Mia, Leon und Radhika staunen: Eine Drohne hatten sie auf dem Bauernhof eigentlich nicht erwartet! Auch von einer automatischen Melkstation und einem Jät-Roboter haben sie zuvor noch nie etwas gehört. Und wer hätte gedacht, dass es sogar Fitness-Halsbänder für Kühe gibt!
Technischen Erfindungen, die alltägliche Arbeiten erleichtern, trifft man natürlich nicht nur auf dem Bauernhof an. Bestimmt gibt es auch bei dir zuhause einige davon. Vielleicht einen Staubsaugroboter, eine Teigknetmaschine oder eine elektrische Zahnbürste?
Solch praktische Erfindungen fallen natürlich nicht einfach vom Himmel, sondern sie werden von Menschen erfunden und entwickelt. Dabei dauert es häufig sehr lange, bis aus einer Idee ein fertiges Produkt entsteht.
Wenn wir tüfteln und erfinden, dann nennen wir das «making». Das Wort kommt aus dem Englischen und bedeutet «Machen» oder «Herstellen». Beim Making überlegt man sich als erstes, was das gewünschte Produkt denn können soll. Idealerweise löst es ein bestehendes Problem. Nehmen wir an, ihr habt im Klassenzimmer eine Zimmerpflanze, vergesst aber immer wieder, ihr genügend Wasser zu geben.
Da wäre doch eine automatische Pflanzengiess-Anlage eine praktische Sache! Also müsst ihr überlegen, wie so eine Pflanzengiess-Anlage aussehen und funktionieren könnte. Ihr erstellt eine erste Version und bastelt so lange daran herum, bis sie funktioniert. Gut möglich, dass ihr dafür ganz schön viel tüfteln und ausprobieren müsst. Ausserdem hilft es enorm, wenn ihr gut zusammenarbeitet und euch immer wieder austauscht. So könnt ihr euer Produkt laufend verbessern – bis es vielleicht einmal auf einem Bauernhof eingesetzt werden kann.
Nun bist du an der Reihe! Zum Thema «Technische Erfindungen» hat deine Lehrperson Aufgaben für dich. Und wenn du diese gelöst hast, dann erfährst du, wie es bei Mia, Leon und Radhika in der Geschichte weitergeht. Wie haben sie ihre Klasse wohl wiedergefunden?
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Digitale Technologien durchdringen alle unsere Lebensbereiche, manche offensichtlicher, andere werden kaum wahrgenommen. Immer mehr menschliche Aktivitäten werden durch digitale Lösungen ersetzt. Das wirft wirtschaftliche, ethische und soziale Fragen auf. Die kritische Auseinandersetzung mit dieser Entwicklung ist unerlässlich für die gesellschaftliche Teilhabe und Mitwirkung. Hierfür müssen die technischen Grundlagen verstanden werden. Gleichzeitig gilt es auch, die Chancen zu erkennen und diese selbst kreativ zu nutzen. Strategien für die Lösung eines Problems zu entwickeln, ist eine Kompetenz, die in verschiedenen Fachbereichen wichtig ist, speziell auch in der Informatik. Hierfür werden spezielle Strategien und Methoden benötigt. In diesem Zusammenhang wird oft von «Computational Thinking» gesprochen. Manchmal ist ein zielgerichtetes, klar strukturiertes Vorgehen hilfreich, ein andermal führt Tüfteln und Pröbeln eher zum Ziel. Beim Making, also dem Tüfteln und Experimentieren (meist unter Zuhilfenahme von digitalen Tools), steht der Prozess im Zentrum. Durch die Entwicklung eines Prototyps lernen die Kinder verschiedene Kreativitätstechniken und Lösungsstrategien kennen. Durch die Optimierung des Produkts über mehrere Schritte erkennen die Schüler*innen, dass eine Erfindung nicht einfach aus dem Nichts kommt, sondern meist in einem anspruchsvollen Prozess entsteht, bei dem auch Rückschläge dazugehören.
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MI.1.1.c:
Die Schüler*innen können Folgen medialer und virtueller Handlungen erkennen und benennen (z.B. Identitätsbildung, Beziehungspflege, Cybermobbing). › Fokus: technologische Entwicklungen
MI.2.2.b:
Die Schüler*innen können durch Probieren Lösungswege für einfache Problemstellungen suchen und auf Korrektheit prüfen (z.B. einen Weg suchen, eine Spielstrategie entwickeln). Sie können verschiedene Lösungswege vergleichen.
