Verbindung von Bildungsrobotik und Informatik

Robotik ist nicht nur die Zukunft, sondern auch die Gegenwart. Indem sie die Schüler mit Programmierung, Sensoren und Automatisierung vertraut machen, verbessern sie kritische Fähigkeiten im rechnerischen Denken, die für den Erfolg sowohl in der Arbeitswelt als auch im Alltag des 21. Jahrhunderts erforderlich sind. Akademisch gesehen bietet die Bildungsrobotik eine Vielzahl von Lernmöglichkeiten, da die Disziplin MINT (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik) und sogar MINT (Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen, Kunst und Mathematik) voraussetzt. Bildungsrobotik ist immer interdisziplinär und auf eine für Studierende greifbare und anwendbare Weise ausgerichtet. Darüber hinaus erfordern Aktivitäten im Zusammenhang mit Bildungsrobotik, dass die Schüler zusammenarbeiten, rechnerisch denken, Fehler beheben (Probleme identifizieren und lösen) und innovativ sein müssen – alles grundlegende Fähigkeiten für Fachkräfte des 21. Jahrhunderts.

Die Robotik ist hinsichtlich ihrer Programmier- und Softwarefähigkeiten stark auf die Informatik angewiesen. Die pädagogische Robotik verdeutlicht dies für Schüler, indem sie das Programmieren greifbarer macht, wenn sie mit physischen Robotern interagieren und wenn ihre Roboter miteinander und/oder mit der Umgebung interagieren. Bildungsrobotik kann eingesetzt werden, um die Fähigkeiten der Schüler in den Bereichen Programmplanung, Pseudocode, Flussdiagramme und rechnerisches Denken weiter zu verbessern. Ein physischer Roboter regt Schüler dazu an, darüber nachzudenken, wie digitale Informationen gespeichert, verarbeitet, kommuniziert und abgerufen werden.

