20

SCHULE & BILDUNG

4/2017

Foto

s: S

teph

an P

ram

me/

Mag

azin

SC

HU

LE

21

Tüftlertreffen der Robotikelite: Die SAP Rockets bestehen aus Florian, Annabelle, Anika, Coach Peter Ehrlich, Julian, Conrad und Tim (v. l.). Im Martin-Andersen-Nexö-Gymnasium in Dresden brachten sie ihrem Lego-Mindstorms-Roboter alles bei, was er für die Robotikwettkämpfe brauchte

4/2017

Im Robotikunterricht sind neben der Lust am Tüfteln Programmier-kunst, Englischkenntnisse und Teamgeist gefragt. Sechs Schüler aus Dresden haben es bis zur Robotikweltmeisterschaft geschafft

Mehr als

spielen

22

Design ergatterten und auch im Robot Game genug Punkte für einen hervorragenden vierten Platz abräumten.

So gut zu werden kostet Zeit. Hier im Nebenraum Infor-matik verbrachte das Team ganze Nachmittage. Vor jedem der vier Wettkämpfe kamen viele weitere Stunden, Schulpau-sen und Wochenenden hinzu, außerdem noch gemeinsame Film- und Pizza-Abende. Es herrschte Start-up-Stimmung. Auch wenn man noch so gern Lego-Steine zusammensteckt, bastelt und programmiert: Wenn man so viel Zeit zusammen verbringt, geht man entweder bald wieder getrennter Wege oder man rauft sich zusammen. „Sechs Leute, drei Stühle, da wird man zwangsläufig zum Team“, scherzt Conrad, der die meiste Erfahrung hat und zusammen mit Anika so etwas wie den Motor der Gruppe bildet. Oft waren sie es, die die ande-ren zum Dableiben anstachelten.

J eder sollte seine Stärken einbringen können,

J eder sollte seine Stärken einbringen können,

J daher

teilen die Rockets die Arbeiten auf: Anika und J teilen die Rockets die Arbeiten auf: Anika und J Annabelle übernahmen die Forschungsaufgabe und J Annabelle übernahmen die Forschungsaufgabe und J entwickelten ein pädagogisches Spiel. Conrad und J entwickelten ein pädagogisches Spiel. Conrad und J Florian konstruierten Roboter und Werkzeuge und J Florian konstruierten Roboter und Werkzeuge und J optimierten so lange, bis der passende Kompromiss J optimierten so lange, bis der passende Kompromiss J aus Schnelligkeit und Präzision für jede Aufgabe gefunden war. Julian widmete sich mit Tim, dem Jüngsten im Team, der Programmierung und testete gemeinsam mit den ande-ren in langwierigen Versuchsreihen Motoren, Batterien und Radtypen. Wie in der IT-Wirtschaft sind auch bei Robotik-

Der Kursraum ist winzig, doch den sechs Robotikexperten des Martin-Ander-sen-Nexö-Gymnasiums in Dresden macht das nichts aus. Die Zehntkläss-ler Conrad, Anika, Annabelle, Florian und Julian sowie Tim aus der 7. Klasse stehen am Rand eines hüfthohen Hindernisparcours voller Lego-Kon-struktionen und erzählen begeistert

von Motorenkalibirierung, beweglichen Schwenkarmen und den Vorzügen noppenloser Gummiräder.

Die sechs bilden das Team SAP Rockets und haben es mit ihrem handoptimierten Roboter bis ins Finale der First Lego League (FLL) geschafft. An diesen internationa-len Roboterwettspielen nehmen jedes Jahr fast 1000 Mann-schaften aus aller Welt teil. Dabei gilt es, in mehreren Diszi-plinen zu glänzen: Im Robot Game beispielsweise muss ein selbst gebauter und programmierter Roboter aus der Lego-Mindstorms-Serie autonom auf einem Spielfeld agieren – das Team darf ihn nur in einer Ecke des Spielfelds berühren, um ihn etwa mit neuen Werkzeugen zu beladen. Zu den Aufga-ben, die sich jedes Jahr ändern, zählt das Ansteuern vorgege-bener Ziele oder das Absetzen von Steinen in genau definier-ten Arealen. Dafür gibt es jeweils Punkte, ebenso wie für die Leistungen in anderen Disziplinen, etwa dem Forschungs-auftrag, der dann vor Publikum präsentiert werden muss. Dadurch zeigen die Teams neben technischen Fähigkeiten auch ihr Können beim Recherchieren und Präsentieren.

