Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung

Hector Informatikcurriculum: Lass uns programmieren!

Kurs 1: Planeten der Informatik  | Kurs 2: Verstehen wie Computer denken  | Kurs 3: Kreativ am Computer 

Das Curriculum zur Einführung in Informatik und Förderung des informatischen Denkens für begabte Grundschulkinder umfasst drei aufeinander aufbauende Kurse: „Planeten der Informatik“, „Verstehen wie Computer denken“ und „Kreativ am Computer“. Die Kurse basieren auf Kompetenzstandards, die von nationalen und internationalen Forschungs- und Fachinstitutionen insbesondere für Kinder im Grundschulalter im Bereich Informatik empfohlen werden.

Rückfragen und Kontakt

Kristin Funcke
Tel.: 07071/29-76536
E-Mail: info-hkaspam prevention@hib.uni-tuebingen.de

1. Planeten der Informatik

Ziel des Kurses

Der Kurs vermittelt Kindern zentrale Informatikthemen, die sich an den empfohlenen Inhaltsbereichen der Gesellschaft für Informatik e.V. orientieren, wie Daten, Algorithmen, Sprachen und Automaten, Informatiksysteme und den Einfluss von Informatik auf die Gesellschaft.

Kursinhalte

Der Hector Core Course „Planeten der Informatik“ führt Kinder spielerisch durch sieben zentrale Bereiche der Informatik. Auf dem Heimatplaneten lernen sie die Heckis kennen und erwerben Grundbegriffe wie Befehl, Sequenz und Algorithmus – etwa beim Gestalten von Perlenarmbändern oder beim Kressepflanzen. Auf dem Verrückten Planeten navigieren sie mithilfe von Befehlen durch einen Irrgarten. Es folgen weitere Planeten wie Krypto, Automata, Rhytmo, der tanzende und der verzweigte Planet, auf denen Themen wie Verschlüsselung, Automaten, Musik-Algorithmen oder konditionelle Logik erfahrbar werden. Abschließend wenden die Kinder ihr Wissen mit Ozobots an: kleinen Robotern, die sie durch Farbcodes ohne Bildschirm programmieren. Der Kurs kombiniert kreative und haptische Methoden mit fundierten Informatikgrundlagen – ganz im „unplugged“-Format ohne Bildschirme. 

Zielgruppe

Der Kurs „Planeten der Informatik“ richtet sich an besonders begabte und hochbegabte Erst- und Zweitklässler/innen des Programms der Hector Kinderakademien, die selbst einmal einen Schritt in die Welt der Informatik wagen möchten, ohne vor einem Computer zu sitzen.

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2. Verstehen wie Computer denken

Ziel des Kurses

Im Kurs erwerben Kinder durch spielbasierte und problemorientierter Lernmethoden Grundlagen zu Algorithmen und ihren Grundbausteinen wie Sequenzen, Schleifen und Bedingungen. Praxisnah erarbeiten sie Problemlösestrategien und üben das Programmieren von Spielen und den Umgang mit Simulationen und Hardware.

Kursinhalte

Der Kurs „Verstehen, wie Computer denken“ fördert neben dem Interesse an der Informatik gezielt das informatische Denken insbesondere der Grundbausteine Sequenzen, Schleifen, Verzweigungen und Ereignisse. 

Zentrales Element ist das für diesen Kurs entwickelte, lebensgroße analoge Brettspiel „Krabben und Schildkröten“ (Tsarava, Moeller et al., 2019), das aus drei Spielvarianten besteht: Die Schatzsuche, Die Muster und Das Wettrennen. Dabei erfahren die Kinder auf spielerische Weise, dass zentrale Informatikkonzepte auch im analogen Raum anwendbar sind. Hierbei wird neben dem informatischen Denken außerdem die Abstraktionsfähigkeit und die Mustererkennung trainiert, sodass ebenfalls die allgemeine Problemlösefähigkeit der Kinder gestärkt wird. 

Im weiteren Kursverlauf setzen die Kinder ihr Wissen praktisch um, indem sie eigene Spiele, Simulationen und kleine Anwendungen mit der "open-hardware"-Plattform Arduino entwickeln. Für den Kurs werden etwa sechs internetfähige Computer oder Laptops benötigt. 

