F+E zu Robotik in der Lernwerkstatt 

Die Lernwerkstatt der PH Luzern bietet ideale Bedingungen, um Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu realisieren, die bereits während der Projektdurchführung direkt Schulen zugutekommen. Ein gelungenes Beispiel entstand im Rahmen des Projekts «Aufbau und Etablierung eines RobertaRegioZentrums für gendergerechtes Lehren und Lernen mit Robotern mit Schwerpunkt Informatik und Technik», das am Institut für Fachdidaktik Natur, Mensch, Gesellschaft der PH Luzern in Zusammenarbeit mit der Hochschule Luzern durchgeführt wurde. Das Förderprogramm MINT.DT der Akademien der Wissenschaften Schweiz finanzierte dafür 2020 die Entwicklung einer Lernumgebung auf der Basis der Initiative «Roberta® – Lernen mit Robotern» des deutschen Fraunhofer-Instituts IAIS. Diese Entwicklungsarbeiten führten zum Angebot «Mit Roberta® die Stadt der Zukunft entdecken», das von rund 1000 Schülerinnen und Schülern genutzt werden konnte – pandemiebedingt mit einem akribisch umgesetzten Schutzkonzept. 

Gleichzeitig konnten die Workshop-Durchführungen zum Generieren von Erkenntnissen mittels Begleitforschung genutzt werden: Mit einer Videostudie zu den Arbeitsprozessen der Kinder und Jugendlichen wurden Gruppenprozesse und -konstellationen beim gemeinsamen Programmieren, dem sogenannten Pair-Programming, erforscht. Besonders die in früheren Studien diskutierte geschlechtshomogene oder -heterogene Partnerarbeit stand dabei im Fokus. 

Erste Auswertungen der Daten deuten darauf hin, dass die Gruppenzusammensetzung bei einer klaren Verteilung von Rollen und Aufgaben keinen grossen Einfluss auf die Bearbeitung der Aufträge hat. Durch eine quantitative Erhebung werden zudem Einstellungen von Kindern und Jugendlichen im Bereich Technik untersucht und mögliche Auswirkungen darauf durch den Besuch in der Lernumgebung. Ergebnisse dieser Teilstudie werden 2021 vorliegen. Anhand der Ergebnisse der Begleitforschung sollen künftige Angebote zur MINT-Förderung noch zielgerichteter und wirksamer konzipiert werden können und als direkte Hilfestellungen für den Unterricht in den MINT-Fächern dienen (z. B. in praktischen Programmier- und Experimentierphasen).

Für die rund 55 Klassen vom 5.–9. Schuljahr, die von Ende August bis Ende Oktober die kostenlosen Halbtagesworkshops besuchten, stand das Konstruieren und Programmieren von Robotern unter der Anleitung zertifizierter Roberta-Teachers im Vordergrund. Die Schülerinnen und Schüler schrieben eigene Programme zur Steuerung von Robotern und testeten, ob ihre Roboter mit Hilfe von Aktoren und Sensoren Aufgaben in den Bereichen Dienstleistung, Industrie, Haushalt und Verkehr in der Stadt der Zukunft bewältigen können. Dabei spielte der erforschende Ansatz eine wichtige Rolle. Die grafische Programmiersprache ermöglicht einen niederschwelligen Einstieg in die Roboterprogrammierung und schnelle Erfolgserlebnisse.

Die Lernwerkstatt verwandelte sich so während der Robotik-Workshops in ein experimentelles Tummelfeld. Mit einem kleinen fahrfähigen Roboter konnten die Schülerinnen und Schüler innerhalb weniger Minuten erleben, wie sie dieses Vehikel so programmieren, dass es genau so lange und weit fährt, wie sie wollen. Danach gab es für die Zweiergruppen unterschiedliche Aufgaben. Der Roboter sollte pausieren, die Richtung ändern, eine schwarze Linie nicht überfahren etc. Es wurde programmiert am Notebook, getestet auf Bodenmatten mit Strassen-Bemalung, optimiert, wieder getestet und erkannt: «Diese Erfahrung ist wirklich cool. Das hatte ich in diesem Mass nicht so erwartet», sagte etwa Hannah Notter (13). Auch Silas Bachmann (13) schätzte diesen grossen Bezug zur praktischen Anwendung: «Ich hatte gedacht, es gäbe eine lange Theorie und dann vielleicht zwei Roboter für alle. Aber wir hatten eine kurze Theorie und dann einen Roboter pro Zweiergruppe!» Der halbtägige Praxisteil startete und endete mit einer Gruppenphase. Zuerst mussten in einem Video-Clip Roboter gesucht und beschrieben werden, am Ende wurde sehr intensiv darüber diskutiert, welche Arten von Robotern die Schülerinnen und Schüler in ihrer «Stadt der Zukunft» möchten – und welche nicht.

Dank einem umfassenden Covid-19-Schutzkonzept zum Schutz der Mitarbeitenden, Studierenden, Lehrpersonen und Schulklassen konnten alle Workshops und die damit verbundenen Datenerhebungen vor Ort durchgeführt werden. Für die Aktivitäten in der Lernwerkstatt galten das Schutzkonzept der PH Luzern sowie die kantonalen Vorgaben der Dienststelle für Volksschulbildung Luzern. Neben den allgemeinen Massnahmen wie Informationspflicht, Contact-Tracing, Abstandsregeln, Maskenpflicht, Handhygiene und regelmässiges Lüften galt eine zusätzliche Gegenstands- und Oberflächenhygiene: Die Kursleitung kontrollierte, dass die Schülerinnen und Schüler Aufgabenkarten und Zusatzmaterial nach jedem Gebrauch gemäss Anleitung desinfizierten. Die Kursleitung und die Assistenz desinfizierten Roboter, Notebooks, Tablets, Verbindungskabel und Pulte nach jedem Kurshalbtag. Die Bodenspielelemente wurden nach jedem Kurshalbtag ausgewechselt. 

Die Nachbereitung eines Workshops für die Kursleitung und Assistenz nahm jeweils ca. 30 Minuten pro Person in Anspruch. Dieser beträchtliche Mehraufwand zahlte sich aus, da es bei den rund 1'100 involvierten Personen zu keinen nachweisbaren Ansteckungen innerhalb der Lernwerkstatt kam. Dass sich der Aufwand gelohnt hat, bestätigt auch die berührende Szene zum Schluss des Hitzkircher Schulbesuchs im Oktober 2020: Ein Schüler aus den Klassen der Lehrer Joel Mayo und Ivan Bründler dankt der PH Luzern und der Hochschule Luzern dafür, dass sie trotz Corona jungen Menschen derart spannende Erfahrungen und Erlebnisse ermöglichen. Das sei nicht selbstverständlich und verdiene Applaus. Dieser folgt von den 23 Schülerinnen und Schülern und ihren Lehrern sofort, laut und lange anhaltend.

Um das Roberta-Angebot weiteren Personenkreisen zugänglich zu machen, wurden die Unterlagen und Erfahrungen aus den Workshops in der Lernwerkstatt unter anderem auf der projekteigenen Webseite des RobertaRegioZentrums Luzern (rrz-luzern.ch) sowie über die Community-Plattform ROTECO (Robotic Teachers Community) geteilt. 

Robotikmaterialien können zu diesem Zweck auch über das pädagogische Medienzentrum der PH Luzern ausgeliehen werden: zembiblog.ch/blog/geraeteausleihe/. 

Informationen über die Lernwerkstatt der PH Luzern finden sich unter https://www.phlu.ch/beratungen-angebote/lehrpersonen/lernlabor-und-lernwerkstatt/lernwerkstatt.html.