Begabungsförderung durch spezielle Lernarrangements im Elementarbereich mit Robotik

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1 Begabungsförderung durch spezielle Lernarrangements im Elementarbereich mit Robotik Förderung begabter Kinder im Bereich Technik & Informatik Dipl.-Ing. Michael Nelles

2 Übersicht Frühkindliche Begabungsförderung Münchner Hochbegabungsmodell Technische Bildung in der Frühförderung Bildungspläne/Sachkunde Herangehensweise und Ziele Kreativität Problemlösekompetenzen Forschendes Lernen Welches Verständnis haben Kinder vom Lernen? Metakongnition lernmethodische Kompetenz, Das Lerntagebuch Bildung als Ko-konstrutiver Prozess Das Projekt: Robotik für Grundschule und Kita Die Idee Die Projektphasen Das Equipment Die Konstruktion Die Programmierung Programmierung lernen am Papier Die Strategie Das Lerntagebuch Der Wettbewerb

3 Forschendes Lernen in der Begabungsförderung Die Menschen müssen so viel wie möglich ihre Weisheit nicht aus Büchern schöpfen, sondern aus Himmel und Erde, aus Eichen und Buchen, d. h. sie müssen die Dinge selbst kennen und erforschen und nicht nur fremde Beobachtungen und Zeugnisse darüber. (Comenius 1657)

4 Frühkindliche Begabungsförderung Bildungsprozesse und Entwicklungsprozesse sind eng miteinander verflochten Lernen als ganzheitlicher Prozess Lernen im sozialen Kontext Enrichment/Anreicherung Akzeleration/Beschleunigung Individualisierung des Lernstoffs Eigenständiges Lernen bis zum Versinken im Lernstoff Flow

5 Münchner Hochbegabungsmodell nach Heller (2005), Prof. C. Perleth (2005) Intellektuelle Fähigkeiten kreative Fähigkeiten Umgang mit Stress Naturwissenschaften Leistungsmotivation Lern- und Arbeitsstrategien nonkognitive Persönlichkeitseigenschaften Prüfungsangst Kontrollerwartungen Mathematik Technik soziale Kompetenzen Begabungsfaktoren Bereiche von Leistungsexzellenz Informatik Praktische Intelligenz Kunst Künstlerische Intelligenz Umweltbedingungen Sprachen Musikalität Psycho-motor. Fähigkeiten Familiäre Lernumwelt Familienklima Instruktionsqualität Klassenklima Kritische Lebensereignisse Sport Soziale Beziehungen

6 Technische Bildung in der Frühförderung Alles Leben ist Problemlösen. Alle Organismen sind Erfinder und Techniker, gute oder weniger gute, erfolgreich oder weniger erfolgreich im Lösen von technischen Problemen. So ist es bei den Tieren, zum Beispiel den Spinnen. Die menschliche Technik löst menschliche Probleme, etwa Kanalisierung, Wasser- oder Nahrungsmittelbeschaffung und Speicherung, wie es zum Beispiel schon die Bienen tun. (Popper 2002, S.257)

7 Technische Bildung im Elementarbereich Interesse an Alltagsphänomenen aufgreifen Zentraler Aspekt von Technik: Probleme lösen Vertiefung des Verständnisses in der Interaktion Besser in der Alltagswelt zurechtfinden Kinder sind Problemlöser von Anfang an Kleine Tüftler und Entdecker

8 Bildungspläne/Sachkunde Beruf und Arbeit erkunden, vergleichen und erklären Zusammenhänge zwischen Arbeit, Lebensunterhalt und Lebensstandard (z. B. früher heute, andere Länder) beschreiben und vergleichen Arbeitsbedingungen (z. B. Handwerksbetrieb, Industriebetrieb) Arbeit und Produktion erkunden, dokumentieren, vergleichen und erklären verschiedene Formen der Arbeit (z. B. Produktion, Dienstleistungen) Werkzeuge und Materialien erproben unterschiedliche Lösungen für technische Problemstellungen (z. B. Kraftübertragung, Statik und Stabilität, Bewegung, Beschleunigung, Bremsen, Wärme, Wärmedämmung) dokumentieren und beschreiben technische Erfindungen und bewerten die Folgen ihrer Weiterentwicklung für den Alltag und die Umwelt (z. B. Brücken, Fahrzeuge, Maschinen) Maschinen und Fahrzeuge untersuchen den Aufbau und die Funktion einfacher mechanischer Geräte und Maschinen und beschreiben ihre Wirkungsweise (z. B. Salatschleuder, Fahrrad, Wippe) Bauwerke und Konstruktionen konstruieren Bauwerke, beschreiben und dokumentieren Zusammenhänge zwischen Materialien und Konstruktionen (z. B. Brücken, Türme) Ressourcen und Energie sammeln und dokumentieren Beispiele für unterschiedliche Formen der Energieumwandlung (z. B. Wasser, Wind, Licht, Kohle) Kernlehrplan NRW, Sachunterricht, 2012

9 Kreativität Kinder erkunden und entdecken, sind offenen für verschiedene Möglichkeiten Kinder sehen Situation und Problem aus verschiedenen Blickwinkeln Vorstellung entwickeln, wie ein Problem gelöst werden kann In der Technik ist das Ziel eine Lösung zu finden Kinder werden ermutigt neue Ideen zu entwickeln, diese auszudrücken Bauen, Konstruieren, Entwickeln, umsetzen von handwerklichen Fähigkeiten

