Lernen mit Robotern
-erleichtert den einstieg IN die technik Roberta - Entwicklungsgeschichte 2002 Wofür brauchen wir Roberta? In Deutschland mangelt es an Ingenieuren und Ingenieurinnen. Laut der 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 unbe-setzter Stellen wieder. Die Anzahl offener Stellen erhöhte sich demnach von 47000 (April 2007) auf 64000 (April 2009). 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 die Ingenieurinnen. Nur knapp 21 Prozent beträgt ihr Anteil während des Studiums (Stand 2007). Das Interesse für technische Fächer und Berufe ist bei Mädchen wesentlich geringer als bei Jungen.»Oooh, guck mal, wie süß«. Fast gleichzeitig richten sich 40 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«suchte die 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!«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 Teilnehmerinnen an einem der vielen bundesweit veranstalteten Roberta -Kurse, in denen Mädchen selber Roboter entwerfen, konstruieren und programmieren. 2004 2005 2008 2009 2003 2006 2007 Das Fraunhofer IAIS wirkt diesem Nachwuchsmangel in technischen Berufen entgegen, indem es u. a. mit Roberta Begeisterung für Naturwissenschaft, Mathematik und Technik schon im Schulalter fördert. Um Berührungsängste gar nicht erst aufkommen zu lassen, werden Schülerinnen und Schüler bereits ab 10 Jahren durch Roberta in die faszinierende Welt der mobilen Roboter entführt. 2000 Marktanalyse Ausbildungsrobotik durch Simon-Kucher & Partners 2000 2001 AROBIKS (Vorstudie zur Bedarfsermittlung, Bundesministerium für Bildung und Forschung) 2002 2006 Roberta Mädchen erobern Roboter (Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung: 1,2 Mio. EUR) 2006 MIRO (Mehr) Mädchen in den RoboCup 2007 Roberta Beispielprojekt in der Initiative für Chancengleichheit in der Fraunhofer-Gesellschaft 2006 2008 Roberta -Goes-EU (Förderung aus EU-Mitteln: 700 000 EUR) 2008 2010 zdi-roberta, Beteiligung am NRW Landesprojekt Zukunft durch Innovation (zdi) 2008 Erste Roberta LEGO Engineering Conference
-erfolgskonzept Das Roberta -Konzept Roberta erleichtert den Einstieg in die Technik Roberta hat hierfür das notwendige Lehr- Besonderes Augenmerk gilt der Identifizierung von Themen, und Lernmaterial. Zudem unterstützt die Roberta -Zentrale mit qualitätsgeprüften Schulungsprogrammen geeignete MultiplikatorInnen im Bildungssystem, um die Robotik für Technikbildung in der Schule, beruflicher Lehre und Hochschule nachhaltig zu etablieren. Zum Roberta -Konzept gehören: Roboterkurse, die für Mädchen und Roberta -Kurse Ameisenmodelle RCX 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 -Lehrund -Lernmaterial. Obwohl das Schulungsmaterial in erster Linie Mädchen ansprechen soll, ist es für Jungen genauso geeignet. Jungen gleichermaßen interessant sind. Roberta -Kurse werden von geschulten Roberta -Kursleitungen durchgeführt. Die Kurse sind zeitlich flexibel gestaltbar Roberta -Kursmaterial und für AnfängerInnen und Fortgeschrittene geeignet. Das von Fraunhofer IAIS entwickelte gendergerechtes Lehr- und Lernmaterial bildet die Grundlage für die Gestaltung von Roberta -Kursen. Sie verwenden handelsübliche Roboterkaukästen und schaffen mit speziellen Roberta - Modellen die Grundlage für themenzen- Roberta -Schulungen Ameisenmodell NXT Roberta -Bienenmodell Gangart eines 6-beinigen Roberta -Modells trierte Experimente. Schulung von Roberta -Kursleitern und Leiterinnen»teach the teacher«ein Netzwerk bundesweiter und euro- päischer RobertaRegioZentren, das den Roberta -Kursleitungen im Roberta- RegioZentrum vor Ort Unterstützung bietet. Zum Beispiel durch den Verleih von Roboterbaukästen. Qualifizierung von ausgewählten Roberta -Kursleitungen zu sogenannten Roberta -SchulungsleiterInnen Das Roberta -Portal Original RCX-Roberta 6-beiniges Roberta -Modell Roberta -Netzwerk
