07. 07. 2008 Fachgruppe Didaktik der Informatik Paderborn Universität Paderborn Konzeptionen des Informatikunterrichts Fachdidaktische Grundlagen Informatikunterricht

07. 07. 2008 Fachgruppe Didaktik der Informatik Paderborn

Universität Paderborn Konzeptionen des Informatikunterrichts

Fachdidaktische Grundlagen

Informatikunterricht und Lerntheorien

LEHRER

SCHÜLER ‚INHALT‘

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Lernen?

Unterricht?

• Lerninhalte grundsätzlich immer vermittelbar?

• Lehrer, weiß was der Lerner braucht?• Lehrer kennt den Lernprozess des

Lerners und kann ihn steuern? • Wissen kann durch Sprache auf den

Lerner übertragen werden? • Lerner nimmt Inhalte (‚Stoff‘) auf und

speichert diesen im Gedächtnis?

-> Wozu braucht man Lehrer?

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Spezifischer und nicht spezifischer Transfer

GrundprinzipDenkweise

Idee

Graphik nach Schwill 1993

…

Lerninhalte bilden Grundprinzipien und Einstellung heraus

nicht spezifischer Transferauf neue Situation

-> Transfer des Gelernten auf ähnliche oder neue Situationen

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BehaviorismusPavlow / Skinner

Lernen ist Trainieren, und somit ist das Ziel von Lernsituationen eine Verhaltensänderung im Sinne eines „richtigen“ Verhaltens. Wissenserwerb ist das ‚Abspeichern‘ von Informationen, erleichtert und verstärkt durch Belohnung.

Verbesserung von Lernerfolgen durch verhaltensverstärkende Maßnahmen.

„Skinner Algorithmen“.

1. Es wird eine bestimmt Abfolge von Denkanstößen (Reizen, stimulus items) dargeboten; 2. der Lernende reagiert in der vom Programm induzierten Weise (response); 3. eine sofortige Erfolgsmitteilung bestärkt in seinem Lernverhalten (reinforcement); 4. alle Lernschritte entsprechen dem Prinzip der kleinen und kleinsten Schritte; 5. der Lernende gibt (daher) meistens richtige Antworten und 6. nähert sich sukzessive dem Lernziel an

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Unterrichtsszenarien

• Drill and Practice Verfahren• Multiple Choice Test• usw.

-> mitunter brauchbar, um Wissen/Verfahren einzuüben

‚Früher‘ Informatikunterricht war mitunter nach dem Konzept des Behaviorismus aufgebaut

-> Programmierkurse – Produktschulung

1) Programmierproblem (meist abstrakt, mathematisch) wird vorgestellt, zu dessen Lösung ein neues (Programmier)konstrukt benötigt wird.2) Konstrukt/Syntax wird an kleinen Beispielen eingeübt (bis die Programme laufen)

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Der KognitivismusGrundsätzliches:• Gehirn ist keine „Black Box“ (Gegenströmung zum Behaviorismus)• Der Prozess des menschlichen Denkens/Lernens wird im Kognitivismus als eine Art der Informationsverarbeitung angesehen

-> Notwendigkeit des Studiums interner Prozess des Hirns bzw. Aufstellung von theoretischen Modellen zur Informationsverarbeitung

-> es ergibt sich ein enger Zusammenhang zwischen der KI-Forschung und Kognitionswissenschaft

• Lernen erfolgt projektorientiert, d.h. es orientiert sich an einem Beispiel oder einem konkreten Problem. • Grundlegend wichtiger Bestandteil des Kognitivismus ist die Möglichkeit für den Lernenden, die Strategie zur Lösung des Problems selbst bestimmen zu können.

Methoden: Durch Suchen, Probieren und Explorieren wird die Fragestellung bzw. das konkrete Problem gelöst. Durch (u. U. weitere) offene Fragen wird Suchprozess weiter angeregt.

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Kognitivismus - Lernprogramme

EINFÜHRUNG

PRÄSENTATION

FRAGESTELLUNG

ANTWORTANALYSE

FEEDBACK ABSCHLUSS

„PROBLEMLÖSEMASCHINE“

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Kognitivismus – Multimediales Lernen

SOI-Modell Selection - Organisation - IntegrationMayer 2001

• Schemata (Begriffs-, Person-, Rollen-, Selbst-, Ereignis, inhaltsfreie Problemlöseschemata)

• Mentale Modelle – Auswahl von relevanten Wörtern, Bildinhalten– Strukturierung der Textinhalte, Bildung eines kohärenten verbalen

Modells– Strukturierung der relevanten Bildinhalte zu kohärenten bildhaften

Modell – die Verknüpfung der Text- und Bildpräsentation, Verknüpfung des

neuen mit Wissen aus Langzeitgedächtnis• Prinzip der dualen Codierung• Prinzip der räumlichen Nähe • Prinzip der simultanen Darstellung • Kohärenz-Prinzip • Multimodalitäts-Prinzip • Redundanz-Prinzip • Personalisierungsprinzip

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Problembasiertes Lernen

Allgemeines:„Ein Problem ist durch drei Komponenten gekennzeichnet:- Unerwünschter Anfangszustand,- erwünschter Zielzustand,- Barriere, die die Überführung des Anfangszustandes in den Zielzustand im

Augenblick verhindert.

