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Charles Hohmann, Dr. phil., Institut Montana Zugerberg

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Präsentation zum Thema: "Charles Hohmann, Dr. phil., Institut Montana Zugerberg"—  Präsentation transkript:

1 Charles Hohmann, Dr. phil., Institut Montana Zugerberg
SPIELROBOTER: IHR BILDUNGSWERT Charles Hohmann, Dr. phil., Institut Montana Zugerberg

2 Themen 1. Fünf Thesen zur aktuellen Bildungssituation
2. Wir brauchen neue Bildungsinhalte 3. Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren 4. Der Bildungswert von Spielrobotern 5. Zusammenfassung

3 Die gesellschaftliche Herausforderung
These 1 Schlüsseltechnologien wie Informatik und Ingenieurdisziplinen sind wesentliche Voraussetzungen für die Zukunftsfähigkeit unserer Gesellschaft. Bildung und Ausbildung sind wesentliche Voraussetzungen für die Zukunftsfähigkeit einer Gesellschaft. Dies gilt insbesondere für Schlüsseltechnologien wie Informatik und Ingenieurdisziplinen. Die Nachfrage nach Technikern wächst stark, denn Wachstumsbranchen wie IT, Chemie/Pharma, Fahrzeugbau, Maschinenbau und Elektronik investieren wieder mehr in Produktion, Forschung und Entwicklung. „Allein bei EADS stellen wir jährlich Ingenieure ein“, sagt Thorsten Möllmann, Leiter Human Ressources bei EADS. Die Technik durchdringt alle Lebensbereiche! Per Handy sind wir online, Genchips sollen unsere Gesundheit erhalten, Navigatoren lotsen sicher durch jede Stadt. Technische Errungenschaften eröffnen ungeahnte Möglichkeiten und stellen uns zugleich vor Herausforderungen. Die gesellschaftliche Herausforderung

4 Die gesellschaftliche Herausforderung
These 2 Das Interesse an technischen Berufen ist in den vergangenen Jahren immer geringer geworden, was zu einem Nachwuchsdefizit geführt hat. Obwohl der Mangel an qualifizierten Fachkräften immer mehr zu einem strategisch bedeutsamen Engpassfaktor für das Wachstum vieler Unternehmen wird, nimmt deren Zahl konstant ab. Zwischen 1993 und 2003 haben die Absolventen von IT-relevanten Fächern in Deutschland um 18% abgenommen. Diese Entwicklung beobachten wir auch in der Schweiz. Während die Anzahl der Studierenden an den Universitäten stetig ansteigt, nehmen die Studierenden der exakten Wissenschaften jährlich um 3% ab. Am stärksten vom Rückgang sind die Fächer Mathematik und Physik betroffen. Folge dieser Entwicklung ist die Schwächung des Wirtschaftswachstums und eine zunehmende Auslagerung der Arbeitsplätze. Für den Rückgang gibt es verschiedene Erklärungen: Das fehlende Interesse der StudentInnen für diese Fächer und das zunehmende Interesse der Jugend für den Dienstleistungs-Sektor. Eine kurzfristige Lösung zur Behebung des wachsenden Fachkräftemangels ist nicht in Sicht und, gemäss Analysten, wird sich dieser Mangel in den nächsten Jahren deutlich verschärfen. Die gesellschaftliche Herausforderung

5 Die gesellschaftliche Herausforderung
These 3 Zur Sicherung unserer Zukunft muss das Interesse für Technik und Elektronik bereits in der Primarschule geweckt werden. Kinder sind neugierig und wollen ihre Welt immer weiter entdecken und erforschen. Sie verfügen über eine natürliche, vorbehaltslose Neugier auch mit Blick auf Technik. Begeisterung für Themen der Technik kann bei ihnen leicht geweckt und unterstützt werden. Auf diesem Wege kann über mehrere Jahre Fach- und Berufswahlkompetenz aufgebaut werden. Es ist das Verdienst von Seymour Papert, der viele Jahre zusammen mit Jean Piaget in Genf arbeitete, aufgezeigt zu haben, wie Kreativität in Kindern mit Computern als Lerninstrumenten gefördert werden kann. Er erfand die Logo Programmiersprache und ist Berater der LEGO Mindstorms Produkte Linie, die nach seinem bekanntesten Werk benannt wurde (Mindstorms: Children, Computers and Powerful Ideas). Er ist Mathematiker und zusammen mit Marvin Minsky Mitbegründer der Labors für KI im MIT. Er vertritt eine konstruktivistische Pädagogik. Konstruktivistische Pädagogik: „Lernen ist ein selbständig zu vollziehender Akt mit starker Situationsbindung, in dessen Verlauf Inhalte, Fähigkeiten etc. nicht eingearbeitet oder „absorbiert", sondern konstruiert werden.„ Ewald TERHART (1999, S. 635), Die gesellschaftliche Herausforderung

