Wenn Kinder selbst programmieren/Code schreiben, dann
– begreifen sie die Abstraktionen, die den Kern der Mathematik darstellen
– modellieren sie dynamisch mathematische Konzepte und Beziehungen
– gewinnen sie Selbstvertrauen in ihre Fähigkeiten und ihr Wirken als Mathematiklernende“

Bescherer & Fest, 2019, S. 118

Auf dieser Seite erläutern wir unseren ersten Ansatz einer lokale Instruktionstheorie. Diese fasst nach dem Design Research Paradigma sämtliche für den thematischen Rahmen relevanten Theoriebezüge zusammen und projiziert sie auf die Intervention. Dabei bleibt sie nicht starr, sondern entwickelt sich im Forschungsprozess weiter. Die Entwicklung der Lernumgebung geht also parallel mit der Optimierung der lokalen Instruktionstheorie einher, der Forschungsprozess wird theorieemergent.

An dieser Stelle möchten wir unsere Grundpositionen stichwortartig darlegen, die Eingang in die lokale Instruktionstheorie gefunden haben.

  • Grundsätzlich hat sich der Zug der Digitalisierung in den (Grund-)schulen auf die Überholspur gesetzt, nicht zuletzt aus den Erfahrungen im Distanzlehren während der COVID-19 Pandemie. Dies trifft aber vor allem auf die prospektierte technische Ausstattung zu. Didaktiker*innen aller Fächer – für unser Projekt wichtig vor allem die der Informatik und Mathematik – reklamieren eine große Forschungslücke und damit einen großen Forschungsbedarf, wie digitale Medien – hier im speziellen kindgerechte Programmierumgebungen – sinnvoll in einem (Mathematik-)Unterricht eingesetzt werden, der Problemlösen und konstruktive Zugänge als nachhaltig ansieht.
  • Zumindest Grundideen der Informatik, die in der Grundschule thematisiert werden sollten, hat die Didaktik der Informatik bereits formuliert (vgl. Best et al., 2019). Zudem fordern erste Bundesländer bereits curriculare Inhalte. Nordrhein-Westfalen nennt im lehrplan-ähnlichen ‚Medienkompetenzrahmen NRW‘ etwa „Algorithmische Muster und Strukturen in verschiedenen Kontexten erkennen, nachvollziehen und reflektieren“ sowie „eine strukturierte, algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen“ (Medienberatung NRW., o. J.). Da in der Grundschule kein eigenständiges Fach Informatik existiert, liegt es nahe, dass algorithmische Strukturen auch und besonders im Fach Mathematik verortet sein könnten. Die Fachdidaktiken sind nun aufgefordert, über die Entwicklung tragfähiger Aufgabenbeispiele diesen Bereich in die Praxis zu implementieren.
  • Wenngleich der Forschungsbedarf als hoch ausgewiesen wird, so gibt es erste empirische Studien, die wir im vorliegenden Projekt in den Referenzrahmen einbeziehen:
    • Aus der Didaktik der Informatik der Technischen der Universität München liefert eine dem Design Research verpflichtete Studienreihe von Geldreich et al. (stellvertretend: Geldreich et al., 2019) einen empirisch erprobten, an den Grundideen der Informatik orientierten und an konstruktivem Lernen orientierten Programmierkurs für Grundschüler*innen der Klassen 3/4, allerdings an einem außermathematischen Thema.
    • Bescherer & Fest (2019) aus der Didaktik der Mathematik der PH Ludwigsburg liefern Erfahrungen aus einer ebenfalls empirischen Design Research Studie, die eine Programmierumgebung mit elementaren mathematischen Themen ebenfalls für Kinder der Klassen 3 und 4 erprobte.
    • Schwätzer (2018) erprobte Programmierumgebungen in Arbeitsgemeinschaften an einer Grundschule und erarbeitete dazu vor allem eine Reihe von algorithmischen Themen u.a. aus Arithmetik und Geometrie in der Reichweite von Grundschüler*innen im gleichen Alter.
  • Alle drei genannten Studien setzen nicht nur auf entdeckendes Lernen innerhalb der Programmierumgebung Scratch, sondern auch auf ‚unplugged‘ Programmieren als wichtigen Baustein, wenngleich in unterschiedlichen Bereichen – während Schwätzer zunächst ‚unplugged‘ algorithmische Mathematik mit den Kindern betreibt, und diese dann in Programmstrukturen übersetzen lässt, steht ‚unplugged‘ Programmieren bei ersteren vor allem für den Einstieg in informatische Grundideen.
  • Zudem scheint ‚pair-programming‘, also Programmieren in Partnerarbeit, ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg zu sein, wie nicht nur die beiden ersteren Studien herausstellen, sondern auch in einer quantitativ empirischen Studie (vgl. Iskrenovic-Momcilovi, 2019) nachgewiesen wurde.
  • Darüber hinaus enthalten alle Bezugsstudien wichtige Elemente geeigneten Scaffoldings, um den Kindern die problemlösende Umsetzung algorithmischer Strukturen in der Programmierumgebung zu ermöglichen.
  • Keine uns bekannte Studie hat sich dagegen mit der Nutzung fertiger, durch Kinder selbst erstellter Programme als Werkzeug für mathematische Erkenntnisse tiefergehend beschäftigt. Wenngleich diese Idee von Bescherer & Fest (2019) angedacht ist, so lieferte diese Studie hier keine Ergebnisse, sondern reklamiert weiteren Forschungsbedarf.

Aus diesem Referenzrahmen heraus wollen wir einen empirisch erprobten Programmierkurs entwickeln, der neben der Umsetzung mathematisch-algorithmischer Strukturen in Programme auch das Ziel hat, mit den fertigen Programmen dann wieder Forscherfragen in der Mathematik beantworten zu lassen. Dieser wird auf der Seite Programmierkurs näher beschrieben. Zudem soll durch die Erforschung dieser Lernumgebung der genannte Referenzrahmen und die von uns aufgestellte lokale Instruktionstheorie weiterentwickelt und zur Diskussion gestellt werden.


Literatur:

  • Bescherer, C. & Fest, A. (2019). Mathematik und informatische Bildung. Programmieren mit Scratch. (Medien-pädagogik interdisziplinär. 12). In T. Junge & H. Niesyto (Hrsg.), Digitale Medien in der Grundschullehrerbil-dung. Erfahrungen aus dem Projekt dileg-SL (S. 117–130). München: kopaed.
  • Best, A., Borowski, C., Büttner, K., Freudenberg, R., Fricke, M., Haselmeier, K. et al. (2019, Februar 7). Kompetenzen für informatische Bildung im Primarbereich. Zugriff am 30.10.2020. Verfügbar unter: http://dl.gi.de/handle/20.500.12116/20121
  • Geldreich, K., Simon, A. & Hubwieser, P. (2019). Design-Based Research als Ansatz zur Einführung von Algorithmik und Programmierung an bayerischen Grundschulen ; A Design-Based Research Approach for introducing Algorithmics and Programming to Bavarian Primary Schools. MedienPädagogik: Zeitschrift für Theorie und Praxis der Medienbildung, 33, 53–75.
  • Iskrenovic-Momcilovic, O. (2019). Pair Programming with Scratch. Education and Information Technologies, 24(5), 2943–2952.
  • Medienberatung NRW. (o. J.). Medienkompetenzrahmen NRW. Zugriff am 6.11.2020. Verfügbar unter: https://medienkompetenzrahmen.nrw/
  • Schwätzer, U. (2018). Programmieren in der Grundschule: Erfahrungen | Scratch-Codes | Tipps & Tricks.