LEGO Education WeDo 2.0 und Scratch – das neue Duo zur Einführung von Kindern in die Robotik

Hallo, Habr! Über die letzten Jahre haben sich das LEGO Education WeDo 2.0 Lernset und die Programmiersprache Scratch parallel entwickelt. Zu Beginn dieses Jahres erhielt Scratch Unterstützung für physische Objekte, einschließlich der LEGO Education Module. In diesem Artikel erläutern wir, wie diese Kombination zur Unterstützung des Robotikunterrichts genutzt werden kann und welchen Nutzen sie für Schüler und Lehrer bietet. 

Das Hauptziel des Lernens in den Bereichen Robotik und Programmierung besteht nicht nur darin, Projektierung und Programmierung zu erlernen, sondern vor allem darin, universelle Fähigkeiten zu entwickeln. Hierzu gehört insbesondere das projektbezogene Denken, das in den Schulen der 1990er und 2000er Jahre kaum Beachtung fand, aber heutzutage aktiv in allen Schuldisziplinen gefördert wird. Die Formulierung von Aufgaben, Hypothesen, schrittweises Planen, Durchführung von Experimenten und deren Analyse – all dies sind essentielle Bestandteile praktisch jedes modernen Berufs. Doch in den Standardfächern, die stark auf Auswendiglernen setzen, ist es schwierig, diese Fähigkeiten zu fördern.

Robotik erleichtert das Verständnis anderer Schulfächer, indem physikalische Gesetze anschaulich demonstriert werden. So hat die Grundschullehrerin Julia Pjontowskaja mit uns, ihren Schülern, dabei geholfen, das erste Modell — einen beinlosen Kaulquappen — zu bauen, ein Programm für dessen Bewegung zu schreiben und es zu starten. Als sich die Kaulquappe nicht vom Fleck rührte, begannen die Kinder, technische Fehler zu suchen, kamen jedoch schließlich zu dem Schluss, dass das Problem nicht im Code oder im Zusammenbau lag, sondern darin, dass die Bewegungsmethode der Kaulquappe nicht für das Land geeignet war.

Um eine solch anschauliche Darstellung zu erreichen und den Kindern die Arbeit zu erleichtern, ist die Software in den Lernsets eine vereinfachte Version von Entwurfsprogrammen. Allerdings sind sie nicht für das Erlernen von Programmiergrundlagen geeignet. Dieses Manko lässt sich mithilfe von LEGO Education-Sets und Drittanbieter-Software beheben: WeDo 2.0 kann mit der Lernsprache Scratch programmiert werden. 

Die eigenen Möglichkeiten von LEGO Education WeDo 2.0

Das Basiskit LEGO Education WeDo 2.0 richtet sich an Kinder im Alter von 7 bis 10 Jahren. Es enthält: den Smart Hub WeDo 2.0, einen Elektromotor, Bewegungssensoren und Neigungssensoren, LEGO Education Teile, Sortierbehälter und Aufkleber, die Software WeDo 2.0, ein Lehrhandbuch und Bauanleitungen für die Grundmodelle.

Für jedes der Modelle haben wir festgelegt, welche Konzepte aus verschiedenen Wissenschaften sie erklären. Zum Beispiel eignet sich der „Player“ hervorragend, um Kindern die Natur des Schalls und das Konzept der Reibung zu erklären, während der „Tanzende Roboter“ dabei hilft, die Mechanik von Bewegungen zu erläutern. Die Aufgaben können variieren, vom Lehrer „ad hoc“ erstellt werden und viele Lösungen haben, was den Kindern hilft, ihre Fähigkeiten zur Identifikation von Ursache-Wirkung-Beziehungen zu verbessern. 

Neben dem Unterricht in Robotik und der Erklärung physikalischer Gesetze kann das Set auch für Programmierung verwendet werden, da es viel spannender ist, Code zu schreiben, der physische Objekte „belebt“, als etwas Virtuelles zu erstellen.

Die Software des LEGO Education WeDo 2.0 Kits oder Scratch

WeDo 2.0 verwendet LabVIEW-Technologien von National Instruments. Die Benutzeroberfläche besteht ausschließlich aus bunten Symbolen mit Bildern, die mithilfe von Drag-and-Drop in eine lineare Reihenfolge angeordnet werden. 

