P288 - INFOS 2019 - 18. GI-Fachtagung Informatik und Schule - Informatik für alle
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- TextdokumentInformatikunterricht – Ein Muss zur politischen Mündigkeit(Informatik für alle, 2019) Hausner, Niko; Wendlandt, Katharina; Wendlandt, MatthiasEin erklärtes Ziel schulischer Bildung ist es, die SuS zu (politischer) Mündigkeit zu erziehen. Mündigkeit beschreibt dabei die Fähigkeit, selbstbestimmt und eigenverantwortlich zu handeln. Politische Mündigkeit im Besonderen befähigt dazu, sich begründet am aktuellen öffentlich-politischen Diskurs zu beteiligen und bildet somit die Grundlage aktiven demokratischen Handelns. In dieser Arbeit analysieren wir die Wahlprogramme zur Bundestagswahl 2017 derjenigen Parteien, die im Parlament vertreten sind, im Hinblick auf Themen die Informatik betreffend. Wir erörtern, welche informatischen Grundkenntnisse für die einzelnen digitalen Schwerpunkte nötig sind und inwiefern das Schulfach Informatik dazu beiträgt, eine Beurteilungskompetenz im politischen Wahlprozess zu entwickeln.
- TextdokumentInformatik in der Grundschule – Stellschraube Lehrerbildung(Informatik für alle, 2019) Haselmeier, KathrinDie universitäre Lehrerbildung für Grundschullehrkräfte muss Informatik als Gegenstand der allgemeinen Bildung umfassen. Aus entwicklungspsychologischer Sicht begründet der Beitrag, warum Informatik bereits in der Grundschule Bestandteil des Unterrichts sein muss und referenziert dabei aktuelle Studienergebnisse. Im Spannungsfeld Lehren und Lernen wird herausgestellt, dass gut ausgebildete Lehrkräfte zwar zentral für die kompetente Vermittlung informatischer Inhalte und Gegenstände in der Grundschule sind, sie jedoch bislang im Rahmen ihrer Ausbildung bzw. der Weiterqualifizierung wenig Möglichkeiten haben, fundierte informatische Kompetenzen auf- und auszubauen. Fortbildungsmöglichkeiten für Bestandslehrkräfte werden aufgezeigt, hinsichtlich ihrer Möglichkeiten und Grenzen diskutiert und schließlich der Einfluss auf die universitäre Lehrerbildung als maßgebliche Stellschraube für Informatik in der Grundschule identifiziert. Aus der dargestellten Notwendigkeit heraus wurde eine eigene universitäre Veranstaltung für Studierende konzipiert und (bisher zwei Mal) durchgeführt.2 Vorläufige Evaluationsaspekte aus der Veranstaltung werden vorgestellt und diskutiert.
- TextdokumentInteresse an Informatik und Informatikselbstkonzept zu Beginn der Sekundarstufe I des Gymnasiums(Informatik für alle, 2019) Haselmeier, Kathrin; Humbert, Ludger; Killich, Klaus; Müller, DorotheeDie Kompetenzentwicklung bei Schülerinnen und Schülern hängt deutlich von dem fachlichen Interesse und dem fachlichen Selbstkonzept ab. Im Rahmen eines forschend begleiteten Modellvorhabens zur Informatik in der Erprobungsstufe des Gymnasiums wurden zu Beginn des Schuljahres 2018/19 über 2 500 Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufe 5 befragt. Die leitende Forschungsfrage dieser Untersuchung war: Welche motivationalen Merkmale in der Ausprägung Interesse an Informatik und Informatikselbstkonzept haben Schülerinnen und Schüler zu Beginn des Modellvorhabens am Anfang der Jahrgangsstufe 5? Die Ergebnisse zeigen, dass bei den Befragten im Durchschnitt das Interesse an Informatik sehr hoch und ihr fachliches Selbstkonzept bezüglich der Informatik positiv ist. Neben diesen, die gesamte Stichprobe betreffenden Ergebnissen wird die Befragung auch unter den beiden Aspekten geschlechtsbezogene Disparität und Wirkung von bereits besuchtem Informatikunterricht differenziert untersucht. Bei den Schülerinnen ist sowohl bezüglich des Interesses an Informatik wie des Informatikselbstkonzeptes eine signifikant stärkere Unsicherheit zu erkennen als bei männlichen Schülern. Die Unterschiede zwischen Befragten, die angeben, bereits Informatikunterricht gehabt zu haben, und denjenigen ohne Informatikunterricht sind gering. Dabei weist die Gruppe mit Informatikunterricht ein etwas höheres Interesse am Informatik und ein leicht positiveres Informatikselbstkonzept auf.
