Beiträge zur Didaktik der Informatik

Forschung – Lehre – Entwicklung – Service

Andreas SchwillInstitut für InformatikUniversität Potsdam

Überblick• Umfeld

• Forschung

•• Fundamentale Ideen

•• Programmierstile

•• Unterrichtshilfen

•• Bewertung von Hard- und Softwaresystemen

• Lehre

•• Praktika

•• Projektgruppen

• Entwicklung

•• Unterrichtshilfen

•• Duden

•• Lehrbuch für Didaktik der Informatik

• Service

•• Entwicklung von Fort- und Weiterbildungsangeboten

•• Landeswettbewerb Informatik

•• INFOS99

2

1 Umfeld

Didaktisch-schulisches Umfeld :

Informatikin der

Schule

Innovationsdruck der WissenschaftParadigmenwechsel

"Hilflosigkeit"der Lehrer

politischeVorgaben (ITG)

kein einheitlichesdidaktisches

Konzept

sequentielle Verarbeitung parallele Verarbeitung

Programmieren als Kunst Programmieren alsIngenieurwissenschaft

strukturierte Programmierung objektorientierteProgrammierung

imperative Programmierung deklarative Programmierung

produktorientierteSoftwareentwicklung

prozeßorientierteSoftwareentwicklung

beobachtet/gefordert von alt neu

Brauer 89,91

Claus 89

Floyd 89,94

3

Universitäres Umfeld:

• Universität Potsdam

Neugründung nach der Wende (vorher Päd. Hochschule)

ca. 11.000 Studenten

Potsdamer Modell der Lehrerbildung →

•• je Wissenschaftsdisziplin eine C4-Stelle für Fachdidaktik

•• Verstärkung der praktischen Anteile

• Institut für Informatik

8 Professuren, davon 6 besetzt, 2 Honorarprofessuren,

1 gem. GMD-Professur

ca. 270 Direktstudenten, 120 Teilzeitstudenten, ca. 25 LA-

Studenten seit WS 1995/96

HPI – Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik

extreme Aufbausituation

• Didaktik der Informatik

Gründung 1.7.96

1 2/3 wiss. Mitarbeiter

1 techn. Mitarbeiter

4

2 Aktivitäten

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5

3 Forschung

Maxime

permanente Entwicklung von Scharen ungesicherterMetatheorien zur Informatik und zur Gestaltung informatischer

Gesamtbildung

↓

Erarbeitung punktueller gesicherter Ergebnissezur Vermittlung ausgewählter Informatikinhalte

6

F1 Fundamentale Ideen der Informatik

Prinzip:

• Abkopplung der Schulinformatik von der dynamischen

Entwicklung der Wissenschaft

• Vermittlung langlebiger Grundlagen in strukturreichen

Anwendungsfeldern

• Integration und Kondensation vieler unzusammenhängender

Details unter eine verbindende kognitive Struktur

• Beurteilung von Informatikelementen auf ihre Schulrelevanz

Was sind langlebige Grundlagen?

Fundamentale Ideen

Horizontalkriterium

Vertikalkriterium

Sinnkriterium

Zeitkriterium

7

Fundamentale Ideen der Informatik

strukturierteZerlegung Sprache Algorithmisierung

Modellierung

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Ausblick

• kognitive Aspekte ( → Vertikalkriterium)

• Entwurf von Unterrichtseinheiten ( → Verifikation [LOGIN])

8

Anwendung

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9

F2 Programmierstile

WerkzeugTräger

fundamentalerIdeen

Rückwirkungauf dasDenken

Programmier-sprache

Wittgenstein: "Die Grenzen meiner Sprache sind

die Grenzen meiner Welt"

Sapir-Whorf-These: Linguistisches Relativitätsprinzip

10

Der Sprachenstreit

1975: Welche Programmiersprache ist für die Schule am geeignetsten?

BASIC PASCAL

Man betone diekorrekte

Denkweise

1990: Welche Denkweise ist für die Schule am geeignetsten?

