OpenSource4School/Lernumgebungen zur Informatischen Bildung im Mathematikunterricht der Primarstufe
Im Rahmen des Seminars "Informatische Bildung in der Primarstufe" bzw. "Digitale Medien im Mathematikunterricht" an der Universität des Saarlandes (Dozentin: Melanie Platz) wurden im Wintersemester 2021/22, 2022/23 und 2023/24 sowie im Sommersemester 2022 und 2023 Lernumgebungen zu den Themenbereichen "Algorithmen" (inspiriert durch Schwätzer (2018)[1]), "Search Engine Literacy" (inspiriert durch die Open Search Foundation) und "Kinderfragen" (inspiriert durch Gerdes et al. (2021)[2]) erarbeitet. Zur Dokumentation und Weitergabe der Lernumgebungsplanungen als Open Educational Ressources haben die Studierenden diese didaktisch reflektiert und in einem Steckbriefformat dokumentiert. Folgende Lernumgebungen wurden im Rahmen der Seminare entwickelt:
Algorithmen[Bearbeiten]
Teiler einer Zahl (Arithmetik)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Laura Thiele und Jennifer Schäfer
Kurzfassung: Die Geschwister Tim und Lea finden das gemeinsame Sparschwein und möchten das Geld gerecht und ohne Rest aufteilen. Mit dem Programm Scratch erfahren die Kinder etwas über die Teilbarkeitsregeln mit dem Teiler 2 und können den beiden dabei helfen herauszufinden, ob das Geld ohne Rest aufgeteilt werden kann.
Fadengrafiken (Geometrie)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Sara Mannartz, Denise Schimmele
Die Lernumgebung beschäftigt sich mit den Thema Fadengrafiken, was inhaltlich der Geometier zuzuordnen ist. Neben den mathematischen Kenntnissen werden zusätzlich informatische Kenntnisse erweitert, indem die Lernenden unter Anleitung erste Einblicke in das Programmieren erhalten. Dazu wird die App "Scratch" eingesetzt, worin vorgegebene Bausteine einfach zu einem Code zusammengefügt werden können. Zur Einführung in die Thematik der Fadengrafiken erhalten die Schüler*innen zunächst Arbeitsblätter, mit deren Hilfen sie diese zeichnerisch erstellen. Um die dahinterliegende Systematik eingehender durchdringen zu können, erstellen die Lernenden zusätzlich an einem Geobrett weitere Grafiken. Nachdem der Code unter Anleitung durch die Lehrkraft erstellt wurde, ist es den Lernenden möglich vielfältige Bilder entstehen zu lassen, indem sie die Variablen „Ecken“ und „Sprünge“ beliebig variieren. Dabei können sie selbstständig Entdeckungen bezüglich der Gesetzmäßigkeiten und der Eigenschaften von Körpern machen. Im Anschluss an diese offene Phase werden die Beobachtungen gemeinsam ausführliche reflektiert.
Das NIM-Spiel (Arithmetik)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Selina Loew, Nathalie Fey
In der erarbeiteten Lernumgebung vertiefen die Schüler*innen ihre Kenntnisse des Programms „Scratch“, indem sie eine Version des NIM-Spiels eigenständig programmieren. Inhaltlich lässt sich die Lernumgebung dem Bereich „Zahlen und Operationen“ zuordnen, wobei ebenso der Erwerb informatorischer Grundkenntnisse im Vordergrund steht. Die Schü-ler*innen durchblicken zunächst die Grundstruktur der Programmierung des NIM-Spiels, indem sie handelnd Abbildungen der Bausteine, welche so auch im Programm „Scratch“ vorzufinden sind, in eine Reihenfolge bringen. Des Weiteren pro-grammieren die Schüler*innen einzelne Elemente des NIM-Spiels selbst anhand von Programmieranleitungen. Das Ziel der Lernumgebung besteht darin, dass die Schüler*innen ein Bewusstsein für Algorithmen entwickeln und erfahren, welche Abläufe hinter programmierten Spielen stecken.
Zu Beginn der Unterrichteinheit wird den Schüler*innen eine Einführungsgeschichte zur thematischen Einbettung präsentiert. Um den Schüler*innen einen Einblick in das Programm “Scratch“ zu gewähren, wird in Plenumsphasen mit dem Smartboard sowie der Software „Scratch“ gearbeitet. Zudem stehen den Schüler*innen in Einzel- und Gruppenarbeitsphasen Tablets zur Verfügung. Ergänzend zu den digitalen Medien wird Tafelmaterial (Abbildungen der Bausteine) zur Veranschaulichung der Programmierreihenfolge verwendet. Darüber hinaus erhalten die Schüler*innen differenzierte Programmieranleitungen sowie Tippkarten, um eigenständig einzelne Elemente programmieren.
Zahlen raten (Arithmetik)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Sehriban Kirli, Marie Weber
Kurzfassung: Das Spiel wurde mithilfe Scratch programmiert. Der Fokus liegt vor allem auf dem Erraten von Zahlen. Die beiden Hauptfiguren der Igel Matto und der Bär Berndo stellen den Kindern Fragen, die sie lösen müssen. Zunächst müssen die Kinder, die von den Figuren ausgedachte Zahl erraten. Anschließend knüpft eine Rechenaufgabe an die Zahl an. Durch das Wald-Setting und den freundlichen Figuren ist das Spiel sehr kindorientiert und fördert somit die Motivation der Kinder.