„Bei einer Aufgabe verfügen wir über Regeln (Wissen, Know-how), wie die Lösung zu erreichen ist.„

(Edelmann 1996)

-> Problemlösen mit Informatiksystemen ist eine der allgemein anerkannten Leitlinien der informatischen Bildung (siehe Friedrich (1995)).

Charakteristika des PBLLebensweltbezug (soweit wie möglich „wirkliche“ Probleme), meist interdisziplinär, Arbeit in (Klein)gruppen, Unterstützung von „außen“, Wissen zum Lösen des Problems wird den Schülern meist indirekt angeboten, Lehrer als Berater …

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Unterrichtsaktivitäten

• Informatikunterricht nicht als Produktschulung – da ein Problem und nicht ein konkretes Softwareprodukt Ausgangspunkt unterrichtlichen Handelns ist.

• Projektorientierung im Informatikunterricht unterstützt PBL

Aber: Anwendungsorientierte Ansätze in der Informatikdidaktik haben sich nicht entscheidend durchgesetzt bzw. nur als ‚Einstieg‘

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Instruktion und Konstruktivismus

Lernen als Instruktion Lernen als Konstruktion

• Wissen konstruiert sich der Lernende durch aktive Prozesse der Wahrnehmung, Deutung und Speicherung von Information

• Wissen lässt sich nicht vermitteln

• Aufgabe des Lehrers ist es, für die Konstruktion von Wissen geeignete Lernumgebungen bereitzustellen

• Wissen ist lehrbar, d. h. das Lernende allein dadurch, dass ihnen Wissen angeboten wird, dieses Wissen auch aufnehmen,

• Schüler wird als reaktives Wesen gesehen, das den angebotenen Lehrstoff aufnimmt oder auch nicht

• Lehrer ist eher Wissensvermittler

gemäßigter Konstruktivismus betont das Primat der Konstruktion gegenüber der Instruktion

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Zum Konstruktivismus

Lernen bekommt die Bedeutung von kreativem Handeln; es wird zum sozialen und selbstgesteuerten Prozess der LernendenWissen bildet kein geschlossenes System, sondern ist relativ, vorläufig und perspektivischBewertung konzentriert sich nicht mehr auf das Ergebnis;der Prozess steht im Mittelpunkt der Auswertung

Ausprägungen/SonderformenSituiertes Lernen:„Lernen als aktiver Konstruktionsprozess statt als passive Wissensaufnahme, wobei die Besonderheiten der materiellen und sozialen Situation, in der Lernen stattfindet, wesentlich sind“

Anchored Instruction:•„Narrative Anker“ sollen situiertes Lernen ermöglichen und die Lernenden motivieren•Elemente von fallbasierten, problembasierten und projektbasiertem Lernen•Empfehlung des Lernens in Gruppen•Material meist angereichert mit multimedialen Anteilen

Beispiel (Mathematik): The Adventures of Jasper (Quelle: Vanderbilt Group)

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Cognitive Flexibility Theory

Ziel dieses Ansatzes ist die Vermeidung von Übervereinfachungen und von "Schubladendenken" beim Lernen. Der Lernende soll flexible Vorstellungen entwickeln, die er in verschiedenen Kontexten nutzen kann. Gefördert wird diese Art des Lernens z. B. durch Falldar- stellungen, bei denen ein Problem aus verschiedenen Perspektiven beleuchtet wird, bei denen Komplexität und Facettenreichtum einer Situation sichtbar werden.

(nach Stefan Aufenanger, E-learning in der Schule, 2006)

"A central claim of Cognitive Flexibility Theory is that revisiting the same material, at different times, in rearranged contexts, for different purposes, and from different conceptual perspectives is essential for attaining the goals of advanced knowledge acquisition". (nach Rolf Schulmeister, Grundlagen hypermedialer Lernsysteme, 1996)

Originalquelle: Spiro, R. J., Feltovich, P. J., Jacobson, M. J., & Coulson, R. L. (1991). Cognitive flexibility, constructivism, and hypertext: Random access instruction for advanced knowledge acquisition in ill-structured domains. Educational Technology, 24-33

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Cognitive ApprenticeshipCollins, Brown & Newmann, 1989

Lern-Inhalte BereichswissenHeuristische Strategien („tricks of the trade“)Kontroll-StrategienLern-Strategien