› Vorbereitung 5. Klasse
Anwendungskompetenzen – Produktion & Präsentation:
Die Schüler*innen können Medien zum gegenseitigen Austausch sowie zum Erstellen und Präsentieren ihrer Arbeiten einsetzen (z.B. Brief, E-Mail, Klassenzeitung, Klassenblog, gestalten von Text-, Bild-, Video- und Tondokumenten).
NMG.5.1.d:
Die Schüler*innen können zentrale Elemente von Konstruktionen bei Bauten und technischen Geräten und Anlagen entdecken, modellartig nachkonstruieren und darstellen (z.B. Winkel-, Zickzack- und U-Profile aus Papier und Karton, Umlenkrollen mit Fadenspulen, Ausgleichsgewichte bei Barrieren, Zugbrücken, Fallschirm, Heissluftballon).
NMG.5.3.c:
Die Schüler*innen können die Bedeutung von technischen Entwicklungen von Geräten und Anlagen für das Leben im Alltag heute erkennen und einschätzen (z.B. Armbanduhr, elektrische Zahnbürste, Geschirrspüler, Seilbahnen, Baumaschinen, Internet).
NMG.5.3.e:
Die Schüler*innen können Phänomene und Dinge in der Natur als Vorbild für technische Entwicklungen erkennen, vergleichen und zuordnen (z.B. Bionik: Vogelflügel - Flugzeugflügel, Kletten - Klettverschluss, Kälte- und Wärmeschutz bei Pflanzen und Tieren und bei technischen Geräten).
Während der Kompetenzbereich «NMG.5 Technische Entwicklungen und Umsetzungen erschliessen, einschätzen und anwenden» sehr unmittelbar auf Making verweist, sind auch bei den folgenden Kompetenzen Bezüge zu erkennen: 6.5 (Rahmenbedingungen von Konsum wahrnehmen), 8.3 (Raumveränderungen und-entwicklungen wahrnehmen), 11.4 (Handlungen ethisch beurteilen).
TTG.2.A.2.b:
Die Schüler*innen können zu ausgewählten Aspekten Lösungen suchen und eigene Produktideen entwickeln (z.B. Funktion, Konstruktion, Gestaltungselementen, Verfahren, Material).können Lösungen für eigene Produktideen aus Experimentierreihen ableiten.
TTG.2.B.1.4c: Die Schüler*innen kennen die Funktion und Konstruktion von Antrieben und können diese anwenden (Gummiantrieb, Luftschraube, Rückstoss).
TTG.2.B.1.5c:
Die Schüler*innen setzen sich mit Eigenschaften von Stromkreisen auseinander (Leuchtdioden, Serie- und Parallelschaltung) und können diese in eigenen Produkten einsetzen.
TTG.3.2.a:
Die Schüler*innen kennen Erfindungen aus ihrer Lebenswelt und können Aussagen über deren Bedeutung machen (z.B. Nadel, Nagel, Papier).
TTG.3.2.b:
Die Schüler*innen können Auswirkungen von Erfindungen auf den Alltag einschätzen (z.B. Nähmaschine, Webstuhl, Bohrmaschine, Rad, Zahnrad).
TTG.3.2.b:
Die Schüler*innen können technische Innovationen und deren Folgen einschätzen (z.B. Energiespeicherung, Energieumwandlung).
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Ausgehend von der Geschichte sammelt die Klasse Situationen, in denen sich der Mensch durch Technologie unterstützen lässt und bespricht mögliche Vor- und Nachteile. Ergänzend kann ein Video über den Drohneneinsatz in der Landwirtschaft gezeigt werden, z. B. der WDR-Beitrag «Smart Farming».
Diese Diskussion bildet die Grundlage für ein Making-Projekt: Die Entwicklung einer eigenen Erfindung, die den Alltag erleichtert, z. B. ein Windrad, das etwas antreibt. Für erste Making-Erfahrungen gibt es unzählige weitere Ideen und Unterrichtsmaterialien. Dabei müssen nicht zwingend digitale Tools oder elektronische Bauteile eingesetzt werden. Sehr anregend und praxisnah ist die Plattform makerstars.org, die sich an Lernende des Zyklus 2 richtet. Über die Filterfunktion lassen sich Aufgaben nach Schwierigkeitsgrad, Dauer und Tätigkeit sortieren. Die Projekte sind auf der Website gut verständlich beschrieben und mit zusätzlichen Hinweisen für die Lehrperson angereichert.