Seriennummern auf Eurobanknoten (Arithmetik)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Laura Gilcher und Jana Ersfeld
Kurzfassung: Die konzipierte Lernumgebung befasst sich inhaltlich mit der Überprüfung der Echtheit von Seriennummern auf Eurobanknoten. Die SchülerInnen werden an die Thematik herangeführt, indem sie zunächst die mathematischen Schritte zur Überprüfung der Seriennummern kennenlernen und diese selbstständig durchführen. Im Anschluss überprüfen sie die Seriennummern mit dem kindgerechten Programmier-Programm Scratch, welches nach Eingabe einer Seriennummer innerhalb weniger Sekunden anzeigt, ob die Seriennummer echt oder gefälscht ist. Schließlich sollen die SchülerInnen aktiv entdeckend eine allgemeine Regel finden, die besagt, wann eine Seriennummer echt ist und wann sie gefälscht ist. Ziel der Anwendung des Programms zur Überprüfung der Seriennummern ist es, dass die SchülerInnen zum einen mit der Anwendungs- und Funktionsweise von Scratch vertraut gemacht werden, um in darauffolgenden Unterrichtseinheiten selbst erste Programmierversuche durchzuführen und zum anderen sollen die SchülerInnen erkennen, wie Programmierungen im Alltag genutzt werden können, um komplexe Abläufe zu vereinfachen.
Reihenfolgezahlen (Arithmetik)[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Alissa Schäfer, Emily Johann
Kurzfassung: Die entwickelte Lernumgebung ermöglicht durch eine Verknüpfung analoger und digitaler Medien einen Einstieg in die informatische Bildung. Gleichzeitig werden neuer Rechenregeln und Zahlzusammenhänge von Zahlenfolgen durch das Erkennen einer Problemstellung und der Problemlösung erkannt und durch konsequentes Anwenden automatisiert und verinnerlicht. Die Lernenden entwickeln eine strategisch- strukturelle Vorgehensweise. Das Präsentieren der Lösungswege, fördert den Kompetenzbereich „Kommunizieren“. Die Möglichkeit selbst zu programmieren fördert die Motivation der Lernenden und gilt als entdeckendes Lernen.
Search Engine Literacy[Bearbeiten]
How many guesses? - 5 bis 7 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Kurzfassung:
Divide and conquer - 5 bis 7 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Sophia Pellens, Anna Zens, Emily Schmitt
Kurzfassung: Durch das spielerische Heranführen der Thematik ist diese Unterrichtsstunde, im Vergleich zum Alltagsunterricht, eine Abwechslung für die Kinder, sowie eine zusätzliche Motivation zum Mitarbeiten. Die Partnerarbeit und das Vorführen vor der Klasse unterstützt und fördert die Kommunikations- und Interaktionskompetenzen, die Zusammenarbeit und Kooperationsfähigkeit. Die Schülerinnen und Schüler (SuS) sollen durch das spielerische Vorgehen Lernfreude am Fach Mathematik entwickeln und ihre Kenntnisse im Bereich Informatik ausweiten. Sie sollen Wissen über einen Suchalgorithmus und das Vorgehen, wie Suchmaschinen Suchergebnisse vorschlagen, entwickeln. Dabei sollen sie selbst handelnd und eigeninitiativ Sortier- und Auswahlalgorithmen testen und den Effektivsten herausfinden. Markante Eckpunkte der Lernumgebung sind die eigenständige Erarbeitung und das eigenständige Finden von Lösungen. Die Lehrkraft (LK) gibt zunächst nur wenige Anweisungen, lässt die SuS ausprobieren und Vor- und Nachteile bestimmter Verfahren an sich selbst erfahren. Es werden Tablets, ein Plakat, Zahlen-, Wort- und Bildkarten verwendet, sowie das Smartboard/ die Tafel
How many guesses? - 8 bis 10 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Johanna Barbara Kuhn, Laura Both, Michela Alan Francis
Kurzfassung: Die Lernumgebung “Geometrie-Abenteuer: Formensuche in der Zauberstadt" ist eine interaktive Auseinandersetzung mit Formen und Körpern, die Schülerinnen und Schüler der 4. Klasse in ein spannendes Abenteuer eintauchen lässt. Die Kinder erkunden virtuelle Häuser, in denen magische Formen und versteckte Elemente darauf warten, entdeckt zu werden, um die gesuchten Körper zusammenbauen zu können. Durch das Finden und Kombinieren dieser Formen können die Schülerinnen und Schüler (kurz SuS) eine eigene kleine Zauberstadt gestalten. Den SuS soll sich hierbei die Frage stellen, wie viele Häuser sie besuchen müssen und in welcher Reihenfolge, um ihre gesuchten Körper zusammenzustellen. Über den Weg des Zufallsexperiments sollen die SuS Erfahrungen zu Sortieralgorithmen von Internetsuchmaschinen machen und in Verknüpfung mit fachlich mathematischen Inhalten ein Verständnis für ihre Funktionsweise entwickeln.
Divide and conquer - 8 bis 10 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Jessica Kloep, Ellena Mauß, Lara Scherer
Kurzfassung:
Die Lernumgebung soll den Kindern die Funktionsweise einer Suchmaschine spielerische näherbringen. Dazu lernen sie, mit Hilfe eines Kartenspiels, Algorithmen kennen, die eine Suchmaschine benutzt um schnellstmöglich an ihr Ergebnis zu gelangen. Anschließend probieren sie selbst die Strategie der Suchmaschine aus. Am Ende der Lernumgebung wird das neu erworbene Wissen mithilfe eines Lückentextes nochmals gefestigt.