 

Das im Kurs verwendete Brettspiel „Krabben und Schildkröten“ gewann 2018 den 1. Preis in der Kategorie „Nicht-digitale Spiele“ bei der International Educational Games Competition in Südfrankreich. Die Entwicklerinnen Katerina Tsarava und Luzia Leifheit erhielten zudem den 1. Preis in der Endrunde des Wettbewerbs. 

Zielgruppe

Der Kurs „Verstehen wie Computer denken“ richtet sich an besonders begabte und hochbegabte Dritt- und Viertklässler/innen des Programms der Hector Kinderakademien, die selbst einmal etwas programmieren möchten und verstehen wollen, wie Computerprogramme funktionieren.

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3. Kreativ am Computer

Ziel des Kurses

Kinder lernen grundlegende Programmierkonzepte wie Schleifen und bedingte Verzweigungen, entwerfen einfache Programme und nutzen grafisches Feedback zur kreativen Problemlösung beim Zeichnen mit geometrischen Formen.

Kursinhalte

Der Kurs fördert das Interesse an Informatik durch das spielerische Erlernen der Programmiersprache Python. Die Kinder entdecken die Grundbausteine des Programmierens und setzen diese kreativ um, indem sie mit dem Grafikmodul „turtle.py“ eigene geometrische Kunstwerke gestalten. Das gesammelte theoretische Wissen wird schrittweise erweitert und in praktischen Aufgaben angewendet – zunächst block-, später zunehmend textbasiert. Zum Einsatz kommt die duale Programmierumgebung BlockPy (Bart et al., 2017), die den flexiblen Wechsel zwischen Block- und Textprogrammierung ermöglicht. Der Kurs ist sowohl online als auch in Präsenz durchführbar; benötigt wird pro Kind ein Computer mit Maus, Tastatur und Internetzugang.

Zielgruppe

Der Kurs „Kreativ am Computer“ richtet sich an besonders begabte und hochbegabte Viertklässler:innen des Programms der Hector Kinderakademien, die selbst in einer textbasierten Programmiersprache programmieren und kreativ werden möchten. Empfohlen werden Vorkenntnisse der Informatik wie zum Beispiel durch den Besuch des Kurses "Verstehen wie Computer denken" oder anderweitig erworbene Programmierkenntnisse zum Beispiel in Scratch.

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Was macht diesen Kurs besonders wichtig?

"Unsere Vision ist es, begabten Grundschulkindern die Welt des Programmierens spielerisch, kreativ und sinnvoll zu eröffnen. Da Programmieren oft mit unsichtbaren Prozessen wie Schleifen und Bedingungen arbeitet, machen wir diese durch Spiele, praktische Aktivitäten und Alltagsbeispiele sichtbar. So wird Programmieren nicht nur als Codieren verstanden, sondern auch als logisches Denken, Problemlösen, Abstrahieren und kreativer Ausdruck", sagen Dr. Katerina Tsarava, Katrin Kunz und Jana Wacker.

Publikationen zum Informatikcurriculum

Open Educational Resources

Zeitschriftenartikel

  • Tsarava, K., Moeller, K., Román-González, M., Golle, J., Leifheit, L., Butz, M. V., & Ninaus, M. (2022). A cognitive definition of computational thinking in primary education. Computers & Education, 179, 104425. https://doi.org/10.1016/j.compedu.2021.104425
  • Tsarava, K., Moeller, K., & Ninaus, M. (2018). Training computational thinking through board games: The case of Crabs & Turtles. International Journal of Serious Games, 5(2), 25-44. https://doi.org/10.17083/ijsg.v5i2.248

