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Elementarinformatik
Elementarinformatik bezeichnet, in Anlehnung an die Elementarpädagogik, ein Forschungs- und Lehrgebiet, das sich mit der Vermittlung von grundlegenden …
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Grundidee und Bedeutung
Elementarinformatik ist ein Forschungs- und Lehrgebiet, das grundlegende Informatikkonzepte im Kindergarten und in der Grundschule vermittelt. Der Begriff ist an die Elementarpädagogik angelehnt und wurde 2015 bei der Gründung der Forschungsgruppe Elementarinformatik (FELI) eingeführt. Anfangs lag der Schwerpunkt auf dem Elementarbereich.
Wichtig ist die Verbindung von algorithmisch-logischen Konzepten mit konkreten Anwendungen digitaler Medien. Algorithmisch-logische Konzepte sind Denkweisen der Informatik, bei denen Abläufe, Regeln, Ordnungen oder Problemlösungen genau beschrieben werden. Digitale Medien sind zum Beispiel Computer, Tablets oder Programme. Elementarinformatik soll Kindern helfen, nicht nur digitale Geräte zu benutzen, sondern auch die Funktionsweise der „Blackbox“ Computer zu hinterfragen.
Ein zentrales Ziel ist die Entwicklung, Erprobung und empirische Evaluation didaktischer Herangehensweisen für eine motivierende Vermittlung grundlegender Informatikkonzepte im Elementar- und Primärbereich. Kinder sollen erste Vorstellungen von Themenbereichen der Informatik, von Arbeitsweisen in der Informatik und vom Berufsbild Informatikerin/Informatiker entwickeln. Die Inhalte sollen in bestehende Vorgaben und Lehrpläne integrierbar sein, damit Bildungspläne nicht zusätzlich erweitert werden und Informatik als Querschnittsdisziplin erfahrbar wird.
Elementarinformatik soll außerdem zu mehr Bildungsgerechtigkeit beitragen. Mädchen sollen früh die Möglichkeit bekommen, eigene Neigungen und Begabungen im Bereich Informatik zu entdecken. Kindern aus bildungsfernen Schichten soll gezeigt werden, dass der Computer nicht nur ein Unterhaltungsmedium ist, sondern auch ein Werkzeug zum kreativen Arbeiten sein kann.
Didaktisches Konzept
Das pädagogische Konzept der Elementarinformatik ist durch Elementarpädagogik und Informatikdidaktik angeregt. Es beginnt bei der Lebenswelt der Kinder: Ein Thema wird über Alltagsbezüge eingeführt, damit Kinder den Zusammenhang erkennen. Beim Thema Suchen in Listen können Kinder ab Klassenstufe 2 etwa berichten, wie sie im Deutschheft oder Wörterbuch ein Wort nachschlagen. Daraus kann gemeinsam erarbeitet werden, dass ein Wort in einer alphabetischen Liste leichter zu finden ist als in einer unsortierten.
Algorithmisch-logische Konzepte sollen begreifbar gemacht werden. Dazu werden anschauliche, an Montessori angelehnte Materialien genutzt. Als Vorübung zum Sortieren von Listen kann zum Beispiel das schwerste von etwa 8 mit Reis gefüllten Fotodöschen mit einer Balkenwaage ermittelt werden. Dabei wird jeweils das leichtere Döschen von der Waage genommen und durch ein noch nicht geprüftes ersetzt.
Ein weiteres Prinzip ist variantenreiches Material. Dadurch sollen allgemeine Konzepte aufgebaut werden. Das Konzept „Pixel“, also ein einzelner Bildpunkt in einer digitalen Darstellung, kann etwa durch Setz- und Steckspiele mit quadratischen Legosteinen oder durch Kästchenausmalbilder veranschaulicht werden.
Die Kinder sollen beim Umgang mit digitalen Medien zu Fragen wie „Wie funktioniert das?“ angeregt werden. Beim Malen mit dem Programm Tux Paint können sie zum Beispiel verstehen, dass Pixel die Grundlage der Bilddarstellung am Computer bilden.
Zur Elementarinformatik gehört auch Medienkompetenz. Damit ist hier nicht nur Handlungswissen gemeint, sondern übertragbares Wissen über Software. Wenn ein Kind gelernt hat, dass es Arbeit in einer Datei speichern muss, soll es dieses Prinzip auch bei einem neuen Textverarbeitungsprogramm wiedererkennen und erschließen, dass es dort ebenfalls eine Option „Speichern“ geben sollte.