The Great Number Hunt (Unsorted) - 8 bis 10 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Eitel Celine, Lutz Lea, Schenkel Nina
Kurzfassung:
Polizeieinsatz - wer ist der richtige Ladendieb?
In dieser Lernumgebung werden Strategien entwickelt, mit denen man einen bestimmten Gegenstand schnellstmöglich aus einer unsortierten Menge herausfiltern kann. Welche Strategien es gibt und welche gegebenenfalls am erfolgreichsten ist, erfährst du hier.
The Great Number Hunt (Sorted) - 8 bis 10 Jahre[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Kurzfassung:
Lernumgebung „Die große Zahlensuche- Finde die magische Zahl“
In dieser Lernumgebung wird die binäre Suche eingeführt und geübt. Anhand der thematischen Einbettung in das Thema Piraten und Schatzsuche ist das Ziel der Stunde insgesamt vier Zahlen zu finden, um eine Schatztruhe öffnen zu können. Zu Beginn wird gemeinsam unsystematisch nach einer Zahl gesucht. Im Anschluss wird die binäre Suche erklärt und anhand eines Beispiels mit den Kindern durchgesprochen. Im Anschluss führen die Kinder die binäre Suche in Dreiergruppen durch und finden so die restlichen drei Zahlen. Danach wird gemeinsam die Schatztruhe geöffnet. Zum Abschluss der Stunde wird die Effizienz der binären Suche betont und erklärt, dass auch Suchmaschinen mit diesem Algorithmus suchen.
1. Klasse, 1. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Angelina Behr, Cathrin Faust, Emilia Fremgen, Julia Pasternak
Kurzfassung: Die SuS werden in ihrem Alltag vermehrt mit den digitalen Medien konfrontiert. Dadurch ist es wichtig, dass sie frühzeitige die Kompetenzen für den sicheren Umgang mit diesen lernen. Besonders Suchmaschinen werden mit dem Schuleintritt immer relevanter, da diese effizienter beim Suchen nach Informationen sind. Zusätzlich kann man sie in alle Bereiche des Alltags einbinden und dadurch auch hilfreiche Ideen sammeln.
Die Kinder sollen mithilfe der Geschichte verstehen lernen, wie eine Suchmaschine funktioniert. Zusätzlich wird ihnen nähergebracht, was Filter sind und wie sie beim Suchen nach speziellen Informationen hilfreich sein können. In Kombination damit setzen sich die SuS mit der Geometrie auseinander. Dabei üben sie den Umgang mit den Formen Kreis, Quadrat und Dreieck.
In dieser Lernumgebung übernehmen die Lernenden die Rolle einer Suchmaschine. Für die thematische Einbettung haben wir uns einen alltäglichen Kontext ausgesucht, welcher Bezug zur Lebenswelt der SuS beinhaltet. Hierbei geht es um Paul, der ein Picknick mit seinen Freunden plant und dabei die Suchmaschine als Hilfsmittel nutzt. Die Kinder werden dabei aufgefordert, ihn bei dem bestehenden Problem zu unterstützen. Dadurch lernen sie Probleme zu lösen als auch das Sortieren, Beschreiben und Klassifizieren von Gegenständen, die in der Suchmaschine gefiltert werden.
Für die Durchführung der Lernumgebung benötigt man analoge und digitale Arbeitsmittel. Es werden passend zur Geschichte Bildkarten von verschiedenen Lebensmittel und Gegenständen verteilt. Für die Präsentation der Arbeitsergebnisse werden zur Sortierung und Klassifizierung Plakate und Klebestifte als auch Magnete ausgeteilt. Für die gemeinsame Internetrecherche wird das Smartboard genutzt.
1. Klasse, 2. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Kurzfassung:
2. Klasse, 1. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Hannah Pirrung, Nina Lindemeier und Sarah Wolf
Kurzfassung: Die Lernumgebung basiert auf einer Geschichte, bei der es um ein Mädchen Namens Kim geht, die sich zu ihrem 8. Geburtstag ein schönes Geschenk wünscht und deshalb dem Chef der Spielzeugfabrik einen Brief schreibt. Kim ist sehr sportbegeistert und schreibt, dass sie sich ein Geschenk wünscht, mit dem sie Sport treiben kann. Der Chef öffnet den Brief und gibt in der Suchmaschine den Wunsch “Geschenk Sport” ein. Die SuS werden sich in der Lernumgebung hauptsächlich mit Körpern beschäftigen, die sie nach ihren Eigenschaften klassifizieren müssen (Prinzip von Filter- und Sortieralgorithmen). Gegen Ende der Lernumgebung soll von den SuS für Kim ein passendes Geschenk ausgesucht werden, die sie zuvor mit den richtigen Eigenschaften (z.B. Anzahl der Ecken, Kanten, Flächen) beschrieben und sortiert haben. In der Unterrichtsstunde wird vorausgesetzt, dass den SuS, aufgrund von vorherigen Unterrichtsstunden, die Körper und deren Eigenschaften bekannt sind. Aufbauend auf diesem bereits vorhandenen Wissen steht hiermit vor allem die inhaltsbezogene Kompetenz „Geometrische Figuren erkennen, benennen und darstellen“ im Mittelpunkt, welche der Leitidee „Raum und Form“ zuzuordnen ist.