Konferenzbeiträge

  • Nutz, M., Kunz, K., & Tsarava, K. (2024, May). Development and Empirical Assessment of an Intervention on the Internet's Structure and Functioning for Third and Fourth Graders. In 2024 IEEE Global Engineering Education Conference (EDUCON) (pp. 01-10). IEEE. https://doi.org/10.1109/EDUCON60312.2024.10578725
  • Kunz, K., Moeller, K., Ninaus, M., Trautwein, U., & Tsarava, K. (2023, September). Making the Transition to Text-Based Programming: The Pilot Evaluation of a Computational Thinking Intervention for Primary School Students. In Proceedings of the 18th WiPSCE Conference on Primary and Secondary Computing Education Research (pp. 1-6). https://doi.org/10.1145/3605468.3609770
  • Tsarava, K., Ninaus, M., Hannemann, T., Volná, K., Moeller, K., & Brom, C. (2020, November). Fostering knowledge of computer viruses among children: The effects of a lesson with a cartoon series. In Proceedings of the 20th Koli calling international conference on computing education research (pp. 1-9). https://doi.org/10.1145/3428029.3428033
  • Leifheit, L., Tsarava, K., Ninaus, M., Ostermann, K., Golle, J., Trautwein, U., & Moeller, K. (2020, June). SCAPA: Development of a questionnaire assessing self-concept and attitudes toward programming. In Proceedings of the 2020 ACM Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education (pp. 138-144). https://doi.org/10.1145/3341525.3387415
  • Leifheit, L., Tsarava, K., Moeller, K., Ostermann, K., Golle, J., Trautwein, U., & Ninaus, M. (2019, October). Development of a questionnaire on self-concept, motivational beliefs, and attitude towards programming. In Proceedings of the 14th Workshop in Primary and Secondary Computing Education (pp. 1-9). https://doi.org/10.1145/3361721.3361730
  • Tsarava, K., Leifheit, L., Ninaus, M., Román-González, M., Butz, M. V., Golle, J., ... & Moeller, K. (2019, October). Cognitive correlates of computational thinking: Evaluation of a blended unplugged/plugged-in course. In Proceedings of the 14th workshop in primary and secondary computing education (pp. 1-9). https://doi.org/10.1145/3361721.3361729
  • Tsarava, K., Moeller, K., & Ninaus, M. (2019). Board games for training computational thinking. In Games and Learning Alliance: 7th International Conference, GALA 2018, Palermo, Italy, December 5–7, 2018, Proceedings 7 (pp. 90-100). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11548-7_9
  • Tsarava, K., Moeller, K., Pinkwart, N., Butz, M., Trautwein, U., & Ninaus, M. (2017, October). Training computational thinking: Game-based unplugged and plugged-in activities in primary school. In European conference on games based learning (pp. 687-695). Academic Conferences International Limited.

Dissertationen

Masterarbeiten

  • Jana Wacker (M.Ed.), “Fehlkonzepte von Grundschulkindern im Hochbegabtenprogramm der Hector Kinderakademien zu den algorithmischen Grundbausteinen Sequenz, Schleife und bedingter Verzweigung”, (2024). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Butz; Co-supervision: K. Kunz, K. Tsarava)
  • Falk Saur (M.Ed.), “Frühe Bildung in allen Themen der Informatik mit Ausnahme des Programmierens - Analyse der vorhandenen Kurse und Vergleich mit den deutschen Bildungsplänen”, (2023). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Grust; Co-supervision: K. Tsarava)
  • Mareike Nutz (M.Ed.), “Entwicklung und empirische Untersuchung einer Intervention zum Aufbau und der Funktionsweise des Internets mit Dritt- und Viertklässlern”, (2022). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Kasneci; Co-supervision: K. Tsarava)
  • Allmuth Junga (M.Sc.), “Associations of Computational Thinking, Creativity, and computational Creativity”, (2022). Faculty of Economics and Social Sciences, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Nagengast; Co-supervision: K. Tsarava, A.-K. Jaggy)
  • Xenia Stein (M.Sc.), “Evaluation eine digitalen Variantedes HCC ”Fit f ̈ur dieMathematik-Olympiade”, (2022). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Golle; Co-supervision: K. Tsarava)
  • Steffanie Otto (M.Sc.), “Validierung des „Beginners Computational Thinking Test” in seiner deutschen Version”, (2022). Faculty of Economics and Social Sciences, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Trautwein; Co-supervision: K. Tsarava)

Bachelorarbeiten

  • Philipp Wagner (B.Ed.), “Die Einfuehrung von Kuenstlicher Intelligenz an Schulen im Primarbereich”, (2023). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Hennig; Co-supervision: K. Tsarava)
  • Sophie Gentner (B.Sc.), “Computational Thinking in der Grundschule – Evaluation eines Unplugged-Kurses für die 1. und 2. Klasse”, (2022). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Kasneci; Co-supervision: K. Tsarava)
  • Moritz Werner (B.Sc.), “Computational Thinking in Beziehung zu seinen verwandten psychologischen Konstrukten”, (2020). Faculty of Science, University of Tübingen. (Supervision: Prof. Dr. Möller; Co-supervision: K. Tsarava)

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