- TextdokumentBeobachtungen zum informatischen Problemlösen im Escape-Adventure-Spiel „Room-X“(Informatik für alle, 2019) Hacke, Alexander; Przybylla, Mareen; Schwill, AndreasInformatisches Problemlösen ist einer der zentralen Aspekte der Informatik und ein Forschungsgebiet innerhalb der Informatikdidaktik, das Prozesse, Aufgaben und Einstellungen bezüglich des Problemlösens hinsichtlich informatischer Vorgehensweisen und Inhalte untersucht. Im informatischen Escape-Adventure-Spiel „Room-X“ bieten sich aus Forschungssicht Möglichkeiten, Lernende beim Problemlösen zu beobachten und deren Strategien zu analysieren. In diesem Artikel zeigen wir auf, wie der Room-X zu einer geeigneten Umgebung wird, die Lernenden ein Schaufenster für die Informatik bietet und ihnen ermöglicht, informatisches Problemlösen als eine der Kernkomponenten der Informatik in einem attraktiven und motivierenden Umfeld auszuüben. Mittels Videoanalyse werden Verhaltensweisen analysiert und Schlussfolgerungen für die gezielte Förderung von Problemlösekompetenzen in der Informatik sowie zur Weiterentwicklung des Room-X gezogen.
- Textdokument18. GI-Fachtagung Informatik und Schule(Informatik für alle, 2019)
- TextdokumentKünstliche Intelligenz im Informatikunterricht der Sek II – Unterrichtsmodul “Lernende Algorithmen”(Informatik für alle, 2019) Schmidt, Pascal; Strobel, StefanDer Workshop zeigt einen unterrichtspraktischen Weg auf, wie in das Thema “Lernende Algorithmen” am Beispiel von Entscheidungsbäumen im Informatikunterricht der Sekundarstufe II eingeführt werden kann.
- TextdokumentMaschinelles Lernen im Unterricht mit Jupyter Notebook(Informatik für alle, 2019) Schlichtig, Michael; Opel, Simone; Schulte, Carsten; Biehler, Rolf; Frischemeier, Daniel; Podworny, Susanne; Wassong, ThomasData Science und Big Data durchdringt in ihren diversen Facetten unser tägliches Leben– kaum ein Tag, an dem nicht verschiedene Meldungen über technische Innovationen, Einsatzmöglichkeiten von Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) und ihre ethischen sowie gesellschaftlichen Implikationen in den unterschiedlichen Medien diskutiert werden. Aus diesem Grund erscheint es uns immens wichtig, diese Fragestellungen und Technologien auch in den Unterricht der Sekundarstufe II zu integrieren. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, entwickelten wir im Rahmen eines Forschungsprojekts ein Curriculum, welches wir als konkretes Unterrichtskonzept innerhalb eines Projektkurses erprobt, evaluiert weiterentwickelt wird. Bei der Implementierung entschieden wir uns, zur aktiven Umsetzung von Konzepten von ML als Plattform Jupyter Notebook mit Python zu verwenden, da diese Umgebung durch die Verbindung von Code und Hypertext zur Dokumentation und Erklärung Medienbrüche im Lernprozess verringern kann. Zudem ist Python zur Implementierung der Methoden von ML sehr gut geeignet. Im Themenfeld des ML als Teilgebiet der KI legen wir den Fokus auf zwei unterschiedliche Lernverfahren um verschieden Aspekte von ML, u.A. wie Nachvollziehbarkeit unter gesellschaftlichen Gesichtspunkten zu vermitteln. Diese sind Künstliche Neuronale Netze (bei denen die Berechnung und Bedeutung der Kantengewichte zwischen den Neuronen für den Menschen insbesondere bei komplexeren Netzen kaum nachvollziehbar erschienen) und Entscheidungsbäume (strukturierte und gerichtete Bäume zur Darstellung von Entscheidungsregeln, welche auch für Schülerinnen und Schüler meist gut nachvollziehbares und verständliches KI-Modell darstellen). In diesem Workshop stellen wir konkrete Umsetzungsbeispiele inklusive der Programmierung für beide Verfahren mit Jupyter Notebook und Python als Teil einer Unterrichtssequenz vor und diskutieren diese.
