Unterrichtliche Umsetzung der Sensorik in der Handhabungstechnik mit Festo Robotino®

Inhaltsverzeichnis

1 Problemstellung
1.1 Bezug zum Modul
1.2 Bezug zu den Ausbildungsstandards
1.3 Vorstellung der Leitfrage
1.4 Vorstellung der Unterrichtsziele

2 Unterrichtspraxis
2.1 Didaktische Überlegungen
2.1.1 Curriculare Vorgaben
2.1.2 Einbindung der Einheit in den laufenden Unterricht
2.1.3 Rahmenbedingungen
2.1.4 Zur Klasse
2.2 Methodische Überlegungen
2.2.1 Planung der Unterrichtseinheit
2.2.2 Bewertung der arbeitsteiligen Projektarbeit
2.3 Verlauf der Unterrichtseinheit

3 Evaluation und persönliches Resümee
3.1 Methoden der Evaluation
3.2 Ergebnisse und Auswertung
3.3 Überprüfung der Leitfrage und der Unterrichtsziele
3.4 Persönliches Resümee und Schlussfolgerungen für die Unterrichtspraxis

Literaturverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Geplanter Verlauf der Unterrichtseinheit

Tabelle 2: Ergebnisse zur Frage „Das hat mir besonders gut oder gar nicht gefallen:“

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Robotino®

Abbildung 1: Robotino®

Abbildung 2: BewertungsrasterArbeitsprozess

Abbildung 3: Auswertung der Items des Fragebogens

1 Problemstellung

Voranschreitende wirtschaftliche und technologische Entwicklungen begründen Veränderun­gen in der Organisationsentwicklung der Unternehmen und damit die Veränderungen in der Ar­beitsorganisation jedes einzelnen Arbeitnehmers. Diese Veränderungen erfordern bei den Be­schäftigen Kenntnisse über die Prozesse bei der Abwicklung von Kundenaufträgen. Jugendliche, die heute eine Berufsausbildung abschließen, müssen daher nicht nur mit fundierter Fach­kompetenz ausgestattet sein, sondern auch auf eine solide Ausbildung ihrer persönlichen Kom­petenzen bauen können, damit sie auch zukünftig geforderte Qualifikationen erlernen können.

„Die Berufsausbildung hat die fürdie Ausübung einer qualifizierten beruflichen Tätigkeit in ei­nersich wandelnden Arbeitswelt notwendigen beruflichen Fertigkeiten, Kenntnisse und Fähig­keiten (berufliche Handlungsfähigkeit) in einem geordneten Ausbildungsgang zu vermitteln. Sie hat fernerden Erwerb dererforderlichen Berufserfahrungen zu ermöglichen“. (BMBF 2005, Teil l,§1,Abs.3,S.4)

Die Herausbildung beruflicher Handlungsfähigkeit ist das Leitziel der beruflichen Bildung (vgl. auch KMK 2003, 4), die neben beruflichen Fertigkeiten und Kenntnissen auch die beruflichen Fä­higkeiten, sich in einer wandelnden Arbeitswelt zurechtzufinden, mit einschließt. Durch die Be­rufsausbildung soll eine reflexive Handlungsfähigkeit, die über die reine Qualifikationsaneignung hinaus geht (vgl. Gerlach 2008, S. 1), herausgebildet werden. Dabei wird Reflexivität in diesem Fall als die bewusste, kritische und verantwortungsvolle Einschätzung und Bewertung von Hand­lungen basierend auf Erfahrungen und Wissen verstanden. Auch laut Lehrplan soll im Unterricht, „eine Berufsfähigkeit [vermittelt werden], die Fachkompetenz mit allgemeinen Fähigkeiten huma- nerund sozialer Art verbindet“ (KMK 2003, S. 4).

Dieses Ziel erfordert eine Pädagogik, welche die Handlungsorientierung betont, und Lernsitua­tionen, die eine vollständige Handlung abdecken. Zu einer vollständigen Handlung gehört neben dem Planen und dem Durchführen auch die Beurteilung der Arbeit (Reflexivität). Solch eine voll­ständige Handlung zeigt sich idealtypischer Weise bei der Projektarbeit¹.

Aufgrund dieser Überlegungen liegt dieser Hausarbeit ein vollständiger Arbeitsprozess über 16 Unterrichtsblöcke zugrunde, bei dem die Gestaltungskompetenz der Schülerinnen und Schüler² gefördert werden soll. Denn erst, wenn die berufliche Handlungsfähigkeit zu einer umfassenden Gestaltungskompetenz erweitert wird, indem neben der Berufswelt auch die Lebenswelt einbe­zogen (vgl. Rauner 2006) und somit neben der Fachkompetenz auch die Sozial- und Personal­kompetenzen ausgebildet werden, kann derWandel derArbeitswelt bewältigt werden.

