Ausgabe 07/2016 - Schwerpunkt Digitalisierung

Der Köder

Kleine Maschine, großer Anspruch: der Raspberry Pi ...
... und einer seiner Erfinder, der Informatiker Eben Upton
Trial and error: Schüler am Düsseldorfer Luisen-Gymnasium ...
... experimentieren mit dem Raspberry Pi

• Der meistverkaufte Computer im Jahr 2015 stammt nicht von Apple, Dell oder Lenovo. Er wurde nicht im Silicon Valley erdacht, in Tokio oder in Peking. Der größte Verkaufsschlager war ein Übungscomputer namens Raspberry Pi. Entwickelt wurde er von einer Stiftung im englischen Cambridge, die Kindern und Jugendlichen das Programmieren näherbringen will.

Cambridge im Jahr 2006. Eben Upton, ein junger Wissenschaftler am altehrwürdigen St. John’s College wundert sich, dass sich nur so wenige Schulabgänger für den Studiengang Informatik bewerben. Anderswo vielleicht nichts Ungewöhnliches. Die Universität Cambridge aber versteht sich als Hochschule mit einem der besten Informatikstudiengänge der Welt. Der Andrang war immer gewaltig. 600 Bewerber für die 80 Plätze waren normal. Diesmal aber sind nur 200 Bewerbungen eingegangen. „Da wusste ich, dass etwas mächtig schiefläuft“, sagt der heute 38-jährige Upton rückblickend.

Auch in Europa verlor nach der Dotcom-Blase im Jahr 2001 das Informatikstudium an Attraktivität. In Deutschland ging die Zahl der Studienanfänger von fast 25 000 im Herbst 2000 auf 17 000 im Jahr 2006 zurück. Auffällig war auch, dass die Studenten weniger Vorkenntnisse mitbrachten, sie hatten offenbar als Schüler kaum programmiert. „Es waren immer noch sehr schlaue Kids. Aber mit jedem Jahr wurde es weniger beeindruckend, was sie wussten“, sagt Upton.

Irgendetwas hatte sich geändert. Etwas, das über die geplatzte IT-Blase hinausging. Wieso interessierten sich die Jugendlichen ausgerechnet in dem Moment nicht mehr für Computer, als diese ihren endgültigen Siegeszug antraten?

Während Computer in fast jeden Bereich des Lebens vorgedrungen sind, vom Auto bis zum Backofen, setzen sich die Menschen, die sie bedienen, immer weniger mit ihnen auseinander. „Wir haben heute eine andere Beziehung zu Hardware“, sagt Upton und zeigt zur Verdeutlichung auf sein Smartphone: „Das hier ist ein extrem starker Computer, aber er versteht keine Programmiersprache. Er ist nicht dafür gemacht, dass man ihn verändert.“

Upton – äußerlich eher der Typ Rugbyspieler als Computer-Nerd – hat sich das Programmieren selbst beigebracht, als Teenager auf einem BBC Micro, einem der ersten erschwinglichen britischen Heimcomputer. Der Micro sah aus wie eine zu groß geratene Tastatur, hatte 700-mal weniger Rechenleistung als ein mittelmäßiges Smartphone von heute und kostete gebraucht 220 Britische Pfund. Upton war elf Jahre alt, als er sich den Computer vom Ersparten kaufte. Im Haus seiner Eltern hatte er bereits mit zehn sein erstes kleines Spiel auf dem Computer seines Vaters geschrieben. Mit 18 bewarb er sich für das Studium in Cambridge und war kein bisschen überrascht, als man ihn tatsächlich annahm. „Ich war arrogant und vorlaut und dachte, ich wüsste schon alles übers Programmieren. Natürlich stimmte das nicht. Aber es war eine gute Voraussetzung.“

Bildungsforscher können das bestätigen. Als sie sich fragten, welche Schüler im Informatikunterricht die erfolgreichsten waren, fanden sie heraus, dass Intelligenz und logisches Verständnis zwar dabei halfen, Programmieren zu lernen. Noch wichtiger aber ist die Einstellung der Kinder. In den Studien schnitten die Experimentierfreudigen am besten ab, also diejenigen, die sich von anfänglicher Unsicherheit ebenso wenig abhalten ließen wie von der Frustration, wenn etwas nicht klappte.

