Ein Blick in den Computer

Diese Unterrichtsreihe ist für die Informatik an Grundschulen konzipiert. Sie thematisiert die Bauteile eines Computers und deren Zusammenspiel, um den Lernenden einen Einblick in das sonst als "BlackBox" erscheinende Informatiksystem "Computer" zu gewähren.

Oft werdem technische Geräte und deren Funktionen als selbstverständlich angenommen und das Wissen hinter dem sichtbaren Monitor fehlt. So können Kinder schnell eine Fehlvorstellung der Computerabläufe erhalten, wie bspw. die Vorstellung, dass der Computer einen Eigenwillen besitzt. Durch das Erarbeiten der mechanischen Abläufe im Computer wird das Bewusstsein geschaffen, dass Computer beherrschbar sind.

Ziel der Unterrichtsreihe

Ziel des Moduls ist, den (kritischen) Blick der Kinder für die Vielfalt der Computerwelt zu schärfen und ein fundamentales Wissen über Computersprache und -komponenten zu vermitteln. Durch selbstständiges Gestalten und spielerische Komponenten lernen die Kinder die Relevanz in der heutigen Gesellschaft sowie den inneren Aufbau von Informatiksystemen kennen. Der spielerische sowie gemeinschaftliche Ansatz weckt die intrinsische Motivation des Kindes. Das Kind kann sich als kompetent sowie autonom erleben und befindet sich im sozialen Austausch in der Klasse. Dieser Ansatz eignet sich vor allem in der Grundschule und ermöglicht so einen frühzeitigen Zugang zur Informatik.

Zu erwerbende Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler …

• (C-K1) unterscheiden Gegenstände mit integriertem Computer von Gegenständen ohne Computer und kategorisieren diese.
• (C-K2) ordnen Beschreibungen den Abbildungen der Computer-Komponenten zu.
• (C-K3) ordnen die Bauteile den richtigen Steckplätzen im Papierlaptop zu.
• (C-K4) erklären die Kommunikation zwischen den Bauteilen eines Computers.
• (C-K5) werten UND- und ODER-Aussagen aus.
• (C-K6) erarbeiten den Begriff der künstlichen Intelligenz.
• (C-K7) verknüpfen das erworbene Wissen über Computer mit Berufen.
• (C-K8) reflektieren die Notwendigkeit von Computern in der Arbeitswelt.
• (C-K9) beziehen ihr Wissen über Computer und künstliche Intelligenz auf ihre eigene Umwelt.

Diese Kompetenzen finden Anknüpfungspunkte an die Informatik Standards für die Primarstufe der GI.

Ablauf der Unterichtsreihe

Thema der Einheit	Kurzbeschreibung	Zeit (ca.)
Einführung „Die Vielfalt der Computerwelt“	Die SuS schauen sich unterschiedliche Alltagsgegenstände/Gebrauchsgegenstände an und reflektieren, ob in diesen Computer zu finden sind.	1 Stunde
Einheit 1 „Wir bauen unseren eigenen Laptop“	Die SuS lernen die Komponenten eines Computers kennen und basteln einen eigenen Laptop.	1 Doppel-stunde
Einheit 2 „Was passiert innerhalb des Computers?“	Die SuS können Prozesse im Computer nachvollziehen und stellen einen typischen Ablauf der Computerkomponenten im Rollenspiel dar.	1 Doppel-stunde
Einheit 3 Strom aus – Strom an „Wie spricht der Computer“	Die SuS lernen Logikgatter im Computer kennen und können zwischen falschen und richtigen Aussagen unterscheiden.	1 Stunde
Reflexion/ Ausblick Berufe, Computer und künstliche Intelligenz “Kann der Computer den Menschen ersetzen?”	Die SuS erkennen, dass Computer in ihrer Umwelt allgegenwärtig sind und denken darüber nach, wie weit Aufgaben z.B. in der Berufswelt von Computern übernommen werden können. Die SuS reflektieren die Möglichkeiten eines Computers, sie denken über die künstliche Intelligenz nach und argumentieren, ob ein Computer den Menschen vollkommen ersetzen kann.	1 Doppel-stunde

