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Zunkunftsorientierter Unterricht

Lernen mit Robotern

Cozmo ist ein kleiner Roboter. Er ist fröhlich, traurig, neugierig und liebt es, beim Spielen zu gewinnen. Im Unterricht können Schüler mit ihm Programmieren lernen.

„Ich habe es komplett unterschätzt, wie sehr es einen Roboter verändert, wenn man ihm ein Gesicht verleiht und ihm die Fähigkeit gibt, Geräusche zu erzeugen“, erklärt Andrew Stein, kreativer Entwickler bei einem kalifornischen Unternehmen für Robotik und Künstliche Intelligenz. Dass die Programmierung eines Roboters nicht ganz einfach ist, wusste er. Aber erst als Stein die ersten Codes für den Roboter schrieb und versuchte, dem kleinen Cozmo eine eigene Persönlichkeit zu verleihen, wurde ihm klar, wie komplex die Aufgabe sein würde.

Um Cozmo Leben einzuhauchen, engagierten Stein und sein Team erfahrene Spezialisten und Künstler von Animationsfilmen in Hollywood: Cozmo kann zwinkern, die Augen bewegen. Dadurch kann er mit seinem Gegenüber Kontakt aufnehmen. Roboter, die heute im Unterricht erprobt oder eingesetzt werden, interagieren noch nicht mit ihren Schülern. Arvid Kappas, Psychologe an der Jacobs University Bremen, hofft, dass Roboter in der Zukunft emotionale Beziehungen zu Schülern aufbauen können. Dafür brauchen sie Empathie. Doch auch, wenn Roboter noch nicht wie  Menschen mit den Schülernumgehen können, werden sie bereits in einzelnen Projekten im Unterricht eingesetzt, damit Schüler Programmieren lernen.

Unsichtbares Lernen
Roboter im Unterricht führen Kinder spielerisch an Technik heran. In der Robotik spricht man von „unsichtbarem Lernen“, wenn Kinder durch den Umgang mit Robotern technisches Wissen erwerben und gleichzeitig ihr logisches Denken schulen. Das trainieren Modelle wie der Lego-Roboter Mindstorms NXT, den Schüler laut Chefentwickler Søren Lund in etwa einer halben Stunde selbst zusammenbauen können. Sie fügen die verschieden geformten Bausteine mit Motoren und Sensoren zu einem beweglichen Roboter zusammen und können sie programmieren, damit sie sich bewegen. Roboterspezialist Professor Peter Protzel von der Technischen Universität Chemnitz ist der Meinung, dass selbstgebaute Roboter ideal sind, um Schülern Wissen aus Mechanik, Elektrotechnik und Informatik anschaulich in einem einzigen System zu vermitteln. Der hessische Pädagoge Dr. Wolfgang Seelinger hat auch positive Erfahrungen beim Einsatz des Lego-Roboters im Unterricht gemacht. In seiner Arbeit „ Lego Mindstorms im WP-Unterricht“ schreibt er, dass die Schüler so motiviert an den Bau der Roboter gingen, dass sie sogar ein hitzefrei in der 6. Unterrichtstunde ignorierten.

Lehrkräfte machten die Erfahrung, dass Kinder selbst das Hitzefrei ignorieren, um weiter zu programmieren.

Überrascht stellte er bei dem Unterrichtsprojekt fest, wie fasziniertsich die Schüler von der Technik zeigten. In einem Unterrichtsblock lernten sie, den Roboter zu steuern und zu bewegen. Dazu mussten sie die speziellen Steuerungsbefehle für Motoren erlernen sowie das Programmieren. Die praktischen Aufgaben dazu lauteten, dass der Roboter mehrfach eine symmetrische Acht fahren oder Farben an ihrer unterschiedlichen Helligkeit erkennen und darauf mit unterschiedlichen Tönen und Richtungsänderungen reagieren sollte.

Eine kleine Eieruhr zum Programmieren
In Baden-Württemberg wird der Roboter Ozobot – er sieht aus wie eine kleine Eieruhr – in einigen Klassen eingesetzt. Dafür stellt das Landesmedienzentrum Baden-Württemberg Unterrichtsideen für alle Altersklassen zur Verfügung. Die Schüler der 1. bis 7. Jahrgangsklasse lernen Programmcodes, indem sie Ozobot durch einen aufgezeichneten Parcours steuern. Die Programmier-Apps beruhen auf Scratch, einer kostenfreien einfachen Programmiersprache fürKinder, oder auf abgewandelten und ähnlichen Konzepten wie Blockly von Google. Deren großer Vorteil ist, dass die Schüler diese schnell verstehen und damit experimentieren können.

Anregungen für den Unterricht 

  • Roberta – Lernen mit Robotern schult in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer InstitutLehrkräfte und bietet kostenlos Unterrichtsmaterialien an: www.roberta-home.de
  • Unterrichtsmaterialien und Video-Tutorials zum Einsatz von Ozobot: portal.ozobot.com/lessons
  • Unterrichtsmaterialien für den Einsatz eines Lego-Roboters im Unterricht: www.lego.com/de-de/mindstorms/learn-to-program
  • Anleitungen und Leitfäden für Scratch im Unterricht: bildungsserver.berlin-brandenburg.de (Stichwort Scratch)

Scratch gibt es in einer sehr einfachen Anfängerversion und einer zweiten, etwas anspruchsvolleren. Bei der Anfängerversion bauen Kinder durch vorgefertigte Programmierblöcke schnell und unkompliziert Miniprogramme, indem sie die Blöcke aneinanderreihen. Jeder Block, der wie ein buntes Puzzleteilchen aussieht, steht für eine Bewegung. Einer veranlasst den Roboter, sich um seine eigene Achse zu drehen, ein anderer dass er geradeaus fährt und so weiter.
Für Cozmo gibt es seit Dezember 2017 eine weitere Version der Programmier-App, die eine noch größere Vielfalt von Programmiermöglichkeiten bietet. Sie beruht auf der komplexeren Scratch-Version. Befehle lassen sich dort sowohl einfach aneinanderreihen als auch hierarchisch anordnen, von oben nach unten in einer Art Baumstruktur, um komplexere Abläufe programmieren zu können.

https://www.youtube.com/watch?v=Xa4Caam1WA0

Im Unterricht haben die Schüler eine Kreuzung mit Ampelschaltung und Autos mit scratch programmiert. Die Autos fahren autonom über die Kreuzung.

Was den kleinen Roboter Cozmo von seinen Konkurrenten unterscheidet, ist, laut seinen Konstrukteuren, dass er selbst entscheidet, was er als nächstes tun wird. Dabei funktioniert er nicht nach einem vorhersehbaren Drehbuch, sondern reagiert auf das, was um ihn herum vorgeht. Er erkennt Personen, reagiert manchmal traurig, fröhlich, neugierig, müde, verärgert oder einsam. Cozmo ist irgendwie lebendig.

Von didacta DIGITAL • Benigna Daubenmerkl • 15.03.2018

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