Kinder sind neugierig, sie wollen verstehen, wie computergesteuerte Geräte eigentlich funktionieren. Ob Smartphones, Audiogeräte, Ampelanlagen und nicht zuletzt Autos: Die Zeiten, in denen ein elektrisch betriebenes Gerät lediglich mit einem stromverbindenden Ein- und Ausschalter in Gang gesetzt wurde, sind vorbei. Nahezu jedes moderne technische Gerät enthält Programmierungen. Sogar viele Kinderspielzeuge besitzen einen kleinen Minicomputer, der per Sensor Bewegung, Licht oder gar Sprache generiert.

Coden zu lernen heißt, kreativ zu sein, Heureka-Momente zu erleben und das Gefühl zu genießen, die moderne Welt ein wenig mitsteuern zu dürfen. Unsere Kinder gehen ganz unbefangen an die komplexe Technik heran – und es macht Freude, sich hiervon anstecken und mitreißen zu lassen.

Last but not least: Wer schreibt eigentlich die Editoren, mit denen Codes programmiert werden? Wer gestaltet komplexe Programme für Prozesse in der Fertigungstechnik? Dies erledigen Informatiker und andere IT-Spezialisten. Ein erfolgreiches IT-Studium benötigt natürlich eine entsprechende schulische Vorbildung. Je früher der Einstieg, desto besser!

Die ersten Erfahrungen in Grundschulen haben deutlich gezeigt, dass das Codenlernen weder den Kindern noch den erwachsenen Pädagoginnen und Pädagogen schwerfällt. Das Selbsterfinden von alltagsbezogenen Computerprogrammen beinhaltet ein hohes Maß an Selbstwirksamkeit und gestalterischer Kreativität.

Dank des wachsenden, vielfältigen Angebotes von ansprechenden Programmen, Apps und praktischen Anwendungsmöglichkeiten können Lehrkräfte gemeinsam mit ihren jungen Schülerinnen und Schülern rasch in das Thema Coden einsteigen. Oft sind alle erstaunt, wie einfach dies im Unterricht umsetzbar ist.

Tatsächlich wird das Programmierenlernen bereits in der Grundschule sukzessive fest in die fachübergreifenden Medienkompetenzrahmen verankert. Die Fachcurricula werden ebenfalls entsprechend überarbeitet. Das aktive Verstehen von Codes und deren Aufbau sowie insbesondere das eigene Erstellen werden somit zu einem elementaren Baustein unseres Bildungskanons.

Spielerisches Tüfteln

Coden ist wie Knobeln oder Rätsellösen – eine Tüftelei. Kinder wie auch Erwachsene fiebern dabei der funktionierenden Lösung entgegen. Diese zeigt sich dann als interessantes Lichtspiel, Tonerzeugnis oder Bewegungsmuster. Kombinationen sind natürlich auch möglich.

Coden und Wirklichkeit im kreativen Wechselspiel

Ich möchte ein Wandbild gestalten, eine Alarmanlage bauen oder einen Zufallswürfel entwerfen: Was soll das Wandbild zeigen? Welches sind die passenden Auslöser: ein Tastendruck, eine Berührung oder eine Bewegung? Soll ein Licht schnell oder langsam blinken? Welche Möglichkeiten soll mein Würfel anzeigen? Die Augen 1 bis 6 oder die Lottozahlen? Wie muss eine Ampelsteuerung gestaltet sein, damit der Verkehr an einer bestimmten Kreuzung gut fließt? Beim Coden wird man zum Steuermann/zur Steuerfrau des realen Geschehens.

Ohne Frage gibt es beim Codenlernen im Unterricht ein paar Hürden zu überwinden, die wir aus dem herkömmlichen Unterricht nicht kennen. Aber diese Hürden können gut gemeistert werden.

Hürde 1: Technikabhängigkeit

Jeder kennt es aus eigener Erfahrung: Im entscheidenden Augenblick fällt die Technik aus. Das Programm hat sich aufgehängt, das Internet ist instabil oder eine Kabelverbindung ist locker. Die Klasse wird unruhig. Für die Ausfallzeiten gibt es bewährte analoge Aufgaben: Zum Codenlernen gehört schließlich auch das „analoge Programmieren“, auch „Offline-Coden“ genannt, ganz ohne Computer und Maus. Dies hält man einfach in der Hinterhand. In den beiden Cornelsen-Arbeitsheften Coden mit dem Calliope mini finden Sie Beispiele, wie das Planen eines Programms nur mit Papier und Stift möglich ist.