- TextdokumentWorkshop: Maschinelles Lernen Unplugged(Informatik für alle, 2019) Ossovski, Elisaweta; Brinkmeier, MichaelKünstliche Intelligenz, bei der Maschinelles Lernen als Grundtechnik eine wichtige Rolle spielt, wird immer häufiger in den Medien thematisiert und bewertet, ohne auf die konkrete Funktionsweise einzugehen. Dadurch kann gerade bei Schülerinnen und Schülern ein falsches Bild davon entstehen. Der bereits mit einigen Gruppen erprobte Workshop3 „Maschinelles Lernen Unplugged“ stellt dabei einen ersten Versuch dar, wie Schülerinnen und Schülern das Teilgebiet Maschinelles Lernen mit einem Unplugged-Konzept näher gebracht werden kann. Im Anschluss an einen kurzen theoretischen Impuls, der eine Motivation für die handlungsorientierte Phase gibt, sollen die Teilnehmenden mithilfe einer Pinnwand, Pinnnadeln sowie einer Holzleiste eine lernende Maschine entwickeln, die zwei Arten von Schrauben klassifizieren kann. Dabei fällt zur Datengenerierung eine zu klassifizierende Schraube zufällig auf eine bewegliche Platte und wird von oben fotografiert. Auf diesem Bild wird eine Bounding Box bestimmt und die Maße dieses Rechtecks stellen mit dem jeweils größeren Wert als erste Vektorkomponente und dem jeweils kleineren Wert als zweite Vektorkomponente die Daten dar. Beim Lernprozess werden 20 zufällige Datenkarten aus dem Datensatz einzeln auf der Pinnwand markiert und die Holzleiste entsprechend in Richtung des eingefügten Punktes bewegt, wobei die Holzleiste, die zu Beginn an einem Punkt an der x-Achse fixiert wurde, um eine immer geringere Distanz gedreht wird. Dies entspricht der graphischen Repräsentation eines Perzeptrons, wobei das Lernverfahren zugunsten der Handhabbarkeit vereinfacht wurde. Danach präsentieren die Teilnehmenden jeweils den anderen Gruppen kurz ihr Ergebnis. Bei der Vorstellung sollen diese auch ihre Gedanken während des Durchführens erläutern und die Fragen beantworten, welche Überlegungen zur Wahl der initialen Gerade geführt haben und ob sie eine Fortsetzung des Verfahrens für sinnvoll halten. Die Intention dabei ist die Erkenntnis der Vorteile eines Rechners, um Präzision gewährleisten und auch kleine Veränderungen sinnvoll durchführen zu können. Diese Eigenschaften kann die handlungsorientierte Darstellung nicht erfüllen, da eine Bewegung der Holzleiste um wenige Millimeter keine bedeutenden Ergebnisse hervorrufen würde. Die unterschiedlichen Ergebnisse der Gruppen können gegebenenfalls durch weitere auf Bildern dokumentierte Ergebnisse ergänzt und zum Anlass genommen werden, um die Auswirkungen verschiedener Parameter wie die Wahl der initialen Gerade sowie die Auswahl und Anzahl der Datenkarten zu diskutieren. Den Abschluss des Workshops bildet eine Diskussion über weitere Fälle wie andere Größenverhältnisse der Schraubenarten, nicht linear separable Daten sowie die Möglichkeiten mehr als nur zwei Arten zu klassifizieren.
- TextdokumentWie gelingt eine obligatorische Weiterbildung für tausende von Lehrpersonen der Volksschule? Ein Erfahrungsbericht mit erlebbaren Praxisteilen aus dem Grundlagenkurs Medien und Informatik(Informatik für alle, 2019) Schifferle, Tobias M.; Rösch, Eike; Suter, Peter2017 wurden mit dem «Lehrplan 21» Informatik und Medienbildung als obligatorische Inhalte in der Volksschule der deutschsprachigen Kantone der Schweiz verankert. Seitdem werden die Themen ab dem Kindergarten integriert und ab der 5. Klasse als eigenständiges Fach «Medien und Informatik» mit einer Wochenstunde unterrichtet. Damit Lehrerinnen und Lehrer das Fach im Kanton Zürich unterrichten dürfen, müssen sie in ihrer unterrichtsfreien Zeit eine 90-stündige Weiterbildung, den Grundlagenkurs Medien und Informatik» (GMI), an der Pädagogischen Hochschule Zürich besuchen. Bis 2021 werden gut 3’000 Lehrpersonen, getrennt nach Niveau Primar- oder Sekundarschule, den GMI absolvieren. Nach Abschluss des ersten Kursjahres wurde evaluiert, wie bereit sich die Lehrpersonen nach dem GMI fühlen, das neue Fach zu unterrichten. Mit n=273 Antwortenden (70% weiblich) betrug die Rücklaufquote 50%. Davon sind 91% der Lehrpersonen (75% davon stark und sehr stark) der Meinung, der GMI habe ihr Interesse, das Fach zu unterrichten, geweckt. 91% trauen sich nach dem Besuch des GMI zu, das Fach Medien und Informatik angemessen zu unterrichten. Knapp die Hälfte der Befragten wünscht sich zurzeit keine zusätzliche Weiterbildung. 39% der Lehrpersonen möchten eine Weiterbildung in 1-2 Jahren, während je 13% entweder gar keine oder möglichst schnell weitere Weiterbildungen wünschen. Wenn Weiterbildungen gewünscht werden, dann sollen sie für eine Mehrheit (88%) kürzer als 8 Stunden sein. Die Resultate der Befragung zeigen, dass das Ziel des GMI, die Lehrpersonen in dieser ersten Phase der Einführung des Faches unterrichtsfähig zu machen, erreicht worden ist. Im Workshop wird berichtet, wie es gelungen ist, diese sehr grosse, heterogene und beim Kursstart meist informatik-unerfahrene Gruppe von Volksschullehrpersonen für den Informatikunterricht zu motivieren und ihnen das nötige Start-Know-How und Vertrauen in die Informatik und -didaktik zu vermitteln. Die Workshopteilnehmenden erleben Activities aus der Weiterbildung und erhalten zusammen mit Hintergrundinformationen zu Aufbau und Didaktik ein Bild dieser handlungsorientierten Weiterbildung, welches anschliessend mit den Teilnehmenden diskutiert wird.