Man betone diekorrekte

Meta-Denkweise

imperativ

funktional

prädikativ

objekt-orientiert

2005: Welche Meta-Denkweise (??) ist die geeignetste?

...

→ Suche nach Lösungen

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Programmiersprachen im unterrichtlichen Vergleich

Imperative Programmierung mit Pascal

+ Bezug zur Lebenswelt der Schüler ( → Erziehung?)

+ in der Informatik im Zusammenhang mit Rechnermodellen

und Effizienzanalysen unverzichtbar

- Mangel an Orthogonalität (Baukastenprinzip)

- Lernen "auf Vorrat"

Prädikative Programmierung mit PROLOG

+ Problemlösen statt Programmieren

+ hohes Maß an Orthogonalität

- Problembeschreiben anspruchsvoll

- Alltagslogik ≠ Prädikatenlogik

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Funktionale Programmierung

• kaum Vorschläge und Ergebnisse mit modernen Sprachen

• positive Erfahrungen mit LOGO evtl. nicht übertragbar

- mathematische Notation für Anfänger evtl. zu abschreckend

- Psychologie: Rekursion schwierig für Anfänger

Objektorientierte Programmierung

+ modern, ausbaufähig, Spiralprinzip

+ orientiert an elementaren kognitiven Prozessen

+ Entwicklungsumgebung erforderlich:

• klar visualisierte Objekte

• manipulieren, experimentieren, rekonfigurieren,

evolutionär entwickeln

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F3 Unterrichtshilfen

Ziele:

• positive Erfahrungen in anderen Fächern

• Vergegenständlichung der rein abstrakten Denkobjekte der

Informatik

• Affektive

Kognitive Aktivitäten

Psychomotorische

• Prinzip der Variation

• Bau von Geräten =? Programmieren mit anderen

Grundoperationen

Etwas Hintergrund:

Piaget: Stadien der kognitiven Entwicklung

Alter Phase

0 -2 Sensomotorische Phase

2 -7 Präoperationale Phase

7-11 Konkret-operationale Phase

11-... Formal-operationale Phase

Die das Denken bestimmenden Operationen sind

verinnerlichte sensomotorische Aktivitäten

Psychogenetisches = > Jeder Lernprozeß besteht

Grundgesetz aus den obigen Phasen

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Beispiele :

1) Bucketsort

Merkmale:

• kein paarweiser Vergleich

• nur spezifische Sortierräume

• Linearzeit

• Programmaufbau: 2 Phasen

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2) Lineare Listen

eisenhaltige Oberflächebeschreibbar mit Folienstift

x: int

x=7

Zeigervariable

p: ↑T

Magnet

type T = record

x: integer;p: ↑T

end

type

T

x: int

x=7

Merkmale:

• record-Struktur

• Zeigeroperationen (nil, Referenzstufe)

• Listenoperationen

• Allgemeine Zeigergeflechte

→ Wettbewerb im Rahmen der INFOS99

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F4 Bewertung von Hard- und Softwaresystemen

Exemplarisch: Stiften Computeralgebrasysteme Sinn?

Sinnklassen:

• Sinn durch Wohlbehagen

• Sinn durch Kompetenzerweiterung

• Sinn durch lebensweltlichen Bezug

• Sinn durch Konkretisierung/Visualisierung

• Sinn durch enaktives Arbeiten

• Sinn durch experimentelles Arbeiten

• Sinn durch Einbettung in ein begriffliches Netz

• Sinn durch innermathematische Anwendung

• Sinn durch historische Genese

Guter Unterricht wird durch Computeralgebrasysteme nochbesser, schlechter Unterricht noch schlechter [E. Lehmann]

Aber: Computeralgebrasysteme sorgen für eineBegriffsverschiebung:

Was heißt Lösung?

