Computational
Thinking

Über

Was ist Computational Thinking?

Definition und Ursprung

Im Jahr 2006 führte Jeannette M. Wing, Professorin am Department of Computer Science der Carnegie Mellon University, den Begriff ein. Sie definierte ihn als "die Denkprozesse, die bei der Formulierung von Problemen und ihren Lösungen beteiligt sind, sodass die Lösungen in einer Form dargestellt werden, die von einem informationsverarbeitenden Akteur effektiv ausgeführt werden kann."

Im Wesentlichen bedeutet Computational Thinking, Fähigkeiten aus der Informatik und dem kritischen Denken anzuwenden, um Herausforderungen zu bewältigen. Es geht darum, bei einem Problem wie ein Informatiker zu denken. Dieser Ansatz geht über das Programmieren hinaus; er beeinflusst, wie wir Systeme und Prozesse, sowohl natürliche als auch künstliche, verstehen und über sie nachdenken.

Grundlegende Säulen

Computational Thinking basiert auf vier grundlegenden Säulen, die den Problemlösungsprozess leiten:

Zerlegung: Dabei wird ein komplexes Problem in kleinere, überschaubare Teile aufgeteilt. Wenn Sie beispielsweise ein Rezept zubereiten oder ein Fahrrad reparieren, wenden Sie dieses Prinzip an.

Mustererkennung: Dabei werden Ähnlichkeiten oder Trends innerhalb der zerlegten Probleme identifiziert. Das hilft Ihnen, das System effizienter zu lösen.

Abstraktion: Dabei konzentriert man sich auf die wichtigen Informationen und lässt irrelevante Details außer Acht. In diesem Schritt richten Sie den Blick auf die allgemeinen Merkmale, die allen Elementen gemeinsam sind, und erstellen ein "Modell" des Problems.

Algorithmen: Nach den vorherigen Schritten ist es an der Zeit, Schritt-für-Schritt-Anweisungen zu entwickeln, um jedes der identifizierten Probleme zu lösen. Diese Algorithmen können mithilfe von Flussdiagrammen erstellt werden.

Durch die Anwendung dieser Säulen nutzen Sie einen logischen und systematischen Denkprozess, der Lösungen als Folgen von Anweisungen und Algorithmen darstellt. Dieser Ansatz ermöglicht es, Probleme so zu formulieren, dass die Lösungen durch klar definierte Schritte ausgeführt werden können.

Vorteile des Computational Thinking in der Bildung

Verbesserung der schulischen Leistungen

Eine in Spanien durchgeführte Studie zeigte, dass die Einführung dieser Methodik die schulischen Ergebnisse in Bezug auf Kompetenzentwicklung und Noten verbessert hat. Höhere Kompetenzniveaus gehen häufig mit besseren Noten in Fächern wie Sprache, Mathematik, Naturwissenschaften und Sozialwissenschaften einher. Dies liegt daran, dass Computational Thinking die Mustererkennung, die Formulierung von Hypothesen und die Lösung komplexer Probleme in diesen Bereichen erleichtert.

Entwicklung überfachlicher Fähigkeiten

Diese Kompetenzen sind für den Erfolg in verschiedenen Bereichen und Berufen grundlegend.

Problemlösung: Die Schülerinnen und Schüler lernen, Probleme zu erkennen, zu analysieren und wirksame Strategien zu ihrer Lösung zu entwickeln.

Logisches und systematisches Denken: Computational Thinking hilft dabei, Herausforderungen strukturiert und logisch anzugehen.

Zusammenarbeit: Es fördert Kooperation und gemeinschaftliches Lernen.

Persönliche Selbstständigkeit: Es entwickelt die Fähigkeit Ihrer Schülerinnen und Schüler, selbstständig zu arbeiten und Entscheidungen zu treffen.

Indem Sie Computational Thinking in Ihren Unterricht integrieren, bereiten Sie Ihre Schülerinnen und Schüler auf eine digitale Zukunft vor, vermitteln ihnen wesentliche Fähigkeiten und verbessern ihre schulischen Leistungen in verschiedenen Bereichen des Lehrplans.

Strategien zur Umsetzung von Computational Thinking

Um Computational Thinking im Unterricht einzuführen, können Sie verschiedene Strategien einsetzen. Diese Techniken reichen von Aktivitäten ohne elektronische Geräte bis zum Einsatz fortschrittlicher technischer Werkzeuge. Im Folgenden betrachten wir drei zentrale Ansätze, die Ihnen helfen, diese Fähigkeiten bei Ihren Schülerinnen und Schülern zu entwickeln.

Unplugged-Aktivitäten

Unplugged-Aktivitäten, auch als "Unplugged Computing" bekannt, sind eine ausgezeichnete Möglichkeit, ohne elektronische Geräte mit Computational Thinking zu beginnen. Diese Aktivitäten eignen sich ideal für Familien und Schulen ohne technische Infrastruktur, da sie die Entwicklung grundlegender Fähigkeiten auf zugängliche Weise ermöglichen.

