Einleitung
Um Kinder auf das Leben in der heutigen Welt und auf die Veränderungen vorzubereiten, versuchen Eltern und Lehrkräfte, die Entwicklung der Jüngsten auf möglichst vielen Ebenen zu unterstützen. Die Förderung der vielfältigen Fähigkeiten von Kindern bereits in der frühen Kindheit ist entscheidend für ihre weitere Entwicklung. Ein wichtiger Faktor für spätere Bildungserfolge ist dabei die passende Gestaltung der Lernumgebung, die den Erwerb von Kompetenzen und Wissen begünstigt. Die Unterstützung der kindlichen Entwicklung durch verfügbare Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) ist zu einem wichtigen Bestandteil vieler Lehr- und Erziehungsprogramme geworden – mit dem Ziel, den Unterricht zu unterstützen und kreative Aktivitäten der Kinder anzuregen.
Unterricht auf dem Boden mit den Apps „Programmiere mit Ava“
Das Potenzial der Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) wurde auch in den Bildungsplänen erkannt. Seit 2017 führen Lehrkräfte der Klassen 1–3 im Rahmen der informatischen Bildung Inhalte ein, die Verstehen, Analysieren, Programmieren und Problemlösen mit Hilfe von Computern und anderen digitalen Geräten umfassen. Man geht davon aus, dass Kinder durch das Ordnen von Bildern und Texten, das Formulieren von Anweisungen oder Handlungsplänen sowie durch Aufgaben und Rätsel schrittweise auf visuelles Programmieren vorbereitet werden. Als Mindestanforderung wird ebenfalls angenommen, dass Kinder eigene Ideen in Form einfacher Geschichten oder Situationen, festgehalten als einzelne Anweisungen sowie als Sequenzen von Befehlen umsetzen – gesteuert wird dabei ein Objekt, das auf einem ausgewählten digitalen Gerät angezeigt wird.
In den Empfehlungen zur Umsetzung wird zudem ein sinnvoller Unterrichtsverlauf beschrieben: Zunächst arbeiten die Kinder oft ohne Computer, um das Ordnen von Ereignissen in eine logische Reihenfolge zu üben und das Konzept linearer Abfolgen sowie von Anweisungen kennenzulernen – etwa durch das Formulieren von Befehlen, die ein Objekt steuern. Erst danach wird mit passend ausgewählter Technik weitergearbeitet. Die Auswahl geeigneter Werkzeuge aus dem breiten Angebot stellt für Eltern, Lehrkräfte und Schulleitungen eine Herausforderung dar. In diesem Zusammenhang ist das Ziel dieses Beitrags, die Möglichkeiten aufzuzeigen, die die Motioncube™-Apps bieten – speziell für Vorschulkinder sowie Kinder im frühen Grundschulalter, um Programmieren und algorithmisches Denken zu fördern.
Kategorisieren, vergleichen, ordnen
Im Vorschul- und frühen Grundschulalter gehört das Kategorisieren zu den zentralen Fähigkeiten. Es ist ein wichtiger kognitiver Prozess, bei dem wir Objekte nach bestimmten Kriterien zu Klassen zusammenfassen, zum Beispiel aufgrund gemeinsamer Merkmale. Im kindlichen Denken ist der Übergang vom voroperationalen Denken zu den konkreten Operationen mit bedeutsamen Veränderungen verbunden: Kinder können zunehmend Beziehungen zwischen einem Ganzen und seinen Teilen verstehen – ebenso wie die Anordnung dieser Teile. Das beeinflusst wiederum die Fähigkeit zur Klassifikation.
Spiele, die diese Kompetenz fördern, sind im Kindergarten und in der Schule weit verbreitet. Die Autoren der Pakete – das Unternehmen LavaVision – haben diese wichtige Entwicklung im Blick und in ihren Apps Inhalte gestaltet, bei denen das richtige Kategorisieren des Materials zu den zentralen Zielen der Übungen gehört. Viele Anwendungen in verschiedenen Paketen konzentrieren sich darauf, z. B.: „Die Welt der Coderchen“, „Rettet die Coderchen“, „Programmiere mit Ava“.
