigung mit technischen Themen. An vielen Orten gründen sich anschließend Roboter-AGs, die regelmäßig und auch international erfolgreich an Roboterwettbewerben teilnehmen (zum Beispiel RoboCupJunior oder First Lego League). Insbesondere die Disziplinen RoboDance und RoboRescue sind für Roberta-Kursteilnehmende attraktiv. Nicht zuletzt durch die Roberta-Initiative liegt der Mädchenanteil beim RoboCupJunior-Wettbewerb in Deutschland seit Jahren stabil bei 25 Prozent. zdi-wettbewerbselement»robot-performance«zusätzlich zum Aufbau von zdi-robertazentren hat das Fraunhofer IAIS als Erweiterung der bestehenden zdi-roboterwettbewerbe ein spezielles Wettbewerbselement entwickelt, das besonders für Mädchen attraktiv ist. Roberta-Academy Aufgrund der hohen Nachfrage nach Roberta-Kursen und den sehr positiven Ergebnissen der unabhängigen Projektbegleitforschung hat das Fraunhofer IAIS seine Roberta-Initiative zusätzlich zu den RobertaRegioZentren um so genannte»roberta-academies«erweitert. Als Roberta-Academy werden Institutionen bzw.»orte«ausgewählt, die die regelmäßige Durchführung von Roberta-Kursen einer breiten Öffentlichkeit und insbesondere Schulklassen aus ihrer Region zugänglich machen. Roberta-Academies bieten eine qualitativ hochwertige Infrastruktur (Roboterlabor, Lehr- und Lernmaterialien etc.) und verfügen über qualifiziertes und vom Fraunhofer IAIS zertifiziertes Personal. Osnabrück Bremen Herford Münster Bochum Duisburg St. Augustin Siegen Saarbrücken Koblenz Frankfurt Mannheim Stuttgart Hamburg Hannover Ilmenau Magdeburg Coburg München Berlin Dabei wurden die Erfahrungen aus dem Projekt»MIRO«(Mehr Mädchen in den RoboCup, 2006), der Initiative»Smart Girls«und der langjährigen Konzeption und Durchführung von RoboCup-Veranstaltungen in Deutschland genutzt. Das auf Mädchen zugeschnittene Wettbewerbselement»Robot-Performance«eignet sich hervorragend für die Heranführung an technisch-naturwissenschaftliche Themen. So wird im schulischen bzw. schulnahen Kontext die nachhaltige Beschäftigung mit Robotern und technischen Fragestellungen forciert. Die Initiative»Zukunft durch Innovation.NRW«(zdi) I IAufbau von mindestens 30 zdi-robertazentren in NRW I IGefördert vom Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie im Rahmen der Landesinitiative»Zukunft durch Innovation.NRW«IIEvaluierung und Qualitätssicherung der Aktivitäten I ISteigerung des Mädchenanteils beim zdi-roboter - wettbewerb IILaufzeit 2008 bis 2013 Quelle: Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie NRW Prof. Dr. Andreas Pinkwart am Roberta-Stand während des zdi-jahres-kongress 2009.

