Computational Thinking (CT) und Kreativität gelten als entscheidende Kompetenzen des 21. Jahrhunderts, um den Anforderungen der zukünftigen digitalen Welt gerecht zu werden. Ziel der Studie ist die Untersuchung des Zusammenhangs und inwieweit beide Kompetenzen domänenspezifische Kreativität im CT-Kontext (Computational Creativity) vorhersagen. N=136 Grundschulkinder nahmen an der Querschnittsstudie teil. Standardisierte Tests wurden eingesetzt um CT und verschiedene Facetten von Kreativität zu erfassen. Zusätzlich wurde ein neu entwickeltes Messinstrument zur Erfassung von Computational Creativity verwendet.

Die Ergebnisse der vorläufigen Analysen bestätigen einen positiven Zusammenhang zwischen Computational Thinking und einzelnen Facetten von Kreativität (r=.25-.47). Darüber hinaus ergaben multiple Regressionsanalysen über alle Klassenstufen hinweg, dass CT der stärkste Prädiktor für (den divergenten Aspekt von) Computational Creativity ist (β = .24-.41; p < .05).

Der hohe Bedarf an gut informierten, kritischen Nutzern von Technologie hat das Interesse von Bildung und Forschung an einer frühzeitigen Vorbereitung von Schüler*innen auf eine ständig computerisierte Welt erhöht (Silva et al., 2021). Computational Thinking (CT) als "die konzeptionelle Grundlage, die erforderlich ist, um Probleme effektiv und effizient zu lösen, [...] mit Lösungen, die in verschiedenen Kontexten wiederverwendbar sind" (Shute et al., 2017) und Kreativität als "die Fähigkeit, neuartige und wertvolle Ideen zu produzieren" (Runco & Jäger, 2012) gelten als entscheidende Kompetenzen des 21. Jahrhunderts, um den Anforderungen der zukünftigen digitalen Welt gerecht zu werden. Ein genauerer Blick auf die Definitionen von CT und Kreativität zeigt eine Gemeinsamkeit: Beide beruhen auf kognitiven Denkprozessen, die zur Wissenskonstruktion beitragen und an der Problemlösung beteiligt sind (z. B. Beghetto & Kaufman, 2007; Mishra et al., 2013). Über ihren Zusammenhang ist bislang jedoch wenig bekannt (Israel-Fishelson et al., 2021), obwohl die Kombination von MINT-Kompetenzen mit Kreativität (d.h. STEAM) ein vielversprechender Ansatz zu sein scheint um das Engagement und die Innovationskraft von Schülerinnen und Schülern zu fördern..

Ziel der vorliegenden Studie ist die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen CT und Kreativität und inwieweit beide Kompetenzen domänenspezifische Kreativität im CT-Kontext (Computational Creativity) vorhersagen. N = 136 Grundschulkinder nahmen an der Querschnittsstudie teil. Standardisierte Tests wurden eingesetzt, um CT (BCTt; Zapata-Cáceres et al., 2020; Abbreviated CTt; Tsarava et al., 2019) und verschiedene Facetten von Kreativität (TTCT; Torrance, 1974; CRA; Landmann et al., 2014) zu erfassen. Zusätzlich wurde ein neu entwickeltes Messinstrument zur Erfassung von Computational Creativity verwendet. Die Daten wurden mit Hilfe von Korrelationsanalysen und multiplen Regressionen ausgewertet.

Die Ergebnisse der vorläufigen Analysen bestätigen einen positiven Zusammenhang zwischen Computational Thinking und einzelnen Facetten von Kreativität (r=.25-.47), allerdings nicht konsistent über alle Facetten und auch nicht über alle Klassenstufen hinweg. Darüber hinaus ergaben die multiplen Regressionsanalysen über alle Klassenstufen hinweg, dass CT der stärkste Prädiktor für (den divergenten Aspekt von) Computational Creativity ist (β = .24-.41; p<.05) und die generelle Kreativität Computational Creativity mit geringeren Effektstärken und nur bei Dritt- und Viertklässlern vorhersagt (β = .20- 23; p<.05).

Die Ergebnisse der Studie geben erste Einblicke in den Zusammenhang zwischen CT und Kreativität und unterstreichen die Bedeutung einer differenzierteren Betrachtung einzelner Facetten von Kreativität und der Klassenstufen. Die Ergebnisse unterstreichen weiterhin die Bedeutung von domänenspezifischem Wissen (CT) für Computational Creativity. Sie liefern aber auch Hinweise auf Kreativitätsdimensionen, die sich auf Computational Creativity übertragen lassen. Bei der Förderung von Computational Creativity sollte daher ein Schwerpunkt auf der Förderung von domänenspezifischem Wissen liegen. Um den Anforderungen der zukünftigen digitalen Welt gerecht zu werden, sollten zukünftige Studien sich auf diese Aspekte für die Entwicklung von Maßnahmen zur Förderung von Computational Creativity konzentrieren.