Ihr Siegeszug führte die Rockets vom Regionalwettbe-werb über Semi- und Europafinale bis zum World Festival in St. Louis, wo sie schließlich einen ersten Preis für Mechanical

SCHULE & BILDUNG

4/2017

Foto

s: S

teph

an P

ram

me/

Mag

azin

SC

HU

LE

Die Konstrukteure Conrad und Florian: Sowohl der Roboter als auch seine verschiedenen Werkzeuge mussten in zahlreichen Durchläufen optimiert werden

Das Nachrichten-Magazin

für Kinder.

Jetzt testen:„Dein SPIEGEL“ digital

Mehr Infos unterwww.deinspiegel.de/info

Das Nachrichten-

Jeden Monat neu!wettbewerben gemischtgeschlechtliche Gruppen meist erfolgreicher, weil sie über eine größere Vielfalt an Fähig­keiten verfügen, im Umgang besser harmonieren und damit auch als Team leichter zu führen sind. Das bestätigen auch die Erfahrungen der Rockets: „Wir haben in der Robotik­AG alle unglaublich viel gelernt“, sagt Annabelle. „Und wir fühlen uns super in dem Team, das passt einfach.“ Grund­sätzlich ist es nicht einfach, Mädchen für Robotik zu be­geistern und sie bei der Stange zu halten. In den Einsteiger­kursen ist der Mädchenanteil meist noch vergleichsweise hoch, doch später, etwa ab der 9. Klasse, haben viele andere Interessen. Entsprechend gering ist auch der Frauenanteil in naturwissenschaftlich­technischen Berufen.

Dieses ungenutzte Potenzial will Open Roberta, eine ge­meinsame Initiative vom Fraunhofer­Institut für Intelligen­te Analyse­ und Informationssysteme (IAIS) und Google, mit einer offenen Programmierplattform fördern. Die Ini­tiative begann 2002 mit gendergerechten Robotikkursen für Mädchen und Jungs und vermittelt jährlich 30000 Kindern auf spielerische Weise Grundlagen des Program­mierens. Wer die Startseite lab.open­roberta.org auf­ruft, kann zwischen verschiedenen Systemen auswäh­len und sofort im Browserfenster anfangen, Programme zu schreiben, zu speichern und zu testen. Neben Lego Mind­storms ist auch Calliope mini mit von der Partie, ein Kleinst­computer für Grundschüler ab der 3. Klasse, der für unter 35 Euro zu haben ist und bereits vieles von dem bietet, was bei anderen Robotikplattformen das Zehnfache kostet: Sen­soren, Display und zahlreiche Anschlussmöglichkeiten. Ziel der von der Bundesregierung geförderten Initiative ist es, jedem Grundschüler flächendeckend einen Calliope mini zur

4/2017

24

Verfügung zu stellen. Bisher sind einige Tausend davon in Saarländer und Berliner Schulen im Einsatz, doch für eine weiter reichende Verbreitung scheint es vor allem an aus­gebildeten Lehrkräften zu fehlen. Denn auch wenn das Sys­tem kinderleicht zu programmieren ist, sind dennoch Lehr­kräfte nötig, die es sinnvoll im Unterricht einsetzen können.