2. Klasse, 2. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:
Kurzfassung:
3. Klasse, 1. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Emma Heck, Mila Müller, Nina Rauch, Pauline Wolf
Kurzfassung: Die didaktische Motivation der Lernumgebung kann durch die drei Grundfragen der didaktischen Analyse nach Klafki beantwortet werden: Die Frage nach der Gegenwartsbedeutung, der Zukunftsbedeutung und der exemplarischen Bedeutung. Eine hohe Gegenwartsbedeutung ist gewährleistet, denn die Kinder erfahren, dass beispielsweise das Optimieren ihrer Suchanfrage passendere Ergebnisse im Bezug zu ihrer Aufgabenstellung, ein passendes Geschenk für Charlie zu finden, liefert. Somit hat dieser Vorgang für den gegenwärtigen Arbeitsauftrag große Bedeutung. Aber auch generell gehört das Internet und der Umgang mit Suchmaschinen für einen Großteil der Kinder zu ihrer Lebensrealität und ihrem Alltag. Auch die Zukunftsbedeutung spielt in diesem Zusammenhang eine große Rolle, denn die richtige und effiziente Nutzung von Suchmaschinen ist für die Kinder auch in zukünftigen Situationen im Alltag aber auch im schulischen Kontext von großer Bedeutung, beispielsweise die Recherche für Präsentationen oder Referate usw... Funktionsweisen von Suchmaschinen können außerdem exemplarisch für andere Prozessabläufe im Internet oder im alltäglichen Leben stehen. Das Ordnen von Gegenständen in eine bestimmte Reihenfolge ist beispielsweise dem Ranking zuzuordnen.
Die Lernumgebung verfolgt das Ziel den Kindern ein grundsätzliches Verständnis und einen Einblick in die Funktion und die Arbeitsweisen einer Suchmaschine zu geben. Dabei sollen die Kinder zudem zum eigenständigen, selbständigen, sowie zu einem zielführenden und effizienten Umgang mit Suchmaschinen befähigt werden. Den Umgang mit Suchmaschinen erproben die Kinder in den verschiedenen Arbeitsphasen selbstständig. Zudem soll ein Bezug zu dem Alltagsleben der Kinder geschaffen werden, der das Thema für die Kinder zugänglich und greifbar macht. Dieser Bezug zur Lebensrealität wird durch die lebensnahe Aufgabenstellung, ein Geburtstagsgeschenk für einen Freund zu finden, aber auch durch bekannte Vorgänge wie das Schätzen geschaffen. Gleichzeitig wird durch das Schätzen ein mathematischer Bezug hergestellt.
Markante Eckpunkte der Lernumgebung sind vor allem die zu Beginn, als auch am Ende auftretenden Bezugspunkte zur Rahmengeschichte (der Suche nach dem passenden Geburts-tagsgeschenk). Sowohl die Einführungsgeschichte als auch der tatsächliche Suchprozess nach einem passenden Geschenk zeichnen einen roten Faden durch die Unterrichtsstunde. Aber auch die beispielsweise durch das Schätzen geschaffenen mathematischen Bezugspunkte stellen zentrale Eckpunkte der Unterrichtsstunde dar und verknüpfen das mathematische Wissen der Kinder mit dem Wissen über Suchmaschinen.
In der geplanten Lernumgebung werden sowohl analoge als auch digitale Arbeitsmittel eingesetzt. Eingesetzt werden Bildkarten, auf denen mögliche Geburtstagsgeschenke für Charlie abgebildet sind. Außerdem wird ein Plakat zur visuellen Darstellung und zum Sammeln der Ergebnisse verwendet. Gemeinsam wird zu Beginn der Stunde eine Mindmap auf dem Plakat erstellt. Dadurch wird das Wissen der Schüler zum Thema Suchmaschinen gesammelt. Zudem wird auch ein Smartboard oder eine Tafel zum Anpinnen der Bildkarten sowie zum Ergänzen von weiteren Ideen gebraucht. Des Weiteren wird eine Smartboard bzw. ein Beamer zum Abspielen des Videos am Ende der Unterrichtsstunde benötigt. Darüber hinaus benötigen die Lernenden Tablets für die Internetrecherche in den verschiedenen Arbeitsphasen. Im Optimalfall sollten so viele Tablets vorhanden sein, dass höchstens zwei Kinder in Partnerarbeit an einem Tablet arbeiten können.