Im Zuge der rasch voranschreitenden Digitalisierung wird informatisches Wissen mittlerweile als eine wichtige Komponente von Allgemeinbildung beschrieben. Während der Einzug informatischer Bildungsangebote in deutschen Kindertagesstätten erst beginnt, unterstreichen Fallberichte, Einzelstudien und systematische Reviews die Nützlichkeit von informatischen Bildungsangeboten im Vorschulalter. Eine meta-analytische Zusammenfassung der aktuellen Datenlage stand bisher noch aus. Die vorliegende Meta-Analyse schließt diese Lücke und untersuchte die Effektivität von Programmierinterventionen in der frühen Kindheit. Die Ergebnisse zeigen einen positiven mittleren Effekt von d = 0.707, 95% CI [0.492, 0.922]. Moderator Analysen zeigen signifikant stärkere Effekte für Interventionen ohne Tablet oder Computer („unplugged activitites“) und mit Robotik. Die Ergebnisse unterstreichen die Nützlichkeit von Programmierinterventionen in der frühen Kindheit und liefern einen Überblick effektiver Programmierumgebungen und Lehrmethoden.

Theoretischer Hintergrund

Programmierkenntnisse werden als eine der wichtigsten Fertigkeiten des 21. Jahrhunderts diskutiert. Somit ist es nicht verwunderlich, dass weltweit immer mehr bildungspolitische Initiativen das Lehren und Lernen von informatischen Inhalten im allgemeinen und Programmieren im Speziellen initiieren. Während informatische Bildungsangebote zunächst für ältere Lernende konzipiert und untersucht wurden, wurde in den letzten Jahren das große Potential von informatischen Bildungsangebote in der frühen Kindheit aufgeführt. Dies führte zu einem starken Anstieg an Programmierumgebungen für Vorschulkinder als auch an empirischen Untersuchungen ihrer Effektivität. Eine meta-analytische Zusammenfassung der Effektivität von Programmierinterventionen in der frühen Kindheit stand allerdings bisher noch aus.

Fragestellung

Die vorliegende Meta-Analyse hat das Ziel die Effektivität von Programmierinterventionen bei Vorschulkindern zu untersuchen. Dabei wird auf die folgenden zwei Forschungsfragen eingegangen:

1. Sind Programmier-Interventionen in der frühen Kindheit effektiv?
2. Variiert die Effektivität von Programmierinterventionen in der frühen Kindheit je nach Programmierumgebung, Lehrmethode und Outcome?

Methode

Die Meta-Analyse umfasst Studien, welche die Effektivität einer Programmierintervention bei Vorschulkindern im Alter von 2-7 Jahren untersuchten. Die Studien wurden mittels einer standardisierten Literatursuche in PsycINFO und ERIC sowie einer explorativen Suche identifiziert. Die Kodierung aller Abstracts und Studien erfolgte durch zwei unabhängige Rater. Die kodierten Daten wurden in drei Schritten aufbereitet: (1) Berechnung von Cohen’s d anhand von Rohdaten oder Umrechnung der berichteten Effektstärken in Cohen’s d, (2) Berechnung der Varianz für jede Effektstärke und (3) Ausreißeranalayse. Die Aggregation der Daten als auch Moderatoranalysen erfolgte mittels Robust-Variance Estimation mit dem robumeta Package in R. Zudem wurde ein möglicher Publication Bias mittels visueller und statistischer Verfahren analysiert.

Ergebnisse

In die Meta-Analyse flossen Daten aus 25 Studien und 90 Effektstärken von über 950 Lernenden ein. Insgesamt zeigte sich ein moderater signifikant positiver Effekt mit d = 0.707, 95% CI [0.492, 0.922]. Der Effekt zeigte sich auch in randomisiert-kontrollierten Studien. Es zeigten sich zudem signifikante Unterschiede je nach Ausgestaltung der Programmierumgebung. „Unplugged“ Umgebungen waren effektiver als „screen-based“ Umgebungen (R² = .099). Robotikgestütze Interventionen waren signifikant effektiver als Interventionen ohne Robotik (R² = .100). Zudem zeigte sich eine höhere Effektivität bei kürzeren Interventionen (R² = .076). Es zeigten sich keine Unterschiede in der Effektivität je nach Lehrmethode und zwischen unterschiedlichen Outcomes.

Diskussion

Die Ergebnisse zeigen die Effektivität von Programmierinterventionen in der frühen Kindheit. Der Effekt ist kausal und konnte robust über verschiedene Lernende, Lehrformate und Outcomes hinweg gefunden werden. Wie erwartet, zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen den Programmierumgebungen. Die Höhe des gefundenen Gesamteffekts ist vergleichbar mit den meta-analytischen Effekten vorherigen Meta-Analysen mit älteren Lernenden. Für ein detailliertes Verständnis sind mehr randomisierte Studien, welche unterschiedliche Instruktionsformate miteinander vergleichen notwendig.