Ähnlich wie das Erlernen eines Musikinstruments ist Programmieren vor allem Übungssache. Zehn Jahre regelmäßige Praxis, so heißt es, brauche es, um jemanden zu einem wirklich guten Programmierer zu machen. Die wichtigste Voraussetzung dafür ist, dass er einen Computer hat, der ihm permanent zur Verfügung steht. Eine Experimentiermaschine.

Erfolgreicher als geplant

Upton schloss sich 2007 mit einigen Kollegen von der Universität Cambridge zusammen, um nebenbei eine solche Experimentiermaschine zu bauen. 1000 Stück, verteilt an Kinder in Großbritannien, würden schon reichen, so das Kalkül, um das Nachwuchsproblem der Universität zu lösen. „Wir wollten ein Gerät, das so billig ist, dass es kaputtgehen darf. Nur so kann man wirklich experimentieren“, sagt Upton. Sie setzten den Preis bei scheinbar aberwitzigen 35 Dollar an. Außerdem sollte der Rechner nicht größer als eine Kreditkarte sein – und ohne jeden Schnickschnack. Sogar auf ein Gehäuse wurde verzichtet. Die Platine liegt frei.

Sie nannten den Computer Raspberry Pi, weil viele Computer nach Früchten benannt wurden (Apple, Tangerine, Apricot, Acorn), weil das Wichtigste am Computer die Programmiersprache Python ist – und weil sie nerdige Witze mochten (gesprochen klingt der Name wie das englische Wort für Himbeerkuchen: Raspberry Pie).

Drei Wochen vor Verkaufsstart im Februar 2012 lagen auf einmal 200 000 Bestellungen vor. Upton und seine Kollegen schwankten zwischen Panik und Euphorie. Das Design war noch nicht fertig. Die ersten Fabriken, denen sie anboten, auf einen Schlag 200 000 Computer für Produktionskosten unter 35 Dollar anzufertigen, hielten das für einen Scherz. Schließlich fanden sie eine, die auf das Angebot einging. Um die ersten 10 000 Geräte bauen lassen zu können, nahm Upton eine Hypothek auf sein Haus auf. Bald merkten er und seine Mitstreiter, dass ihnen das nötige Kapital für die Massenproduktion fehlte. Seitdem kümmern sie sich nur um Entwicklung und Design und überlassen den Verkauf gegen eine Lizenzgebühr den Produktionsfirmen.

Fast neun Millionen Raspberry Pis wurden bis heute verkauft. Sie sind besonders in Großbritannien, den USA und Deutschland beliebt. Alle Modelle zusammengezählt, ist der Raspberry Pi heute der zweiterfolgreichste Computer der Geschichte, hinter dem Commodore 64 (C 64), der schätzungsweise 17 Millionen Mal verkauft wurde. In Cambridge arbeiten inzwischen 60 Leute an der Entwicklung neuer Modelle und an dem passenden Bildungsangebot. Denn Raspberry Pi ist nicht nur der Name des Geräts, sondern auch der jener gemeinnützigen Stiftung, die Upton und seine Mitstreiter ins Leben gerufen haben. Die Gewinne aus dem Verkauf der Lizenzen geben sie für Bildungsprojekte aus, für Lehrerfortbildungen im Fach Informatik, für Lehrmaterial und Programmierwettbewerbe.

Das Gegenteil von Plug-and-play

Manche Bildungsforscher sagen, der Raspberry Pi sei für Anfänger zu schwer zu bedienen. Er sei zu unübersichtlich, habe zu viele Funktionen. Die britische Regierung verteilt gerade einen anderen Mini-Computer, den BBC Micro Bit, an alle Schüler in der siebten Klasse. Der ist sehr viel simpler aufgebaut, und es gibt dazu eine Website, auf der die verschiedenen Programmiersprachen erklärt werden. Die Hersteller betonen, der BBC Micro Bit solle dem Raspberry Pi keine Konkurrenz machen. Er sei eine Ergänzung, nicht mehr. Trotzdem stellt sich die Frage, welches Gerät nützlicher ist, wenn es darum geht, Kinder an das Programmieren heranzuführen.