6 Qualitätssicherung Rund um die Nachwuchsförderung Begleitforschung für eine nachhaltige Wirkung Roberta wurde im Jahr 2002 vom Fraunhofer IAIS initiiert und bis 2006 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert. Attraktivität und Qualität der Roberta-Kurse wurden national und europaweit durch eine unabhängige Begleitforschung der Universität Bremen evaluiert. Eine solche Evaluation ist für Forschungsprojekte, die eine nachhaltige Wirkung haben sollen und als Vorbild für andere Projekte dienen können, unerlässlich. Die Untersuchung wurde anhand von zwei Leitfragen durchgeführt: I IWie entsteht über Techniknutzung und das Verstehen von Technik Interesse an der aktiven Gestaltung von Technologie? I IWie müssen Lernumgebungen gestaltet werden, um einerseits eine optimale Anpassung von Kurszielen/-inhalten und andererseits Lernvoraussetzungen/Vorverständnis der Jugendlichen zu erreichen? Roberta-Angebote IIZertifizierung zum Roberta-Teacher. I IDurchführung von Roberta-Schnupperkursen auf Veranstaltungen. I IGründung von Roberta-Academies an außerschulischen Lernorten. I IProjekte zur Weiterentwicklung des Roberta Lehr- und Lernmaterials. I IBeratung bei der Nutzung von Robotik als Trägerplattform zur Vermittlung von technischen und naturwissenschaftlichen Inhalten. I IRoberta-Partnerschaft für Unternehmen und Organisationen, die helfen möchten, die Roberta-Initiative weiter zu verbreiten. IIGründung weiterer RobertaRegioZentren. Sprechen Sie uns an, wenn Sie eines unserer Angebote nutzen möchten oder wenn Sie Interesse haben, Partner in einem der Weiterentwicklungsprojekte zu werden. Nachwuchsförderung am Fraunhofer IAIS Qualifizierter Nachwuchs und eine zukunftsweisende Themen im Schulunterricht bieten. Hier finden Lehrerinnen Aus- und Weiterbildung wird für die Innovationskraft im und Lehrer nicht nur unterstützende Lehrmaterialien, sondern naturwissenschaftlich-technischen Bereich immer wichtiger. auch spannende Filme, die einen perfekten Einstieg in den Mit der Roberta-Initiative hat das Fraunhofer IAIS ein Bildungsprogramm geschaffen, das Kinder und Jugendliche bereits im Roberta-Unterricht geben. Schulalter für Naturwissenschaften und Technik begeistert. Dabei kommen alle Materialien aus einer Hand, denn am Neben dem Roberta-Kursprogramm, der Konzeption der Fraunhofer IAIS setzen Medienspezialisten wissenschaftliche didaktischen Lernmaterialien und der Koordination des und technische Themen perfekt in Szene: von hochwertigen internationalen Netzwerks entstehen am Fraunhofer IAIS Printmedien, innovativen Webauftritten, kreativen Filmen und neue Medienangebote, die das Lernen mit Roberta noch 3D-Animationen bis hin zu interaktiven Medienangeboten. spannender machen. Und auch hier spielt die Nachwuchsförderung eine wichtige Rolle, denn die Medien-Experten am Fraunhofer IAIS begleiten In Kooperation mit der Initiative Schulen-ans-Netz e.v. hat das junge Menschen in den Beruf des Mediengestalters Digital Team der»medienproduktion«am Fraunhofer IAIS multimediale Roberta-Unterrichtseinheiten entwickelt, die Schülerinnen fer hat viele Facetten, und dabei geht es für junge Menschen und Print sowie Bild und Ton. Karriereförderung bei Fraunho- und Schülern einen noch besseren Zugang zu technischen immer um Eines: Die Chance, Zukunft aktiv zu gestalten! Diese beiden Leitfragen wurden sowohl unter Gender- Aspekten als auch unter fachdidaktischen Gesichtspunkten behandelt. Die Ergebnisse der Universität Bremen sind veröffentlicht unter: Roberta ist eine eingetragene Marke der Fraunhofer- Gesellschaft. I IRoberta weckt das Interesse an Technik, fördert die Lernbereitschaft, stärkt das Selbstvertrauen und vermittelt Freude am Lernen. II94% der Teilnehmerinnen haben sehr viel Spaß an den Kursen. II88% würden den Kurs Freundinnen und Freunden weiterempfehlen. II74% wünschen sich weiterführende Kurse. I IBei gendersensitiven Kursen werden sogar noch bessere Ergebnisse erzielt (98%, 94%, 85%). Weblinks IRoberta-Initiative: I IRoberta-Unterrichtseinheiten: I I IMedienproduktion am Fraunhofer IAIS:

7 Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS Schloss Birlinghoven Sankt Augustin Ansprechpartner: Ulrike Petersen, Thorsten Leimbach Telefon Fax