Ein gutes Beispiel ist eine App aus dem Paket „Die Welt der Coderchen“, das entwickelt wurde, um Vorschulkinder an ausgewählte Programmierbegriffe heranzuführen. In der App „Fang die Lichter“ (Abb. 1) – passend zum Begriff „Information“ – klassifiziert das Kind Objekte: Kugeln, die Informationspakete darstellen, die in Datenbanken übertragen werden. Den Informationen werden Farben zugewiesen, die den passenden Datensätzen zugeordnet werden müssen. Diese Zuordnung unterstützt die Entwicklung der Kategorisierungsfähigkeit – eine Grundlage für weitere, komplexere kognitive Prozesse, die in den nächsten Abschnitten beschrieben werden.
Neben dem Klassifizieren ist das Vergleichen und Ordnen von Gegenständen eine weitere wichtige Denkleistung. Hier lohnt sich die App „Baue das Coderchen zusammen“ (Abb. 2) aus dem Paket „Rettet die Coderchen“. Aufgabe des Kindes ist es, die Figuren von links nach rechts zu ordnen – anhand zuvor herausgearbeiteter Merkmale: vom Coderchen mit den wenigsten Elementen bis zum Coderchen mit den meisten Elementen. So entsteht eine Art Montageanleitung für den Roboter, und gleichzeitig werden Klassifizieren, Vergleichen und Ordnen geübt – vor allem nach dem Kriterium der Anzahl der Bauteile.
Muster erkennen
Das Erkennen realer Objekte in unserer Umgebung und das Bilden mentaler Repräsentationen gehört zum Prozess der Mustererkennung. Diese Fähigkeit ist ein wichtiges Bindeglied auf dem Weg zum Erkennen und Nachbilden geometrischer Formen, von Buchstaben- und Zahlengestalten – Kompetenzen, die für die Vorbereitung auf Lesen und Schreiben zentral sind. Dafür braucht es bestimmte Wahrnehmungsfähigkeiten, die durch Spiele gefördert werden, in denen Objekte visuell unterschieden werden müssen, sowie durch Aktivitäten zur Entwicklung der Lautbewusstheit. Mustererkennung ist damit einer der wichtigsten Prozesse, der dem Lesen- und Schreibenlernen zugrunde liegt.
Spiele zur Unterstützung der Mustererkennung und -wiedergabe wurden von den Entwicklern bei LavaVision besonders wertgeschätzt. Solche Übungen finden sich in Apps aus den Serien „Die Welt der Coderchen“, „Rettet die Coderchen“, „Programmiere mit Ava“. In der App „Das verlorene Coderchen“ (Abb. 3) aus dem Paket „Rettet die Coderchen“ besteht die Aufgabe darin, das fehlende Coderchen passend zu einem zuvor erkannten Muster-Rhythmus zu ergänzen. Das Erkennen des Rhythmus ist hier der entscheidende Schritt, um zu bestimmen, welches Objekt in die Lücke gehört.
Im Paket „Programmiere mit Ava“ gibt es viele Apps, die auf Mustererkennung aufbauen. Ein besonders anschauliches Beispiel ist „Bilde bunte Bilder nach“ (Abb. 4): Das Kind erkennt ein Muster auf einer Farbquadrate-Tafel und überträgt es auf eine leere Tafel – entsprechend dem zuvor ermittelten Muster. Je nach Schwierigkeitsgrad kann die Tafel aus 9 oder sogar 100 Elementen bestehen. So lässt sich die Komplexität und Größe des Musters an die Entwicklungsmöglichkeiten des Kindes anpassen.
Ursache-Wirkung-Denken, Sequenzen
Kindliches Ursache-Wirkung-Denken umfasst verschiedene Bereiche – von der Fähigkeit, Ereignisfolgen zeitlich zu ordnen, über das Erkennen und Verstehen von Objektveränderungen bis hin zur Fähigkeit, Unterschiede zwischen Anfangs- und Endzuständen zu benennen. Möglich wird dies vor allem durch die Entwicklung der Fähigkeit, Handlungen innerlich umzukehren oder sich einen Zustand gedanklich vorzustellen. Dazu gehört auch die sogenannte kognitive Dezentrierung: Kinder können Merkmale aus unterschiedlichen Perspektiven wahrnehmen und zu einem objektiveren Gesamtbild integrieren. Ursache-Wirkung-Denken baut auf bereits entwickelten Fähigkeiten auf – insbesondere auf der Fähigkeit, Bewegungs-, Denk- oder Sprachsequenzen zu bilden, auf dem Bilden von Reihen sowie auf der Fähigkeit, Objekte nach Kriterien zu ordnen.