Die Veränderungen der Arbeitsorganisation haben die Forderung der Unternehmen nach Pro­jektkompetenzen³ mit sich gebracht (vgl. Kassner 2009, S. 16). ln immer mehr Arbeitsbereichen wird in Projekten gearbeitet und fast immer wird Arbeit heute in Teams durchgeführt. Technische Entwicklungen sind aufgrund ihrer Komplexität heute meistens das Produkt des Projektes eines Teams, in dem mit Hilfe unterschiedlicher Spezialisierungen arbeitsteilig gearbeitet wird. Trotz­dem ist der Projektgedanke in der Pädagogik nicht neu. Seit der Grundlegung des amerikani­schen Pädagogen Dewey⁴ (1859-1952) hält die Projektarbeit immer mehr Einzug in den schuli­schen Kontext und ist als handlungsorientierte Unterrichtsmethode etabliert. „Projektunterricht steht bei allen Formen handlungsorientierter schulischer Lernarbeit, die sich am Kriterium der Ganzheitlichkeit menschlichen Lernens orientieren, ganz oben an.“ (Gudjons 2001, S. 113) Die Definition von projektorientiertem Lernen von Frey gibt den Projektgedanken der Pädagogik sehr passend wieder und verdeutlicht, dass das „Handeln-Lernen“ im Mittelpunkt steht:

„Die Projektmethode ist ein Weg zur Bildung. Sie ist eine Form der lernenden Betätigung, die bildend wirkt. Entscheidend dabei ist, dass sich die Lernenden ein Betätigungsgebiet vorneh­men, sich darin über die geplanten Betätigungen verständigen, das Betätigungsgebiet entwi­ckeln und die dann folgenden verstärkten Aktivitäten im Betätigungsgebiet zu einem sinnvol­len Ende führen. Oft entsteht ein vorzeigbares Produkt.“ (Frey 2007, S. 14)

Gerade in der gewerblich-technischen Berufsausbildung ist diese Methode aus den oben dar­gelegten Veränderungen in der Arbeitswelt von zentraler Bedeutung. In der Unterrichtssequenz gestalten und absolvieren die Schüler daher die Phasen einer Projektarbeit. Gerlach (2008, S.2) stützt meine eigenen Beobachtungen, dass Schülern nicht oder nur sehr vage bewusst ist, wa­rum sie selbstständig lernen sollen oder warum gewerblich-technischer Unterricht gegenwärtig versucht, das „Know-how-to-know“ zu fördern. Wenn Schüler eigene Wege im Lernprozess ge­hen und die verschiedenen Arbeitsschritte innerhalb eines Arbeitsprozesses dabei für sie trans­parent sind, wird die Möglichkeit für den Erwerb weiterer wichtiger Kompetenzen neben der Fachkompetenz eröffnet.

Die Fachkompetenz darfbei derAusbildung von Facharbeitern trotz Forderungen nach Schlüs­selqualifikationen nicht vernachlässigt werden. Das Lernfeld 10 hat im Ausbildungsberuf System­informatiker die Mikrocontrollertechnik und damit die Signal- und Datenerfassung und deren Ver­arbeitung zum Hauptgegenstand. Letztes Jahr hat das Regionale Berufsbildungszentrum Technik (RBZ-T) Kiel den Roboter Robotino® der Firma Festo Didaktik angeschafft, um ihn für verschie­dene Ausbildungsberufe oder Vollzeitschulformen im Unterricht einzusetzen. Da Robotino® ver­schiedene Sensoren besitzt und mehrere Möglichkeiten der Programmierung bietet, möchte ich diesen Roboter im Rahmen dieser Hausarbeit erstmals an dieser Schule einsetzen. Dabei um­fasst der Arbeitsprozess die Entwicklung von Einsatzmöglichkeiten des Robotinos® zur Wartung der Zwischenräume eines Doppelhüllentankers, indem die Sensoren und Funktionen des Robo­ters selbstständig erarbeitet werden, und die Realisierung einer geeigneten Steuerung.

1.1 Bezug zum Modul

Die Hausarbeit wird im Rahmen der Modulreihe „Die Planung, Umsetzung und Reflexion von Unterrichtseinheiten für lernfeldorientierte Berufe in der Fachrichtung Elektrotechnik“ angefertigt. Im Wesentlichen geht es in dieser Modulreihe darum, die curricularen Vorgaben berufsbezogen zu gestalten. Dazu werden unterschiedliche Ansätze zur Umsetzung der Lernfelder (vlg. z.B. Ba­der 2003; Petersen 2005) erprobt und diskutiert. Allen Ansätzen gemein ist der geforderte Berufs­und Arbeitsbezug des Unterrichts. Auch vor dem Hintergrund der sich wandelnden Arbeitswelt wurde über diese Anforderung am meisten diskutiert. Die Zweifel von Lehrkräften, die auch Ger­lach (2008, S. 2) in ihrem Artikel dokumentiert hat, dass die in den Rahmenlehrplänen festgeleg­ten Lernziele auch mit einem schülerzentrierten Unterricht erreicht werden können, kamen auch in der Diskussion zum Vorschein. Bestärkt wurde dieses Argument durch die empfundene fehlen­de Möglichkeit einer Bewertung der methodischen, sozialen und personalen Kompetenzen. In der vorgestellten Unterrichtsreihe wurde daher ein Bewertungskonzept für Projektarbeiten entwickelt, eingesetzt und evaluiert.

