Abstraktion – das fehlende Bindeglied in der frühen Informatikbildung
Förderung des Computational Thinking: Vermittlung von Abstraktion und Dekomposition durch problemorientiertes, syntaxfreies Programmieren.
Laufzeit: Januar 2026 – Dezember 2026
Status: Laufend
Bildungsstufe: Primarstufe, Sekundarstufe I, Sekundarstufe II – Berufsbildung, Sekundarstufe II – Gymnasiale Bildung, Tertiärstufe
Thema: Digital Skills & Literacy, Digital Tools
Keywords: Abstraktion, Notional Machine, Computational Thinking, Bildung, Anfänger*innen
Ausgangslage
In der heutigen digitalen Gesellschaft ist Computational Thinking (CT) – die Fähigkeit, Probleme zu analysieren, relevante Details zu abstrahieren und systematische Lösungen zu entwickeln – zunehmend entscheidend, nicht nur für den beruflichen Erfolg, sondern auch für eine informierte gesellschaftliche Teilhabe. Während visuelle und blockbasierte Programmierwerkzeuge wie Candli, Thymio oder Scratch das Programmieren für Anfängerinnen zugänglicher gemacht haben, legen sie oft mehr Wert auf Einfachheit als auf Tiefe. Daher fällt es Lernenden schwer, zentrale CT-Konzepte wie Abstraktion und Dekomposition zu verstehen, was sie daran hindert, ihre Fähigkeiten auf andere Kontexte oder Programmierparadigmen zu übertragen. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, Schüler*innen beizubringen, zwischen mehreren Abstraktionsebenen zu navigieren – eine für effektives Problemlösen wesentliche, aber kognitiv anspruchsvolle Fähigkeit. Ohne ein klares mentales Modell, wie Programme ausgeführt werden – bekannt als «Notional Machine» – entwickeln Schüler*innen hartnäckige Fehlvorstellungen und nur begrenzte Programmierflüssigkeit. Dieses Projekt adressiert diese Lücke durch die Entwicklung von Lehrmaterialien und Softwarefunktionen, die Abstraktion und Dekomposition gezielt fördern, und nutzt dabei die syntaxfreien Programmierumgebungen Candli und Prograblock. Das Ziel ist es, Schüler*innen der Sekundar- und Berufsbildung aus unterschiedlichen Hintergründen zu befähigen, präzise mentale Modelle zu entwickeln und flexible CT-Kompetenzen durch einen problemorientierten, spielerischen Ansatz aufzubauen.
Ziele
Unser Projekt entwickelt und validiert ein Lehrframework, Curricula und Softwaretools, die explizit Abstraktion und Dekomposition bei Anfänger*innen fördern. Unter Verwendung von Candli (Spielprogrammierung) und Prograblock (Robotik) entwerfen wir Materialien, die mit dem Lehrplan 21 und dem Plan d’Études Romand (PER) abgestimmt sind, entwickeln Benutzeroberflächen-Prototypen für «Sliding Abstraction» und testen diese mit Sekundarschüler*innen. Die Ergebnisse werden die Integration in kommerzielle und bildungsorientierte Plattformen leiten, um eine breite und nachhaltige Wirkung zu erzielen.
Methode
Wir verfolgen einen nutzerzentrierten, iterativen Forschungsansatz. Zunächst werden Spezifikationsworkshops mit Nutzer*innen durchgeführt, um Lernherausforderungen im Bereich Abstraktion zu identifizieren. Darauf aufbauend wird gemeinsam ein problemorientiertes Lehrframework sowie ein fünfsitziges Curriculum für Candli und Prograblock entwickelt, das Top-down-Dekomposition und Bottom-up-Abstraktion kombiniert. Softwareprototypen erweitern beide Plattformen um neue Abstraktionsmechanismen. Iterative Tests in Schweizer Klassenzimmern validieren die Materialien und verfeinern sowohl Curricula als auch Tools. Die Evaluation kombiniert qualitative Analysen von Schüler*innenlösungen mit Messungen des konzeptuellen Verständnisses.
Geplante Translation
Die Übertragung in die Praxis ist von Anfang an integriert. Über das Swiss National EdTech Testbed Program und Netzwerke wie BeLEARN, Educamint und Roteco werden Curricula und Tools direkt in Schulen pilotiert. Candlis etabliertes Lehrkräftenetzwerk ermöglicht eine rasche Umsetzung im Unterricht. Prograblock wird für Berufsbildungs- und Industriekontexte angepasst, um seine Nutzung über die Industrie hinaus in die Bildung zu erweitern. Nach der Validierung werden das Lehrframework, die Materialien und die neuen Benutzungsoberflächen in die kommerziellen Plattformen von Candli und Prograblock integriert, um Nachhaltigkeit und kontinuierliche Unterstützung für Lehrpersonen und Lernende sicherzustellen. Das Projekt schliesst eine zentrale Lücke in der CT-Bildung, indem es Abstraktion und Dekomposition für Anfänger*innen zugänglich macht. Wir erwarten eine verbesserte Fähigkeit der Schüler*innen, Programmierkenntnisse auf verschiedene Kontexte zu übertragen, sowie ein besseres Verständnis der Programmausführung. Für Lehrpersonen bietet das Projekt einsatzbereite Curricula und Werkzeuge, die mit nationalen Lehrplänen (Lehrplan 21, PER) abgestimmt sind. Für die Forschung liefert es empirische Evidenz zur wirksamen Förderung von Abstraktion. Die Wirkung wird durch Unterrichtsversuche, Schüler*innenleistungen bei Problemlösungsaufgaben, qualitative Analysen von Lernprozessen und Lehrpersonenfeedback gemessen.