Tipps, Vorschläge, & einige potenzielle Standards, auf die man abzielen kann

• Organisieren Sie Ihr Klassenzimmer, um projektbasiertes Lernen (PBL) zu erleichtern, und lassen Sie die Schüler in Teams zusammenarbeiten, um das Projekt abzuschließen. Geben Sie zu Beginn des Projekts Rubriken sowohl für die Zusammenarbeit als auch für das zu liefernde Projekt an, damit die Studierenden Ihre Erwartungen erkennen. 
• Lassen Sie die Schüler Tagebücher, Planungsdiagramme und andere Planungstools verwenden, um die Projektentwicklung zu planen und durchzuführen. Bei der Entwicklung komplexer Programme sollten Teams Designentscheidungen mithilfe von Texten, Grafiken, Präsentationen und/oder Demonstrationen dokumentieren (CSTA-Standard: 3A-AP-23). 
• Erinnern Sie die Schüler zu Beginn eines Projekts mit offenem Ende daran, dass es mehr als eine „richtige“ Lösung geben wird und dass konstruktive Kritik darauf abzielt, Projekte zu verbessern und nicht, sie zu kritisieren. 
• Stellen Sie den Schülern Fragen, die ihnen helfen, das in diesem und anderen Kursen erworbene Vorwissen zu berücksichtigen.
• Teilen Sie den Mathematik-, Technologie- oder anderen Lehrern Ihrer Schüler mit, woran die Schüler in Ihrer Klasse arbeiten, damit sie ihnen helfen und/oder Anleitungen und Vorschläge geben können.
• Stellen Sie Projekte vor, die Studententeams dazu veranlassen, Probleme durch das Entwerfen und/oder Programmieren eines Roboters zu lösen (CSTA-Standard: 3B-AP-09). Wenn möglich, lassen Sie Teams basierend auf ihren Interessen ein Problem auswählen und definieren, das sie selbst lösen möchten (CSTA-Standard: 3A-AP-13). Teams sollten ihre Rechenlösungen entwerfen und iterativ entwickeln, indem sie Ereignisse verwenden, um Anweisungen zu initiieren (CSTA-Standard: 3A-AP-16). 
• Lösen Sie keine Probleme, die für Teams auftreten. Helfen Sie ihnen stattdessen, systematische Fehlerbehebungsstrategien zu entwickeln, um ihre eigenen Fehler zu identifizieren und zu beheben (CSTA-Standard: 3A-CS-03). Ermutigen Sie Teams, immer eine Reihe von Testfällen zu verwenden, um zu überprüfen, ob ein Programm gemäß seinen Designspezifikationen funktioniert (CSTA-Standard: 3B-AP-21). Führen Sie die Schüler durch die Praxis einer schrittweisen Analyse des Programms und der unerwarteten Verhaltensweisen, die behoben werden müssen. 
• Ermutigen Sie die Schüler, nach mehreren Möglichkeiten zur Lösung eines Problems zu suchen.  Schaffen Sie im Hinblick auf die Fehlerbehebung eine Lernatmosphäre, in der von den Studierenden erwartet wird, dass sie zunächst „scheitern“. „Vorwärts scheitern“ ist eine wertvolle Lebenskompetenz. 
• Wenn Teams Prototypen fertigstellen, lassen Sie sie ihre Arbeit der gesamten Klasse präsentieren und die Klasse als hypothetische Benutzer fungieren (CSTA-Standard: 3A-AP-19). Anschließend können sie einem Software-Lebenszyklusprozess folgen, um sie weiterzuentwickeln (CSTA-Standard: 3B-AP-17). Dadurch können Teams ihre Programme und Roboter bewerten und verfeinern, um sie benutzerfreundlicher und zugänglicher zu machen (CSTA-Standard: 3A-AP-21).
• Ermöglichen Sie Ihren Schülern die Nutzung aller verfügbaren Tools für die Zusammenarbeit während des Entwicklungsprozesses (CSTA-Standard: 3A-AP-22). Zu diesen Tools könnten sogar soziale Medien gehören, insbesondere wenn diese Plattformen die Konnektivität von Menschen in verschiedenen Kulturen und Berufsfeldern erhöhen (CSTA-Standard: 3A-IC-27). Beispielsweise könnten Teams einen Skype-Anruf einrichten, um ihre Projekte Schülern anderer Klassen vorzustellen und Feedback einzuholen.
• Lassen Sie Ihre Schüler ihre Fähigkeiten im kritischen Denken über Algorithmen hinsichtlich ihrer Effizienz, Korrektheit und Klarheit verbessern, damit sie ihren eigenen und anderen Teams besseres Feedback geben können (CSTA-Standard: 3B-AP-11). Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, eine Diskussion zu leiten, in der Sie die Schlüsselqualitäten eines Programms durch einen Prozess wie eine Codeüberprüfung bewerten (CSTA-Standard: 3B-AP-23).
• Nutzen Sie pädagogische Robotik als Gelegenheit, die Körperlichkeit komplexer Probleme hervorzuheben, wie z. B. die Bewegung durch ein Labyrinth oder die Durchführung von Verhaltenssequenzen im Klassenzimmer. Die Fähigkeit, Komponenten eines größeren zu lösenden Problems visuell zu lokalisieren und zu isolieren, hilft den Studierenden, ihre Fähigkeiten bei der Zerlegung von Problemen in kleinere Komponenten zu verbessern und Konstrukte wie Prozeduren, Module und/oder Objekte anzuwenden (CSTA-Standard: 3A-AP-17). . Heben Sie außerdem die verallgemeinerbaren Muster im komplexen Problem hervor, die dann auf eine Lösung angewendet werden können (CSTA-Standard: 3B-AP-15).
• Nutzen Sie Bildungsrobotik, um durch Vorträge, Präsentationen usw. (CSTA-Standard: 3A-IC-24) die Art und Weise hervorzuheben, wie Computersysteme persönliche, ethische, soziale, wirtschaftliche und kulturelle Praktiken beeinflussen. Dabei wird auch beschrieben, wie künstliche Intelligenz viele Softwareprogramme antreibt und physikalische Systeme (CSTA-Standard: 3B-AP-08). Eine gute Nachbereitung solcher Unterrichtsstunden wäre, die Schüler zu bitten, vorherzusagen, wie sich die Innovationen im Bereich Computer und/oder Robotik, auf die wir derzeit angewiesen sind, weiterentwickeln könnten, um unseren Anforderungen in der Zukunft gerecht zu werden (CSTA-Standard: 3B-IC-27).

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