Wunsch: Akkreditierungsstelle für Hard- und Software in derSchule

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4 Lehre

L1 Software-Praktikum

• Bedienung

• Auswahl von Informatiksystemenim Schulcomputerlabor

• methodischer Einsatz

• Bewertung

L2 Projektgruppen

• Auslöser: Erhebliche Defizite in der Schulpraxis

• 6-12 Monate

• 6-12 Studierende

• Teilnahme am Forschungsprozeß

• Entwicklung umfangreicherer Produkte, z.B.- Unterrichtssoftware- Arbeitsmaterialien- Unterrichtseinheiten- empirische Untersuchungen

• Erleben von Gruppenarbeit

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5 Entwicklung

• Herstellung und Erprobung von Unterrichtshilfen in

Kooperation mit Lehrmittelfirmen

• Schülerduden und Duden Informatik, LOGIN

• Lehrbuch für Didaktik der Informatik:

- Theorie des ideenorientierten Unterrichts

- Anwendungen, Unterrichtsvorschläge, Curricula

• HyFISCH–HyperForum Informatik in der Schule: Interaktiver

Web-Server (Basis: Hyperwave), der vor allem den Schulen

und Bildungseinrichtungen im regionalen Umfeld als

Informations- und Kommunikationsplattform dienen soll:

http://www.hyfisch.de

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6 Service

S1 Entwicklung von Fort- und Weiterbildungsangeboten

Beispiel:

Richtungsentscheidung der KMK (1997) –> Stärkung des

fächerverbindenden Unterrichts

Fächerverbindender Unterricht mit Informatik unter dem

Gesichtspunkt der Modellbildung:

• Informatik und Astronomie (Satellitenbahnen)

• Informatik und Biologie (genetische Algorithmen)

• Informatik und Chemie (Nomenklatur chemischer Stoffe)

• Informatik und Deutsch (Übersetzung alter in neue

Rechtschreibung)

• Informatik und Geographie (Simulation von

Wasserwellen/Tsunamis)

• Informatik und Mathematik (Vektorrechnung objektorientiert)

• Informatik und politische Bildung (Wahlverfahren)

• Informatik, Physik und Sport (Kugelstoßen)

• Fächerübergreifende Präsentationstechniken im Internet

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S2 Landeswettbewerb Informatik

• Profilierung gegenüber Konkurrenzwettbewerben

• Etablierung der projektorientierten Unterrichtsmethode mit

Informatik als Bezugsfach

• Anreize und Anregungen für die Lehrkräfte, Projekte

durchzuführen und über ihre Ergebnisse zu berichten.

• Bearbeitung des Themas nur in Form von Projekten

1998: Sprache und Informatik

1. Preis: Leibniz-Gymnasium Potsdam

Thema: Fachjargon und Metaphern der Informatik

2. Preis: Friedrich-Schiller-Gymnasium

Königs-Wusterhausen

Thema: Wechselwirkungen zwischen Philosophie,

Sprache und Informatik

1999: Informatik und Geschichte/Geschichte der Informatik

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S3 INFOS99–8. GI-Fachtagung Informatik und Schule

HauptvorträgeInformationsbeschaffung auf dem Internet - wie unterrichtet mandas in der Schule?Dr. Werner Hartmann, ETH Zürich

Netztechnologien und Netzanwendungen - was bringt dieZukunft?Prof. Dr. Uwe Hübner, TU Chemnitz

Computernetze, Multimedia und virtuelle Realität. Perspektivender WissensgesellschaftProf. Dr. Klaus Mainzer, Universität Augsburg

Visualisierung, virtuelle Umgebungen und erweiterte RealitätProf. Dr. Heinrich Müller, Universität Dortmund

Tutorials

Einführung in Java Kryptologie mit Java

Instant Intranet Linux-Administration

Multimedia-Produktion Computer-Graphik

...

Workshops

Didaktische Aspekte von Web-basiertem Unterricht

Kryptographie

Systembetreuung in der Schule

...

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The Shawshank Redemption

"Fear can hold you prisoner, hope can set you free."