Der Kurs wird durch acht aufeinander aufbauende Module strukturiert, die sich auf acht Quartale, also zwei Jahre, verteilen. Zunächst beginnen wir mit Scratch, einer visuellen Programmiersprache, die am MIT* Media Lab entwickelt wurde. Nachdem die Schüler*innen mit den Grundprinzipien von Programmierung in spielerischer Form vertraut gemacht wurden, lernen sie Calliope, einen externen Mikrocontroller, anzusteuern. Dies geschieht mit NEPO/Open Roberta, einer Programmiersprache des Fraunhofer Instituts. Später erwachen dann der mBot2-Roboter mittels block based coding zum Leben. Der Kreativität sind nunmehr keine Grenzen gesetzt. Schließlich nutzen die Schüler*innen ihre gesammelten Kenntnisse und Kompetenzen aus den verschiedenen Bereichen, um die Steuerung und Programmierung von richtigen Industrierobotern zu erlernen – hier den Motoman GP 8 von Yaskawa.
*Massachusetts Institute of Technology

Die Schüler*innen durchschreiten im Rahmen dieses Spiralcurriculums immer wieder einen kreativen Lernzirkel.

Aufgabe im Abschlussprojekt des zweijährigen Kurses ist es, eine Mini-Fabrik zu konstruieren und zu programmieren, in der Calliope, mBot2 und Yaskawa-Roboter miteinander interagieren.

Sie profitieren auf vielfältige Weise, denn was spielerisch beginnt, endet in einem industriellen Anwendungsbezug, für den mannigfaltige Schlüsselqualifikationen erlangt werden. Die Roboter kommen in vielen Bereichen im industriellen Praxisbetrieb zum Einsatz, und im Zuge der Automatisierung werden diese oder ähnliche Roboter zunehmend in immer mehr Bereichen des Mittelstands eingesetzt. Bei erfolgreicher Teilnahme am Kurs können Zertifikate erworben werden, die beim Einstieg ins Berufsleben große Vorteile bieten.

Die Schüler*innen profitieren von Beginn an durch die Förderung des räumlichen Vorstellungsvermögens, logischen Denkens und konsequenten Arbeitens und der Teamfähigkeit.

Schule sieht ihre Aufgabe darin, den Jugendlichen zu helfen, ihre Stärken zu entdecken und ihre Talente zu finden – auch außerhalb des üblichen Fächerkanons.

Ausführlich diskutieren und reflektieren die Schülerinnen und Schüler im Riobotikunterricht die Chancen und Risiken der Digitalisierung, KI und den zunehmenden Einsatz von Robotern, denn sie benötigen neben technischem Know-How auch einen moralischen Kompass. Nur so können sich die Jugendlichen sicher in der Welt mit all ihren Anforderungen bewegen und bekommen nicht das Gefühl, ihr ausgeliefert zu sein. Wir stehen an einer historischen Schwelle. Die Schulen müssen darauf reagieren können.

Die bisherigen Unterrichtserfahrungen zeigen, dass durch diese Thematik und Unterrichtsform Mädchen besonders motiviert werden, sich technischen Projekten und Unterrichtsgegenständen zu nähern. Alle bisherigen Kurse bestanden zu einem Drittel aus Mädchen, die sich besonders motiviert und leistungsfähig gezeigt haben.

Die Schüler*innen lernen spielerisch, experimentell und projektbezogen. Dabei machen sie Fehler, denn Fehler gehören zum Lernen und sind gewollt. Fehler führen ohne den erhobenen Zeigefinger des Lehrers zwingend zu der Einsicht, dass man die Konstruktion oder die Programmierung verbessern muss. Sieht der Lehrer, dass ein Lernender eine fehlerhafte Programmierung vorgenommen hat, wird er diese nicht direkt ansprechen oder korrigieren. Vergisst eine Schülerin oder ein Schüler z.B. eine Stopp-Funktion einzubauen und muss dann dem Roboter hinterherlaufen, spricht diese Erfahrung für sich.
Dominantes Prinzip des Unterrichts ist das freie, selbst gesteuerte Lernen anhand von Motivation, Versuch und Irrtum einerseits, anhand von digitalen Lehrbüchern und unterstützenden Lehrerinnen und Lehrern andererseits.

Robotik ist eine eigene Welt und nicht beiläufig im Kontext eines anderen Faches zu erlernen. Wir benötigen Zeit – mindestens 2- 3 Wochenstunden! Deshalb kommen die Schüler*innen im zweiten Unterrichtsjahr neben dem regulären wöchentlichen Unterricht (2 Stunden) einmal im Quartal samstags für sieben Zeitstunden in die Schule und haben so Zeit genug, auch komplexere und zeitaufwändigere Experimente oder Aufgabenstellungen zu bewältigen.

