Relevanz und Übersicht

Gerade die jüngeren Lernenden haben wenig Berührungsängste mit digitalen Geräten. Sie nutzen diese, weil sie zu ihrer Welt gehören. Überall lassen sich Anwendungen und Geräte finden und solange der Akku geladen ist, funktionieren sie auch und ermöglichen uns allen ein Teil der Kultur der Digitalität zu sein. Aber was sich unter dem stossfesten Glas oder der Hochglanz-Plastikabdeckung befindet, ist gar nicht so einfach zu erklären. Ruby, die Protagonistin der «Hello Ruby»-Kinderbücher von Linda Liukas, einer finnischen Tech-Pionierin, nimmt uns mit auf ihre Reise ins Innere des Computers und erklärt, auf spielerische und kindgerechte Art und Weise, Form und Funktion der verschiedenen Bauteile. Dieses Ideenset hilft Ihnen als Lehrperson, den Transfer zwischen der Handlung im Kinderbuch und realer Informatik zu illustrieren und Unterrichtsszenarien entsprechend didaktisch aufzubereiten.

Vorstellungen und Vorkenntnisse

Sehr spannend ist es zu sehen, wie sich Kinder die Komplexität der Informatik vorstellen. Egal ob man mit ihnen im Kreis gemeinsam überlegt, wie der Computer oder das Smartphone funktionieren oder ob die Kinder einmal aufzeichnen, wie sie sich das «Leben» im Gerät vorstellen, das Anknüpfen an diese Vorstellungen ist zentral für das Verständnis und für einen nachhaltigen Lerneffekt (vgl. conceptual change / conceptual growth und didaktische Rekonstruktion).
Allgemein ist festzuhalten, dass das Thema Informatiksysteme aus der Perspektive der Anwendung einen hohen Lebensweltbezug hat. Ruby hilft den Kindern dann die Anwendungsperspektive zu verlassen und in die Technologie selbst einzutauchen – im wahrsten Sinne des Wortes.
In Hinblick auf die Vorstellungen ist hier noch die Genderperspektive zu nennen, welche hier komplett aufgebrochen bzw. in natürlichster Art und Weise ausgeblendet wird. Ruby ist ein Mädchen und interessiert sich für Informatik. Ihr Freund Django tut dies auch. Es gibt hier keinen Anlass, dass Mädchen oder Jungen in unterschiedlicher Art und Weise abgeholt werden müssten. Gender Equality wird hier von der Protagonistin vorgelebt.

Lerngegenstand und thematische Schwerpunkte

Ruby kennenlernen und sie auf ihrer Reise ins Innere des Computers begleiten

Die Kinder lernen Ruby und ihre Freunde, die Komponenten des Computers kennen. Sie folgen Ruby ins Innere des Computers und begreifen, wie die einzelnen Komponenten im Computer miteinander interagieren.

• ROM: Der ROM-Speicher ist ein statischer Speicher, auf dem das Betriebssystem gespeichert ist. Alle Informationen, die zum Hochfahren des Computers nötig sind, sind dort gespeichert: Sprache, automatisch startende Programme, Schriftarten usw. Der ROM Speicher ist immer gut daran zu erkennen, dass er neben einer kleinen Batterie eingebaut ist. Diese Batterie sorgt dafür, dass der Computer Uhrzeit und Datum nicht vergisst, während er vom Strom getrennt ist. Gäbe es diese kleine Batterie, die den ROM Speicher mit Strom versorgt nicht, müssten wir nach jedem leeren Akku, die Zeit neu einstellen.
• Arbeitsspeicher oder auch RAM genannt: Dieser Speicher dient als Zwischenspeicher bei laufenden Berechnungen/Prozessen. Zum Beispiel sorgt der Arbeitsspeicher dafür, dass beim Schreiben eines Textes Seitenzahl, Schriftart usw. immer richtig angezeigt werden. Der Arbeitsspeicher ist auch die Verbindung zwischen dem Steuer- und Rechenzentrum (Prozessor) und der Festplatte, die alle Daten und Programme speichert. Beim Kauf eines Computers wird der RAM zum Beispiel mit 16 Gigabyte angegeben. Dies bedeutet, dass der Arbeitsspeicher 16 * 10^9 (16 Milliarden) 0en oder 1sen zwischenspeichern kann.
• Prozessor/CPU: Die Central Processing Unit ist das zentrale Steuer- und Rechenzentrum des Computers (oder des Tablets oder des Smartphones). Dort werden die eigentlichen Operationen durchgeführt, nämlich Binärzahlen miteinander verrechnet und als Stromimpulse weitergegeben. Alle notwendigen Daten erhält der Prozessor vom ROM- und RAM-Speicher und alles, was auf dem Bildschirm dargestellt werden soll, wird an die Grafikkarte weitergegeben. Wenn für den Prozessor eine Leistung von 2 Gigahertz angegeben wird, bedeutet dies, dass der Prozessor 2 * 10^9 (2 Milliarden) mal in der Sekunde zwischen 0 und 1 unterscheiden, also schalten.
• Grafikkarte/GPU: Die Grafikkarte sorgt dafür, dass die Informationen, die sie als 0en und 1sen (Binärcode) vom Prozessor erhält, als wohlgeordnete Pixel auf dem Bildschirm angezeigt werden. Eigentlich sind die Grafikkarten auch Rechenzentren, manchmal sind sie sogar leistungsfähigere Rechner als die Prozessoren. Gerade zum Gamen und für den Videoschnitt sind schnell wechselnde gut aufgelöste Bilder nötig. Dies schaffen nur sehr gute Grafikkarten.
• Festplatte: Auf der Festplatte liegen alle Daten, sowohl Programme als auch Dateien. Früher waren Festplatten drehende Magnetscheiben, die bei Stössen schnell kaputt gingen. Heutzutage sind dies auch Halbleiterelemente, die schneller, unempfindlicher und damit langlebiger sind. Wenn von einer Speicherkapazität von 500 Gigabyte gesprochen wird, bedeutet dies, dass 500 * 10^9 1sen oder 0en auf die Festplatte passen.