-reihe Roberta -Lehr- und Lernmaterial Wegen des großen Erfolges der»roberta -Reihe«Band 1 7 und der Fülle des Lehr- und Lernmaterials ist die bekannte»roberta -Reihe«für verschiedene Baukästen geöffnet worden. So gibt es von LEGO Mindstorms als Basis-Baukastensystem für Roberta inzwischen eine Nachfolgeversion der RCX-Variante, den Lego Mindstorms NXT. Entsprechend gibt es die»roberta -Reihe«sowohl für die RCX- als auch die neuere NXT-Variante. Ausgewählte Bände der Roberta -Reihe sind auch auf Englisch und Italienisch erhältlich. Band 5 Anleitung zur Schulung von Roberta - Kursleitungen (mit CD-ROM) Zur Vorbereitung von Roberta -Schulungen. Erläuterungen von Ziel und Inhalt einer Schulung für Roberta -Kursleitungen. Dieser Band steht nur noch zertifizierten Roberta -Schulungsleiterinnen und -leitern zur Verfügung. Band 1 Grundlagen Nachschlagewerk für Roberta -Kursleitungen. Anleitung für die Durchführung von Schnupperkursen bis hin zu Projektwochen. Zusätzlich Band 1 - NXT: Roberta -Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms NXT (mit CD-ROM). Band 1 - RCX: Roberta -Grundlagen und Experimente für Lego Mindstorms RCX (mit CD-ROM). Band 6»Roberta im Rettungsdienst«Tipps, Hinweise und Anregungen für den RoboRescue- Wettbewerb des RoboCupJunior. Band 7»Roberta you can dance!«tipps, Hinweise und Anregungen für den RoboDance- Wettbewerb des RoboCupJunior www.roberta-home.de www.roberta-home.eu Band 2 Der Simulator Roberta Sim (mit CD-ROM) Programmierung und Steuerung eines LEGO Mindstorms Roboters in einer virtuellen Umgebung. Band 3 Programmieren mit Java und C von der Installation bis zu den Besonderheiten im Umgang mit den Programmiersprachen Java und C. Band 3 NXT: Programmieren mit Java (mit CD-ROM) von der Installation bis zu den Besonderheiten im Umgang der Programmiersprache Java. Band 4 Themen und Experimente (mit CD-ROM) Vorstellung verschiedener Themen und Robotik- Experimente. Quelle zur Planung und Durchführung langer Roberta -Kurse. Roberta -Box Beinhaltet alle wesentlichen Lehr- und Lernmaterialien zur Durchführung von Roberta -Kursen in einer Box Baukastensystem Software Roberta Band 1- Grundlagen Roberta Band 1- NXT Roberta Parcour-Unterlage u. v. m.
-Netzwerk und roboterwettbewerbe Roberta RegioZentren Ein zentrales Instrument zur Förderung, Qualitätssicherung und dauerhaften Einrichtung von Roberta -Kursen, wie auch zur praktischen Unterstützung der MultiplikatorInnen vor Ort ist das nationale wie internationale Netzwerk der RobertaRegioZentren. Von ihnen wird interessierten Lehrkräften und TeilnehmerInnen Unterstützung innerhalb ihrer Region angeboten. Über das RobertaRegioZentrum können zertifizierte Roberta -Kursleiter und -Kursleiterinnen das Lehr- und Lernmaterial beziehen und bei Bedarf Baukästen ausleihen. Osnabrück Bremen Herford Münster Bochum Duisburg Hamburg Hannover Magdeburg Berlin Seit 2005 wird 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. RobertaRegioZentren gibt es heute (Stand April 2009) in den Ländern Schweiz, Österreich, Italien, Schweden und England. 