Zwar haben Making-Projekte ein offenes Setting, in dem viel experimentiert und gepröbelt wird, trotzdem braucht es eine didaktische Struktur und methodische Hilfestellungen für die verschiedenen Prozessschritte (Ideenfindung, Prototyping, Präsentieren, Reflektieren). Geeignete Einstiegsprojekte ins Making:
› https://makerstars.org/2020/12/19/dem-boden-entgegen/
› https://makerstars.org/2020/12/22/gib-gummi/
› https://makerstars.org/2020/12/22/mit-zeitungen-die-wolken-kratzen/
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Deutsch oder Englisch – technische Hilfen nutzen
In unserem Alltag unterstützen uns technische Hilfen auf verschiedene Weisen. Beim Schreiben verlassen wir uns zum Beispiel auf die Rechtschreibekorrektur. Die Comicgeschichte könnte als Anlass genommen werden, die Korrekturhilfe zu thematisieren und auch deren Möglichkeiten und Grenzen kennenzulernen. Weitere Unterstützungsfunktionen, die ausprobiert und besprochen werden können, sind die Vorlese- und Diktierfunktionen, wie sie beispielsweise im Book Creator oder in Microsoft Word eingebaut sind, bzw. bereits vom Betriebssystem geliefert werden.
Analog dazu kann in der Fremdsprache die Nutzung eines Übersetzungstools, zum Beispiel DeepL, Google Übersetzer, thematisiert werden, insbesondere die mündliche Übersetzung: Übersetzt das Tool meinen englisch gesprochenen Satz richtig auf Deutsch und umgekehrt?
NMG/TTG Do-It-Yourself-Taschenlampe weiterentwickeln
Ausgehend von den Experimenten mit dem Stromkreis (z.B. NaTech 3/4, S. 47f) wird anhand einer Anleitung eine LED-Taschenlampe gebaut. Nun folgt die eigentliche Making-Phase: Die Kinder überlegen sich, wie sie ihr Produkt weiterentwickeln können. Das kann eine Verbesserung der Stabilität und Ergonomie, eine neue Funktion oder auch eine Überarbeitung des Designs (z.B. ein schickes Gehäuse) sein. Die verschiedenen Prototypen werden in der Klasse präsentiert und besprochen.
MI – KI mit Hello Ruby
Im Hello Ruby Band «Wenn Roboter zur Schule gehen» werden die Schüler*innen an das maschinelle Lernen und die künstliche Intelligenz herangeführt. Das Buch liefert einen altersgerechten und handlungsorientierten Zugang zu dieser komplexen Thematik. Mit einem Bee-Bot kann in der Folge ein Mähroboter programmiert werden, der möglichst effizient ein Feld abfährt. Deutlich mehr Möglichkeiten bietet der Thymio. Für den Zyklus 2 gibt es umfangreiche Materialien.
MA/TTG/BG: Dreidimensionale Objekte konstruieren (BBF)
Mittlerweile gibt es benutzerfreundliche Anwendungen, mit der Schüler*innen auch ohne Vorkenntnisse Produkte erfinden und konstruieren können. Autodesk Tinkercad bietet einen einfachen Einstieg in die digitale Gestaltung von dreidimensionalen Objekten über geometrische Körper. Auf der Website des Anbieters sind viele Anleitungen und Ideen für Unterrichtsprojekte zu finden. Trotz aller Benutzerfreundlichkeit sind 3D-Konstruktionen für Dritt- und Viertklässler schon sehr herausfordernd. Im Rahmen der Begabtenförderung und mit entsprechender Unterstützung ist es aber gut denkbar, dieses Tool einzusetzen.
Eine einfache Einstiegsaufgabe ist die Konstruktion eines Eierbechers. Falls im Schulhaus ein 3D-Drucker vorhanden ist, können auch gezielt Objekte für den Druck konstruiert werden, z.B. ein Stifthalter fürs Pult, Guetzli-Ausstechformen.
BG
Autodraw.com nutzt künstliche Intelligenz, um Handzeichnungen zu erkennen und darauffolgend dem User passende Clipart-Bilder vorzuschlagen. Die Lernenden können die so generierten Bilder mit einfachen Malwerkzeugen bearbeiten oder als Vorlagen für eigene Visualisierungen nutzen. Das Tool basiert auf der Technologie von Google Quick Draw und bietet eine gute Möglichkeit, auf anschauliche Weise das maschinelle Lernen zu thematisieren.
kurze Videoeinführung
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Im Gegensatz zu Filmen müssen Bewegungen in Comics in einzelnen Bildern dargestellt werden. Dies gelingt mit kleinen Details, wie Speedlines, Wölkchen oder aufgewirbeltem Staub, Bewegungslinien fürs Zittern oder Schwenken, angedeutete Unschärfe (mehrere Flügel zum Darstellen des Flügelschlags) etc. (Beispiele und weitere Informationen).
