MINT an Schulen: Die Liga der kreativen Lego-Roboter
Schon im jungen Alter ist es sinnvoll, technische und soziale Skills zu kennen und zu schärfen, schließlich brauchen wir sie unser Leben lang. Hier kommt die First Lego League(öffnet im neuen Fenster) ins Spiel, deren deutsche Präsenz im DACH-Raum durch den Hands on Technology e.V. verwaltet wird. Seit Ende der 90er Jahre treten hier Teams aus vielen Ländern gegeneinander an – im Wettbewerb darum, wer den kreativsten und effizientesten Roboter aus Legosteinen baut.
Der Verein existiert schon viele Jahre – seit 2002 werden kompetitive Lego-Roboterturniere in Deutschland ausgetragen. "Der Pilotwettbewerb hat noch ohne Vereinshülle stattgefunden. 16 Teams haben damals in Frankfurt teilgenommen" , sagt Stefanie Sieber im Interview mit Golem.de. Die studierte Medienmanagerin ist seit 17 Jahren dabei und mittlerweile in der Geschäftsführung des Vereins tätig.
Hands on Technology(öffnet im neuen Fenster) bietet auch eine Coaching-Plattform an, über die Schulklassen und Lehrkräfte Hilfe und Tipps für die Lego League erhalten können. Denn einfach ist sie nicht: In 15 Aufgaben müssen sich vorprogrammierte Roboter beweisen.
Punkte sammeln in 150 Sekunden
"Im sogenannten Robot-Game muss der Roboter zweieinhalb Minuten lang über den Tisch fahren und verschiedene Aufgaben lösen" , sagt Sieber. Das können unterschiedliche Herausforderungen sein. An einer Stelle muss ein Roboter etwa Hebel ziehen, um einen Mechanismus zu betätigen. An anderer Stelle müssen Gegenstände von einer Stelle zur anderen gebracht werden. Teil der Challenge des Jahres 2022/2023 war es etwa auch, kleine Legokisten, Ressourcen genannt, in einen Trichter zu füllen oder mit Schlaufen versehene Legosteine für Extrapunkte an einen Haken zu hängen.
Die verschiedenen Hindernisse werden auf einem Spieltisch verteilt, der bei jedem Turnier gleich groß ist. Interessant: Seit Lego Mindstorms Ende der 90er Jahre die ersten jungen Bastler begeisterte, fahren die Roboter an Markierungen auf dem Boden entlang. Auch heute ist das ein wichtiger Bestandteil der Herausforderung. Je besser ein Roboter in den unterschiedlichen Disziplinen abschneidet, desto mehr Punkte bekommt das Team.
Der groß angelegte Wettbewerb stellt die Rahmenbedingung und Kernherausforderung für Teams dar. Kinder sollen aber vor allem auch viel lernen. Wie können wir im Team zusammen eine Aufgabe lösen, welche Lösungsansätze sind effizient? Wie bauen wir einen Roboter, der möglichst viele Aufgaben gut und schnell lösen kann? Dies zu meistern erfordert Teamwork, Planungsfähigkeit und Einfallsreichtum. "Das sind alles Fähigkeiten, die man später im Berufsleben braucht" , sagt Siebert.
Außerdem sollen sich Gruppen eine zentrale Forschungsaufgabe stellen, die zum jeweiligen Motto des Jahres passt und deren Bearbeitung als zweiter Teil in die Bewertung einfließt. "Dieses Jahr ging es um das Thema Kreativität. Letztes Jahr war es die Energie der Zukunft" , sagt Sieber. "Das sind eigentlich immer recht aktuelle und gesellschaftlich relevante Themen. Wir hatten beispielsweise schon Mottos wie Verkehr oder den Klimawandel im Jahr 2008." Die Schulgruppen bestehen aus mindestens zwei und maximal zehn Kindern, im Schnitt sind es laut Sieber etwa sechs bis acht.
Die Liga für Grundschulen ist ebenfalls beliebt
Mitmachen dürfen alle Teams, deren Teilnehmer zwischen 9 und 16 Jahre alt sind. Diese sogenannte Challenger-Liga mit dem Robot-Game ist also für die etwas erfahreneren kreativen Köpfe gedacht. Allerdings gibt die First Lego League auch Kindern ab sechs Jahren eine Bühne. Diese Explore-Liga läuft etwas anders ab: Hier sollen im Team Legomodelle entwickelt werden, die zumindest ein motorisiertes Teil aufweisen. "Es geht erst einmal darum, das grundlegende Ingenieurskonzept zu verstehen" , sagt Sieber.