Durch die Verwendung dieser Software lernen Kinder, sequenzielle Handlungsfolgen aufzubauen – jedoch ist dies weit entfernt von echtem Programmieren, und der Übergang zu 'standardmäßigen' Programmiersprachen kann später große Schwierigkeiten mit sich bringen. Mit WeDo 2.0 ist es einfach, das Programmieren zu lernen, aber für komplexere Aufgaben sind die Möglichkeiten schon begrenzt. 

Hier kommt Scratch ins Spiel – eine visuelle Programmiersprache, die auf Schüler im Alter von 7 bis 10 Jahren ausgerichtet ist. Programme, die in Scratch geschrieben wurden, bestehen aus bunten grafischen Blöcken, mit denen grafische Objekte (Sprites) gesteuert werden können. 

Durch das Festlegen verschiedener Werte und das Verbinden von Blöcken können Spiele, Animationen und Filme erstellt werden. Scratch ermöglicht es, Konzepte des strukturierten, objekt- und ereignisgesteuerten Programmierens zu lernen und führt in Schleifen, Variablen und logische Ausdrücke ein. 

Scratch ist etwas anspruchsvoller zu erlernen, bietet jedoch eine viel stärkere Nähe zu textbasierten Programmiersprachen als die eigene Software WeDo. Es zeigt eine klassische Hierarchie von Textsprachen (Programme werden von oben nach unten gelesen) und erfordert die Einhaltung von Einrückungen beim Einsatz verschiedener Steueranweisungen (wie while, if...else usw.). Zudem wird der Text der Befehle auf dem Programmblock angezeigt und wenn man die "Buntheit" entfernt, erhält man Code, der kaum von klassischen Sprachen zu unterscheiden ist. Daher wird es dem Kind wesentlich leichter fallen, von Scratch auf "ernsthafte" Programmiersprachen zu wechseln.

Lange Zeit ermöglichten die in Scratch geschriebenen Befehle nur die Arbeit mit virtuellen Objekten. Doch im Januar 2019 wurde Version 3.0 veröffentlicht, die physische Objekte unterstützt (einschließlich der LEGO Education WeDo 2.0 Module) durch die Anwendung Scratch Link. Jetzt kann man dieselben Spiele und Animationen verwenden und dabei Motoren und Sensoren einbinden.
Im Gegensatz zur hauseigenen Software WeDo 2.0 bietet Scratch deutlich mehr Möglichkeiten: In die Basissoftware kann nur ein eigener Sound integriert werden, es gibt keine Möglichkeit, eigene Prozeduren und Funktionen zu erstellen (das heißt, Befehle in einem Block zusammenzufassen), während Scratch solche Einschränkungen nicht hat. Dies bietet mehr Freiheit und Möglichkeiten sowohl für die Schüler als auch für den Lehrer.

Lernen mit LEGO Education WeDo 2.0

Eine Standardstunde umfasst die Diskussion des Problems, das Konstruieren, Programmieren und eine Reflexion. 

Das Problem kann durch eine animierte Präsentation dargestellt werden, die im Materialset enthalten ist. Danach müssen die Kinder Hypothesen darüber aufstellen, wie dieser Mechanismus funktioniert.

Im zweiten Schritt beschäftigen sich die Kinder direkt mit dem Zusammenbauen des LEGO-Roboters. In der Regel arbeiten die Schüler paarweise, aber individuelle oder Gruppenarbeit ist ebenfalls möglich. Für jedes der 16 Schritt-für-Schritt-Projekte gibt es ausführliche Anleitungen. Außerdem bieten 8 offene Projekte völlige kreative Freiheit bei der Lösung des gestellten Problems.

Bei der Programmierung ist zu beachten, dass es sinnvoll ist, mit der eigenen Software WeDo 2.0 zu beginnen. Wenn die Kinder diese beherrschen und lernen, mit Blöcken und Modellen zu arbeiten, kann man logisch auf Scratch übergehen.

In der letzten Phase erfolgt die Analyse des Erreichten, die Erstellung von Tabellen und Diagrammen sowie die Durchführung von Experimenten. In dieser Phase kann man eine Aufgabe zur Überarbeitung des Modells oder zur Verbesserung des mechanischen oder softwaretechnischen Teils stellen.

Nützliche Materialien

• Methodische Materialien zu LEGO WeDo 2.0 für Lehrer
• Referenzmaterialien zu LEGO WeDo 2.0
• Offizielles Website Scratch 
• Erweiterung Scratch Link für die Arbeit 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 Bau von WeDo 2.0-Modellen

Quelle: habr.com