Der Trend zu Informatik­ und Robotik­kursen ist aber klar erkennbar: Open Roberta, Calliope mini und viele an­dere Initiativen und Plattformen ha­ben in den letzten Jahren Fahrt aufge­nommen, nicht zuletzt auf Drängen der IT­Branche, die sich digital gut ausgebildete Arbeitskräfte wünscht. Bundesforschungsministerin Johan­

na Wanka hat Ende 2016 den DigitalPakt#D ausgerufen, eine Bildungsoffensive, die eine leistungsfähige digitale Lerninfrastruktur aufbauen soll und über einen Zeitraum von fünf Jahren mit rund fünf Milliarden Euro etwa 40 000 Schulen mit Internetanschluss und Geräten versorgen soll.

Derzeit fußen die meisten konkreten Lernerlebnisse im Bereich Coding und Robotik auf dem Engagement einzel­ner Lehrer und privater Organisationen. Nur in neun von 16 Bundesländern ist Informatik im Lehrplan verankert, und ein Vergleich mit 18 Industrieländern zeigte kürzlich: Nirgendwo kommen im Unterricht von Achtklässlern Com­puter so selten zum Einsatz wie in Deutschland. Dabei ist gerade der spielerische Umgang mit Programmen und tech­nischen Herausforderungen der beste Prüfstein für Tüft­lerqualitäten, die Deutschlands Arbeitsmarkt der Zukunft so nötig hätte. „Sobald bei Robotik das Knobeln anfängt, scheidet sich die Spreu vom Weizen“, sagt Ehrlich. Man­che Schüler probieren eine Weile herum, sehen, dass es so nicht funktioniert, und verlieren das Interesse. Andere beißen sich fest und arbeiten so lange weiter, bis sie eine Lösung gefunden haben. „Solche versuchen wir zu halten“, sagt Ehrlich, „denn das sind die Ingenieure von morgen.“ Auswahl hat er genug, denn bei der Einschreibung für die Robotikeinstiegskurse rennen ihm die Schüler die Türen ein. Wenn nach den ersten fünf Minuten die Listen für die 15 Ro­botik­Sets voll sind, muss er den Rest wieder wegschicken.

Das ist insofern schade, als gerade am Martin­Ander­sen­Nexö­Gymnasium mit seiner vertieften technisch­naturwissenschaftlichen Ausbildung und einer Ausbil­dung für die 5. Klassen eigentlich sehr viele Schülerinnen und Schüler mit entsprechendem Interesse vorhanden sein müssten. Die Schule wird von den meisten nur „die MANOS“ genannt und bringt trotz Weltkriegen und DDR­Zeiten seit über einem Jahrhundert unbeirrt technisch he­rausragenden Nachwuchs hervor, pflegt langjährige Kontak­te zu Industrie, Forschungszentren und Hochschulen und setzt pädagogisch vor allem auf Lernkompetenz. Dadurch

Anika und Annabelle übernahmen die Forschungsaufgabe – und entwickelten ein Gesellschaftsspiel, das sie vor Ort auf Englisch präsentierten

SCHULE & BILDUNG

Foto

s: S

teph

an P

ram

me/

Mag

azin

SC

HU

LE

444///202020111777

Schlaue Sache!Sie wollen nicht, dass Ihr Kind sitzen bleibt? Dann Sie wollen nicht, dass Ihr Kind sitzen bleibt? Dann entscheiden Sie sich für den entscheiden Sie sich für den swoppster, denn der speziell für Grundschüler konzipierte Aktiv-Sitz fordert speziell für Grundschüler konzipierte Aktiv-Sitz fordert und fördert ständige Positionswechsel.und fördert ständige Positionswechsel.

Das hilft, die Konzentration zu verbessern, Das hilft, die Konzentration zu verbessern, den Rücken zu stärken, den Rücken zu stärken, Haltungsschwächen vorzubeugen. Haltungsschwächen vorzubeugen. Ideal für Hausaufgaben und Lernen. Ideal für Hausaufgaben und Lernen.

ww

w.ae

ris.d

e

Leiter der Bundesarbeits-gemeinschaft für Haltungs- und Bewegungsförderung e.V. (BAG)

„Aktiv-Sitze wie der swoppster von aeris fördern die geistige und körperliche Entwick lung Ihres Kindes!“

Starres Sitzen

Konventionell:

Aktives Sitzen

swoppster:

Top-Beratung bei diesen Fachhändlern:

www.swoppster.de

candy red

lime green

NEU!Atmungsaktives

3D-Gewebe.