Unterricht nach dem ROBOVERSE-Konzept sollte mindestens mit 2-3 Wochenstunden unterrichtet werden. Stundendeputate können z.B. aus dem Topf der AG-Stunden oder WP-Stunden bereitgestellt werden – letzteres erscheint legitim, wenn man die Robotik-Stunden dem Fach Arbeitslehre/Technik zuordnet. Zu hoffen bleibt, dass Schulen, die Robotik nach dem ROBOVERSE-Konzept anbieten, auch Sonderdeputate von der Unteren oder Oberen Schulaufsicht zur Verfügung gestellt werden.

• Zwei nach dem ROBOVERSE-Konzept ausgebildete Lehrer*innen
• 9, besser 16, Laptops (Empfehlung: Lenovo Thinkpad, refurbished)
• 16 Calliopes-Mikrocontroller
• 13 Basis Sets mBot2 nebst Ergänzungsmaterialien
• 1 Yaskawa Motoman GP 8 und/oder Yaskawa MotoMINI (gekauft, gemietet oder geleast)
• 10er-Gruppenlizenz für das Simulationsprogramm Yaskawa MotoSim
• Lizenz für die digitalen Unterrichtsmedien für Schüler*innen und Lehrer*innen
• Klassenraum mit Active Board und leistungsfähigem WLAN

Grundlagen in Scratch, Calliope/NEPO und mBot2 können kostenlos online im Selbststudium erworben werden. Das Fraunhofer IAIS bietet zusätzlich kostenpflichtig Präsenzkurse in Calliope/NEPO und Lego Mindstorms/NEPO an.

Die Ausbildung zum Unterrichten nach dem ROBOVERSE-Konzept findet kostenpflichtig bei praxiserfahrenen Lehrer*innen in Wachtberg oder Windeck statt.
Für besonders Interessierte: Die Ausbildung in Yaskawa-Programmierung im Industriestandard findet kostenpflichtig in der Yaskawa Academy in Hattersheim bei Frankfurt statt. Diese Ausbildung ist jedoch für den Unterricht im schulischen Rahmen nicht notwendig.

Für die schulrelevenate Yaskawa-Programmierung und für den Umgang mit dem Simulationsprogramm MotoSim gibt es Digitale Lehrbücher, die von ROBOVERSE speziell für den Einsatz im schulischen Umfeld entwickelt wurden.

Materialien für Scratch, Calliope bzw. dem Programmieren im OpenRobertaLab stehen teilweise im Internet kostenlos zur Verfügung. Die wesentlichen Grundlagen für Scratch, Calliope und mBot2 werden jedoch auch in den Digitalen Unterrichtsmedien vermittelt, soweit sie für den Unterricht notwendig sind..

Die Kosten für die Ausbildung von Lehre*rinnen und die notwendigen Anschaffungen können ganz oder teilweise aus verschiedenen „Töpfen“ finanziert werden: Aus dem Fortbildungsetat der Schule, dem Anschaffungsetat der Schule, aus Mitteln des Digitalpakts, aus Mitteln des Schulträgers, des Fördervereins der Schule oder durch Unterstützung von Industriebetrieben aus der jeweiligen Region.

Beispielsweise schreibt der Medienkompetenzrahmen in NRW für die schulischen Medienkonzepte den Baustein Problemlösen und Modellieren vor, so dass auch innerhalb der technisch-pädagogischen Einsatzkonzepte der Gemeinden und Städte diese Kosten in die Etats einfließen können (Nr. 2.2 RL DigitalPakt NRW).
Hierfür gibt es im Fördergegenstand 2.2 zwei passende Kategorien:

• „Digitale Arbeitsgeräte für die technisch-naturwissenschaftliche Bildung“
• „Digitale Arbeitsgeräte für die berufsbezogene Bildung“

Ebenso können Fortbildungskosten in diesem Bereich über die „Pflichtangaben zur bedarfsgerechten Qualifizierungsplanung für die Lehrkräfte“ (Bezug Nr. 4.2 RL DigitalPakt NRW) in den Haushalt eingestellt werden.