Implikationen für die Praxis

Die Integration informatischer Inhalte ist in der Vorschule und Kindergärten effektiv und wünschenswert. Akteure im frühkindlichen Bildungssystem können durch den Einsatz von Programmierinterventionen einen wichtigen Grundstein in der Allgemeinbildung der Kinder setzen.

In dieser Studie untersuchten wir die Auswirkung eines Medienkompetenztrainings auf das Lernen von Kindergartenkindern aus Bildungsmedien. Eine Stichprobe von 144 Kindern im Alter von 4 bis 5 Jahren erhielt entweder über einen Zeitraum von 4 Wochen ein selbstentwickeltes computergestütztes Medienkompetenztraining (Trainingsgruppe) oder kein Training (Kontrollgruppe). Anschließend beantworteten alle Teilnehmer:innen Rekognitions- und Inferenzfragen zu einem Sach-Film und einem Sach-Hörbuch. Zudem wurden die mediale Zeichenkompetenz sowie die verbale und nonverbale Intelligenz der Kinder erfasst. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kinder in der Trainingsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe einen signifikant höheren Wissenserwerb für den Film, nicht aber für das Hörbuch aufwiesen. Darüber hinaus zeigten Regressionsanalysen, dass die mediale Zeichenkompetenz der Kinder den Wissenserwerb beim Lehrfilm vorhersagte.

Bildungsmedien die Narration und Faktenwissen kombinieren stellen eine besondere Herausforderungen an Lernenden, insbesondere an Kinder, die begrenze kognitive Kapazitäten zur Verfügung haben (Fisch, 2000). Neben dem Kurzzeitgedächtnis (Aladé & Nathanson, 2016) oder der Vertrautheit mit dem Programm (Piotrowski, 2014) ist die mediale Zeichenkompetenz (MZK) ein wichtiger Prädiktor für das Lernen aus diesen Medien (Diergarten et al., 2017). MZK ist eine der ersten Komponenten der Medienkompetenz, die sich in der frühen Kindheit entwickelt und umfasst die Fähigkeit, die in Medien verwendeten Symbolsysteme zu verarbeiten (Nieding & Ohler, 2008; Nieding et al., 2017). Wir haben untersucht, wie sich ein selbstentwickeltes computergestütztes MZK-Trainingsprogramm auf den Wissenserwerb aus Bildungsmedien auswirkt.
Eine Stichprobe von 144 Kindergartenkindern im Alter von 4 bis 5 Jahren (M_Alter = 4.87, SD_Alter = .56, 49.3% weiblich) wurde dafür in eine Trainingsgruppe (n = 73) und eine Kontrollgruppe (n = 71) eingeteilt. Das Trainingsprogramm bestand aus 10 Lernspielen von durchschnittlich 25 Minuten und wurde über einen vierwöchigen Zeitraum auf Tablets durchgeführt. Vor der Trainingsphase wurden das MZK-Niveau (adaptierter MZK-Test (Domaratius & Ohler, 2006)), die nonverbale (Unterskalen Klassifikationen und Matrizen des CFT 1-R (Weiß & Osterland, 2013)) und die verbale Intelligenz (Unterskalen Allgemeinwissen und Gemeinsamkeiten finden aus WPPSI – IV (Petermann & Dasking, 2018)) der Kinder erfasst. Nach dem vierwöchigen Zeitraum sahen alle Teilnehmer:innen eine kurze Sachgeschichte und hörten einen Ausschnitt aus einem Sach-Hörbuch. Anschließend wurde der Wissenserwerb mit Rekognitions- und Inferenzfragen erfasst.
In zwei separaten multivariaten Kovarianzanalysen wurde der Effekt der Gruppe (Training vs. Kontrolle) auf die Rekognitions- und Inferenzfragen für das Hörbuch bzw. den Film getestet. Alter (Jahre; Monate) und Durchführungsort (online vs. Kita) sowie (non)verbale Intelligenz und MZK wurden in beiden Analysen als Kovariablen hinzugefügt. Nur für den Film konnte ein signifikanter Haupteffekt für die Gruppe gefunden werden. Für das Hörspiel zeigten sich wiederum signifikante Effekte für Alter und verbale Intelligenz. In Regressionsanalysen zeigte sich außerdem, dass die MZK den Wissenserwerb (Rekognitions- und Inferenzfragen) beim Film vorhersagen konnte.
Die Ergebnisse bestätigen die bisherigen Befunde, dass MZK ein wichtiger Prädiktor für das Lernen aus Bildungsfernsehen darstellt. Es konnte gezeigt werden, dass Kinder mit trainierter MZK geübter zu sein scheinen, die von den Medien verwendeten Symbole zu verarbeiten. Möglicherweise haben sie dadurch höhere kognitive Kapazitäten als untrainierte Kinder zur Verfügung (Fisch, 2000). In Anbetracht dieser Ergebnisse sollte Medienkompetenz bereits im Vorschulalter trainiert werden.