Einführung

Handlungsschritte	Materialien/Medien
Vorbereitend: Die SuS erhalten den Auftrag von zu Hause einen Lieblingsgegenstand/-spielzeug mitzubringen. Der Auftrag sollte so gestellt sein, dass elektronische Gegenstände mitbedacht werden. Einstieg im Stuhlkreis (Hinführung zum Thema): In die Mitte werden die mitgebrachten Gegenstände ausgelegt und betrachtet. Die Lehrkraft kann weitere Gegenstände und/oder die Bildkarten in der Mitte auslegen, um das Gespräch in die Richtung „Vorkommen von Computern in Gegenständen“ zu lenken.	·       Mitgebrachte Gegenstände ·       Ideenkarten ·       Computer-gesteuerte und nicht computer-gesteuerte Gegenstände
Einführung in das neue Thema: Das neue Thema (Welt der Computer) wird genannt. Die Kinder sollen sich zum Begriff „Computer“ äußern. Sie sollen darüber nachdenken, wo und wann sie Computern begegnen.  Dabei soll die Lehrkraft klarstellen, dass unter Computer nicht nur der bekannte PC oder Laptop gemeint ist.
Arbeitsphase I: Die SuS denken über einen möglichen Zusammenhang zwischen Computern und den ausliegenden Gegenständen nach. Folgender Impuls kann gegeben werden: „Die vorliegenden Gegenstände können in zwei Kategorien unterteilt werden.“ Die SuS sollen die Gegenstände und Bildkarten bezogen auf das neue Thema in zwei Kategorien sortieren und ihre Einordnung begründen.
Die Lehrkraft führt in die Vielfalt der Computerwelt ein. Es wird erklärt, dass Computer nicht nur in einem Desktop Computer/Laptop zu finden sind. Es werden Beispiele genannt, dabei werden die Gegenstände in der Mitte mit aufgegriffen.
Arbeitsphase II/Reflexion: Die SuS kommen in ein Gespräch zu ihren Erfahrungen mit Computern. Mögliche Impulse: o   Welchen Computern bist du in letzter Zeit begegnet? o   Wann benutzt du einen Computer?

Einheit 1: „Wir bauen unseren eigenen Laptop“

Handlungsschritte	Materialien/Medien
Einstieg: Die Lehrkraft stellt den SuS das Thema vor: „Blick in das Innere eines Computers“ und erklärt, dass ein Computer immer bestimmte Bauteile benötigt, um zu funktionieren. Es werden die Komponenten: Mainboard, CPU, RAM, Festplatte und GPU sowie die entsprechenden Bilder unsortiert an die Tafel geheftet.	Begriffskarten Bildkarten 5 Computer-komponenten
Arbeitsphase I: Die Kinder sollen das AB „Die Computerbauteile stellen sich vor“ selbstständig bearbeiten. Zur Hilfe liegen im Klassenraum Hilfszettel aus. Anschließend werden die Bilder und Namen der Komponenten an der Tafel richtig sortiert, sodass alle Kinder ihre Zuordnung abgleichen können (Vordrucke Komponenten).	AB 1 Tippkarten
Arbeitsphase II Die SuS erhalten eine Bauanleitung und werden in den Arbeitsverlauf eingeführt. Mit der Bauanleitung sollen die SuS selbstständig arbeiten.	Bauanleitung
Mögliche Hausaufgabe: Das selbstständige Ausfüllen der Tastatur kann vorab als Hausaufgabe aufgegeben werden.	Vorlage 4
Zu Arbeitsphase II: Anhand von drei Arbeitsschritten bauen die Kinder ihren eigenen Laptop.  Die Kinder werden in die Arbeitsphase eingeführt. In der Klasse liegen zwei Stationen aus, die nacheinander zu bearbeiten sind. Das benötigte Arbeitsmaterial muss von der Lehrkraft sichtbar im Klassenraum ausgelegt werden. Zusätzlich zu den Vorlagen können Musterlösungen ausliegen, sodass die Kinder selbständig kontrollieren können, ob ihre Komponenten korrekt zugeordnet wurden.	Kopiervorlage 1-4 Buntstifte Musterlösungen
Reflexion: Nachdem alle Kinder ihren Laptop erstellt haben, dürfen sie ihren Laptop vorstellen: Sie nennen den Firmennamen und dürfen sich überlegen, wofür der Laptop genutzt wird. * Die SuS können sich zu folgenden Leitfragen äußern: ·       Was sind die Besonderheiten deines Laptops? ·       Welchen Firmennamen hast du dir für deinen Laptop ausgedacht? ·       Was hat dir beim Basteln besonders Spaß gemacht? ·       Zeigt euren Mitschülern das Logo auf der Rückseite des Laptops	Fertig gebastelte Laptops