Zu den Unplugged-Aktivitäten, die Sie umsetzen können, gehören:

Logikrätsel lösen, etwa das bekannte Problem mit Wolf, Ziege und Kohl.

Mit Binärzahlen mithilfe von Geburtstagskerzen arbeiten.

Bewegungsmuster in Tänzen analysieren, um das Konzept von Schleifen einzuführen.

Brettspiele wie "Coding" oder "Let's Go Code" nutzen, um grundlegende Programmierkonzepte zu vermitteln.

Blockbasierte Programmierung

Die blockbasierte Programmierung ist eine ideale Strategie, um Schülerinnen und Schüler auf intuitive und visuelle Weise in die Welt der Programmierung einzuführen. Diese Technik verwendet einfache Oberflächen, auf denen Lernende Codeblöcke per Drag-and-drop zu logischen Abläufen zusammensetzen können.

Beliebte Plattformen für blockbasierte Programmierung sind:

Scratch und Scratch Junior

Minecraft for Education

Code.org

Arduino Blocks

Diese Methodik fördert das Verständnis von Konzepten durch visuelle Befehle und hilft den Lernenden zu verstehen, wie der Programmierprozess Schritt für Schritt funktioniert.

Bildungsrobotik

Bildungsrobotik ist ein vielseitiges Werkzeug, das technologische, haptische und experimentelle Elemente kombiniert, um Computational Thinking zu üben. Diese Strategie bindet die Lernenden in das Gestalten und Programmieren ein und ermöglicht ihnen, Konzepte aus Mechanik, Elektronik und Programmierung praktisch anzuwenden.

Zu den Vorteilen der Bildungsrobotik gehören:

Entwicklung des logischen Denkens und von Problemlösungsfähigkeiten.

Förderung der Anpassungsfähigkeit und des Schlussfolgerungsvermögens.

Einführung in MINT-Konzepte auf praktische und greifbare Weise.

Förderung von Teamarbeit und Zusammenarbeit.

Durch die Umsetzung dieser Strategien im Unterricht geben Sie Ihren Schülerinnen und Schülern wertvolle Werkzeuge an die Hand, um Computational Thinking zu entwickeln und sie auf eine zunehmend digitalisierte Welt vorzubereiten.

Werkzeuge und Ressourcen für das Klassenzimmer

Programmierplattformen

Für die Jüngsten gibt es Scratch Junior, eine vereinfachte Version, die sie ab fünf Jahren nutzen können. Mit dieser Anwendung können Kinder ihre eigenen Spiele und interaktiven Geschichten erstellen und dabei ihre Kreativität und Problemlösungsfähigkeiten fördern.

Eine weitere interessante Option ist Blockly, das von Google entwickelt wurde. Es verwendet dieselbe blockbasierte Logik wie Scratch, ermöglicht jedoch den Export von Code in verschiedene Programmiersprachen wie JavaScript und Python.

Robotik-Kits

Robotik-Kits sind hervorragende Werkzeuge, um Computational Thinking praktisch anzuwenden. LEGO Mindstorms ist eines der meistgenutzten Systeme und verfügt über eine visuelle Programmieranwendung, die für jüngere Lernende leicht zugänglich ist. Mit diesem Kit können Schülerinnen und Schüler Roboter bauen und programmieren und dabei Konzepte aus Mechanik, Elektronik und Programmierung anwenden.

Ein weiteres interessantes Kit ist Maqueen, das speziell für die Bildungsrobotik entwickelt wurde. Dieses Kit fördert STEAM-Kompetenzen und unterstützt Innovations- und Kreativprojekte im Unterricht.

Lern-Apps

Es gibt zahlreiche Anwendungen, die helfen, Computational Thinking spielerisch zu entwickeln. Lightbot ist beispielsweise ein Spiel, bei dem Kinder einen Roboter programmieren müssen, damit er bestimmte Felder beleuchtet, und dabei grundlegende Programmierbefehle verwenden.

Code Adventures ist eine weitere Anwendung, die mit Unterstützung von Lehrkräften entwickelt wurde. In 32 Levels lernen Kinder die fünf Grundkategorien der Programmierung kennen, während sie unterhaltsame Rätsel lösen.

Für die Jüngsten ist Code Karts eine ausgezeichnete Option. Diese Anwendung für Kinder ab vier Jahren nutzt Autorennen, um grundlegende Programmierkonzepte und logisches Denken zu vermitteln.

Diese Werkzeuge und Ressourcen helfen Ihnen, Computational Thinking wirksam und unterhaltsam in Ihren Unterricht einzuführen und Ihre Schülerinnen und Schüler auf eine zunehmend digitale Zukunft vorzubereiten.

Fazit

Computational Thinking ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, um das Lernen der Schülerinnen und Schüler im Bildungsumfeld zu stärken. Indem die Entwicklung dieser Fähigkeiten gefördert wird, können Lernende schulische Herausforderungen wirksamer bewältigen und die Kompetenzen erwerben, die sie brauchen, um Probleme der realen Welt anzugehen.

Tauchen Sie in die Welt der Gamification ein, um Computational Thinking zu ergänzen