1.2 Bezug zu den Ausbildungsstandards

In den allgemeinen Ausbildungsstandards (vgl. IQSH 2004, S.7f) heißt es zur Planung, Durch­führung und Evaluation von Unterricht, dass die Lehrkraft in Ausbildung (LiA) den Unterricht ent­sprechend den Vorgaben der Lernfelder (Arbeits- und Geschäftsprozesse) gestaltet (Nr.4). Zu­sätzlich bezieht die LiA Lernende aktiv in die Gestaltung von Unterricht ein (Nr. 6), macht Ler­nenden die Bewertungskriterien transparent (Nr.12) und beurteilt die Leistungen nach kompe­tenzbezogenen Kriterien (Nr. 13). Nicht zuletzt evaluiert die LiA den eigenen Unterricht systema­tisch unter Einbeziehung der Lernenden (Nr. 14), reflektiert zusätzlich den Unterricht Kriterien ge­leitet mit Kolleginnen und Kollegen (Nr. 18) und zieht Konsequenzen aus der Reflexion (Nr.25).

Mit Blick auf die Fachrichtungsstandards (vgl. IQSH 2004, S. 95) berücksichtigt diese Hausar­beit, dass die LiA die betrieblichen Gegebenheiten berücksichtigt (Nr. 3) und erreicht, dass Ler­nende die Arbeit unter dem Aspekt des Mitarbeitereinsatzes gestalten (Nr 14). Bei der Gestaltung des Unterrichts plant die LiA nach den Grundsätzen der Lerntheorien und orientiert sich an dem lernfeldorientierten Ansatz (Nr. 4) und bahnt die Selbststeuerung der Lernprozesse durch die Auszubildenden an, um diese auf lebenslanges Lernen vorzubereiten (Nr.6).

1.3 Vorstellungder Leitfrage

Vor dem Hintergrund einer sich stetig verändernden Arbeitswelt und den daraus resultierenden Anforderungen an die Auszubildenden während und nach ihrer Ausbildung, möchte ich die Aus­zubildenden motivieren, sich neben den fachlichen Inhalten insbesondere auch Kenntnisse über den Ablauf und die Arbeit im Projekt anzueignen. Daher ergibt sich für die Hausarbeit die fol­gende Leitfrage:

Ist der geplante Einsatz des Roboters Robotino® in einer arbeitsteiligen Projektarbeit für den Ausbildungsberuf des Systeminformatikers zur Festigung der Sensortechnik und zur Herausbildung von Projektkompetenz geeignet?

Durch diese Leitfrage werden zwei Aspekte zur Untersuchung abgedeckt. Als erstes ist es für mich und meine Kollegen an der Schule wichtig zu wissen, inwieweit der Roboter für die Ausbil­dung des Ausbildungsberufs Systeminformatiker geeignet ist. In der Nachbetrachtung können eventuell weitere Ausbildungsberufe oder Vollzeitschulformen benannt werden, die ebenfalls mit dem Roboter lernen könnten, damit der Einsatz des Roboters an der Schule ausgeweitet werden kann.

Als zweites ist zu untersuchen, ob der Aufbau der Unterrichtseinheit mit der arbeitsteiligen Pro­jektarbeit und dem Einsatz des Roboters für die im folgenden Kapitel dargestellten angestrebten Lernziele der Unterrichtseinheit erneut so durchgeführt werden könnte.

1.4 Vorstellung der Unterrichtsziele

Ziel dieser Unterrichtseinheit ist die Ausprägung, Erweiterung und Vertiefung der Gestaltungs­kompetenz, die sich in den Dimensionen von Fachkompetenz, Methodenkompetenz, Personal­kompetenz und Sozialkompetenz entfaltet. Diese Dimensionen werden in dieser Unterrichts­einheit durch das Erreichen der unten aufgelisteten Ziele angesprochen. Aus der Leitfrage erge­ben sich vor allem die Zielformulierungen für die Fach- und Methodenkompetenz, die in der vor­gestellten Unterrichtseinheit durch die Konzentration auf die Projektkompetenz einen Schwer­punkt bilden. Dabei stützen sich einige Ziele auf die Formulierungen des Lernfeldes 10 (vgl. KMK 2003, S. 18).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2 Unterrichtspraxis

Im Folgenden wird die Unterrichtseinheit vorgestellt und didaktisch (Kapitel 2.1) sowie metho­disch (Kapitel 2.2) begründet. Im Anschluss daran werden Auszüge aus dem tatsächlichen Ver­lauf (Kapitel 2.3) beschrieben.