3. Klasse, 2. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Leon Lang, Louis Leinenbach, Paula Kartes
Kurzfassung:Suchmaschinen spielen im Alltag eine große Rolle. Daher sollten diese bereits in der Primarstufe thematisiert und die Schülerinnen und Schüler1 damit vertraut werden. In der Lernumgebung wird der Fokus auf das Sortieren und Filtern, ein Bestandteil der Funktionsweise von Suchmaschinen, gelegt. Neben der Bedienung ist auch die Funktionsweise essenziell und sollte daher im Unterricht behandelt werden (Platz, 2022). Thematisch eingebettet wird die Lernumgebung durch das Thema Wasser und Wasserverbrauch. Dieses begleitet Kinder heutzutage bereits im jungen Alter, weshalb eine Auseinandersetzung mit dem angesprochenen Thema und das Schaffen von Bewusstsein für die Ressource Wasser auf der Erde essenziell sind. Die Lehrziele, die die Lernumgebung verfolgt, sind zum einen das Sortieren zu vorgegeben Oberbegriffen. Die SuS wählen zudem selbst Oberbegriffe und sortieren nach diesen. Zum anderen entnehmen sie Daten aus Tabellen und üben Rechenstrategien. Die Lernumgebung lässt einen roten Faden erkennen. Zu Beginn ordnen die SuS im Plenum Bilder bestimmten Oberbegriffen zu. Anschließend erhalten sie eine Tabelle mit Informationen über das gleiche Thema wie zuvor. Sie wählen selbstständig Oberbegriffe und sortieren nach diesen. Somit legen die SuS die Sortierkriterien selbst fest. Daraufhin wird das Sortieren erneut geübt, indem Rechenaufgaben sortiert werden. Zum Abschluss geben die SuS Begriffe passend zum Thema in einer Suchmaschine ihrer Wahl ein. Die Begriffe werden von der Lehrkraft vorgegeben. Dieser Arbeitsschritt verhilft zur Erkenntnis, dass Ergebnisse immer spezifischer werden, je konkreter die Eingabebegriffe werden. Im Zuge dessen wird darauf hingewiesen, dass es keine richtige Anordnung der Suchergebnisse gibt. Die Anordnung erfolgt nach der systemseitig angenommene[n] Relevanz (Lewandowski, 2021, S. 29f). Des Weiteren wird auf das Filterblasenproblem eingegangen. Den Kindern soll bewusstwerden, dass die Suchergebnisse nur eine Auswahl darstellen (Klug, Strang, 2018). Arbeitsmittel/Medien, die eingesetzt werden, sind Bilder zum Thema Wasser (Vorkommen in der Natur, Zustände von Wasser) mit den Oberbegriffen „Wasser im Alltag“ und „Wasser in der Natur“. Außerdem werden Arbeitsblätter mit den entsprechenden Aufgaben von der Lehrkraft vorbereitet sowie Plakate, die die SuS zur Präsentation ihrer Ergebnisse nutzen. Am Ende der Lernumgebung werden technische Endgeräte benötigt. Der Kernlehrplan sieht das Sammeln von Informationen aus Schaubildern vor. Dies wird in der Arbeitsphase aufgegriffen, in der die SuS eine Tabelle mit Informationen erhalten, die sie beliebig ordnen und sortieren sollen. Des Weiteren werden die rechnerischen Kompetenzen berücksichtigt. Die SuS rechnen Aufgaben mit Hilfe von Strategien, die Thema des Unterrichts zur Zeit der Durchführung der Lernumgebung sind.
1 Auf Grund der besseren Lesbarkeit wird im Folgenden die Abkürzung SuS verwendet.
4. Klasse, 1. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Eva Siegel, Sarah Daniela Bus, Emily Marie Keßler
Kurzfassung: Die Schülerinnen und Schüler verfügen bereits über Grundkenntnisse in schriftlicher Division sowie grundlegende Informationen zur Funktionsweise von Suchmaschinen. Diese vorhandenen Kenntnisse werden in dieser Lernumgebung aufgegriffen und vertieft. Die Lernumgebung ermöglicht den Kin-dern, eigenständig und individuell das Thema zu erkunden. Dabei wird zunächst an ihre persönlichen Erfahrungen im Alltag angeknüpft, um erste Verbindungen zur Thematik herzustellen. Sie werden dazu angeregt, zu berichten, was geschieht, wenn sie bei einer Suchmaschine den "Suchen"-Button drücken. Um die Beobachtungen nachhaltig festzuhalten und zu bewerten, erhalten die Schülerinnen und Schü-ler ein Arbeitsblatt. Das Endziel des Spiels besteht darin, den effektiveren Algorithmus anhand der schriftlich erfassten Beobachtungen der Schritte zu beurteilen. Die Lernumgebung legt besonderen Fokus auf die Entwicklung allgemeiner mathematischer Kompetenzen, insbesondere im Bereich des "Kommunizierens und Problemlösens", wie im Abschnitt "gute Aufgaben und Differenzierung (1a)" näher erläutert wird. Innerhalb der inhaltlichen mathematischen Kompetenzen liegt der Schwerpunkt auf "Zahlen und Zah-lenoperationen" sowie "Daten, Häufigkeit und Wahrscheinlichkeit". Die Lehrperson nimmt eine un-terstützende Rolle als Lernbegleitung ein, steht für Fragen zur Verfügung und greift bei auftretenden Schwierigkeiten ein. Die Eigenständigkeit der Schülerinnen und Schüler steht dabei im Vordergrund. Die Motivation wird durch die spielerische Gestaltung, den Anreiz, die gesuchte Zahl zu finden, und die am Ende erwartete Überraschung gestärkt.
Die Kinder sollen ein besseres Verständnis für die Hintergrundarbeit einer Suchmaschine sowie für den Begriff "Algorithmus" entwickeln. Diese Arbeitsaufträge sollen weitgehend eigenständig ausge-führt und reflektiert werden. Zusätzlich soll die schriftliche Division im Mathematikunterricht wie-derholt und vertieft werden.
Ein zentraler Punkt ist die Verknüpfung des Spiels mit der schriftlichen Division aus dem Mathema-tikunterricht. Der Algorithmus, der bei der schriftlichen Division verwendet wird, wird mit alltägli-chen Situationen der Kinder in Verbindung gebracht, wie beispielsweise dem Befolgen von Rezepten oder dem Spielen von Noten auf einem Klavier. Gleichzeitig wird angestrebt, den Transfer vom Spiel zur Funktionsweise einer Suchmaschine zu verstehen.
Für die Umsetzung dieser Lernumgebung sind Brottüten, Arbeitsblätter, karierte Blätter mit Divisi-onsaufgaben, Plastiktüten, ein Laptop, eine Tafel, Klappzettel, Süßigkeiten (für die Überraschung), kariertes Papier und Stifte erforderlich.
