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Über dieses Buch

Dieses Buch beschreibt erprobte und evaluierte Unterrichtssequenzen zum Experimentieren mit dem Raspberry Pi im Informatik- und Technikunterricht der Sekundarstufe. Ausgehend von den Zielen eines modernen Informatikunterrichts wird gezeigt, wie eine interessen- und motivationsfördernde Raspberry-Pi Lernumgebung aussehen kann. Neben konkreten und differenzierten Unterrichtseinheiten, mit denen sich Schülerinnen und Schüler experimentell die Grundbausteine von Algorithmen erschließen können, werden Unterrichtseinheiten für fortgeschrittene Lernende sowie Projekte vorgestellt. Die vorgestellten Konzepte unterstützen Lehrerinnen und Lehrer wirkungsvoll bei der Konzeption des eigenen Unterrichts, können aber auch als Selbstlernmodule genutzt werden.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
In der Einleitung wird der außerschulische Lernort „MPDV Junior-Akademie“, an dem wir hauptsächlich unsere MicroBerry-Lernumgebung erprobten, und das dahinterstehende didaktische Konzept beschrieben. Erste Eindrücke über die Lernumgebung können über die abgebildeten QR-Codes gewonnen werden, welche zu Youtube-Videos verlinken, auf denen einige Projektpräsentationen von Schülerinnen und Schülern zu sehen sind. Zudem wird in diesem Kapitel der Aufbau dieses Buches im Überblick dargestellt.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

2. Didaktik der Informatik

Zusammenfassung
In diesem Theorieteil gehen wir der Frage nach, welchen Anforderungen eine Lernumgebung für den Anfangsunterricht der Informatik genügen sollte. Da in den „Grundsätzen eines guten Informatikunterrichts“ (GI 2008), auf den Konstruktivismus verwiesen wird, nähern wir uns dieser Frage, indem wir zunächst auf konstruktivistische Lehr-Lern-Theorien eingehen. Anschließend stellen wir das Konzept des problemorientierten Lernens nach Hense et al. (2001) vor. Dieses Konzept erweist sich als kompatibel zu den Anforderungen einer konstruktivistischen Lernumgebung und bietet sich, auch aufgrund der Problemorientierung, gut für den Informatikunterricht an. Neben der Problemorientierung, als wichtige Komponente des Informatikunterrichts, wird die Bedeutung von Interesse und Motivation im schulischen Kontext erörtert und daraus weitere wesentliche Anforderungen an Lernumgebungen abgeleitet. Erläutert werden dabei das Konzept der Interessenentwicklung nach Krapp (1998) und die Selbstbestimmungstheorie nach Deci und Ryan (2002). Aus diesen Theorien heraus begründen wir die Sinnhaftigkeit des fachübergreifenden Lernens und nehmen Bezug zum Technikunterricht und zur Methode des Projektunterrichts. Diese verschiedenen Aspekte führen zur begründeten Konzeption der MicroBerry-Lernumgebung, die abschließend dargestellt wird.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

3. Die MicroBerry-Lernumgebung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die MicroBerry-Lernumgebung detailliert beschrieben. Zunächst werden die Rahmenbedingungen und die einzelnen Hardwarekomponenten der Lernumgebung erläutert. Dazu zählen der mögliche Aufbau des Klassenraums, die verwendeten Sortimentskästen sowie die Beschreibung des Raspberry Pi und der verwendeten Zusatzplatine Explorer HAT Pro, bis hin zum Hardwareaufbau eines Netzwerks. Im Weiteren wird die verwendete Software beschrieben. Man erfährt dabei viele Details über die Installation und Konfiguration des Betriebssystems, der Erstellung und Verwendung einer Image-Datei, sowie des Einrichtens eines Kommunikationsnetzwerkes über VNC. Außerdem werden wichtige Grundlagen zu den Programmiersprachen Scratch und Python dargestellt und erläutert. Auch das Programm „Dia“, das wir zur Erstellung von Flussdiagrammen nutzen, wird beschrieben.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