Der 17-jährige Matthew Timmons-Brown kennt die Anfangsschwierigkeiten mit dem Raspberry Pi allzu gut. Er war elf, als der Computer auf den Markt kam. Er lebt mit seinen Eltern etwas außerhalb von Cambridge. Als Kind malte er am liebsten. Machte die Familie Urlaub in Südfrankreich, musste unbedingt die Staffelei mit, auf der er seine Ölgemälde anfertigte. Und vielleicht würde er sich heute an Kunstakademien bewerben, hätte er nicht irgendwann im Magazin »Stuff« einen Artikel über Raspberry Pi gelesen. „Ich hatte damals überhaupt keine Ahnung von Computern“, erinnert er sich. „Ich weiß eigentlich gar nicht, wieso mich das so interessiert hat.“

Nachdem Timmons-Brown einem Freund einen Raspberry abgekauft hatte, war er zunächst ernüchtert. „Ich fand es am Anfang echt schwer. Ich habe vieles nicht verstanden. In den Foren waren vor allem erwachsene Computer-Nerds unterwegs, die ihre eigene Sprache sprachen. Aber sie waren nett. Und hilfsbereit.“

Der erste Erfolg war eine kleine LED-Lampe, die er zum Leuchten brachte. Der Raspberry Pi hat 26 Allzweck-Ein-und-Ausgänge, sogenannte GPIOs, Stecker, an die man zum Beispiel kleine Lampen anschließen kann. Matthew Timmons-Brown befestigte die LED-Leuchte am Steckplatz Nummer 7. Im Internet fand er den Code, den er in das Programmierprogramm Python eingeben musste, damit Steckplatz 7 zur Steckdose wird: GPIO.setup(7, GPIO.OUT). Dann gab er den Befehl, tatsächlich Strom fließen zu lassen: GPIO.output(7,True). Er musste noch auf F5 und Steuerung drücken, um das Programm abzuspielen, schon leuchtete die LED. „Das war eine sehr primitive Sache. Und trotzdem extrem aufregend.“ Um seine Kunstkarriere war es damit geschehen.

Upton und seine Kollegen wollten nie ein einfaches Gerät anbieten. Der erste Raspberry Pi wurde ohne Betriebssystem geliefert. Das musste man sich erst in mehreren Schritten auf eine SD-Karte laden, bevor man den Computer überhaupt anschalten konnte. Es erschien eine schwarze Konsole, in die man bestimmte Befehle eintippte, die man natürlich kennen musste. Wollte man Wlan, Bluetooth, einen Drucker oder Scanner verwenden, musste man erst Treiber installieren und Programme kompilieren, also den Quellcode für den Computer lesbar machen, was ein komplexer Vorgang ist, der gern mal neun bis zehn Stunden dauert. Inzwischen ist das Gerät leichter zu handhaben. Die meisten Programme, die man braucht, sind vorinstalliert. Aber es bleibt ein ungeschliffenes Gerät verglichen mit modernen Laptops oder Tablet-PCs.

Wenn man so will, ist der Raspberry Pi nichts anderes als ein geplanter Rückschritt in eine Zeit, in der Computer noch keine intuitiv zu bedienenden Maschinen waren. Und gerade deshalb eignet er sich so gut zum Lernen.

Dadurch, dass man relativ einfach handfeste Geräte wie Lampen, kleine Roboter oder Motoren an den Raspberry Pi anschließen kann, gibt es für all die Mühe auch sichtbare Ergebnisse. „Viele Kinder finden Computing mit Robotern toll“, sagt Upton. „Kinder haben kurze Aufmerksamkeitsspannen. Man muss ihnen etwas bieten.“

Matthew Timmons-Brown hat inzwischen Roboter mit Kollisionsdetektoren gebaut, Motoren angeschlossen und einen Scherzartikel konstruiert, bei dem sich eine Box computergesteuert öffnet und eine Spinne herausfallen lässt. Er hat ungezählte Nachmittage mit Experimentieren verbracht, und immer wenn etwas klappte, hat er es gefilmt und in einem Youtube-Video erklärt. Teilweise schauen sich mehr als 400 000 Menschen an, was er unter dem Pseudonym „The Raspberry Pi Guy“ veröffentlicht. Dieses Jahr will er Uptons Weg folgen und sich um einen Studienplatz im Fach Informatik in Cambridge bewerben. „Eben Upton ist mein Held“, sagt er. „Das mag etwas merkwürdig klingen. Andere Jungs in meinem Alter bewundern Fußballer oder so was. Aber ich finde es unglaublich cool, dass man davon leben kann, Computer zu bauen.“