Einheit 2: „Was passiert innerhalb des Computers?“

Handlungsschritte	Materialien/Medien
Einstieg/ Überleitung: Als Überleitung zu den gebastelten Laptops, kann thematisiert werden, was im Computer vorgeht, um dies Programm auf dem Bildschirm anzuzeigen. Die SuS werden zuerst gefragt, wie sie am Computer handeln, um ein bestimmtes Programm/Bild/... zu öffnen. Meistens geschieht dies, indem man auf ein Icon klickt, um das Programm dahinter zu öffnen. Dann werden die SuS nach ihren Vorstellungen gefragt, wie es vom Klick zum Anzeigen des Programms/Bilds/... kommt. Die Vorstellungen werden offen im Raum stehengelassen und es wird das Rollenspiel eingeleitet, mit dem dieser Prozess verdeutlicht werden soll.	gebastelte Laptops der SuS
Rollenspiel vorbereiten: Die Klasse wird in drei etwa gleichstarke Gruppen aufgeteilt. In einem Rollenspiel sind acht Rollen vorgesehen. ·       Wenn mehr Kinder in einer Gruppe sind, sollten sich mehrere Kinder die Rolle des “Spielleiters” teilen, da die Rollenbeschreibung dazu sehr komplex wirkt. ·       Wenn weniger Kinder in einer Gruppe sind, können kleine Rollen zusammengelegt werden. Hierfür bietet es sich an, “Nutzer” und “Maus” zusammenzulegen. Ebenfalls können “Grafikkarte” und “GPU” von einem Kind übernommen werden. Jede Gruppe legt einen Spielleiter fest. Alternativ kann dies durch die Lehrkraft erfolgen. Arbeitsauftrag: Der Spielleiter erhält die gefüllte Festplattenkiste sowie den Umschlag mit den weiteren Materialien. Er verteilt die Rollenkarten an seine Gruppenmitglieder und die Gruppe bekommt ca. 20 Minuten Zeit, das Rollenspiel selbstständig durchzuspielen. Danach soll die Gruppe das Rollenspiel vorspielen.	Materialien für 3 Rollenspiele
Rollenspiel vorspielen Jede Gruppe spielt sein Rollenspiel vor und die anderen Kinder beobachten ihre Mitschüler dabei. Arbeitsauftrag (Beobachtungsaufgabe): Welche Handlung soll der Computer in dem Rollenspiel für den Nutzer ausführen? Fallen dir Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu deinem eigenen Spiel auf?
Rollenspiel besprechen Nachdem die SuS die Rollenspiele gesehen haben, werden die beiden Beobachtungsaufgaben besprochen. Die Gemeinsamkeit unter den Spielen ist der allgemeine Ablauf, die Unterschiede sind die Programme und Dateien, die genutzt werden, sowie das Icon, auf den der Nutzer zu Beginn drückt und der Bildschirm, der zum Schluss erscheint. Vertiefend kann die Frage gestellt werden, ob man die Rolle des Spielleiters in einem echten Computer auch wiederfindet. Hier werden verschiedene Antworten der SuS erwartet. Jedoch sollte herausgestellt werden, dass die Bauteile immer wissen, was zu tun ist und keinen Spielleiter brauchen, der ihnen weiterhilft, da sie nicht vergessen.
Transfer Zum Abschluss der Unterrichtsstunde kann die Frage gestellt werden, wie sich die SuS einen allgemeinen Ablauf in einem Computer vorstellen können (indem sie von den Beispielen in den Rollenspielen abstrahieren) und inwiefern ihre Vorstellungen, die sie zu Beginn der Stunde geäußert haben, zutreffen/ korrekt waren.