Beziehen Sie den realen Kontext des Codens mit in den Unterricht ein. Lassen Sie die Kinder Modelle von Schatzkisten, Fahrzeugen oder beispielsweise Häusern basteln, in denen die Programme ihre Anwendung finden. Im vorliegenden Artikel werden die Kinder ein schmuckes Wandbild für den Calliope mini kreieren. Ganz ohne Computer und Internet.

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Hürde 2: Nicht funktionierende bzw. fehlerhafte Codes

Manchmal will ein Code einfach nicht funktionieren und man findet den Fehler nicht sofort (sogenannte Bugs). Es hat sich bewährt, im Unterricht hilfreiche Tipps und Tricks für häufig auftretende Fehler aufzuhängen. Diese finden sich ebenfalls in den beiden Arbeitsheften zum Calliope mini. Die Herausforderung für unerfahrenere Lehrpersonen ist es, den Fehlern auf die Spur zu kommen. Liegt es an der fehlerhaften Programmierung oder an den gegebenen Grenzen des Editors, dass ein gewünschtes Programm einfach nicht laufen will?

Um dieser Schwierigkeit nachhaltig entgegenzuwirken, gibt es zwei mögliche, didaktische Vorgehensweisen: Ein Weg ist es, den zunehmend komplexer werdenden Codes eines Lehrwerks, beispielsweise den Cornelsen-Arbeitsheften, Schritt für Schritt zu folgen und anhand der ausführlich erläuterten Beispielen immer weiter zu lernen. Eine andere Möglichkeit ist es, das Codenlernen in kleine, gut nachvollziehbare Programmierschritte zu gliedern und diese jeweils nachcoden zu lassen. Innerhalb der einzelnen Schritte gibt es dann viele kreative Spielräume und Gestaltungsmöglichkeiten, die aber das jeweilige Gesamtniveau nicht sprengen. Diesem Ansatz möchten wir im Folgenden am Beispiel eines leuchtenden Wandbildes nachgehen.

Coden lernen in der Praxis – Ein leuchtendes Wandbild gestalten

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Der Minicomputer Calliope mini ist ein besonders gut geeignetes und preiswertes Medium, um das Coden zu erlernen. Er ist sowohl auf sehr einfachem Einsteiger-Niveau als auch für Fortgeschrittene, bis hin in die weiterführende Schule, bestens einsetzbar. Als externes Bauteil kann er direkt – im Gegensatz zu reinen Bildschirm-Apps – mit realen Aufgaben eingesetzt werden. 

Hinweis: Den Calliope mini gibt es zum Beispiel als Starterbox und als Klassensatz
Hier kommen Sie zur Calliope mini – Starterbox
Hier kommen Sie zum Calliope mini – Klassensatz

Die wichtigsten Funktionen sind auf der Klexer-Materialseite 1 dargestellt.

Der Calliope mini eignet sich hervorragend zum kreativen Anfertigen eines Wandbildes. Ob als Tierbild, als Haus, als Tageslaune-Anzeiger oder einfach als schmuckes, fantasievolles Kunstwerk zu Feiern und Festen: Man braucht in der beiliegenden Schablone nur eine der eingezeichneten Öffnungen auszuschneiden (siehe Klexer KV 6). Anschließend wird die Schablone nach Belieben ausgestaltet und mit Kreppband oder einem Gummiband am Calliope mini befestigt.

Mit dem Calliope mini hat man nun viele Möglichkeiten, seinem Kunstwerk „Leben“ einzuhauchen: Auf dem 5x5-LED-Feld können Bilder, Laufschriften und Zahlen angezeigt oder mit der kräftig leuchtenden RGB-LED in unzähligen Farben Lichtsignale abgegeben werden. Aus einem eingebauten Minilautsprecher ertönen selbstkomponierte Melodien.

Materialvorbereitung

Bewährt hat sich im Unterricht, die Kinder in Partnerarbeit coden zu lassen. Sie benötigen pro Partnergruppe einen PC/Notebook oder ein Tablet mit Internetzugang und einen Calliope mini. Zum Einführen und Besprechen der Materialseiten und Kopiervorlagen sowie zum Reflektieren der Lösungscodes der Kinder sollte man am besten einen Beamer verwenden.

