Robotics in Education: Roboter vermitteln nicht nur Technikverständnis

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Lehrer aus Fleisch und Blut werden auf absehbare Zeit nicht durch Roboter ersetzt werden. Gleichwohl dürfte die Präsenz der mechanischen Gehilfen im Klassenzimmer in den kommenden Jahren mehr und mehr alltäglich werden. Diesen Eindruck vermitteln die Forschungen, die auf der Konferenz Robotics in Education in Sofia diskutiert werden.

Denn Roboter bewähren sich als wirksame Hilfe, um Unterrichtsinhalte zu vermitteln. Das beginnt schon im Grundschulalter, wie Mor Friebroon Yesharim vom israelischen Weizmann Institute berichtete. Die Forscherin hatte einen 12-wöchigen Kurs für Schüler einer zweiten Klasse im Alter von fünf bis sechs Jahren entwickelt, der sie mit grundlegenden Konzepten der Robotik vertraut machen sollte, und war selbst sehr überrascht, wie leicht sich die Kinder damit taten. Ältere Studenten hätten gerade am Anfang oft Probleme mit der Materie.

Malender Roboter

Für die Studie nutzte Yesharim den speziell für die Lehre entwickelten Roboter Thymio. Er sei mithilfe einer visuellen Programmiersprache einfach zu programmieren und vielfältig nutzbar, sagte sie. So könne in die Mitte ein Zeichenstift gesteckt werden, sodass der Roboter durch Bewegungen Bilder malen könne. Pro Klasse standen 10 Roboter zur Verfügung, einmal pro Woche wurde mit ihnen unterrichtet. Zu Beginn jeder Unterrichtsstunde wurde jeweils ein neues Konzept eingeführt, der Lernerfolg am Ende des Kurses mit einem eigens dafür entwickelten Verfahren eingeschätzt, bei dem die Schüler etwa das Roboterverhalten bei Eingabe bestimmter Werte voraussagen sollten. Die Kinder seien sehr engagiert gewesen, versichert Yesharim, hätten Thymio zwischendurch vermisst und waren im Abschlusstest sehr erfolgreich. Lediglich die Aufgabe, ein eigenes Programm zu schreiben, hätte viele überfordert.

Roboter erwecken Algorithmen gewissermaßen zum Leben und sind daher generell gut geeignet, älteren Schülern und Studenten Kenntnisse der Programmierung zu vermitteln. Mehrere Vorträge in Sofia berichteten von solchen Projekten. So nutzte Baransel Baci an der Istanbul Technical University ebenfalls den Thymio, um die Lernerfolge bei der Nutzung visueller und textbasierter Programmiersprachen zu vergleichen. Es zeigte sich, dass zunächst eine visuelle Sprache zu erlenen das Lernen anderer Programmiersprachen messbar erleichtert.

Roboter können auch Kreativität fördern

In vielen Studien ging es um die Vermittlung der klassischen MINT-Kompetenzen, also: Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik. Das pädagogische Potenzial von Robotern muss sich aber nicht darin erschöpfen. Albert Valls von der Ramon Llull University in Barcelona, der von der Einrichtung von Robotik-Unterrichtsräumen in allgemeinbildenden Schulen berichtete, betonte, dass es dabei nicht nur um technische Konzepte gehe. Roboter könnten auch Kreativität und künstlerische Kompetenzen fördern und dabei helfen, die eigenen Aktivitäten im Kontext zu verstehen. Er spreche daher nicht von STEM, der englischen Entsprechung von MINT (Science, Technology, Engineering, Mathematics), sondern von STEAM. Das "A" steht dabei für "Arts" – Kunst.

"Die Schüler und Studenten sollen sich in den Robotern selbst ausdrücken", unterstrich Igor Verner (Technion – Israel Institute of Technology) diesen Aspekt. Er stellte zwei Studien vor, in denen Roboter genutzt wurden, um nicht-technische Inhalte zu vermitteln. Einmal ging es darum, das Prinzip der Kontrolle in biologischen Systemen und Robotern zu vergleichen. Auf diese Weise sollten die Schüler einer mittleren Jahrgangsstufe etwa die Funktion der Iris im Auge besser verstehen, indem sie sie mit Robotiktechnik nachbauten. Auf ähnliche Weise beschäftigten sie sich auch mit dem Verhalten von Sonnenblumen, der Venusfalle oder dem Gang von Kamelen. Der Kurs habe die Fähigkeit, in Analogien zu denken, deutlich gefördert, sagte Verner.

"Dann mag ich Wissenschaft"

In einem weiteren Projekt wurde ein Roboterarm genutzt, um das räumliche Vorstellungsvermögen zu verbessern. Auch hier sei der Erfolg messbar gewesen, erläuterte Verner. Ivaylo Gueorguiev konnte aus dem EU-Projekt ER4STEM ähnliches berichten. Er berichtete von Workshops, die mithilfe von Robotern Kreativität, Kommunikation, Zusammenarbeit und digitales Verständnis fördern sollten. Dafür wurde ein Roboter entwickelt, der sich für 35 bis 50 Euro ohne Werkzeug einfach zusammenbauen und mit visuellen Sprachen programmieren lässt. Bei der Erläuterung der Ultraschallsensoren habe er darauf verwiesen, dass dieses Prinzip in der Natur auch von Delfinen und Fledermäusen genutzt werde. Daraufhin habe ihn ein Mädchen gefragt, ob das Wissenschaft sei. Als er das bejahte, sagte sie: "Dann mag ich Wissenschaft." Die Zusammenarbeit der Kinder habe sich nach 20 bis 30 Minuten in der Regel von selbst ergeben.

Es ist also offenbar nicht damit zu rechnen, dass mit der Zahl der Roboter in Klassenzimmern auch die Zahl der Nerds unter den Schulabgängern steigt. Soziale Kompetenzen könnte etwa der Roboter OPSORO fördern, den Cesar Vandevelde (Ghent University) im Laufe dieses Jahres mit seiner neu gegründeten Firma anbieten will: Der Bausatz soll "das Lego Mindstorm der sozialen Robotik" werden, sagte Vandevelde – ein Roboter, dessen zentrale Fähigkeiten im Bereich der Kommunikation liegen.

Robuster Lernroboter

In eine ähnliche Richtung zielt das Projekt Robobo, das Francisco Bellas (University of Coruña) vorstellte. Es gehe dabei um eine neue Methode für erzieherische Roboter, sagte er. Gängige Roboter seien in ihren Fähigkeiten zu beschränkt und veralteten früher oder später, was die Motivation der Schüler nicht gerade fördere. Mit Robobo soll daher eine mobile Plattform zur Verfügung gestellt werden, die die Schüler mit ihrem Smartphone zu einem vollständigen Roboter ergänzen können. Das ermögliche zahlreiche Anwendungen über Bildverarbeitung, Spracherkennung und Navigation bis hin zur Mensch-Roboter-Interaktion.

Die Plattform ist mit etwa 200 Euro relativ teuer. Das sei unumgänglich, so Bellas, da sie möglichst mehrere Smartphone-Generationen überstehen solle und dafür entsprechend robuste Komponenten benötige. Der Ansatz soll ab September in ausgewählten Schulen getestet werden. Jetzt schon überzeugt waren die Organisatoren der Konferenz, die Bellas dafür den "Best Paper Award" verliehen. (anw)