Super soft Luftig Coole Farben

sky blue

sind die Schüler bald relativ selbstständig, lernen in kürze-rer Zeit mehr und haben so Raum, besondere Interessen zu vertiefen, eben beispielsweise in einem Robotikkurs.

Dabei ist der Einstieg nicht grundlegend anders als in anderen Schulen: Die meisten nutzen „Lego Mindstorms EV3“-Sets – daraus entstehen zunächst simple Konstruk-tionen, denen ganz einfache Programmierschritte das erste Leben einhauchen. Wer dabei gut ist, qualifiziert sich für ein kleines Team aus Fortgeschrittenen, das bald anspruchsvol-lere Aufgaben löst. Daraus wiederum rekrutiert sich eine Robotikelite wie die Rockets.

„Oft grübeln wir monatelang herum, dann kommt uns plötzlich über Nacht die rettende Idee“, sagt Julian. Er steuert den Roboter längst nicht mehr mit der „Klötz-chen-Programmiersprache“, die in den Einführungskur-sen zum Einsatz kommt. Die Rockets haben eine eigene Zwischensprache entwickelt, die es ihnen ermöglicht, alle Befehle übersichtlich in einer Excel-Tabelle zu sehen, zu verändern und auf den Programmierstein zu übertragen. Das spart Zeit und erlaubt es ihnen, mehr Varianten zu tes-ten. „Auch hier zeigt sich die Auswirkung einer vertieften technischen Ausbildung: „An der MANOS ist Programmie-ren Pflicht für alle, egal ob Mädchen oder Jungen“, bestätigt

Anika. Sie begann wie alle in der 5. Klasse mit einer einfa-chen grafischen Programmieroberfläche und lernte ab der 8. Klasse Java, eine der am weitesten verbreiteten Program-miersprachen, die beispielsweise Anwendungen wie Twitter oder „Minecraft“ zugrunde liegen. Die Besten bekommen zusätzlich noch eine Stunde Förderunterricht in Informatik.

Das Robotikteam hat darüber hinaus noch den Vor-teil, dass es einen Teil der FLL-Vorbereitung in fachver-bindenden Projektwochen absolvieren kann. Da hier so-wohl Sprachen als auch mehrere naturwissenschaftliche Fächer gefragt sind, gilt das Engagement zu Recht als fächerübergreifend, und die Schüler werden dafür freige-stellt. Für die aktuelle Rockets-Mannschaft ist die Lauf-bahn in der First Lego League nun allerdings vorbei. Die Altersgrenze von 16 Jahren bedingt, dass im nächsten Jahr fast alle ausscheiden. Tim wird die Erfahrung an die nächste Generation weitertragen, Conrad will ihn als Co-Coach da-bei unterstützen. Und Peter Ehrlich wird dafür sorgen, dass wertvolles Wissen nicht verloren geht: darüber, wie Juroren ticken, wo sich die Strategie noch verbessern lässt und wie – das muss jetzt aber wirklich unter uns bleiben – aus Ori-ginal-Lego-Teilen noppenfreie unverformbare Gummiräder entstehen. l T H O M A S G Ö R BL I C H

26

Programmieren lernen? Ein Kinderspiel mit diesen Robotern, Computern und den dazugehörigen Plattformen. Ein Über-blick über das Angebot:

Der „programmierbare Stein“ ist Schaltzentrale und Kraftwerk jedes Mindstorms-Roboters