4. Unterrichtseinheit im Rahmen der MicroBerry-Lernumgebung

Zusammenfassung
Kap. 4 beschreibt den prinzipiellen Unterrichtsverlauf einer Unterrichtseinheit zum Thema: „Grundelemente von Algorithmen“ unter Verwendung der MicroBerry-Lernumgebung. Neben der Vorbereitung werden verschiedene Phasen der Durchführung der Unterrichtseinheit, wie zum Beispiel Einstiegsmöglichkeiten, Themenvorstellung und der prinzipielle Aufbau der Arbeitsblätter beschrieben. Außerdem werden ein möglicher Aufbau und wichtige Aspekte bei der Durchführung der Projektphase erläutert.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

5. Lernsequenzen zur Unterrichtseinheit „Grundelemente von Algorithmen“

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die einzelnen Lernsequenzen zur Unterrichtseinheit „Grundelemente von Algorithmen“ detailliert beschrieben. Die Unterrichtseinheit besteht aus insgesamt acht Themengebieten (Lernsequenzen), zu denen jeweils der Inhalt erläutert und in den didaktischen Kommentaren jeweils auf die Besonderheiten der Lernsequenzen, auch im Hinblick auf die beiden Programmiersprachen „Scratch“ und „Python“ eingegangen wird. Zahlreiche Abbildungen illustrieren dabei die relevanten Arbeitsblätter beziehungsweise Skripten.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

6. Beschreibung des Projektskripts zur Unterstützung der Projektphase

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das Projektskript beschrieben, das wir den Schülerinnen und Schülern zur Unterstützung der Projektphase zur Verfügung stellen. Dieses Skript dient als Ideensammlung und Nachschlagewerk. Hier findet man beispielsweise die Beschreibungen und Beschaltungen der gängigsten Bauteile, mit dem Ziel, in der Projektphase auf zeitaufwendige Internetrecherchen verzichten zu können.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

7. Projektideen

Zusammenfassung
Hier werden verschiedene Projektideen mit entsprechenden Schaltungen sowie Beispiellösungen für „Scratch“ und „Python“ vorgestellt und beschrieben. Beim „ferngesteuerten Fahrzeug“ geht es darum, ein Modellauto durch den Raum über eine WLAN-Verbindung zu navigieren. Als optionale Erweiterung kann das Fahrzeug mit einer Kamera ergänzt werden. Mithilfe der Ansteuerung von Servomotoren lässt sich als Projekt die Steuerung eines „Roboterarms“ umsetzen. Bei der Realisierung einer „Automatischen Bewässerungsanlage“ wird eine komplexere Projektidee vorgestellt, bei welcher bereits regelungstechnische Aspekte eine wichtige Rolle spielen.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

8. Evaluationsergebnisse

Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Befragung, der an den Kursen teilgenommenen Schülerinnen und Schüler, vorgestellt und diskutiert. Mit Hilfe eines standardisierten Fragebogens wurden die Ausprägung der Lernmotivation, die Bedingungen für motiviertes Handeln und die emotionalen Empfindungen bei der Arbeit mit der Lernumgebung erhoben. Außerdem hatten die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit auf offene Fragen zu antworten, mit deren Hilfe die Zufriedenheit mit der Lernumgebung und Verbesserungsvorschläge erhoben wurden. Die Auswertung der Evaluation zeigt, dass die Schülerinnen und Schüler im Mittel hoch motiviert und selbstbestimmt mit der Lernumgebung arbeiten und dabei situationales Interesse aufbauen. Dabei wurden keine geschlechtsspezifischen Unterschiede festgestellt. Die Kategorien geleitete Inhaltsanalyse der offenen Fragen zeigt, dass die positiven Aspekte bei der Bewertung der Lernumgebung im Vergleich zu den genannten negativen Aspekten deutlich überwiegen. Unter anderem wurden die Möglichkeiten zum selbstständigen und freien Arbeiten sowie die Projektarbeit positiv hervorgehoben.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

9. Anhang

Zusammenfassung
Zunächst steckt man die bereits eingerichtete microSD-Karte in den PC. Anschließend öffnet man das Programm „Win32DiskImager“. In den nachfolgenden Abbildungen werden die nötigen Schritte zur Erstellung einer Image-Datei detailliert aufgeführt und erklärt.
Andreas Schnirch, Nadine Ridinger, Felix Weschenfelder

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