4. Klasse, 2. Halbjahr[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Hannah Heil, Luca Pinger, Michelle Kiefer
Kurzfassung: Laut der KIM-Studie von 2022 nutzen 44% der 6-13- Jährigen mindestens einmal pro Woche das Internet zu Recherchezwecken. (vgl. mpfs: KIM-Studie, 2022). Diese Zahlen belegen, wie wichtig ein Verständnis für Suchmaschinen und deren sichere Verwendung ist. In der Lernumgebung „Ein Viereck für Alex“ entdecken die Schüler und Schülerinnen (im Folgenden abgekürzt mit SuS) selbst handelnd alle Vierecke aus dem Haus der Vier-ecke und finden eigene sinnvolle Rangfolgen, bevor sie die Struktur des Hauses der Vierecke in der Mathematik Stück für Stück unter Anleitung verstehen und analysieren. Die Reihenfolgen der SuS stehen symbolisch für verschiedene Suchmaschinen und zeigen den SuS auf, dass jede Suchmaschine ihre Suchergebnisse in anderer Art und Weise anordnet und dies beim Recherchieren zu bedenken ist. Die SuS arbeiten innerhalb eines kindgerechten Kontextes, werden direkt angesprochen und aufgefordert, Alex bei der Suche nach einer geeigneten Form für die Einladungskarte zu unterstützen. Dadurch wird die Lernmotivation erhöht und die SuS erfüllen am Ende der Stunde eine Aufgabe, was ein Erfolgserlebnis schafft. Mit der letzten Aufgabe des Arbeitsblattes formulieren die SuS eine Empfehlung an Alex, welches Viereck sich ihrer Ansicht nach am besten eignet. Als markante Eckpunkte sind zu nennen: die Erarbeitung der allgemeinen Eigenschaften von Vierecken, auf Basis dieser das Finden von eigenen Rangfolgen mit anschließender Präsentation und der Lückentext als Leitfaden zur Analyse des Hauses der Vierecke der Mathematik. Die SuS benötigen ein Schreibwerkzeug und ein Geodreieck zum Entdecken der Eigenschaften der Vierecke. Die Lehrkraft hält Formen aus Moosgummi zum haptischen Arbeiten sowie das Arbeitsblatt mit Lückentext und Empfehlung bereit. Daneben arbeiten die SuS mit Tablets und bemühen zu Beginn selbst eine Suchmaschine, um Suchergebnisse verschiedener Suchmaschinen zu vergleichen. Auf die Analyse des Hauses der Vierecke folgt der Transfer zurück zur Suchmaschine und die SuS verstehen, dass auch verschiedene Suchmaschinen unterschiedliche Suchergebnisse in unterschiedlicher Rangfolge anzeigen und nehmen mit, dass die oben angezeigten Suchergebnisse nicht zwangsläufig die geeignetsten sind. Somit vermittelt die Lernumgebung, was die Funktionsweise einer Suchmaschine betrifft, vor allem die Grundidee des Rankings.
Funktionsweise einer Suchmaschine[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Sarah Becker, Jessica Masuhr, Julia Huppert, Isabelle Diagne-Schmidt, Katrin Kirsch
Kurzfassung: In dieser Lernumgebung übernehmen die Lernenden die Rolle einer Suchmaschine und untersuchen den Umgang mit dieser. Zur Motivierung und thematischen Einbettung wurde ein Weihnachtskontext gewählt. Der Chef einer Spielzeugfabrik muss ein passendes Weihnachtsgeschenk für ein Kind namens Kim finden. Dazu möchte er die Suchmaschine nutzen. Allerdings weiß er nicht, wie man am besten nach einem Geschenk sucht. Zunächst erkennen die Lernenden die Notwendigkeit einer exakten Suche und die Notwendigkeit der Sortierung von Ergebnissen. Anschließend sollen sie die Arbeit der sogenannten Crawler übernehmen, indem sie eine Menge an Gegenständen sortieren. In einem anschließenden Rollenspiel bestellen sie an einem Schalter, der die Suchmaschine darstellt, verschiedene Gegenstände. Dazu müssen sie mit drei Wörtern ihren Gegenstand so genau beschreiben, damit sie das entsprechende Gegenstück erhalten. So erkennen sie, wie man am besten nach Ergebnissen im Internet sucht. Dazu werden gemeinsam Guidelines formuliert, die die Lernenden auf einem Arbeitsblatt festhalten. Zum Abschluss zeigt ein Video, wie eine Suchmaschine funktioniert. Dabei können die Lernenden Bezüge zu ihrem eigenen Vorgehen in der Unterrichtsstunde herstellen.
Personalisiertes Ranking[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung:Paulina Albrecht, Marie Jochum und Luisa Braun
Kurzfassung:
Einstieg in die Arbeit mit Suchmaschinen und Personalisierung[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Talisa Grießmer, Selina Nickel
Kurzfassung: In dieser Lernumgebung sollen die Lernenden die Funktionsweise einer Suchmaschine und damit einhergehend die Personalisierung verstehen, indem sie spielerisch einzelne Funktionen der Suchmaschine selbst ausführen. Darüber hinaus wird mit Tablets, also mit digitalen Medien, gearbeitet, wodurch einerseits der Alltag der Kinder miteinbezogen wird und andererseits ihre digitalen Kompetenzen geschult werden. Zusätzlich wirkt der Einsatz der digitalen Medien motivierend auf die Kinder. Außerdem wird in der Lernumgebung vor allem die Kompetenz des Begründens gefördert, welche in vielen Lebensbereichen benötigt wird. Durch die Durchführung der einzelnen Funktionen der Suchmaschine lernen die Schülerinnen und Schüler außerdem, wie ihre Suchergebnisse zustande kommen. Zusätzlich erfahren sie, dass die Suchmaschine Daten über sie sammelt, was zu einem vorsichtigen Umgang mit dem Internet animieren soll.
