LEGO Education WeDo 2.0 und Scratch — eine neue Kombination zum Unterrichten von Kindern in Robotik

Hallo, Habr! Seit mehreren Jahren haben sich das Lernset LEGO Education WeDo 2.0 und die Programmiersprache Scratch parallel entwickelt, aber Anfang dieses Jahres erhielt Scratch Unterstützung für physische Objekte, einschließlich Module von LEGO Education. In diesem Artikel zeigen wir, wie man dieses Set zur Lehre von Robotik nutzen kann und was es Schülern und Lehrern bietet. 

Das Hauptziel des Studiums von Robotik und Programmierung besteht nicht nur darin, Projektierung und Kodierung zu erlernen, sondern auch universelle Fähigkeiten zu entwickeln. Vor allem das projektorientierte Denken, dem in den Schulen der 1990er und 2000er Jahre kaum Beachtung geschenkt wurde, das aber heutzutage in allen Schulfächern aktiv gefördert wird. Die Aufgabenstellung, Hypothesen, Schritt-für-Schritt-Planung, Durchführung von Experimenten, Analyse – darauf basiert nahezu jeder moderne Beruf, jedoch ist es in den standardmäßigen Schulfächern, in denen ein großer Anteil an „Auswendiglernen“ besteht, schwierig, diese Fähigkeiten zu entwickeln.

Robotik erleichtert das Verständnis anderer Schulfächer durch anschauliche Demonstration physikalischer Gesetze in Aktion. So erzählte die Grundschullehrerin Julia Pnjatowskaja eine der Autorinnen des Gesetzentwurfs, Senatorin Lyudmila Bokova, berichtet. uns, wie ihre Schüler das erste Modell – einen beinlosen Kaulquappen – gebaut, ein Programm für dessen Bewegung geschrieben und es gestartet haben. Als die Kaulquappe sich nicht bewegte, begannen die Kinder nach technischen Mängeln zu suchen, kamen aber schließlich zu dem Schluss, dass das Problem nicht im Code oder in der Konstruktion lag, sondern darin, dass die Bewegungsart der Kaulquappe für das Land nicht geeignet war.

Um eine solche Anschaulichkeit zu erreichen und den Kindern die Arbeit zu erleichtern, ist die Software in den Lernsets eine vereinfachte Version von Design-Programmen. Aber für das Erlernen der Grundlagen der Programmierung sind sie nicht geeignet. Dieses Manko kann durch die Arbeit mit LEGO Education Sets und Drittanbieter-Software behoben werden: WeDo 2.0 kann mit der Lernsprache Scratch programmiert werden. 

Die eigenen Möglichkeiten von LEGO Education WeDo 2.0

Das grundlegende Set LEGO Education WeDo 2.0 richtet sich an Kinder im Alter von 7 bis 10 Jahren. Es enthält: Smart Hub WeDo 2.0, einen Elektromotor, Bewegungssensoren und Neigungssensoren, LEGO Education Bausteine, Behälter und Aufkleber zur Sortierung der Teile, die Software WeDo 2.0, ein methodisches Handbuch für Lehrer und Anleitungen zum Bau der grundlegenden Modelle.

Für jedes Modell haben wir aufgeschrieben, welche Konzepte aus verschiedenen Wissenschaften sie erklären. Zum Beispiel ist es bequem, mit dem „Player“ Kindern die Natur des Schalls und was Reibung ist zu erklären, während man mit dem „Tanzenden Roboter“ die Mechanik der Bewegungen demonstrieren kann. Die Aufgaben können variieren, vom Lehrer „im Fluss“ erstellt werden und zahlreiche Lösungen haben, was den Kindern hilft, die Fähigkeiten zur Suche nach Ursache-Wirkungs-Beziehungen zu verbessern. 

Neben dem Unterricht in Robotik und Erklärungen der physikalischen Gesetze kann das Set auch zum Programmieren verwendet werden, denn es macht viel mehr Spaß, Code zu schreiben, der physikalische Objekte „zum Leben erweckt“, als etwas Virtuelles zu erstellen.

Die Software des LEGO Education WeDo 2.0 oder Scratch

In WeDo 2.0 werden LabVIEW-Technologien von National Instruments verwendet. Die Schnittstelle besteht nur aus farbigen Symbolen mit Bildern, die durch Drag-and-Drop in eine lineare Reihenfolge gebracht werden. 