Die Autoren der Pakete haben – mit Blick auf diese Kompetenzen und auf die Bildungsziele, die das Erstellen von Sequenzen aus Steueranweisungen betonen – zahlreiche Übungen entwickelt, die genau darauf aufbauen. In den Paketen finden sich viele Aufgaben: von einfachen Übungen, bei denen ein Kind selbstständig eine Weg-Anweisung von Punkt A nach Punkt B aus Pfeilen zusammenstellt, bis hin zu Aufgaben mit mehreren zusätzlichen Bedingungen. Das Paket "Programmiere mit Ava" konzentriert sich besonders auf das Erstellen von Befehlssequenzen – in mehreren Varianten.
Eine Variante ist das Planen einer Route: Das Kind legt einen Weg vom Start zum Ziel, indem es eine beliebige Spur erstellt. Mit zusätzlichen Vorgaben (z. B. durch die Lehrkraft) kann es die kürzeste oder längste Route sein – dadurch bleibt die Aufgabe immer wieder neu. Ein Beispiel ist die App „Sammle die Ernte“ aus „Programmiere mit Ava“ (Abb. 5).
Eine weitere wichtige Variante ist das Legen einer Route anhand einer gelesenen Sequenz wiederkehrender Zeichen. Zuerst muss das wiederkehrende Muster erkannt und auf dem Spielfeld gefunden werden, anschließend wird daraus die Route abgeleitet und eine Sequenz aus Pfeilen unterhalb des Spielfelds zusammengestellt. Hier werden also sowohl das Erkennen von Sequenzen als auch ihr gleichzeitiges Erstellen trainiert. Solche Aufgaben finden sich in „Plane die Route auf der Karte“ (Abb. 7), ebenfalls in „Programmiere mit Ava“.
Weitere Beispiele – mit zusätzlichen Varianten der Sequenzbildung – bieten Apps aus den Gruppen „Zahlen und Rechenarten“ sowie „Buchstaben und Wörter“. Dort werden unterschiedliche Wege genutzt, mathematische Operationen oder Wörter einzusetzen, um den richtigen Verlauf der Route festzulegen. Das korrekte Erkennen, Lösen oder Ablesen der Reihenfolge ist entscheidend, um die Aufgabe zu lösen – also die passende Pfeilsequenz zu legen (Abb. 6).
Das Erstellen von Sequenzen ist eine grundlegende Fähigkeit und bildet die Basis der meisten Übungen. Gleichzeitig wurden die Spiele um weitere, für algorithmisches Denken und Programmieren wichtige Begriffe erweitert. So ermöglicht die Abstufung der Schwierigkeit und die gezielte Auswahl des passenden Tools eine breite Anwendung im Unterricht – auch zum Erzeugen spannender Problemsituationen.
Problemlösen – Bedingungen, Schleifen
Einer der wichtigsten Gründe, Programmieren bereits in der frühen Bildung einzuführen, ist die Gelegenheit, die Problemlösefähigkeit zu fördern. In der Entwicklungspsychologie beschreibt Problemlösen eine Aktivität, bei der eine geplante Abfolge kognitiver Operationen dazu dient, die Differenz zwischen dem aktuellen Zustand einer Situation und dem gewünschten Ergebnis zu verringern. Aus kognitiver Sicht gilt ein Problem als gelöst, wenn der Lösungsweg erkannt wurde und die Abweichungen zwischen Ausgangs- und Zielzustand beseitigt sind. Viele Probleme erfordern Kreativität, das Ausprobieren neuer Ideen und logisches Denken, um Strukturen und Informationsflüsse zu verstehen und zu planen. Programmieren ist ein Spiel, das manchmal herausfordernd sein kann – und auch Frustration auslösen kann, wenn eine Aufgabe die aktuellen Fähigkeiten übersteigt.
Man geht davon aus, dass Programmieren dabei hilft, konstruktive Diskussionen zu führen, Probleme zu lösen, eigene Ideen zu präsentieren, im Team zu arbeiten und zu kommunizieren. Deshalb muss Programmieren nicht Selbstzweck sein – im frühen Grundschulalter stehen vor allem die dabei entwickelten Kompetenzen im Mittelpunkt.