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 ausschließlich 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. St. Augustin Siegen Ilmenau Koblenz Frankfurt Coburg Mannheim Saarbrücken Senden Stuttgart München Quelle: Odysseum Köln Roberta Schnupperkurs im Robotik-Labor des Odysseums Köln Hunderte von Roberta -Kursen bildeten für junge Menschen und vor allem für Mädchen den Einstieg in die Beschäftigung mit technischen Themen. An vielen Orten gründeten sich anschliessend Roboter-AGs, die regelmäßig und auch international erfolgreich z.b. am Roboterwettbewerb RoboCupJunior teilnehmen. Insbesondere die Disziplinen RoboDance und RoboRescue sich für Roberta -Kursteilnehmende attraktiv. Nicht zuletzt durch die Roberta -Initiative liegt der Mädchenanteil beim RoboCupJunior-Wettbewerb in Deutschland seit Jahren stabil bei 25 %. Aufbau von mindesten 12 zdi- RobertaZentren in NRW Gefördert vom Ministerium für Innovation Wissenschaft, Forschung und Technologie im Rahmen der Landesinitiative Zukunft durch Innovation. NRW Evaluierung und Qualitätssicherung der Aktivitäten Steigerung des Mädchenanteils beim zdi-roboterwettbewerb Laufzeit 2008 bis 2010 Quelle: Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie NRW Innovationsminister Prof. Dr. Pinkwart am Roberta-Stand während des zdi-jahreskongress 2009. zdi-wettbewerbselement -»Robot- Performance«Zusätzlich zum Aufbau von zdi-roberta- Zentren wurde als Erweiterung der bestehenden zdi-roboterwettbewerbe ein spezielles Wettbewerbselement vom Fraunhofer IAIS entwickelt, dass besonders für Mädchen attraktiv ist. Dabei wurden die Erfahrungen aus dem Projekt MIRO (Mehr Mädchen in den Robo- Cup, 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.
-QuALItÄtSSICHeruNG Begleitforschung für eine nachhaltige Wirkung Roberta wurde 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: Wie entsteht über Techniknutzung und das Verstehen von Technik Interesse an der aktiven Gestaltung von Technologie? Wie müssen Lernumgebungen gestaltet werden, um eine optimale Anpassung von Kurszielen/-inhalten einerseits und Lernvoraussetzungen/Vorverständnis der Jugendlichen andererseits zu erreichen? Diese beide Leitfragen wurden sowohl unter Gender-Aspekten als auch unter fachdidaktischen Gesichtspunkten behandelt. Die Ergebnisse wurden von der Universität Bremen veröffentlicht:www.roberta-home.de Menüpunkt Publikationen. Technische Ausbildung am Fraunhofer IAIS Das Fraunhofer IAIS konzipiert und entwickelt u. a. Roboterbaukastensysteme sowie zielgruppenspezifisches Didaktikmaterial. Der Ausbildungsansatz des Instituts lautet: Freude und Interesse an technischen Disziplinen schon im frühen Schulalter zu wecken und mittels aufeinander abgestimmter, alters- (und mit Roberta auch gender-) gerechter Lehr- und Lernmittel bis zum Abschluss einer technischen Berufsausbildung oder Studium zu begleiten. Angebote mit Roberta : Zertifizierung zur Roberta -Kursleitung Durchführung von Roberta -Schnupperkursen auf Veranstaltungen Gründung einer Roberta -Academy an außerschulischen Lernorten Projekte zur Weiterentwicklung des Roberta Lehr- und Lernmaterials Sprechen Sie uns an, wenn Sie eines unserer Angebote nutzen möchten, bzw. wenn Sie Interesse haben, Partner in einem der Weiterentwicklungsprojekte zu werden. Roberta ist eine eingetragene Marke der Fraunhofer Gesellschaft. Roberta weckt das Interesse an Technik, fördert die Lernbereitschaft, stärkt das Selbstvertrauen und vermittelt Freude am Lernen. 94% der Teilnehmerinnen hatten sehr viel Spaß an den Kursen. 88% würden den Kurs Freundinnen und Freunden weiter empfehlen. 74% wünschen sich weiterführende Kurse. Bei gendersensitiven Kursen werden sogar noch bessere Ergebnisse erzielt (98%, 94%, 85%).
Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS Prof. Dr. Thomas Christaller Prof. Dr. Stefan Wrobel (geschäftsführend) Schloss Birlinghoven 53754 Sankt Augustin Dr. Ansgar Bredenfeld Thorsten Leimbach Telefon: 02241 14-2404 Fax: 02241 14-4-2404 E-Mail: roberta-zentrale@iais.fraunhofer.de www.roberta-home.de www.roberta-home.eu www.iais.fraunhofer.de