2.1 Didaktische Überlegungen

2.1.1 CurriculareVorgaben

Die Forderung des Lehrplans nach Berufs- und Arbeitsbezug (KMK 2003, S. 5) soll durch die Einbettung des Unterrichts in einen berufstypischen Arbeitsprozess erfüllt werden. Die Rech­nungsstellung und die Kalkulation des Budgets, die einen Geschäftsprozess vervollständigen würde, lasse ich aus zeitlichen Gründen unberücksichtigt. Der Arbeitsprozess wird durch eine Problemstellung initiiert und mithilfe der Phasen eines Projektes durchlaufen. Damit löst die Un­terrichtseinheit die Forderung des Lehrplans nach projektorientierten berufstypischen Aufga­benstellungen ein (KMK 2003, S. 7).

Wie in der Problemstellung dargelegt, steht bei der Projektmethode das „Handeln-Lernen“ im Mittelpunkt. Genau dieses „Handeln-Lernen“ ist es, was die geforderte Gestaltungskompetenz von Rauner (2006) ausmacht und was der Lehrplan mit der gedanklichen Durchdringung beruf­licher Arbeit als Voraussetzungen für das Lernen in und aus der Arbeit meint (vgl. KMK 2003, S. 5). Die Planung, Durchführung und Beurteilung (Reflexivität) der Betätigungen auf einem be­stimmten Gebiet ist bei einem Projektunterricht das Bildende. Dabei kann der Projektunterricht in der Schule nie ganz in den Berufsalltag übernommen werden, da einige Einflussfaktoren wie z.B. der Kostenfaktor nicht vorhanden sind. Trotzdem sollte gerade bei der Planung eines Projekt­unterrichts im gewerblich-technischen Berufsschulunterricht eine möglichst hohe Korrelation an­gestrebt werden, um vor allem die Organisationsstrukturen einer Projektarbeit zu verdeutlichen.

Aus dem Lernfeld 10 (Hard- und Softwarekomponenten integrieren und im System testen)wer- den vor allem die folgenden Inhalte mit der Unterrichtseinheit angesprochen: Signal- und Daten­erfassung, Programmierbare Logik, Mikrocontroller, Digitalsignalprozessoren und Inter­facetechnik. Durch die Darstellung der Funktionen des Roboters Robotino® im Kapitel 2.1.3 wird die Eignung für die Umsetzung dieser Inhalte begründet.

2.1.2 Einbindung der Einheit in den laufenden Unterricht

Am RBZ-T werden die Systeminformatiker im zweiwöchigen Blockunterricht beschult. In die­sem Halbjahr ist laut Lehrplan das Lernfeld 10 abzuschließen und mit den Lernfeldern 11 und 12 zu beginnen. Bisher wurden im letzten Halbjahr im Lernfeld 10 die Mikrocontroller ATmega32 und ATmega128 eingesetzt, um z.B. Zugriffe auf Bussysteme wie I2C zu programmieren, so dass auf Erfahrungen mit Mikrocontrollerprogrammierung und Sensortechnik zurückgegriffen werden kann. Die vorgestellte Unterrichtseinheit findet im letzten zwei-Wochen-Block des Lernfeldes 10 statt und wird das Lernfeld abschließen. Um den gesamten geplanten Arbeitsprozess in einem Block unterbringen zu können, werden die Unterrichtsstunden der zweiten Kollegin, die im Lern­feld 10 eingesetzt ist und eines weiteren Kollegen hinzugenommen, so dass insgesamt 16 Unter­richtsblöcke zur Verfügung stehen, von denen ich bei 10 Blöcken auf alle Fälle anwesend sein werde. Ich werde versuchen, während weiteren Unterrichtsblöcken für Rückfragen der Schüler zurVerfügung zu stehen.

[...]

¹ In der berufspädagogischen Literatur werden neben dem Begriff Projekt auch die Begriffe Projektkompetenz, projektorientiertes Lernen, Projektmethode, Projektarbeit und Projektunterricht verwendet, um den Unterricht in der Berufsschule, der sich mit Projekten befasst, zu umschreiben. Auch ich werde diese Begriffe nebeneinander verwenden.

² Für eine bessere Lesbarkeit wird im Folgenden das generische Maskulinum verwendet.

³ Für eine nähere Erläuterung von Projektkompetenzen vgl. Kassner 2009, S. 18

⁴ vgl. Dewey, J./Kilpatrick, W.H.: Der Projektplan. Grundlegung und Praxis. Weimar 1935