Problemsituationen in unseren Apps sind rund um Bedingungen aufgebaut, die erfüllt werden müssen, damit die Missionen der Figuren erfolgreich enden. Diese Bedingungen hängen z. B. damit zusammen, bestimmte Felder zu betreten, um notwendige Elemente zu sammeln, sowie Felder zu vermeiden, die zum Scheitern führen – und gleichzeitig gilt immer die Bedingung, das Ziel zu erreichen. Solche Übungen gibt es z. B. in "Gartensaison" (Abb. 8).
Eine weitere Bedingung, die den Verlauf der gelegten Bewegungssequenz beeinflusst, sind Labyrinthwände. Diese müssen umgangen werden: Dadurch sind mögliche Richtungsentscheidungen eingeschränkt, und die Problemsituationen erfordern das Finden einer besonders wirksamen Lösung, die alle Bedingungen berücksichtigt. Beispiele sind Apps aus dem Paket "Programmiere mit Ava" (Abb. 9) sowie Spiele aus dem Paket "Roboter Bot" (Abb. 10).
Zu komplexeren Problemsituationen gehören Aufgaben, bei denen Kinder die Folgen ihrer Schritte voraussehen müssen. In „Wohin geht’s?“ (Abb. 11) aus dem Paket "Roboter Bot" besteht die Aufgabe darin, anzugeben, wo die Figur am Ende landet. Das Nachverfolgen der Pfeilroute und das Berücksichtigen von Verschiebungen, die sich aus den Feldern ergeben, auf denen Roboter Bot steht, erfordert eine passende Strategie – möglicherweise auch verbunden mit Zusammenarbeit, Arbeit in Paaren.
In der App "Roboterlager" (Abb. 12) aus derselben Serie muss das Kind Kisten an die richtigen Stellen schieben und dabei zuvor die Reihenfolge der Handlungen planen sowie den vorhandenen Platz im Lager geschickt nutzen, damit die Kiste am Ziel landet.
Ein höheres Niveau symbolischer Funktionen und die Fähigkeit zu konkreten Operationen ermöglichen es Kindern, ein Handlungsmodell zu entwickeln, das nicht nur Ziele, sondern auch geeignete Mittel zur Umsetzung umfasst. Die Fähigkeit, verschiedene Teilaspekte eines Problems zu koordinieren, wächst mit dem Alter und erlaubt es, mehr mögliche Lösungen zu entwerfen. Wenn das Legen von Pfeilsequenzen bereits gut gelingt und die Sequenzen zu längeren Symbolketten werden, lohnt es sich, Kinder dazu zu inspirieren, ein Muster für schnelleres und effizienteres Problemlösen zu entwickeln.
Ein solcher nächster Schritt, der das Erstellen von "Pfeil-Code" unterstützt, ist die Einführung von Wiederholungen mit Hilfe einer iterativen Schleife. Dadurch können Kinder mit weiter entwickelten sensomotorischen Fähigkeiten umfangreichere Codes erstellen, die an Algorithmen erinnern, wie sie auch Fachleute entwerfen. Apps aus "Programmiere mit Ava", die im Werkzeugkasten eine Schleifenfunktion besitzen, sind entsprechend gekennzeichnet – im Namen erscheint das Stichwort "Schleifen".
Im Paket „Roboter Bot“ wird in „Bot programmieren“ (Abb. 14) die Schleifenmethode genutzt, um Wiederholungen gleicher Schritte automatisch zu zählen und die Anzahl im Routen-Code anzuzeigen. Das ist ein einfacher und zugleich anschaulicher Einstieg in das Thema der iterativen Schleife.
Zusammenfassung
Die Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnologien eröffnet viele Möglichkeiten, die Entwicklung von Kindern zu unterstützen. Fähigkeiten und kognitive Prozesse, die sich im mittleren und späten Kindesalter entfalten, brauchen eine passende Anregung durch vielfältige Aktivitäten. Spielen ist dabei die beste und natürlichste Form der Unterstützung – sie bindet Kinder ganzheitlich ein.
Die Attraktivität der vorgestellten Werkzeuge – der interaktiven Motioncube™-Apps zum Erlernen von Programmieren – kann die Motivation der Kinder positiv beeinflussen, die vorgeschlagenen Übungen durchzuführen. Deshalb lohnt es sich – unter Berücksichtigung der oben genannten Aspekte – auf die passende Auswahl eines Werkzeugs zu achten, das die vielseitige Entwicklung der Jüngsten in gut organisierten und sicheren Spielen unterstützt.