SCHULE & BILDUNG

4/2017

Foto

: Ste

phan

Pra

mm

e/M

agaz

in S

CH

ULE

Lego Mindstorms Education EV3Lego Mindstorms Education EV3Lego Mindstorms

Der Platzhirsch in der Schulrobotik: Mit dem Kit aus der Lego-Mindstorms-Reihe arbeiten viele weiterführende Schulen in ihren Einsteigerkursen. Ein zentraler pro-grammierbarer Baustein mit je vier Ein- und Ausgängen für Sensoren und Motoren kann mit Lego-Konstruktionen auf vielfältige Weise kombiniert werden. Zur Program-

mierung gibt es eine grafische Oberfläche für Computer oder Tablet, mit der sich Befehle ganz einfach als Blöcke aneinanderreihen lassen; Parameter erlauben gleichzeitig tiefer gehende Programmiermöglich-keiten. Für Lehrer gibt es fertig ausgearbeitete Lehrhilfen, die die Vor-bereitung auf den Unterricht vereinfachen.Ein Vorteil des Systems ist, dass es die Schüler dort abholt, wo sie be-reits Erfahrung haben: beim Basteln mit Lego. Damit ist der Einstieg in die Robotik für die meisten denkbar einfach. Gleichzeitig ist die Platt-form so vielseitig, dass sie sich fast beliebig erweitern lässt, bis hin zu ausgefeilten Turnierrobotern im Rahmen der First Lego League, alljähr-lich stattfindenden Robotikwettkämpfen für Schüler. Das motiviert viele, über den Kurs hinaus dranzubleiben und dadurch viele Kernkompeten-zen der Ingenieurswissenschaften quasi nebenbei und selbstgesteu-ert auszubauen.MEHR INFO: education.lego.comwww.first-lego-league.org

Robotics BT Smart Beginner SetAuch Fischertechnik hat ein Einsteiger-Set für Robotik im Programm, das „Robotics BT Smart Beginner Set“. Das Prinzip ist ähnlich wie bei Lego: Ein zentraler Baustein lässt sich mithilfe einer grafischen Bedienoberfläche via Computer oder App programmieren, mit Moto-ren und Sensoren verbinden und mit den üblichen Konstruktionen von Fischertechnik erweitern.Das Einsteiger-Set ist erst seit Kurzem erhältlich. Fischertechnik hat aber auch andere Robotikprodukte im Programm, die einige Schulen in Robotikkursen und im MINT-Unterricht (kurz für Mathematik, Infor-matik, Naturwissenschaften, Technik) nutzen. MEHR INFO: www.fischertechnik.de/home/produkte/computing.aspx

Robotik – nicht nur für Einsteiger

DashDer Roboter Dash von Wonder Work-shop richtet sich an jüngere Kinder. Be-reits ab sechs Jahren können sie lernen, ihn zu programmieren, und ihn auf sei-nen kleinen Abenteuern begleiten. Die kugelbasierte Form und hellblaue Farbe soll auch Mädchen und weniger technik-affine Kinder ansprechen – alles tech-

nisch Komplizierte ist unter der freundlichen Oberfläche versteckt. Der Roboter interagiert mit den Kindern, kann sprechen, lachen und tanzen und bietet trotzdem schon einen frühen Einstieg in erste Pro-grammierprinzipien. Weltweit bereits in vielen Grundschulen verbrei-tet, kommt Dash seit Kurzem auch in Deutschland in einigen Schu-len zum Einsatz.MEHR INFO: www.makewonder.de

CubettoFür die ganz Kleinen ab drei Jahren ist Cubetto ein erster Einstieg ins Roboterprogrammieren: Ein hölzerner Kasten mit Rädern bewegt sich über ein Spielfeld, die Anweisungen dazu geben die Kinder mit ver-schiedenfarbigen Elementen, die sie auf ein Holzbrett stecken. Das er-setzt den Bildschirm, funktioniert aber nach den gleichen Prinzipien wie andere Robotik-Sets, also mit Befehlen für vorwärts, zurück, dre-hen und sogar mit einer Schleifenfunktion für wiederkehrende Befeh-le. Einige Kitas haben das System bereits im Einsatz, grundsätzlich ist es aber sehr früh, um über das spielerische Element hinaus zu grund-legenden Einsichten ins Programmieren zu gelangen.MEHR INFO: www.primotoys.com

