Ozo­bot - Ro­bo­ter ver­ste­hen, ge­stal­ten und be­ur­tei­len - Ei­ne Un­ter­richts­ein­heit für den In­for­ma­tik­un­ter­richt in der Grund­schu­le

Das Ziel der Unterrichtseinheit zum Ozobot ist es, den Schülerinnen und Schülern mithilfe des Roboters Ozobot, als beispielhaftes Informatiksystem (Roboter), einen Einblick in den Aufbau und die Funktionsweise eben dieser Systeme zu geben. Dadurch sollen diese Systeme im gesellschaftlichen Kontext besser reflektiert werden können.  

Die Unterrichtseinheit hat die für das Fach Informatik relevanten Themenbereiche „Algorithmen und Programmierung“, „Informatiksysteme“ sowie „Informatik, Mensch und Gesellschaft“ zum Gegenstand. 

Mit großer Wahrscheinlichkeit haben Kinder keine direkten Erfahrungen mit Robotern und deren Einsatzgebieten in der Industrie oder in Dienstleistungsbereichen. Allerding kann davon ausgegangen werden, dass die Lernenden erste Vorstellungen zu Robotern aus Geschichten, Erzählungen, Bildern, Filmen sowie durch den Umgang mit Spielzeugen entwickelt haben. An diese Präkonzepte kann das Modul anknüpfen, um das Phänomen „Roboter“ in der Vorstellungswelt der Schülerinnen und Schüler im informatischen Sinne begrifflich weiterzuentwickeln und schrittweise zu präzisieren. Durch spielerisches Ausprobieren und Experimentieren können sich die Kinder zunächst mit der Funktionsweise und dem Aufbau des Roboters auseinandersetzen. So können sie beispielsweise das EVA-Prinzip (Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe) als grundlegendes Prinzip der Informationsverarbeitung kennenlernen. Am Beispiel des Ozobots wird für sie erfahrbar, dass konkrete und präzise Handlungsanweisungen sowie Problemlösestrategien zur Steuerung und Problemlösung benötigt werden. Anhand der Programmiersprache Ozoblockly können die Schülerinnen und Schüler erste Erfahrungen mit einer visuellen Programmiersprache sammeln und können darüber hinaus erste grundlegende Prinzipien dieser kennenlernen. Zuletzt sollen sowohl kreativ-konstruktive als auch kritisch-konstruktive Auseinandersetzungen mit Robotern stattfinden. Beispielhafte Diskussionsfragen können hier sein „Welche Art von Robotern sind sinnvoll?“ oder „Was sollte ein Roboter niemals können?“.  

Die Unterrichtseinheit kann in Verbindung oder als Alternative zum Modul „Wie funktioniert der Roboter?“ eingesetzt werden und umfasst 10-12 Unterrichtsstunden, welche im Folgenden kurz beschrieben werden.  

In der ersten Unterrichtsstunde der Reihe sollen die Schülerinnen und Schüler ihre Vorkenntnisse zum Thema „Roboter“ aktualisieren. Mithilfe eines kurzen Videoausschnitts werden Ihnen Roboter, ihre Funktionsweise und Bedeutung vorgestellt. Sie erarbeiten handlungsorientiert das Hauptanliegen der Stunde. Ein Roboter benötigt eindeutige Befehle. Dazu geben sie sich in einer kurzen Partnerarbeit gegenseitig Befehle, bestimmte Gefühle darzustellen. Anschließend werden gemeinsam Merkmale der einzelnen Gefühle benannt und festgehalten. Im Plenum wird darüber gesprochen, dass ein Roboter, im Gegensatz zu einem Menschen, nur präzise Befehle umsetzen kann. Weiß ein Mensch zum Beispiel intuitiv, wie er Freude zeigen kann, braucht ein Roboter dazu genauere Anweisungen. Zur Vertiefung untersuchen die Kinder verschiedene Befehle auf Eindeutigkeit und verbessern diese falls nötig. Dadurch sollen sie gemeinsam Kriterien für „gute Anweisungen“ finden und festhalten. Die Stunde wird durch eine Diskussion bezüglich der Frage „Warum müssen Anweisungen für einen Roboter genauer sein als für einen Menschen?“ beendet.  

Es handelt sich bei der ersten Unterrichtsstunde um eine Doppelstunde, jedoch können im Lehrerinformationsheft Alternativen bei einer 45-Minuten-Stunde gefunden werden. Auch kann bei ausreichend Zeit die doppelte Unterrichtsstunde durch eine weitere Aufgabe am Ende ergänzt werden, bei der jeweils zwei Lernende Rücken-an-Rücken sitzen und der Eine dem Anderen konkrete Befehle zur Zeichnung eines Bildes gibt.  