Einheit 3: Strom aus – Strom an: „Wie spricht der Computer?“

Handlungsschritte	Materialien/Medien
Einstieg: Bevor auf die Logikgatter eingegangen wird, thematisiert die Lehrkraft unterschiedliche Logikaussagen (siehe Beispieltabelle unten). Die SuS sollen entscheiden, ob unterschiedliche Und-/Oder*-Aussagen wahr oder falsch sind. Dann können die Kinder eigene Beispielaussagen finden, die in der Klasse bewertet werden. Hier soll die Lehrkraft darauf achten, dass sie wie folgt antworten: “Diese Aussage ist wahr.”/”Diese Aussage ist falsch.” *Eine Oder-Aussage ist wahr, wenn mindestens eine der Teilaussagen wahr ist.	Beispieltabelle Gegenstände z.B. Stifte (s.u.)
Arbeitsphase Ähnlich zu den Beispielen läuft es auch im Inneren des Computers ab, indem unterschiedliche Signale bewertet werden. Die CPU erhält Stromsignale (Aussagen) anhand derer sie entscheiden kann, ob Strom weiterfließt (WAHR) oder kein Strom fließt (FALSCH). Bevor die SuS das Arbeitsblatt bearbeiten, wird ein Beispiele zu Und-/Oder-Verknüpfungen analog zum AB gemeinsam besprochen (vgl. Kopiervorlage M2).	M2 “Kopiervorlage Lehrer” AB3 “Meine Lampe leuchtet”
Reflexion Gemeinsamer Vergleich des Arbeitsblattes Hinweis: Im Computer werden solche Verknüpfungen sehr häufig hintereinander gereiht, sodass komplizierte Berechnungen möglich sind. Vertieft sollte behandelt werden: Bei einer ODER-Verknüpfung ist die Aussage viel häufiger WAHR, als bei einer UND-Verknüpfung.

Ausblick/ Reflexion: Berufe, Computer und künstliche Intelligenz

Handlungsschritte	Materialien/Medien
Einstieg: Es soll das Berufe-Wissen der Kinder aktiviert werden. Jedes Kind erhält ca. 3 Streifen, auf die es bekannte Berufe groß aufschreiben soll. Im Anschluss werden die Streifen gesammelt und an der Tafel geclustert. Es entsteht eine Diskussionsrunde über die Berufe. Die Kinder sollen ihre Meinung äußern, ob in dem entsprechenden Berufsfeld mit der Hilfe von Robotern/Computern gearbeitet wird.	Tafel, Papier
Verbindung zur Einführungsstunde: Als Reflexion wird anschließend die Verbindung zur Einführungsstunde hergestellt. Viele der Systeme aus den angesprochenen Berufen sehen anders aus, als ein Laptop/Desktopcomputer, bedienen sich aber einem ähnlich aufgebauten Prinzip. Es soll ein Bewusstsein dafür geschaffen werden, dass man im Alltag vielen Computern begegnet und nicht nur den bekannten Laptops/Desktopcomputern.
Arbeitsphase: Als weiterer Aspekt kann in Bezug auf die Systeme, die in Berufen vorkommen, das Thema “Künstliche Intelligenz” thematisiert werden. Den Kindern wird ein Artikel gegeben, vertieft kann ein Video gezeigt werden (siehe Videovorschläge 5.4).	AB4 „Lexikonartikel Künstliche Intelligenz”
Reflexion: Die Kinder sollen im Austausch über folgende Frage reden: Könnt ihr euch vorstellen, dass euer Freund ein Roboter mit künstlicher Intelligenz ist?