Schulbücher & mehr

versand-

kostenfrei

4/2017

ThymioDer von Schweizer Hochschulen entwickelte Roboter Thymio ist mit quelloffener Software bestückt. Er ist schon für Grundschüler nutzbar und wächst in drei Phasen mit den Schülern bis hin zu anspruchsvol-len Robotikprojekten, die ab zwölf Jahren empfohlen werden. Sogar später in der Sekundarstufe und in Hochschulen soll das System sinn-voll einsetzbar sein. Eine Besonderheit ist hier, dass auch Zubehör als quelloffene 3-D-Datei veröffentlicht werden soll und damit günstig auf 3-D-Druckern der Schulen ausgedruckt werden kann.MEHR INFO: www.thymio.org

Arduino und Raspberry PiDiese leistungsfähigen Mini-Computer sind komplett mit Prozessor und Anschlüssen auf einer kleinen Leiterplatte untergebracht. Sie eig-nen sich im Prinzip beide hervorragend für die Robotik und kommen in manchen Schulen im Rahmen von fortgeschrittenen Robotikkursen zum Einsatz. Allerdings ist der Einstieg nicht ganz einfach und eher für Schüler geeignet, die bereits Erfahrung mit einer der anderen Plattfor-men gesammelt haben. Umfangreiches Material in Form von Online-Tutorials und Foren, aber auch in Zeitschriften und Büchern erleich-tern den Einstieg. MEHR INFOS: www.arduino.cc und www.raspberrypi.org

Calliope miniDer vielseitige Mini-Computer ist ab der 3. Klasse geeignet. Es han-delt sich dabei um eine kleine Platine mit Knöpfen, Display so-wie Anschlussmöglichkeiten, außer-dem sind Bewegungs-, Temperatur-

und einige andere Sensoren an Bord. Programmiert wird mit Blöcken, die Leuchtdioden, Lautsprecher und Zubehör wie Motoren steuern. Zu einem extrem niedrigen Preis von 35 Euro vereint der Calliope mini alles, was man für die ersten Schritte in Robotik, Informationstechnologie und Mikroelektronik braucht. Außerdem sind die Programmierung und das meiste Lehr- und Lernmaterial quelloffen. Dadurch ist das System gut an viele Open-Source-Projekte angebunden und frei von teuren Lizenzen. Ziel einer vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Initiative ist es, damit flächendeckend jedem Schulkind in Deutschland ab der 3. Klasse einen spiele-rischen Zugang zur digitalen Welt zu ermöglichen.MEHR INFO: www.calliope.cc

TinkerbotsAus dem Spielwarenmarkt kommend, lässt sich dieses Robo-tik-Set auch an Schulen nutzen. Den zentralen Programmier-baustein kann man drahtlos ansteuern, das Zusammenbauen

der Roboter ist dank vieler Steckder Roboter ist dank vieler Steck-verbindungen einfach. Durch verbindungen einfach. Durch AdapAdapter können außerdem auch Lego-Lego-Steine angebaut werden. Pilotprojekte dazu sind in Arbeit, Pilotprojekte dazu sind in Arbeit, aber da das System noch nicht aber da das System noch nicht lange auf dem Markt ist, gibt es lange auf dem Markt ist, gibt es

noch keine konkreten Erfahrungen zum Einsatz in Schulen.MEHR INFO: www.tinkerbots.de

Hackathons und Code CampsAuf sogenannten Hackathons oder Code Camps sammeln Schüler praktische Erfahrungen mit digitaler Technologie und Programmierung. Meist über mehrere Tage hinweg werden unter fachkundiger Anleitung diverse Projekte angeboten, von Website- und App-Entwicklung über Spieleprogrammierung bis hin zu Robotik. Deutschsprachige Initiativen sind beispielsweise Jugend hackt, die Open Campus Schülerakade-mie, App Summer Camps, Code+Design Camps und Hacker School.MEHR INFO: jugendhackt.org hpi.de/open-campus/schuelerakademiewww.appcamps.de/app_summer_campwww.hacker-school.decode.design/camps