Der Medienkompetenzrahmen NRW gibt die Richtung vor, wobei der Bereich 6 “Problemlösen und Modellieren”  relativ neu ist und ganz ohne grundlegende Fähigkeiten der SuS schwierig an andere Fächer anzudocken ist. Wenn Grundlagen vorhanden sind, können jedoch sehr vielfältige Fachinhalte in den Blick genommen werden. Hierbei kann das “Fach” Robotik Vorreiter, treibende Kraft und Ankerpunkt sein, denn viele Aspekte und Inhalte traditioneller Schulfächer werden in Robotik aufgegriffen – z.B. aus Mathematik, Physik, Biologie und Technik. Vom Bewässerungs- oder Hochwasserschutzsystem bis hin zum Sammelroboter für Plastikmüll; viele Projekte und Materialien kann man über Fächergrenzen hinweg anlegen. Sie fördern so problemorientiertes, produktives Lernen und regen komplexe Verstehensprozesse an. 

In Zeiten von Fach- und Arbeitskräftemangel in nahezu allen Bereichen werden Roboter nötiger denn je, denn es gibt immer noch zu viele Bereiche, wo Menschen mit stupiden, stark belastenden, z.T. auch gesundheitsschädigenden Arbeiten "blockiert" werden und für andere, wichtigere und höherwertige Arbeiten nicht zur Verfügung stehen.

Außerdem: Roboter müssen entwickelt, hergestellt, gewartet, repariert und bedient werden, so dass hier bereits viele Arbeitsplätze entstanden sind und viele weitere neue Arbeitsplätze entstehen werden.

Aber die mit Robotik verbundenen "Konfliktthemen" werden nicht ausgespart.
Neben dem "professionellen" Umgang mit Computern und dem Konstruieren und Programmieren von Robotern werden im Unterricht nach dem ROBOVERSE-Konzept die Schüler*innen konsequent dazu angehalten, über die Chancen und Risiken der fortschreitenden Digitalisierung nachzudenken, sich mit diesen Themen auseinanderzusetzen und eigene Haltungen zu entwickeln. Die Kursteilnehmer*innen erwerben die Kompetenz, sich mündig zwischen den beiden Extremen „euphorischer Fortschrittsgläubigkeit“ und „Angst vor der digitalisierten Zukunft“ zu bewegen.

Durch einen  glücklichen Zufall entstand eine Kooperation zwischen Yaskawa und der Hans-Dietrich-Genscher-Schule, einer profilierten Hauptschule in Wachtberg-Berkum. Diese Hauptschule mit etwa 340 Schülerinnen und Schülern ist die einzige weiterführende Schule in der Gemeinde Wachtberg. Wachtberg ist eine Flächengemeinde mit etwa 20.000 Einwohnern und grenzt unmittelbar an den Bonner Süden.
Hier fanden die ersten Gehversuche mit dem Unterricht in (Industrie-)Robotik statt.

Yaskawa, gegründet 1915, ist der zweitgrößte Hersteller von Industrierobotern weltweit.
Die Konzernzentrale ist in Japan, in Hattersheim bei Frankfurt ist der Sitz der Yaskawa Academy und die Zentrale für Europa, Afrika und Mittlerer Osten (EMEA).
Seit April 2019 produziert Yaskawa auch in Europa: in Kocevje, Slowenien.
Yaskawa kooperiert seit Anfang 2018 mit der Hans-Dietrich-Genscher-Schule in Wachtberg und unterstützt die Bildungsinitiative von ROBOVERSE.

Die Kooperation von Yaskawa Europe mit ROBOVERSE hat für alle beteiligten Seiten viele Vorteile und alle verfolgen mit dieser Kooperation auch eigene Interessen. Natürlich handelt Yaskawa Europe, ein börsennotiertes Unternehmen, gewinnorientiert. Als japanische Firma mit dem Unternehmensgrundsatz „Serving the society“ übernimmt Yaskawa jedoch auch gesellschaftliche Verantwortung, und zwar nicht nur durch technische Innovation, sondern auch dort, wo unterrichtet, gelernt und ausgebildet wird. Die Zusammenarbeit von Yaskawa mit der Hans-Dietrich-Genscher-Schule und mit ROBOVERSE zeigt, dass die Fachkräfte von morgen schon jetzt aktiv auf die Herausforderungen der Zukunft vorbereitet werden können. Der Mittelstand als Innovationsmotor benötigt diese Fachkräfte. Es gibt sie – an Hauptschulen, Realschulen, Gesamtschulen und Gymnasien!