Einsatz in der Schule

Der Himbeerkuchen motiviert Kinder und Jugendliche, indem er sie herausfordert. Und er bringt das Programmieren wieder in die Kinderzimmer. Der Informatikunterricht in der Schule hat eine andere Rolle. Er ist im besten Fall ein Impulsgeber, der zeigt, was möglich ist, der neugierig macht und den Wunsch nach mehr weckt. Gerade an deutschen Schulen hakt es da aber noch gewaltig. Der Lehrplan in der Oberstufe sieht vielerorts die Arbeit mit der komplexen Programmiersprache Java vor, was ungefähr so ist, als wolle man Kindern Lust auf Literatur machen, indem man ihnen Robert Musils „Der Mann ohne Eigenschaften“ zu lesen gibt.

Es ist nicht einfach, in Deutschland Lehrer zu finden, die den Raspberry Pi im Unterricht nutzen. Die Lehrpläne lassen oft kaum Luft fürs Experimentieren, das Geld reicht nicht, oder es fehlt schlicht die Motivation. Einer der Vorreiter ist ein Lehrer für Deutsch und Religion: Tobias Hübner, 36 Jahre alt, unterrichtet am Düsseldorfer Luisen-Gymnasium.

Es ist kurz vor eins, die sechste Stunde läuft, und die Schüler der 9 b sollen einen Chatbot programmieren, ein Programm, das automatisierte Antworten in einem Chatfenster gibt. „Wie bei diesen Dating-Portalen“, erklärt Hübner den Schülern. „Mit so einem Programm wird Männern vorgespielt, dass sie sich mit einer Frau unterhalten. Dabei tun sie es mit einem Computer.“ Wie heißt du? Wie alt bist du? Was sind deine Hobbys? Auf solche Fragen soll das Programm antworten.

Ismail-Emre Aydin, 15 Jahre alt, und Joel Engels, 16, sitzen zusammen an einem Raspberry Pi, kämpfen mit der Technik und mit sich selbst. Als sie die Maus und Tastatur endlich eingestöpselt haben, hat der Rest der Klasse sie längst abgehängt. Das allerdings ist nicht weiter schlimm, denn ihre Mitschüler produzieren eine Fehlermeldung nach der anderen. Am Ende der Stunde hat kaum jemand das Programm vollständig zum Laufen gebracht. Ismail und Joel scheinen weit davon entfernt.

Die beiden könnten nun eigentlich alles liegen lassen und rausgehen auf den Schulhof. Sie könnten in der Pause Fußball spielen oder auf ihren Smartphones spielen – was man halt so macht in der neunten Klasse. Aber stattdessem bleiben sie noch 20 Minuten sitzen, bis endlich alles funktioniert. Sie improvisieren sogar noch, bauen vor jeder Antwort eine Zeitverzögerung ein, damit der Chat-Roboter realistischer wirkt. In diesem kurzen Moment zeigt sich, was der Raspberry Pi auslösen kann. Gleichzeitig zeigt sich, wie schwer es ist, Jugendliche für das Programmieren zu faszinieren. Die Mehrheit resigniert fröhlich und verschwindet ohne Ergebnis in die Mittagspause.

Eben Upton findet es großartig, wenn Teenager durch den Raspberry Pi Lust auf Technik kriegen. Aber die Begeisterung einzelner reicht ihm nicht. Letztlich sollen alle Schüler ein gewisses Verständnis entwickeln. „Es wird immer wieder die Analogie zum Auto hergestellt“, sagt Upton. „Es heißt, ich muss nicht verstehen, wie die Treibstoffinjektion funktioniert, um fahren zu können. Ich finde aber, dass das der falsche Ansatz ist. Wenn wir nicht zumindest ein bisschen verstehen, wie ein Smartphone funktioniert, bleibt es für uns Zauberei. Dann haben wir ein Verhältnis zur Welt wie ein mittelalterlicher Bauer.“ Beschwichtigend fügt er hinzu: „Es reicht ja völlig, wenn hundert Prozent der Bevölkerung auch nur ein Prozent der Technik verstehen, die sie umgibt – und ein Prozent der Bevölkerung hundert Prozent versteht.“

Von einem Hoffnungsschimmer kann er bereits berichten: Die Bewerberzahlen für das Fach Informatik in Cambridge sind derzeit wieder so hoch wie zu den besten Zeiten: Mehr als 600 Schulabgänger haben sich im vergangenen Jahr beworben. ---

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