6 Die gesellschaftliche Herausforderung
These 4 Lehrpläne der Primarschule ignorieren die Anforderungen unseres technischen Zeitalters. Pädagogen und Erziehungsverantwortliche haben hier geschlafen. Das heutige Interesse von Jugendlichen für Technik beschränkt sich oft nur auf die Unterhaltungselektronik. Doch die Ideen von Papert haben sich nicht durchgesetzt. Pädagogen und Erziehungsverantwortliche haben es verschlafen, Konzepte für eine Integration von Technik in den Lehrplänen zu entwickeln. Heute beschränkt sich das Interesse von Jugendlichen für Technologie auf die ausserschulische Unterhaltungselektronik. Neuere Untersuchungen (Institut für Wirtschaftsforschung (Ifo) München 2005) belegen, dass der heutige Gebrauch von Computern im Kinderzimmer mit schlechteren Leistungen in den Pisa-Kompetenzen einhergehen. Vereinfacht gesagt: „Je mehr Computernutzung, desto dümmer sind die Schüler, wenn sie aus vergleichbaren Verhältnissen stammen. Die gesellschaftliche Herausforderung

7 Die gesellschaftliche Herausforderung
These 5 Mädchen würden sich mehr für Technologie interessieren, wenn geschlechtsspezifische Unterschiede berücksichtigt würden. Die Realität: Mädchen und Frauen wählen, wo immer sie können, technische Fächer ab: bei der Wahl des Schultyps, des Berufs und des Studiums. Die Distanz der Frauen zu technologischen Bereichen ist besonders groß. Schuld daran ist u.a. die Tatsache, dass man sich bisher nur peripher um die Integration von Mädchen in die Welt der Technik bemühte. Zudem wurde zu wenig den unterschiedlichen Fähigkeiten von Jungen und Mädchen Rechnung getragen. Burschen fällt die räumliche Analyse meistens leichter als Mädchen, letztere brillieren dagegen oft bei feinmotorischen Aufgaben. Lehrende müssen sich mit solchen geschlechtsspezifischen Unterschieden auseinandersetzen und ihre Erkenntnisse bei der Entwicklung ihrer Lehrziele und Lehraufgaben mit einfließen lassen. Die Tatsache, dass auf der Primarschulstufe vor allem Frauen unterrichten, die selbst keine Gelegenheit hatten, sich mit der Technik anzufreunden, erschwert die Einführung von solchen Unterrichtsmodulen. Die gesellschaftliche Herausforderung

8 Wir brauchen neue Bildungsinhalte (1)
um Verständnis für technische Systeme zu fördern und entsprechende Kenntnisse und Fähigkeiten zu vermitteln. um das Selbstvertrauen im Umgang mit Technik zu stärken und Ängste abzubauen. um begabte Jugendliche für die Automatisierung zu begeistern, damit sie später vielleicht selber zu Technikern werden. Die gesellschaftliche Herausforderung

9 Wir brauchen neue Bildungsinhalte (2)
Spielroboter (z.B. Lego Mindstorms) sind besonders geeignet, um junge Männer und Frauen an Informatik, Technik und Robotik heranzuführen. Grundlegend für die Entwicklung des intelligent Brick für den LEGO mindstorms waren die Ideen von Papert und Mitarbeitern am MIT Labor für künstliche Intelligenz. Die Robotics Academy der Carnegie Mellon Universität hat sich besonders für die Entwicklung von Unterrichtsmodellen für Jugendliche verdient gemacht. Mehrere Stiftungen, wie die FIRST (For Inspiration and Recognition of Science and Technology) und RoboCup Junior haben globale Initiativen gestartet und suchen weltweit Sponsoren für lokale, regionale und internationale Robotik Veranstaltungen. Die gesellschaftliche Herausforderung

10 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (1)
Die gesamte Entwicklungskette wird unterstützt: vom Entwurf über Konstruktion und Programmierung bis zum Test der Roboter. Diese Entwicklungskette entspricht dem natürlichen Lernen von Kindern. In zyklischen Vorgängen bilden sie Hypothesen über Phänomene in ihrer Umwelt, überprüfen diese an der Wirklichkeit und passen dann ihre Kontrukte den neuen Erkenntnisen an. Wissenschaftler verfahren aber auch nicht anders. In den Naturwissenschaften werden Hypothesen in beobachtbaren Experimenten verifiziert bzw.falsifizert. Eine parallele dazu in den Geisteswissenschaften ist der hermeneutische Zirkel.