Alle Themen werden als Spiralcurriculum angelegt. Ein Spiralcurriculum bedeutet, dass ein Thema in verschiedenen Altersstufen wieder aufgegriffen und erweitert wird. Ein Algorithmus kann bei Vorschulkindern über das Sortieren einfacher Handlungen erarbeitet werden, etwa vom Aufstehen bis zum Kindergarten. In der zweiten Klasse kann das Konzept bei Suchalgorithmen wiederkehren, in der dritten Klasse bei der schriftlichen Subtraktion und in der Sekundarstufe 1 bei Sortieralgorithmen und deren Aufwandsbetrachtung formalisiert werden.
Außerdem soll das Berufsbild Informatik konkretisiert werden. Kinder sollen Informatik als mögliche berufliche Option wahrnehmen. Dazu wird bei Konzepten darauf hingewiesen, dass sie von Informatikerinnen und Informatikern erdacht wurden, und bei Software, dass sie von Teams aus Informatikerinnen und Informatikern programmiert wurde.
Experimentierkiste Informatik
Die Experimentierkiste Informatik setzt das Konzept der Elementarinformatik praktisch um. Ausgangspunkt waren Workshops, die ab 2008 gemeinsam mit pädagogischen Fachkräften eines Kindergartens konzipiert und durchgeführt wurden. Erste Materialien behandelten analoge und digitale Repräsentation, besonders das Konzept Pixel.
Derzeit existieren Lerneinheiten für 6 Themengebiete. Der Aufbau ist jeweils ähnlich: Jeder Themenbereich beginnt mit einer Fragestellung, die beantwortet werden soll, zum Beispiel beim Thema Pixel: „Wie stellt ein Computer Bilder dar?“ Danach folgen benötigte Materialien, Lernziele und Hintergrundwissen für Pädagoginnen und Pädagogen. Am Ende stehen eine genaue Beschreibung der Durchführung und das verwendete Experimentiermaterial.
Die Einheit zum Berufsbild Informatiker/Informatikerin soll ein realistisches und nicht stereotypes Bild vermitteln. Durch den Vergleich mit dem akademischen Beruf Arzt/Ärztin wird abgefragt, welche mentalen Modelle die Kinder bereits zu beiden Berufen haben. Mentale Modelle sind innere Vorstellungen davon, wie etwas funktioniert oder was zu einem Begriff gehört.
In der Einheit Pixel werden ausgedruckte Bilder und mit Buntstiften gemalte Bilder verglichen. Über Gemeinsamkeiten und Unterschiede wird zum Pixel-Konzept übergeleitet. Materialien aus der Lebenswelt der Kinder, zum Beispiel Lego, unterstützen die Veranschaulichung.
Die Einheit Analoge & digitale Repräsentationen baut auf dem Thema Pixel auf. Repräsentationen sind Darstellungen von Informationen. Anhand analoger und digitaler Fotografie wird der Unterschied zwischen analogen und digitalen Darstellungen erklärt.
In der Einheit Computer werden die Bestandteile eines Computers ausführlich besprochen. Kinder lernen Bezeichnungen und Aufgaben einzelner Komponenten kennen und können Teile in Desktop-Rechner und Laptop anfassen, vergleichen und zuordnen.
Beim Thema Algorithmus wird an Alltagserfahrungen der Kinder angeknüpft, etwa an das Befolgen eines Backrezeptes. Ein Algorithmus ist eine genaue Abfolge von Handlungsschritten zur Lösung einer Aufgabe.
Die Einheit Suchen & Sortieren vertieft den Themenbereich Algorithmus. Sortieralgorithmen werden mit Experimentiermaterialien anwendbar gemacht. Beim Vergleich von sortierten und unsortierten Listen erfahren Kinder, dass eine Suche durch Sortierung einfacher wird und mit weniger Aufwand durchgeführt werden kann.
Einbindung in Lehrpläne und Weiterbildung
Für Kindertageseinrichtungen bis zur Grundschule nennt der Artikel den Bayerischen Bildungs- und Erziehungsplan sowie den Lehrplan für die Grundschule als maßgeblich. Die Materialien der Experimentierkiste Informatik fördern neben themenbezogenen Bildungsbereichen auch Basiskompetenzen und themenübergreifende Bildungsperspektiven.
Aus dem Bayerischen Bildungs- und Erziehungsplan werden besonders die Bereiche „Mathematik, Informationstechnik, Medien“ angesprochen. Außerdem sollen soziale, kognitive und lernmethodische Kompetenzen gefördert werden. Lernmethodische Kompetenzen sind Fähigkeiten, die beim Lernen selbst helfen, etwa planvolles Vorgehen oder das Übertragen von Wissen. Die Materialien tragen auch zu einer geschlechtersensiblen Erziehung bei.