Die Ergebnisse werden dann bei einer lokalen Ausstellung vorgestellt, beispielsweise in einer Grundschule. Dabei zeigen Teams ihr gebautes Modell und reichern ihre Präsentation mit einer Collage oder einem Poster an. Der Roboterwettbewerb mit Hindernissen fällt hier weg. Auch das Programmieren und andere Skills kommen erst in der Challenger-Liga hinzu.
Dabei kann es dann anfangs auch schon mal einschüchternd sein, wenn viele erfahrene Teams bei großen Events zusammenkommen. Umso freudiger und erfahrungsreicher gehen die meisten Kinder heraus.
Bauen, programmieren, anpassen
Roboter, die im Wettbewerb antreten, dürfen ausschließlich aus Legosteinen konstruiert werden. Der dänische Hersteller stellt dafür das neue Spike-Prime-Set(öffnet im neuen Fenster) zur Verfügung, in dem bereits einige Technic-Stangen, Zahnräder, Motoren und der Technic-Hub enthalten sind. Letzterer ist die wichtigste Komponente eines Roboters, da auf dem Controller Programme gespeichert und ausgeführt werden können.
Interessant: Die Roboter dürfen um weitere Bauteile erweitert werden, beispielsweise aus einer schon bestehenden Schulsammlung. Theoretisch können Teams auch ältere Mindstorms-Sets wie den mittlerweile nicht mehr gebauten Mindstorms NXT oder EV3 dafür benutzen.
Hauptkriterium ist, dass nur ein einzelner Hub verwendet werden darf. Außerdem dürfen Modelle für Bonuspunkte in der aktuellen Saison nicht höher als 30,5 cm sein. Dadurch ist auch die Anzahl der Bauteile, Sensoren und Motoren auf ein Maximum begrenzt. "Teams werden auch wirklich kreativ. Jeder Roboter, der beim Wettbewerb antritt, sieht anders aus." , sagt Sieber.
Jahr für Jahr gibt die First Lego League unter anderem über Hands on Technology Broschüren und Hilfestellungen für die aktuelle Wettkampfsaison heraus. Darin werden beispielsweise einzelne Aufgabenbereiche beschrieben und Anreize gegeben. Der Youtube-Kanal des Vereins(öffnet im neuen Fenster) wird zudem regelmäßig mit neuen Inhalten befüllt. Dort werden einzelne Aufgaben des Robot-Games beschrieben oder Tipps von den Moderatoren gegeben.
Low-Code oder Python
Es wird schnell klar: Kinder müssen nicht nur Roboter erstellen, die vielen verschiedenen Aufgaben gewachsen sind, sie müssen diese auch erst einmal programmieren können. Dafür können sie anfangs die von Lego entwickelten Low-Code-Apps nutzen. Dabei werden einzelne Sequenzen per Drag-and-Drop aneinandergereiht. Der Roboter führt das so erstellte Programm dann entsprechend aus.
Hier geht es auch darum, Fehler in der Programmierung zu finden, das Timing des Roboters anzupassen und so eine für die Aufgaben möglichst effiziente Maschine zu entwickeln. Das kostet viel Zeit und Geduld und kann sogar noch auf die Spitze getrieben werden, wenn statt der Low-Code-Editoren direkt ein Python-Script erstellt wird. Direkte Programmierung ist zwar um ein Vielfaches schwieriger, kann aber effizienter und genauer sein und dem gebauten Modell deshalb Vorteile verschaffen. Alles ist erlaubt, solange das Programm auf dem Lego-Controller ausgeführt wird.
Gerade solch technisch tiefergreifende Methoden erfordern nicht nur passionierte Lehrkräfte, sondern auch freiwillige Coaches. Sie helfen beim Bau und Entwickeln einer Konstruktion und stehen bei Fragen zur Verfügung. Hands on Technology unterhält ein ganzes Netzwerk aus ehrenamtlichen Coaches und steht im Kontakt mit Schulen. Über ein Onlineportal können sich Interessenten als Coach anmelden und in die Welt der First Lego League eintauchen.
Das Ganze ist allerdings nicht mehr so einfach, wie es mal war.
Begeisterung bei den Kids, Zeitmangel bei den Lehrern, Geldmangel an den Schulen
Die Entwicklung, der Bau und die Programmierung eines Roboters für das Robot-Game benötigen neben begeisterten Kindern auch enthusiastische Lehrkräfte. Die First Lego League wird in Deutschland größtenteils über AGs außerhalb des regulären Unterrichts bekannt gemacht. Kinder und Erwachsene treffen sich also nach der Schule und entwickeln ihr kreatives Projekt.