Rubys Freunde: Hardware 

Die Kinder können sowohl digital mit dem Puzzle als auch analog mit Schere und Leim ihren eigenen Computer basteln. Dabei lernen sie, welche Funktion welches Teil hat.

Verlauf und Lehrplanbezug

Organisation

Die Webseite dient als Selbstlernmaterial für die Kinder. Die grösseren Kinder können das Dossier nutzen, um ihre Lernspuren festzuhalten. Der Bastelbogen wird auf festerem Papier auf A3 ausgedruckt und an die Kinder verteilt. Weiterhin sind zum Basteln Schere, Leim, Stifte und eine Muster-beutelklammer nötig.

Verlauf

Methodisch basiert das Vorgehen auf den Prinzipien des > Dialogischen Lernens nach Ruf und Gallin und des > Kompetenzorientierten NMG-Unterrichts (vgl. Lernwelten). Die Präkonzepte und Vorstellungen der Kinder sind Ausgangspunkt für die Entwicklung von Sachkonzepten und Grundlage für abschliessende Reflexionen.

* Die didaktischen Phasen basieren auf dem Modell kompetenzfördernder Aufgabensets nach Kalcsics & Wilhelm, 2017.

Reflexion

Die Lernspuren werden von den Lernenden dokumentiert. Die Lernenden berichten einander in regelmässigen Abständen, was sie bereits herausgefunden haben und welche Schlüsse sie daraus ziehen. So erhält die Lehrperson Gelegenheit, den individuellen Lernprozess einzuschätzen und zu unterstützen (formative Beurteilung).

Reflexionsfragen spricht Ruby auf der Website:

• Prozessor spricht: Was passiert, wenn zwei von mir in einen Computer eingebaut werden?
• Grafikkarte spricht: Was passiert, wenn es mir zu heiss wird?
• ROM spricht: Was passiert, wenn ich am Morgen verschlafe?
• Arbeitsspeicher spricht: Was passiert, wenn ich zu klein bin?

Lehrplanbezug

Die Unterrichtseinheit hat das Ziel, dass die Kinder spielerisch ein Verständnis vom Innenleben der Geräte, die sie häufig schon täglich verwenden, entwickeln. Alles ist Strom und keine Zauberei. Dieses Grundverständnis der digitalen Welt ist nicht im Lehrplan operationalisiert, bildet aber die Grundlage für ein tieferes Verständnis und damit für die Erarbeitung der im Lehrplan vorgesehenen Kompetenzen. Auch wird den Kindern so der Zusammenhang zwischen Datenstrukturen, Algorithmen und Informatiksystemen klar und sie können es in höheren Stufen besser ganzheitlich erfassen.

Im Folgenden wird am Beispiel der Informatikkompetenzen erläutert, wie das Wissen aus diesem IdeenSet dienen kann, um die Relevanz der jeweiligen Kompetenzen zu verdeutlichen und diese Themen eingebettet werden können.

MI.2.1a Sortieren & Ordnen
Der Computer muss alles erst in seine eigene Geheimsprache umwandeln, damit er es verarbeiten kann. Diese Sprache besteht nur aus Zahlen, was es dem Computer ermöglicht, seine Wörter nach der Grösse zu ordnen. Das erleichtert es ihm, seine Wörter schnell wiederzufinden. Sucht Ruby ein Wort, so braucht sie alle ihre Freunde: ROM startet die Maschinen, der Prozessor entscheidet welches Wort einen grösseren oder kleineren Wert hat, der Arbeitsspeicher legt die Zwischenergebnisse beim Sortieren bei sich ab, die Festplatte stellt alle verfügbaren Wörter zur Verfügung. Ist das richtige Wort gefunden, zeigt die Grafikkarte alles auf dem Bildschirm an.

MI2.2a Formale Anleitungen erkennen und ihnen folgen
Damit der Prozessor entscheiden kann, was grösser und was kleiner ist, muss er genaue Anweisungen erhalten. Er muss wissen, was und wie viel er sortieren soll, ob absteigend oder aufsteigend und wo er das Ergebnis abspeichern soll. Für all das erhält er eine Anleitung. Diese Anleitung hat ein Mensch geschrieben und damit Menschen dem Prozessor solche Aufträge geben können, müssen sie wissen, wie dieser funktioniert und welche Sprache er spricht.

MI2.3a-d Anwendungskompetenzen
Kinder bedienen Geräte im privaten und schulischen Umfeld. Sie entwickeln dadurch Kompetenzen im Umgang mit den Werkzeugen. Wenn sie aber auch ein Verständnis für die Funktionsweise entwickeln können, werden ihnen in höheren Stufen viele Handlungen plausibler und logischer erscheinen. Wenn der Computer bei einem Spiel oder Video sehr laut wird, können sie einordnen, dass hier gerade der Prozessor und die Grafikkarte sehr belastet sind und gekühlt werden müssen.

Weitere Hinweise

Die zur Verfügung gestellten Materialien stehen alle unter einer CC-BY-Lizenz und können unter Angabe des Namens der Urheberinnen uneingeschränkt verwendet werden.

Die Originalbücher der Helly Ruby Reihe können im Buchhandel erworben werden. Das Nutzungsrecht liegt beim Verlag Bananenblau.

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