Lehr-Methoden

ModellingCoachingScaffolding und FadingArticulationReflectionExploration

Lern-Sequenz Ansteigende KomplexitätAnsteigende VielfaltGlobale Kenntnisse und Fähigkeiten vor lokalen

Soziale Bedingungen

SituiertheitExpertenpraxisIntrinsische MotivationKooperation der Lernenden nutzenWettbewerb der Lernenden nutzen

Grundlagen und Annahmen zu diesem Ansatz stammen aus der Beobachtung und Untersuchung von Unterrichtskonzepten auf ihre gemeinsamen Merkmale unter dem Aspekt der kognitiven Meisterlehre‚

-> 18 Merkmale in 4 Bereichen

Orientiert sich an dem Lehrling <-> Meister (Experte) Verhältnis

Probleme des Modellierens

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Methoden im Cognitive Apprenticeship

„Modelling“: Lehrling schaut bei der Arbeit zu und erhält Erklärungen

„Coaching“: Lehrling lernt (unter Anleitung) Arbeiten selbst durchzuführen. Der Experte gibt dabei Hinweise und Rückmeldung

„Scaffolding“: Der Experte unterstütz den Lehrling (nur noch) bei der Durchführung von komplexen Tätigkeiten

„Fading“: Der Experte übernimmt nur noch Teile, die der Lehrling noch nicht in der Lage ist, selbst auszuführen und zieht sich auch sonst immer mehr zurück

„Artikulation“: Der Lehrling wird da zu angehalten seine Tätigkeiten/Lösungsstrategien Wahrzumachen

„ Reflection “: Der Lehrling soll dazu angehalten werden sein Lösungen mit der des Experten oder eines anderen Lehrling kritisch zu vergleichen und ggf. seine Handlungsweise anpassen

„Exploration“: Dem Lehrling werden nur noch allgemeine Vorgaben gesetzt, wodurch Sie in die Lage versetzt werden sollen eigen Interessen/Ziele zu entwickeln und auf interessante zu stoßen

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Instruktion und geleitete Erkundung Coaching Konstruktion

Umsetzbarkeit von CA in LIFE

Aufbau von (multimedialen) Lerneinheiten -> Informatikunterricht „konkret“ LIFE Phasenmodell

Weiteres Material/Hinweise: life.upb.de

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Methoden CA und LIFE Model

Methoden im CA Unterrichtsmethoden im LIFE Phasenmodell

Modelling Instruktionales Lösungsbeispiel, Objektspiel

Coaching Erklären des Objektspiels, Hilfestellungen des Lehrers

Scaffolding and Fading Durch das life3-Phasenmodell und die Werkzeuge (CRC-Karten, Fujaba)

Articulation Auf die Begrifflichkeit achten, Schülerarbeiten erklären lassen: Z. B.: Vorstellung der Ergebnisseder Gruppenarbeitsphasen

Reflection Arbeitsphasen besprechen: War das Vorgehen in der Gruppe erfolgreich? In Phase 3 durch Arbeit in parallelen Gruppen: Die einzelnen Gruppen stellen vor der Klasse denStand dar. Ihr Vorgehen, ihre Modellier-Ideen und Probleme – Die Klasse unterstützt, fragt nach,..

Exploration Vorliegende Beispiele erkunde

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Zusammenfassung

Lerntheorien

Rolle des Lehrers

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Learning Design: Creating Learning Communities

Phases of Learning :

- Exploration, Deconstruction (guided, self-directed, LO‘s)

- Exercises

- Reengineering (commission)

- Establish a Virtual Company

- Transfer of Knowledge, Construction

- Presentation, Competition of Design

- [Concept of Classroom work]

- Students Self-Evaluation (achievement of objectives, learning processes)

Z

ZZ

Z

Z

V V V V

deconstruction of software

construction by transfer of knowledge

Production Line

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Schlusswort

Bildung kommt vom Bildschirm und

nicht vom Buch, sonst hieße es ja Buchung.

Dieter Hildebrandt

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Literatur

Collins, Brown & Newman: Collins, A.; Brown, J.S.; Newman, S.E.: «Cognitive Apprenticeship: Teaching the crafts of reading, writing, and mathematics.» In Resnick, L. B. (Ed.): Knowing, learning and instruction Hillsdale: Lawrence Erlbaum Associates, 1989, S. 453-494.

YAM SAN CHEE:Cognitive apprenticeship and its application to the teaching of Smalltalk in a multimedia interactive learning environment Published in Instructional Science, 23, 133–161 (1995).

Ainslie Ellis, Linda Carswell u.a. Resources, Tools, and Techniques for Problem Based Learning in Computing Report of the ITiCSE’98 Working Group on Problem Based Learning

Baumgartner, P. eLearning Lerntheorien und Lernwerkzeuge, aus Österreichische Zeitung für

Berufsbildung http://www.e-lisa.at/magazine/oezb/pdf/3a_02_03.pdf

Documents

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