In der Comicgeschichte «Bauernhof» sind Menschen und Objekte in Bewegung, beispielsweise die fliegende Drohne oder die davoneilende Gruppe. Das ist eine gute Gelegenheit, um zu thematisieren, wie in Bildern Bewegung dargestellt werden kann. Nachdem die Schüler*innen verschiedene Beispiele im Comic betrachtet haben, erhalten sie den Auftrag, starre Figuren mittels Speedlines, Staubwölkchen etc. in Bewegung zu versetzen (passende Tutorials: Kinder-Comic-Kurs, Toby Wagner, Übungen auch auf zebis.digital und Tipps in der Broschüre).
Als mögliche Fortsetzung zeichnen die Schüler*innen einen Comicstrip über einen Unfall und erzeugen darin durch die erwähnten Stilmittel viel Dynamik und Action.
Um ein noch schärferes Auge für Bewegung zu bekommen, filmen die Kinder sich gegenseitig beim Rennen, Springen, Hüpfen etc. Sie können auch einen Ball werfen, rollen oder springen lassen. Gemeinsam schauen sie sich die Sequenzen genau an: Wie ist die Körperhaltung? Wie bewegen sich Arme und Beine? In zwei bis drei Bildern versuchen sie, ihre Beobachtungen zu visualisieren (Strichmännchen). Im Anschluss überlegen sich Kinder, inspiriert durch diese Skizzen, eine kurze Sequenz mit Bewegung. Diese stellen sie in drei bis vier Bildern dar und nutzen dabei die kennengelernten Stilmittel.
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Technische Unterstützung in der Landwirtschaft:
Making im Unterricht:
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Das Fach «Natur, Mensch, Gesellschaft» orientiert sich an vier Handlungsaspekten: Die Welt wahrnehmen, Sich die Welt erschliessen, Sich in der Welt orientieren und In der Welt handeln. Diese können im Lernprozess nicht immer genau getrennt werden. Sie gehen ineinander über und sind miteinander verbunden. Dennoch ist die Voraussetzung für die Orientierung ein sachgemässes Erschliessen von Informationen oder die Analyse und Strukturierung entsprechender Sachverhalte. (siehe dazu Tabelle 2)
Die Schüler*innen können im NMG die MIA-Kompetenzen erarbeiten, indem die Lehrperson sich an diesen Handlungsaspekten orientiert; oder umgekehrt: indem sich für die Abfolge der Handlungsaspekte eher an den an der Tiefenstruktur der Lernprozesse der Schüler*innen orientierten MIA-Kompetenzen richtet.
› Recherchieren, Strukturieren, Visualisieren:
Naheliegenderweise werden (digitale) Medien von Schüler*innen genutzt, um Informationen zu sammeln, zu strukturieren und in bestehende Wissensstrukturen einzuordnen. Damit dienen sie dem Erschliessen der Welt. Sie können aber auch helfen, genauer wahrzunehmen und das Phänomen besser zu erkennen und zu beschreiben. Dann dienen die (digitalen) Medien, die Welt wahrzunehmen.
Strukturiert man Informationen und Wissen, z.B. mit Hilfe von Visualisierungshilfen, dann orientiert man sich im Sinne von NMG in der Welt.
› Gestalten, Produzieren, Präsentieren
Digitale Medien sind für das kompetenzorientierte Arbeiten in NMG geradezu prädestiniert. Mit den unterschiedlichsten (multi-)medialen Möglichkeiten können die Schüler*innen selbständig Experimente dokumentieren, Vorgänge erklären oder geschichtliche Ereignisse darstellen. Je nach Zielsetzung der Aktivitäten bewegt man sich damit noch im Handlungsaspekt sich in der Welt orientieren, oder wenn es stärker um das Mitteilen, Kommunizieren und Präsentieren geht, kommt es zum Handeln in der Welt.
› Üben, Trainieren, Reflektieren
Reproduzierbares Wissen muss geübt und trainiert werden. Hierfür gibt es unzählige Tools. Dasselbe gilt aber auch für die Denk-, Arbeits- und Handlungsweisen (DAH) von NMG, denn auch das Wahrnehmen, Erschliessen, Orientieren und in der Welt handeln muss geübt und trainiert werden. Schliesslich können auch Reflexionsprozesse über das Lernen, das Wissen und Können mittels geeigneter (multi-)medialen Tools erfolgen.
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