Mit dem OpenRobertaLab und der NEPO-Programmiersprache u.a. für Calliope und Lego Mindstorms und vielen anderen Robotiksystemen ist das Fraunhofer IAIS seit mehr als 20 Jahren eine feste und ausgesprochen innovative Größe in Sachen Robotik für Kinder und Jugendliche. Im Konzept von ROBOVERSE sind Calliope/NEPO und Lego Mindstorms/NEPO bzw. neuerdings mBot2  wesentlicher Unterrichtsinhalt. Hiermit werden diese einerseits vorbereitend für den Sprung in die Industrierobotik eingesetzt, andererseits ist aber ein wichtiges Ziel unseres Konzepts die Verknüpfung unterschiedlicher Robotik-Systeme. So besteht die Aufgabe des Abschlussprojekts darin, verschiedene Geräte und Programmiersprachen in Kooperation zu bringen: Calliope/NEPO, Lego Mindstorms/NEPO/mBot2 und Yaskawa-Roboter treten in vielfältige Interaktionen ein. Ein Video über das Abschlussprojekt aus dem Jahr 2020 finden Sie hier: hdg robotics 4.0 / Abschlussprojekt

Unser Konzept von Robotik an Schulen ist an Hauptschulen, Realschulen, Gesamtschulen, Gymnasien und sogar an Berufsschulen umsetzbar! Es würden viele Chancen vertan, würde man mit Robotik-Unterricht erst nach der Schulzeit beginnen, denn die Notwendigkeit von Veränderungen macht nicht vor Schulformen halt. Kinder und Jugendliche, die heute bei uns eingeschult werden, beziehen voraussichtlich erst im Jahre 2075 Rente. Wir müssen alle Kinder und Jugendliche auf eine sich ständig verändernde Zukunft vorbereiten. In wenigen Jahren werden viele Berufsfelder vollständig oder teilweise automatisiert sein. Klassische Ausbildungsberufe wie Lackierer, Lagerist, Schweißer, Zerspaner und Schreiner werden sich verändern. Selbst die Landwirtschaft, Pflegeberufe oder die Medizin stehen vor großen Umbrüchen. In der Robotik liegen aber auch viele Chancen, um Mädchen und junge Frauen für Technik und klassische „Männerdomänen“ zu begeistern. Wir können unseren Schüler*innen in Erweiterungs- und Basisklassen echte Zusatzqualifikationen für den Arbeitsmarkt der nahen Zukunft bieten. Die Fähigkeit, praxisbezogen mit Problemen umzugehen und grundlegende Kenntnisse in der Steuerung und Programmierung zu erlangen, ist ein echter Wettbewerbsvorteil, den gerade Hauptschüler*innen ganz besonders brauchen können.

Natürlich haben Unternehmen auch Eigeninteressen, und den Aspekt einer zu großen Einflussnahme haben wir im Blick. Aber nur durch die Kooperation mit starken Partnern können praxisbezogene Lern- und Ausbildungsmöglichkeiten bereitgestellt werden. Die Arbeit mit Industrierobotern ist ein Baustein, der am Ende eines Gesamtkonzepts steht. Davor steht die Beschäftigung mit unterschiedlichen Facetten der Automatisierung, mit verschiedenen Zugängen und spielerischem Tun. Im Übrigen können wir den sechsten Baustein des Medienkompetenzrahmens NRW nicht ohne starke externe Partner umsetzen. Schule darf sich nicht in einem Elfenbeinturm verstecken.
Die zdi-Initiative des Landes NRW sieht die Zusammenarbeit von Schule und Wirtschaft explizit vor.

Mit Yaskawa hat ROBOVERSE einen starken Partner, der nicht nur seine Roboter zu einem besonders günstigen Bildungspreis in die Bildungskampagne einbringt, sondern auch die Expertise der Yaskawa Academy.

Das Projekt leistet einen Beitrag, dem Fachkräftemangel entgegenzuwirken und es bietet eine besonders praxisnahe Berufswahlorientierung. Unsere Arbeitswelt verändert sich. Wachstum, Innovation und höhere Taktzeiten sind Entwicklungsmotoren für den Mittelstand. Die frühe Beschäftigung mit Robotern hilft Know-How für die nahe(!) Zukunft aufzubauen. Mit dem Projekt liefern wir ein Beispiel für die Umsetzung des Medienkompetenzrahmens – gerade durch die Öffnung der Schule und die Zusammenarbeit mit außerschulischen Partnern.

Zurzeit betrachten wir den gesellschaftlichen Wandel im Silicon Valley von der Seitenlinie. Das ist jedoch kein Sturm im Wasserglas, denn die Auswirkungen sind echt und sie sind global. Lasst uns unsere Kinder in diese Herausforderungen stellen, damit sie ihnen begegnen können, damit sie an ihnen wachsen können, damit wir gemeinsam gestalten können. Salopp gesagt: Einem Jugendlichen beizubringen, wie Textverarbeitung funktioniert, genügt nicht mehr.