Allgemeine Schritte beim Programmieren mit dem Calliope mini

Die Klexer-Materialseite 3 zeigt den allgemeinen Ablauf, wenn man mit dem Calliope mini in die Welt des Codens eintauchen möchte. Es lohnt sich auch, sich ausführlich auf der Webseite des Calliope-Projekts umzuschauen. Die Adresse lautet: www.calliope.cc. Hier finden Sie viele Projekte, die über die vorliegenden Übungen und das Grundschulniveau hinausgehen. Zudem bietet die Seite umfängliche Informationen, viele Projektideen und weitere Editoren, wie den Editor NEPO von Open Roberta.

Der Editor NEPO (Open Roberta)

Ein Editor ist eine Benutzeroberfläche zum Schreiben von Computerprogrammen. Wir haben uns für den Editor NEPO von Open Roberta entschieden. Dieser ist übersichtlich gestaltet und bietet in den Modi 1 Anfänger und 2 Experte vielfältige Möglichkeiten vom Einsteigerniveau bis hin zu komplexen Codingfinessen. Die Klexer-Materialseite 4 zeigt den Aufbau und die wichtigsten Funktionen des Editors NEPO von Open Roberta.

Das Coden

Zur Programmierung des Calliope mini können Sie mit dem Editor NEPO auf sehr vielfältige Weise Sensoren einsetzen und Aktionen in Gang bringen. In den folgenden Übungen zum Erstellen eines leuchtenden Wandbildes verwenden wir den Modus 1 Anfänger.

Um Programme für unser Wandbild zu schreiben, reichen uns die 3 Kategorien Aktion, Sensoren und Kontrolle – sie befinden sich links oben. Hier finden wir eine Reihe von Befehlsblöcken, mit denen wir unser Wandbild effektvoll zum Leuchten und Tönen bringen können.

Zur Eingabe von Befehlen verwenden wir die Sensoren Taste (A, B) und Pin (0,1,2,3). Zur Verarbeitung der Eingabeimpulse verwenden wir Schleifen und Bedingungen unter der Kategorie Kontrolle. Für leuchtende und tönende Ausgabe-Aktionen nutzen wir das 5x5-LED-Feld, die RGB-LED und den kleinen Lautsprecher.

Das Übertragen auf den Calliope mini

Schließen Sie den Calliope mini mit dem mitgelieferten Kabel an den PC an. Auf der Klexer-Materialseite 4 ist der Pfeil dargestellt, den Sie zum Übertragen des geschriebenen Codes anklicken müssen. Für die folgenden Schritte werden Sie dann weitergeführt.

Der vorliegende Coding-Kurs ist so aufgebaut, dass Lehrkräfte wie Schulkinder durch den einfachen Einstieg und die gleichbleibenden Niveaustufen beim kreativen Ausgestalten zunehmend Sicherheit gewinnen können und sich nicht überfordert fühlen. Viel Freude und Erfolg beim "Tüfteln" mit den selbstprogrammierten leuchtenden und tönenden Wandbildern!

Weitere Informationen zum Coden mit dem Calliope mini finden Sie hier.

Materialseiten:

• MS 1: Die wichtigsten Funktionen des Calliope mini
• MS 2: Hinweise zu den Kopiervorlagen 1 bis 6
• MS 3: Allgemeine Schritte beim Programmieren mit dem Calliope mini
• MS 4: Der Editor NEPO (Open Roberta)
• MS 5: Tipps für die Kinder
• MS 6: Zeichenschablone für Ausschnitte (Anmerkung: pdf mit genauen Maßen)

Kopiervorlagen:

• KV 1: Aktionen für ein Wandbild erproben
• KV 2: Eine Kuckucksuhr schlägt drei
• KV 3: Disco-Blinklicht 
• KV 4:Tageslaune-Anzeiger
• KV 5: Eine Fernbedienung für mein Wandbild
• KV 6: Ein Wandbild gestalten             

Bernd Poloczek ist Schulleiter der GGS Mommsenstraße in Köln, Pilotschule für das Projekt „Programmieren in der Grundschule mit Calliope“. Als Autor und Berater des Lehrwerks Coden mit dem Calliope mini – Programmieren in der Grundschule ist er für den Cornelsen Verlag tätig.