Mit dieser Software lernen Kinder, aufeinanderfolgende Aktionsketten zu erstellen – doch es ist immer noch weit entfernt vom echten Programmieren, und der Übergang zu „standardisierten“ Sprachen kann später große Schwierigkeiten bereiten. WeDo 2.0 ist eine bequeme Plattform, um mit dem Programmieren zu beginnen, aber für komplexere Aufgaben sind seine Möglichkeiten bereits begrenzt. 

Hier kommt Scratch ins Spiel – eine visuelle Programmiersprache, die sich an Schüler von 7 bis 10 Jahren richtet. Programme, die in Scratch geschrieben sind, bestehen aus farbigen Grafikblöcken, mit denen grafische Elemente (Sprites) gesteuert werden können. 

Durch das Festlegen verschiedener Werte und das Verknüpfen der Blöcke miteinander können Spiele, Animationen und Cartoons erstellt werden. Scratch ermöglicht es, Konzepte der strukturierten, objektorientierten und ereignisorientierten Programmierung zu lernen und führt in Schleifen, Variablen und logische Ausdrücke ein. 

Scratch ist etwas komplexer zu erlernen, kommt aber den textbasierten Programmiersprachen näher als die eigene Software WeDo, da es eine klassische Hierarchie der textbasierten Sprachen aufweist (das Programm wird von oben nach unten gelesen), und es erfordert auch die Einhaltung von Einrückungen beim Einsatz verschiedener Operatoren (while, if…else usw.). Zudem wird der Befehlstext auf dem Programmblock angezeigt und wenn man die „Buntheit“ entfernt, erhält man einen Code, der fast keinen Unterschied zu klassischen Sprachen aufweist. Daher wird es für das Kind viel einfacher sein, von Scratch auf „erwachsene“ Sprachen zu wechseln.

Lange Zeit ermöglichten die in Scratch geschriebenen Befehle nur die Arbeit mit virtuellen Objekten, aber im Januar 2019 wurde die Version 3.0 veröffentlicht, die physische Objekte (einschließlich der LEGO Education WeDo 2.0-Module) mit Hilfe der Scratch Link-App unterstützt. Nun können die gleichen Spiele und Animationen unter Verwendung von Motoren und Sensoren interagiert werden.
Im Gegensatz zur eigenen Software WeDo 2.0 bietet Scratch mehr Möglichkeiten: In der Basissoftware kann nur ein eigener Sound integriert werden, es gibt keine Möglichkeit, eigene Prozeduren und Funktionen zu erstellen (d.h. Befehle zu einem Block zusammenzufassen), während Scratch solche Einschränkungen nicht hat. Dies gibt sowohl den Schülern als auch dem Lehrer mehr Freiheit und Möglichkeiten.

Unterricht mit LEGO Education WeDo 2.0

Die Standardstunde umfasst die Diskussion des Problems, den Bau, die Programmierung und die Reflexion. 

Die Aufgabe kann mit einer animierten Präsentation, die im Materialpaket enthalten ist, gekennzeichnet werden. Anschließend müssen die Kinder Hypothesen darüber aufstellen, wie dieser Mechanismus funktioniert.

Im zweiten Schritt beschäftigen sich die Kinder direkt mit dem Bau des LEGO-Roboters. In der Regel arbeiten die Schüler paarweise, aber es ist auch individuelle oder Gruppenarbeit möglich. Für jedes der 16 Schritt-für-Schritt-Projekte gibt es detaillierte Anleitungen. Außerdem bieten 8 offene Projekte völlige kreative Freiheit bei der Wahl einer Lösung für die gestellte Aufgabe.

Beim Programmieren ist es wichtig, dass man besser mit der eigenen Software WeDo 2.0 beginnt. Wenn die Kinder diese beherrschen und lernen, mit Blöcken und Modellen zu arbeiten, kann logisch auf Scratch umgestiegen werden.

In der letzten Phase erfolgt die Analyse des Erreichten, das Erstellen von Tabellen und Grafiken sowie die Durchführung von Experimenten. In dieser Phase kann eine Aufgabe zur Überarbeitung des Modells oder zur Verbesserung des mechanischen oder softwareseitigen Teils gegeben werden.

Nützliche Materialien

• Methodische Materialien zu LEGO WeDo 2.0 für Lehrer
• Referenzmaterialien zu LEGO WeDo 2.0
• Offiziell Webseite Scratch 
• Erweiterung Scratch Link zum Arbeiten mit physischen Objekten (einschließlich WeDo 2.0) in Scratch
• Software WeDo 2.0.   
• Pläne 11 Unterrichtseinheiten mit den LEGO Education WeDo 2.0 Sets 
• Anleitungen zum Zusammenbauen von WeDo 2.0 Modellen

Quelle: habr.com