Im Lehrplan Plus für bayerische Grundschulen decken die Module die Lernbereiche „Technik und Kultur“ im Fach Heimat- und Sachunterricht sowie „visuelle Medien“ in der Kunsterziehung ab. Sie lassen sich außerdem in „Raum und Form“, „Größen und Messen“ oder „Sprachgebrauch und Sprache untersuchen und reflektieren“ der Fachprofile Mathematik beziehungsweise Deutsch integrieren.
Die Einbindung informatik-didaktischer Inhalte in die Pädagogik gilt laut Artikel weiterhin als Herausforderung. Deshalb werden Fortbildungsveranstaltungen zur Experimentierkiste Informatik angeboten. Sie richten sich besonders auch an Personen ohne Informatikkenntnisse, weil der Einstieg spielerisch gestaltet ist.
Das Konzept wurde bei verschiedenen Einrichtungen und Veranstaltungen vorgestellt, zum Beispiel 2016 beim bayernweiten Medienbildungstag in Bamberg als Workshop für die Lehrerbildung. Weitere Praxiseinsätze fanden über Projekttage an der Fachakademie für Sozialpädagogik in Bamberg statt. Schulungen von Lehrkräften finden außerdem in Bamberg und Hamburg statt.
Die Schulungen beruhen auf der Experimentierkiste und orientieren sich an einem Handbuch. Dieses Handbuch liegt der Experimentierkiste bei und wird mit ihr verliehen. Ergänzend gibt es den eLearning-Kurs eLEx-Informatik, der einen schnellen Einstieg und einen Überblick über die Themen ermöglicht. Er soll auch Ängste abbauen und Synergien zwischen informatischer Bildung und Medienbildung erzeugen. Ein erweitertes Blended-Learning-Konzept und kollaborative Ergänzungsangebote sind in Planung.
Empirische Befunde
Empirische Befunde beschäftigen sich mit der Frage, ab welchem Alter und auf welche Weise informatische Bildung im Elementar- und Primarbereich vermittelt werden kann. Einige Ansätze trennen grundlegende Informatikkonzepte von der Nutzung digitaler Medien. Andere stellen gerade die Beziehungen zwischen Konzepten und deren Funktionsweisen in den Vordergrund.
Bei Workshops im Rahmen von I4Kids und bei der praktischen Erprobung der Experimentierkiste zeigte sich, dass die explizite Anwendung der gelernten Informatikkonzepte an Computer und Tablets die Motivation stärkt und den Lernerfolg begünstigt. Die Themen Pixel, Analoge und Digitale Repräsentation, Computer, Algorithmus sowie Suchen und Sortieren motivierten Kinder unabhängig von Alter und Geschlecht, sich computerbezogenes Handlungswissen anzueignen. Dabei bauen sie vereinfachte, aber angemessene mentale Modelle zur Funktionsweise digitaler Medien auf. Studien von Schwill bestätigen laut Artikel, dass bereits Kinder im Vorschulbereich informatische Konzepte verstehen und umsetzen können.
Für die Grundschule werden mehrere Forschungs- und Unterrichtsansätze genannt. Borowski et al. präsentieren einen theoretischen Rahmen zur intuitiven und fachlich korrekten Erschließung zentraler informatischer Themen, besonders zu Hardware-Architekturkonzepten von Computern. Weitere Modelle behandeln die Funktionsweise von Websites und Roboterprogrammierung mit Lego NXT. Romeike et al. untersuchen Robotik-Kits zum eigenständigen Arbeiten mit Bauelementen, Sensoren und einfachen Programmen. Bergner et al. behandeln in der „Zauberschule Informatik“ Themen wie Binärzahlen, Text- und Bilddarstellung im Computer, Fehlererkennung und Funktionsweisen, inspiriert durch Bell et al. Computer Science Unplugged. Weitere Ansätze arbeiten mit einem Computer-Freundebuch, einer Schatzsuche zu Codierungen, algorithmischen Kompetenzen und der Programmiersprache „Scratch“.
Bei Fachkräften zeigte die praktische Erprobung, dass pädagogische Fach- und Lehrkräfte informatischen Themen im Unterricht offen gegenüberstehen, aber oft unsicher und zurückhaltend sind, wenn es um digitale Medien und die eigenständige Durchführung elementarinformatischer Lerneinheiten geht. Handreichung und e-Learning-Kurs werden als sinnvolle Grundlage für die Unterrichtsvorbereitung begrüßt. Durch aktive oder beobachtende Teilnahme an Unterrichtsdurchführungen konnten Selbstsicherheit und Motivation der Lehrenden gesteigert werden, künftig informatische Themen einzubinden.