10 Problemlösekompetenz Problemlösekompetenzen stärken Kinder erkennen die Funktionsweise von technischen Bauteilen Verstehen Erfindungen Versuchen selbst technische Probleme zu lösen Entwickeln, Planen und Kommunizieren ihre Ideen Prozess mit kontinuierlicher Überprüfung ob sie ihr Ziel erreicht haben Kinder müssen experimentieren können Alte Wege mit neuen Ideen verbinden Sackgassen im Problemlöseprozess die durch Ideen oder mithilfe anderer Kinder gelöst werden

11 Forschendes Lernen Der Unterricht muss am konkret Erfahrbaren ansetzen und Primärerfahrungen ermöglichen (Piaget 1980) Lernen braucht Erfolgsmomente Wissen und Handeln müssen aufeinander bezogen sein, sonst entsteht so genanntes träges Wissen Konkrete Handlungsmöglichkeiten aktive, selbstgesteuerte, konstruktive und soziale Lernprozesse

12 Forschendes Lernen Differenzierung nach den individuellen Möglichkeiten, Ansprüchen und Bedürfnissen der Lernenden innerhalb der Lerngruppe Erkenntnisgewinn und Bewusstmachung von Zusammenhängen und Strukturen Vermittlung von Fähigkeiten selbstständig zu lernen (Lernen lernen, Anwenden lernen, Vermitteln lernen)

13 Bildung als ko-konstruktiver Prozess Erwachsene und Kinder gestalten den Lernprozess gemeinsam Kooperatives Vorgehensweise zum Erarbeiten von Wissen Aktive Beteiligung der Kinder am Lernprozess Verständnis des Themas kokonstruktiv erschließen Kompetenz zur Kooperation und zum gemeinsamen Problemlösen Ermöglicht den Kindern verschiedene Lernwege einzuschließen Stärkt lernmethodische Kompetenzen

14 Einführung in die Robotik Robotics Lernen mit Robotern

15 Slaw.: robota = arbeiten Einführung in die Robotik

16 Was genau ist ein Roboter? Interaktion durch Sensoren Aktoren Informationsverarbeitung

17 Was ist Interaktion? Interaktion ist jede Art von Wechselwirkung! sprechen hören funk etc Kommunikativ greifen treten bohren etc Mechanisch Physikalisch Temperatur fühlen Strahlung messen etc

18 Für Interaktion brauchen Für Interaktion brauchen Roboter...? wir...? Informationsverarbeitung Gehirn Sensoren Sinne Muskeln Aktoren

19 LEGO Mindstorms NXT Aktoren Sensoren Informationsverarbeitung

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21 Grundlagen der Roboterkonstruktion Planung Konstruktion Programmierung Test Präsentation Wettbewerb

22 Förderung begabter Kinder in der Grundschule oder Kita 3. bzw. 4 Schulklasse Drehtürprojekt Technik und Informatik erleben Nachhaltig Neugierde auf Technik wecken Technisch-kreative Förderung Jahrgangsstufenübergreifend Problemlöseorientierung Forschendes Lernen Die Idee

23 Die Konstruktionsphase Stecksystem aus technischen Komponenten Achsen, Räder, Verbindungsstäbe, Gelenke Symmetrie, Stabilität Einfachheit, Durchdacht Zusammenspiel von technischen Bauteilen Lösen von mechanischen Problemen Förderung der räumlichen Intelligenz (Gardner)

24 Die Programmierung Einfache graphische Programmieroberfläche Einfach zu erlernen Programmieren lernen ohne Computer Programmierung per Drag & Drop Schnelles Überprüfen der eigenen Programmierung Problemlösendes Lernen Entwicklung einer eigenen Lösungsstrategie

25 Die Programmierung am Papier Kinder lernen Programmieren und Parametrieren in der Gruppe Programmieren lernen mit Programmtafeln Umsetzung durch die Kinder am Computer

26 Die Programmierung am Papier

27 Die Programmierung am Papier

28 Die Sensoren Sehen, Hören, Tasten, Erkennen Lichtsensor, Tastsensor Ultraschallsensor, Geräuschsensor Aufbau und Funktionsweise der verschiedenen Sensoren Erweiterte Programmierung mit Schaltern und Schleifen Einsatz und Programmierung der Sensoren Testphase der Sensoren

29 Die Strategie Der Roboter rettet die Tiere Übertragung des gelernten auf neue Anforderungsgebiete Einsatz von Sensoren Zielgenaue Programmierung Überprüfung der eigenen Strategie auf dem Spielfeld Korrektur der eigenen Planung, Konstruktion und Programmierung Spielfeld 1,2m x 2,3m

30 Das Lerntagebuch Persönliche Daten der Kinder Interessenfragebogen Projektverlaufsplan Lernfortschritt der aktuellen Stunde Programmierhilfensammlung Strategieplanung Wettbewerbsdokumente Feedback zur aktuellen Stunde

31 Der Wettbewerb Wettbewerb der Kinder Eltern, Freunde, Mitschüler Präsentation der Roboter Ergebnisse des Projektes werden dargestellt Bewertung der Aufgaben nach Schwierigkeitsgrad 5 Minuten Zeit die Aufgaben mit dem Roboter zu lösen Gewinner des Wettbewerbs

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