Im Sachunterricht spielt das Modellieren sowohl in naturwissenschaftlichen Phänomenen als auch bei technisch-konstruktiven Objekten eine zentrale Arbeitsweise dar. In der KMK wurde bereits 2005 formuliert, dass das Modellieren in den naturwissenschaftlichen Unterricht integriert werden soll und dass die Schülerinnen und Schüler Modelle zum Bearbeiten, Veranschaulichen, Erklären und Beurteilen komplexer Phänomene nutzen sollen.

Durch Modellieren werden Schülerinnen und Schüler dazu bewegt, eigene Darstellungen herzustellen und zu überarbeiten. Acher (2017) spricht hier von Modellieren als eine auf Darstellungen basierende Einheit von Arbeits-, Handlungs- und Denkweisen, mit der man die naturwissenschaftliche Dimension des Sachunterrichts betrachten kann.

Bei der Modellierung erlangen Schülerinnen und Schüler sowohl Kenntnisse über Modelleigenschaften als auch werden die Modelle in einem Modellbildungsprozess zur einerseits Erkenntnisgewinnung und andererseits zur Hypothesenüberprüfung genutzt.

Die Modellbildung ist stets ein Prozess, bei dem das Modell nach der Erkenntnisgewinnung ggf. überarbeitet wird. Hierbei ist es eine Herausforderung, dass die Schülerinnen und Schüler lernen müssen zu verstehen, dass modellhafte Darstellungen keine Kopien der Wirklichkeit darstellen, sondern Vorstellungen mit einem bestimmten Zweck sind. Modelle weisen stets Analogien zu einem realen Objekt auf, bilden dieses aber nicht 1:1 ab.

Bereits in der Grundschule kann man mit den Schülerinnen und Schülern auch auf der Ebene der Metamodellierung arbeiten, was bedeutet, dass sie bewusste Entscheidungen in Bezug auf ihre gewählte Modellierung treffen.

Definition Modell:

„Vorbild für oder Abbild (Informatik) von etwas oft unter Weglassen von Details, also im Sinne einer vereinfachenden Darstellung der Wirklichkeit (Abstraktion). Die Vereinfachung ist vom Zweck des Modells abhängig – unterschiedliche Zwecke können bei gleichem Original zu unterschiedlichen Modellen führen“ (Humbert et al. 2019, S. 21).

Definition Modellierung:

Erstellung eines Modells.

Die Modellierung als Problemlösestrategie

Die Schülerinnen und Schüler programmieren im Unterricht eigenständig Codes. Das bedeutet, sie lösen Probleme, die im Kontext von Informatiksystemen auftreten. Das zugrunde liegende strukturierte Zerlegen von Problemen erfordert ein konstruktives und kreatives Modellieren von Problemlösungen. Im angloamerikanischen Raum wird hierfür eigens der Begriff computational thinking verwendet.

Das Modellieren im informatischen Kontext bietet und erfordert also einen kreativen Gestaltungsbereich für das Problemlösen. Die Schülerinnen und Schüler wenden hierbei informatische Denk- und Arbeitsweisen auf konkrete Aufgabenstellungen aus ihrer Erfahrungswelt an (Modellieren) (Humbert et al. 2019). Das informatische Modell wird mit geeigneten Coding-Werkzeugen umgesetzt (Implementieren) und wiederum mit der Sachsituation in einem Wechselbezug stetig abgeglichen.

Grundlegende Schritte zur informatischen Lösung von Problemen können durch sogenannte Modellierungskreisläufe beschrieben und dargestellt werden.

Situation (Problem) → einzelne Schritte mithilfe eines informatischen Modells → Lösung durch Umsetzung in ein Informatiksystem → Ergebnis → Interpretation → Prüfung und Bewertung bezüglich der Ausgangssituation → ggf. Wiederholung des Kreislaufes

Auch der Medienkompetenzrahmen NRW bezieht sich in der Säule 6 auf das Modellieren: Er formuliert unter der Rubrik „Modellieren und Programmieren“ folgende Kompetenz: Die Schülerinnen und Schüler sollen Probleme formalisiert beschreiben, Problemlösestrategien entwickeln und dazu eine strukturierte, algorithmische Sequenz planen; diese auch durch Programmieren umsetzen und die gefundene Lösungsstrategie beurteilen (MKR 2018, NRW)

Die Definition des Modellierens seitens der Gesellschaft für Informatik schlägt eine Brücke zum Lernen im analogen Kontext: „Die Fähigkeit zum informatischen Modellieren trägt wesentlich zur Allgemeinbildung bei und ermöglicht bereits Kindern, problemlösendes systematisches Verhalten auch unabhängig von Informatik zu entwickeln und auszubilden“ (Humbert et al. 2019, S. 21).

Wichtig ist zu konstatieren, dass beim Modellieren durchgehend die Maxime gilt, die reflexive, kreative und authentische Arbeitsweise der Kinder im Grundschulalter zu nutzen und zu fördern.

Bei Coden Lernen stehen wir nun vor der unterrichtspraktischen Herausforderung, dass die gewünschten kreativen Modellierungsprozesse oftmals durch sogenannte Bugs (Programmierfehler) schnell in eine Sackgasse führen, aus der weder das Kind noch die Lehrperson, welche in der Grundschule in der Regel keine informatische Ausbildung haben, in angemessener Zeit wieder herausfinden.

Eine mögliche Lösung für diese Dilemmasituation ist eine Methodik mit definierten Zwischenstopps an Stoppmarken.