- TextdokumentPair Programming im Klassenraum(Informatik für alle, 2019) Marowsky, Maximilian; Ohm, Paul; Dierker, JulianPearUp ist eine digitale Lernplattform, die im Rahmen eines Studierendenprojekts der Universität Osnabrück entwickelt wird. Die Lernplattform unterstützt Informatiklehrer dabei und befähigt fachfremde Lehrkräfte dazu, qualitativ hochwertigen Informatikunterricht anbieten zu können, um Schülern der Sekundarstufe I spielerisch die Grundlagen der Informatik zu vermitteln. Der Ansatz der Lernplattform PearUp ist der des Digital Game-Based Learning: Im Rahmen einer Spielhandlung gründen Schüler in Zweiergruppen ein virtuelles IT-Start-Up, das sich auf das Lösen gegenwartsnaher Informatikaufgaben spezialisiert hat. Die Aufgaben werden in Form von Aufträgen verschiedener Firmen im Bereich der Jobbörse angeboten. Anhand dieser realitätsnahen Aufträge lernen die Schüler die Grundlagen des Programmierens kennen und erleben zugleich, wie aufregend und vielseitig die Arbeitswelt der Informatik sein kann. Erledigte Aufträge generieren virtuelle Einnahmen wie Geld, Erfahrungspunkte und Auszeichnungen. Mit steigender Kompetenz und Stufe erhöht sich die Anzahl der verfügbaren Aufträge sowie die Möglichkeiten das eigene Startup zu personalisieren, indem z.B. Arbeitsplatz und -ort frei gewählt werden können. Das erwirtschaftete Geld hingegen kann in verschiedene Upgrades investiert werden, um weitere Spielmechaniken freizuschalten, wie Werbung zu schalten, mit Auftraggebern verhandeln oder kollaborative Großaufträge mit anderen Kleingruppen bearbeiten zu können. PearUp setzt dabei auf die Arbeitsmethode des Pair Programming, bei der zwei Schüler zusammen am selben Endgerät arbeiten, um eine höhere Qualität zu erreichen. Der Name der Lernplattform spiegelt also den Kerngedanken des Projekts wider, dass gemeinsames Programmieren sowohl Freude bereitet als auch effektiv und lehrreich ist. Die Lehrkraft behält dabei stets den Überblick über all ihre Klassen und deren Gruppen, kann Aufgabenpakete auswählen oder flexibel zusammenstellen, direkt oder indirekt Hilfestellung leisten und sowohl die Leistungen jeder Gruppe als auch die individuellen Leistungen der einzelnen Schüler nachverfolgen und den Lernprozess so gezielt lenken. Unterstützt wird sie dabei von modernen Algorithmen der Learning Analytics. Das erste Aufgabenpaket “Einstieg in die Algorithmik” kann bereits ausführlich getestet werden. Weitere Aufgabenpakete zu den Themen „Datensicherheit“, „Objektorientiertes Programmieren“ und „Maschinelles Lernen“ befinden sich derzeit im Rahmen von Abschlussarbeiten an der Universität Osnabrück in Entwicklung. Zusätzlich soll die Funktionalität um ein Aufgabenerstellungs-Tool erweitert werden, das Lehrkräften eine Entwicklungsumgebung bietet, mit der sie, ihren Wünschen entsprechend, Aufgaben erstellen können.