11 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (2)
1. Planen, entwerfen. Beim Planen werden Hypothesen formuliert und beim Entwerfen werden Wege gesucht, um diese praktische umzusetzen und verifizierbar zu machen.

12 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (3)
2. mit Hilfe des Baukastens konstruieren, Roboter Baukasten sind einfach zu beschaffen (Spielzeugläden) und verglichen mit "richtigen" Robotern preiswert.

13 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (4)
3. mit einer Programmierumgebung auf einem PC programmieren, Es gibt eine sehr einfache graphische Programmiersprache für den Einstieg (Robolab), die auch für Computer-Laien keine Hemmschwelle darstellt. Robolab ist aus der technischen Programmiersprache LabView (z.B. verwendet zur Steuerung des Mars Rovers) entstanden und erlaubt die Anwendung der klassischen Programmstrukturen. Jugendliche lernen so die Funktion von bedingten Schlaufen, Iterationen, Sprungbefehlen und Subroutinen (Unterprogramme), ohne eine einzige Zeile Code schreiben zu müssen. Es lässt sich aber auch Firmware installieren, die mächtigere Sprachen für schwierigere Aufgaben erlauben (NQC, Java, etc.).

14 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (5)
4. das Programm vom PC auf den Roboter transportieren,

15 Spiel(Lern)roboter konstruieren und programmieren (6)
5. das Verhalten des Roboters testen und das Programm oder ggf. auch die Konstruktion verändern.

16 Der Bildungswert von Spielrobotern (1)
(1) Es handelt sich um konkrete, "anfassbare" Gegenstände. (2) Sie ermöglichen einen einfachen Einstieg, erste Erfolge sind schnell sichtbar. (3) Ausgehend von sehr einfachen Aufgaben lassen sich zunehmend komplexere Aufgaben lösen. (4) Die Roboter sind ohne Labor einsetzbar. Die elektronischen Komponenten sind in die LEGO Bausteine integriert. Den Anwendungen der Elektronik, Mechanik, Informatik etc. setzen das Verständnis von abstrakten Konzepten voraus. Weil aber die Module von Spielrobotern konkret sind, können viele dieser abstrakten Konzepte auch jungen Menschen verständlich gemacht werden. Die Tatsache, dass hier logisches und kausales Denken sich in Verbindung mit Sehen und Tasten entwickelt ist pädagogisch besonders wertvoll. Wer selber ein Differential gebaut, wer selber mit Sensoren Messungen durchgeführt und ausgewertet, wer selber die Funktion von Programmstrukturen ausgetestet hat, versteht deren Funktionsweise. Ein gutes Beispiel für diesen Ansatz sind die Fragestellungen in den FIRST Lego League Wettbewerben: müssen Teilnehmer spielerisch die Nanowelt erforschen und dabei mit Konzepten wie Atome und Moleküle vertraut werden. (5) Aufgaben lassen sich so entwerfen, dass sie auch geschlechtsspezifische Fähigkeiten und Zugänge berücksichtigen.

17 Der Bildungswert von Spielrobotern (2)
(6) Robotics fördert die Arbeit im Team: Gute Lösungen können kaum im Alleingang entwickelt werden. (7) Robotics erweist sich als stark motivierende Aktivität für Jugendliche, denn Sie können sich spielerisch und intuitiv der Technologie nähern und dabei die sich dahinter befindlichen wissenschaftlichen Prinzipien entdecken. (8) Robotics ist pädagogisch besonders wertvoll, weil hier das Zusammenspiel verschiedener wissenschaftlicher Disziplinen erlebbar wird: Mathematik, Elektronik, Physik, Mechanik und Informatik.

18 > die Abstraktionsfähigkeit > das interdisziplinäre Denken
Zusammenfassung Spiel(lern)roboter haben einen hohen Bildungswert. Sie fördern u.a.: > die Abstraktionsfähigkeit > das interdisziplinäre Denken > die Sozialkompetenz und die Teamfähigkeit > das Verständnis für technische Systeme > das Selbstvertrauen im Umgang mit der Technik Robotics gehört in die Primarschule: Unsere Kinder erwerben wichtige Kenntnisse und Fähigkeiten für die Welt von morgen.

19 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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