Algorithmen[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Lara Nehren, Julia Palermo
Kurzfassung: Die SuS sollen verstehen, dass Algorithmen nicht nur ein komplexes und schwer begreifbares Phänomen aus der Welt der Computer etc. sind, sondern, dass ganz alltägliche Situationen ebenso von Algorithmen durchzogen sind. Somit sollen Berührungsängste der SuS mit der Thematik vorgebeugt werden, sodass eine Offenheit dafür erzeugt wird. Dies ist insbesondere deshalb von großer Bedeutung, da in naher Zukunft Algorithmen wichtiger denn je sein werden. Durch ein früh (im Grundschulalter) allgemein gewecktes Interesse, wird zudem die Wahrscheinlichkeit vergrößert, dass die Kinder in Erwägung ziehen, später einen in den Bereich der Informatik fallenden Beruf zu ergreifen. Des Weiteren haben viele Kinder schon Berührungspunkte mit verschiedenen Algorithmen, da sie diese, wenn auch noch unbewusst, regelmäßig verwenden. Zum Beispiel dann, wenn sie Smartphones, Tablets oder Computer verwenden, aber beispielsweise auch beim Aufstehen und Anziehen am Morgen. Ziel der Lernumgebung ist es, Berührungspunkte zwischen Kindern und verschiedenen Arten von Algorithmen zu schaffen. Das hauptsächliche Lernziel ist darzulegen (bzw. die Kinder selbst erkennen zu lassen), dass Algorithmen nicht ausschließlich abstrakte Handlungsabfolgen sind, sondern dass es Bezugspunkte in vielen bekannten Situationen gibt. Somit kann auch eine altersangemessene Klärung des Algorithmus-Begriffs erfolgen, welche sich nicht ausschließlich auf konkrete Beispiele bezieht, sondern auch an allgemeinen Erläuterungen festgemacht werden kann. Ziel der Lernumgebung ist es konkret, dass die SuS den Begriff Algorithmus sowie dessen Bedeutung kennen.
Datenschutz[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Alina Schneider und Larissa Alice Laurent
Kurzfassung: In der erarbeiteten Lernumgebung vertiefen die Schüler*innen ihre Kenntnisse im Themenbereich „Datenschutz und Datenverschlüsselung“ (MBK, 2022, S.15/16), indem sie sich die Sachverhalte mit gegebenen Arbeitsmaterialien selbstständig erarbeiten. Der Fokus der Lernumgebung liegt auf der inhaltsbezogenen mathematischen Kompetenz „Muster und Strukturen“. Ebenso steht auch der Erwerb von informatischen Grundkenntnissen im Vordergrund. Die Schüler*innen sollen zu einem sicheren Umgang mit Daten und digitalen Medien befähigt werden. Ebenso sollen sie darauf aufmerksam gemacht werden, wie Suchmaschinen persönliche Daten zu eigenen Zwecken verwenden. Zu Beginn der Lernumgebung wird den Schüler*innen eine Rahmenhandlung zur thematischen Einbettung präsentiert. Die Schüler*innen begeben sich in die Rolle eines Datenpolizisten/einer Datenpolizistin. In einer ersten Gruppenarbeit setzen sich die Schüler*innen damit auseinander, was wichtige persönliche Daten sind und welche Personen diese wissen dürfen. In einer Reflexionsphase stellen die Gruppen ihre jeweiligen Ergebnisse vor und anschließend wird Bezug darauf genommen, wie Suchmaschinen mit persönlichen Daten umgehen und diese zu eigenen Zwecken nutzen. Die Schüler*innen begeben sich danach in eine Partnerarbeit und erarbeiten sichere Passwörter. Im Anschluss wird der Fokus verstärkt auf das Themengebiet Datenverschlüsselung gelenkt. Mithilfe der Cäsar Codierung verschlüsseln und entschlüsseln sie Daten. Abschließend erfolgt eine Reflexion im Plenum und die Kinder werden zu Datenpolizisten /Datenpolizistinnen ausgezeichnet. Die Lernumgebung wird durch eine Power Point Präsentation unterstützt. Den Kindern werden Arbeitsblätter, Cäsar Scheiben sowie Lösungskärtchen zur Selbstkontrolle ausgehändigt. OpenSource4School/Lernumgebungen_zur_Informatischen_Bildung_im_Mathematikunterricht_der_Primarstufe/Datenschutz
Boolesche Operatoren[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Jenna Ellersdorfer, Anna Schumacher, Lea Katharina Quirin
Kurzfassung: In dieser Lernumgebung sollen die Lernenden auf spielerische Art und Weise die Booleschen Operatoren und ihre Funktionen kennenlernen und anwenden, um Sucheinträge in Suchmaschinen präzise formulieren zu können. Die Schülerinnen und Schüler werden dabei zu Suchmaschinenprofis und erforschen die Bedeutung und die Auswirkungen der Booleschen Operatoren selbstständig. Die Lernumgebung fördert gleichzeitig die Fähigkeit zum Unterscheiden von Formen und Farben. Dazu werden geometrische Figuren aus Pappe in verschiedenen Farben entsprechend der Aufgaben von den Arbeitsblättern auf Plakate geklebt. Durch den Einsatz von digitalen Medien (iPads) wird der Umgang mit Webbrowsern und Suchmaschinen geschult, was einen Beitrag zum kompetenten Umgang im Internet hinsichtlich der fortschreitenden Digitalisierung bietet. Dies trägt insbesondere zur Motivationsförderung der Schülerinnen und Schüler bei. Zusätzlich werden in der Lernumgebung die Basiskenntnisse für die Wahrscheinlichkeitsrechnung (Venn-Diagramme) grundgelegt, die Fachsprache im Mathematikunterricht (mathematisches „Oder“) trainiert, die Division im Zahlenraum bis 100 geübt, die Lernergebnisse präsentiert sowie das soziale Lernen in Form von Gruppenarbeit gefördert.