In dieser Stunde lernen die Schülerinnen und Schüler den Ozobot kennen und erproben durch Experimentieren und Beobachten seine Funktionsweise. Da in dieser Doppelstunde die Kinder alle Übungen in Partnerarbeit durchführen sollen, wird zu Beginn der Stunde der Ozobot vorgestellt, indem er die Partner-Teams einteilt. Dazu wird das zufällige Verhalten des Roboters an Kreuzungen genutzt. Die Lernenden erhalten jeweils eine Nummer, welche in die Boxen auf der Vorlage eingetragen wird. Dann wird der Ozobot in die Mitte gesetzt und fährt eine zufällige Box an. Diese Nummer und die im Folgenden angesteuerte sind ein Team. Nachdem die Teams eingeteilt sind, stellt die Lehrkraft im Sitzkreis wichtige Hinweise zum Umgang mit dem Ozobot und das Material vor. Die Kinder sollen die Arbeitsblätter falls möglich eigenständig, ohne Hilfestellung der Lehrkraft, bearbeiten, wodurch sie alle wahrscheinlich unterschiedlich schnell vorankommen. Dennoch sollten alle Schülerinnen und Schüler Beobachtungen zum Zufallsverhalten, Verhalten auf Farben und zu einigen Farbcodes gemacht haben. Diese können sie auf einem Reflexionsblatt festhalten. 

Zur Vertiefung und Erprobung sind innerhalb der Unterrichtsreihe zwei Unterrichtsstunden vorgesehen, welche entweder als gemeinsame Doppeltstunde oder als zwei Einzelstunden durchgeführt werden können. In der ersten Stunde steht der Aufbau des Ozobots und das EVA-Prinzip im Mittelpunkt. Die Lernenden sollen Hypothesen über die Konstruktion des Ozobots erstellen und eine entsprechende Zeichnung anfertigen. Auf Grundlage der bereits gemachten Beobachtungen aus der letzten Stunde, sollen sie Bauteile nennen und Vermutungen über deren Funktion anstellen. Hier findet dann ein kurzer Exkurs zum EVA-Prinzip am Computer statt, um zu verdeutlichen, dass dieses Prinzip nicht nur beim Ozobot existiert. Darüber hinaus werden die Begriffe Sensor, Aktor, Programm und Farbcode noch einmal geklärt. Die Lernenden können dadurch einen Zusammenhang zwischen den Konstruktionsteilen und dem EVA-Prinzip erkennen.  

In der zweiten Unterrichtsstunde zur Vertiefung und Erprobung beschäftigen sich die Lernenden genauer mit den Farbcodes und dem Zeichnen dieser. Ihre bereits gesammelten Erfahrungen mit dem Ozobot sollen sie nutzen, um eigene Wegenetze und Problemaufgaben für den Ozobot zu entwerfen. Zur Unterstützung können bestimmte Hilfen oder zu verwendende Farbcodes angegeben werden. In einer gemeinsamen Reflexionsphase am Ende der Stunde können die Schülerinnen und Schüler ihre Strecken vorstellen. Dabei werden die Ursachen möglicher Fehlerquellen thematisiert und das entsprechende Vorgehen besprochen.  

In den zwei folgenden Doppelstunden steht das Problemlösen als zentrale Fähigkeit im Mittelpunkt. Unter Umständen können die beiden Doppelstunden auch parallel durchgeführt werden, durch Aufteilen der Klasse in zwei Gruppen.  

In der ersten Doppelstunde lösen die Schülerinnen und Schüler verschiedene Denkaufgaben und Rätsel indem sie Farbcodes einsetzen. Dazu wird zu Beginn der Stunde zunächst der Problemlösekreislauf anhand zuvor aufgetretener Probleme entwickelt und an der Tafel festgehalten. Daraufhin stellt die Lehrkraft die Aufgaben und Rätsel vor und erklärt sie bei Bedarf. Grundsätzlich sollen die Schülerinnen und Schüler diese jedoch selbstständig bearbeiten.  

In der zweiten Doppelstunde sollen die Kinder die Programmierung des Ozobots mit Programmierbausteinen kennenlernen (ozoblocky). Sofern es die Voraussetzungen ermöglichen, wird den Kindern dazu das Programm ozoblocky oder auch ozoblocky.game, mit Hilfe eines Beamers oder Smartboards, vorgestellt. Es schließt sich eine Bearbeitung der einzelnen Aufgaben in Einzel- oder Partnerarbeit an, bei der die Kinder immer wieder Bezug zu dem zuvor erarbeiteten Problemlösekreislauf nehmen sollen. 