Das Problem: Durch den Fachkräftemangel fehlt oft die Zeit, um solch zeitintensive Arbeitsgemeinschaften aufzustellen, auch weil Lehrkräfte durch den Lehrplan keine Pflichtstunden mehr für solche Projekte zugewiesen bekommen. "Es wird tatsächlich immer schwerer" , sagt Sieber. "Seit der Coronapandemie merken wir, dass Zeit ein Faktor ist, den Schulen und Lehrer nicht mehr in dem Maße haben. Das ist sehr schade." Für den Verein wird es deshalb auch immer schwerer, seine gesetzten Ziele und Zahlen zu erreichen.
Sieber ergänzt: "Wir hoffen, dass irgendwann eine Bildungsreform kommt und Projekte wie unseres mehr in den Unterricht kommen. Projektorientiertes Arbeiten wird immer wichtiger, was hoffentlich bald auch die Schulen erkennen." Generell ist das Konzept recht fragil. Sobald zuständige Personen für AGs wegbrechen, wird es schwer, einen engagierten Ersatz zu finden.
"Man muss kein IT-Profi sein"
Dabei ist der Einstieg in das Projekt nicht allzu schwer, meint Sieber. "Schließlich wurde das Konzept für Kinder designt. Es reicht, wenn sich Lehrer Stunde für Stunde einen kleinen Wissensvorsprung erarbeiten. Man muss da kein IT-Profi sein. Stattdessen sollen Lehrer die Rolle des Coaches einnehmen, den Kindern Türen öffnen und Anreize schaffen, um Sachen auszuprobieren."
Hier kommt die Zusammenarbeit des Vereins mit verschiedenen Mentoren und externen Coaches ins Spiel. Über das Partnerprogramm können Spezialisten gefunden und zugewiesen werden, die den Teams tatkräftig zur Seite stehen. "Wir versuchen, Tandemteams und Mentoring-Projekte voranzubringen" , sagt Sieber. "Dabei können beispielsweise Leute aus der Wirtschaft, die Fachwissen mitbringen, Lehrer bei ihren Projekten unterstützen. Das können Eltern oder einfach engagierte Leute aus der Umgebung sein."
Das Volunteer-Netzwerk umspannt mittlerweile 1.200 Personen mit verschiedensten Hintergründen. Sie helfen bei Problemen, geben Tipps und verhelfen Teams zu einem besseren Lernerfolg. Außerdem unterstützen sie bei den Events selbst, bauen auf, organisieren den Tag und helfen den Teams vor Ort. Sie stellen zudem Juroren und Schiedsrichter. Ohne Freiwilligenarbeit würde das System nicht funktionieren. Sie ist daher enorm wichtig.
Unternehmen investieren in Jugend
Trotz einiger Probleme ist die First League an Schulen in Deutschland, Österreich und der Schweiz weiterhin relativ weit verbreitet. Etwa 500 Schulen schicken jedes Jahr 600 Teams ins Rennen um die Meisterschaft. Die besten Projekte treten dann teilweise auch international gegen Wettbewerber auf der ganzen Welt an. Hierzulande müssen sie sich dazu aber erst einmal lokal messen.
Es ist finanziell nicht immer einfach, ein solches Programm an Schulen zu rechtfertigen. Aktuell kostet etwa ein Set für die Teilnahme an der Saison rund 720 Euro(öffnet im neuen Fenster) für die gesamte Klasse. Dazu kommen 42 Euro Versandkosten innerhalb Deutschlands. Außerdem haben Teilnehmer mit eigenen Computern einen Vorteil. Nicht jede Schule kann sich das hierzulande leisten.
Es gibt einige wenige Vorhaben, die spezielle MINT-Projekte wie die First Lego League finanziell fördern. "Bei einem Förderprojekt in Hessen konnten sich Schulen etwa direkt mit Materialien ausstatten" , sagt Siebert. "Das gab es beispielsweise auch in Leipzig, München und vielen anderen Städten und Bundesländern."
Außerdem müssen die Events, Trophäen und Locations ebenfalls finanziert werden. Hier arbeiten Vereine wie Hands on Technology unter anderem mit Konzernen zusammen. Unternehmen wie Amazon (Future Engineer), Motorola und Sage sind natürlich daran interessiert, potenzielle Nachwuchstalente zu fördern und sie möglicherweise irgendwann in ihren Reihen begrüßen zu können.
Das zeigt, wie wertvoll die Förderung junger Talente durch diesen Wettbewerb sein kann. Kinder bekommen durch die First Lego League einen Einblick in Soft Skills, wissenschaftliches Arbeiten und Teamwork. Auch freundliches Miteinander und ein sportlicher Umgangston mit Konkurrenten zählen beim Turnier so viel, dass sie einen nennenswerten Anteil der Bewertung ausmachen.