Die Nutzung von Suchmaschinen im Hinblick auf GPS und Lokalität[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Klara Konrad, Caterina Moritz und Stefania Lauck
Kurzfassung: In dieser Lernumgebung sollen die Lernenden den Umgang mit Suchmaschinen und Navigation auf spielerische Weise erlernen. Dabei werden diese Themen der Informatik mit dem Sachrechnen und den grundlegenden Rechenoperationen der Mathematik kombiniert. Durch den Einsatz von Tablets und den digitalen Medien, steht auch die Medienkompetenz im Fokus unserer Lernumgebung. Als Lehrziel wird die altersgerechte Vermittlung dieser Themen und Kompetenzen unter Verwendung aktueller und praxisbezogener Beispiele formuliert. Dabei wirkt die Alltagsrelevanz der Thematik äußerst motivationsförderlich auf die Teilnehmenden der Lernumgebung. Zudem werden die prozessbezogenen Kompetenzen „Problemlösen“, „Kommunizieren“ und „Modellieren“ unterstützt, indem die Schüler/innen eigenständig Lösungsstrategien entwickeln und diese kooperativ in Form von Gruppenarbeit besprechen.
Kinderfragen[Bearbeiten]
Ist Technik für die Natur gut?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Céline Motz & Chantal Motz
Kurzfassung:
Kann ein Roboter so gut rechnen wie ein Mensch?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Anika Augustin, Zoe Kettenbaum, Sina-Marie Rebmann
Kurzfassung: In der folgenden Lernumgebung begegnen die Schülerinnen und Schüler einer Künstlichen Intelligenz, welche als Sprachassistent auf Apple-Geräten installiert ist und "Siri" genannt wird. Die Interaktion mit Siri basiert auf dem Lösen von Sachaufgaben, welche die Schülerinnen und Schüler zunächst in Partnerarbeit lösen. Im Anschluss werden die Sachaufgaben in Gruppenarbeit an Siri gestellt und Ziel ist es, dass die Lernenden herausfinden, dass Siri bestimmte Sachaufgaben nicht lösen kann, da sie nur bloße Zahlen miteinander verrechnen kann. Hintergrund hierfür bildet der sogenannte Modellierungsprozess beim Lösen von Sachaufgaben, welcher deutlich macht, in welchen Schritten die Sachaufgaben von den Kindern gelöst wurden. Die Schülerinnen und Schüler sollen erkennen, dass Siri beim Rechnen z.B. keine (sichtbaren) Zwischenschritte macht oder Größenangaben miteinander verrechnen kann. Die Motivation der Lernumgebung liegt demnach darin, dass den Kindern bewusst wird, dass sie Sachaufgaben besser lösen können als eine Künstliche Intelligenz.
Was ist der Binärcode?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Julie Amélie Victoria Klein, Alexander Heinz Zöllner, Dana Marie Müller
Kurzfassung: In dieser Lernumgebung werden Schüler*innen an den Prozess der Verschlüsselung in der Informatik herangeführt und lernen anhand praktischer Beispiele Texte und Bilder zu ver- und entschlüsseln.
Wie funktioniert das Internet? - der Prozess einer Suchanfrage[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Annika Dejon, Julia Hasler, Jasmin Hurth
Kurzfassung:
Was kann ein Roboter?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Antonia Schmidt, Esra Cengiz, Kim L. Paulus
Kurzfassung:
Wie bekommt ein Handy oder ein Computer einen Virus?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Lena Arnold, Stephan Holz, Margarita Klet, Alina Krieger
Wo kommen Handys her?[Bearbeiten]
Entwickler der Lernumgebung: Joschka Bauer, Bastian Lehnen, Julia Lehmann
Kurzfassung: Das Thema der Lernumgebung nimmt einen hohen Stellenwert im Leben der Lernenden ein, da Kinder immer früher mit Smartphones in Kontakt treten. Somit ist es wichtig über die Herkunft/Produktion von Smartphones zu sprechen sowie deren Auswirkungen auf die Natur zu untersuchen. Während der Bearbeitung begleiten die Kinder das Handy Hanna auf ihrer Reise von den Mienen in Afrika, über die Produktion in Asien bis hin zur Nutzung und der Entsorgung. Die Lernumgebung soll die SuS für das Thema Nachhaltigkeit, in Bezug auf Smartphones, sensibilisieren und stellt so eine Schnittstelle zwischen digitaler Bildung (Bildung über Medien) und BNE (nachhaltiger Konsum) dar. Mathematisch arbeiten die Kinder mit den drei Grundrechenarten in Verbindung mit Größen.