Je nach Diskussionsbereitschaft der Schülerinnen und Schüler gliedert sich die Reflexion/Vertiefung in 1-2 Doppeltstunden. In der ersten Doppelstunde bekommen die Lernenden den Arbeitsauftrag auf kreative Weise die Ozobots weiterzuentwickeln. Dazu erhalten sie einen Entwicklungsbogen mit verschiedenen Leitfragen, den sie zur Dokumentation ihrer Entwicklung nutzen können. Anschließend sollen im Sitzkreis folgende Fragen besprochen werden. „Kann man diesen Ozobot wirklich bauen? Wenn es ihn gäbe, würdet ihr ihn kaufen? Was bringt er euch?“. So entsteht eine kritische Auseinandersetzung mit den einzelnen Robotern.  

In der nächsten Doppelstunde wird ausgehend von einem Problem der vorhergegangenen Stunde, welches die Lehrkraft als Dilemma präsentiert, diskutiert. Im Anschluss daran werden weitere Dilemma-Geschichten vorgestellt, mit denen sich jeweils eine Vierergruppe beschäftigt. Ihre Notizen fassen die Kinder zusammen und stellen sie der Klasse vor. Für jede Dilemma-Geschichte sollen sich die Kinder abschließend für eine Meinung entscheiden. Dabei wäre die Erkenntnis, dass Roboter zweckgerichtet und künstlich erschaffen sind, von Menschen für Menschen gemacht und mitgestaltet werden können, wünschenswert. Um die Stunde abzuschließen, sollen die Kinder im Blitzlicht einige Sätze fortsetzen, die auf die verschiedenen Problematiken anspielen. 

1. Bedienen und Anwenden

Die SuS…
· lernen verschiedene digitale Werkzeuge (hier Roboter) und deren Funktionsumfang kennen, und setzen diese kreativ, reflektiert und zielgerichtet ein (1.2).


4. Produzieren und Präsentieren

Die SuS...
· planen, gestalten und präsentieren Medienprodukte adressatengerecht (4.1).


5. Analysieren und Reflektieren

Die SuS…
· entdecken die Chancen und Herausforderungen von Medien für die Realitätswahrnehmung und lernen, diese für ihre eigene Identitätsbildung zu nutzen (5.3).
· erkennen und vergleichen die Zielsetzungen einzelner Medienangebote und nutzen diese reflektiert und zielgerichtet für einen bewussten Umgang mit ihnen (5.4).


6. Problemlösen und Modellieren

Die SuS…
· lernen grundlegende Prinzipien und Funktionsweisen der digitalen Welt kennen, verstehen und bewusst nutzen (6.1).
· erkennen und reflektieren algorithmische Muster und Strukturen in verschiedenen Kontexten (6.2).
· können Probleme formalisiert beschreiben, Problemlösestrategien entwickeln und dazu eine algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen und die gefundene Lösungsstrategie beurteilen (6.3).
· beschreiben Einflüsse von Algorithmen und Auswirkungen der Automatisierung von Prozessen in der digitalen Welt und reflektieren diese (6.4).

Falls sie nähere Informationen über fachliche und fachdidaktische Aspekte zur Unterrichtsgestaltung, zum Einsatz der Unterrichtsmaterialien oder konkretes Material zur Durchführung der Unterrichtseinheit benötigen: 

Hier finden Sie weitere Informationen zu der Durchführung und Planung der einzelnen Unterrichtsstunden, sowie weitere Informationen rund um die Unterrichtsreihe (für Lehrkräfte). 

Hier geht es zum benötigten Material der einzelnen Unterrichtsstunden inklusive dem Ozobot-Expertenheft.

Weiterführende Informationen

Hier finden Sie detalliertere Informationen zu dieser Unterrichtseinheit.

Hier finden Sie die ausführliche Handreichung zu dem Modul.

Hier finden Sie die für das Modul benötigten Materialien.

Ozobot

Hier finden Sie weitere Informationen zum Ozobot.

Medienkompetenzrahmen NRW

Die Unterrichtseinheit fördert folgende durch den Medienkompetenzrahmen NRW geforderte Kompetenzen:

1. Bedienen und Anwenden
    1.2 Digitale Werkzeuge

4. Produzieren und Präsentieren
    4.1 Medienproduktion und Präsentation

5. Analysieren und Reflektieren
    5.3 Identitätsbildung
    5.4 Selbstregulierte Mediennutzung

6. Problemlösen und Modellieren
    6.1 Prinzipien der digitalen Welt
    6.2 Algorithmen erkennen
    6.3…