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Grenzen derInformatik und
Programmierung
Einstieg in dieInformatik
DidaktischeAspekte Informatikmittel
DIDAKTIKDER
INFORMATIK
Informatik ohneInformatik-systeme
InformatischeModellierung
TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-1
Seminar 17Grenzen der Informatik undProgrammierungInformatikfachdidaktik Christoph SchomannSeminar Didaktik der Informatik vom 22. Januar 2018
Version: gfi commit shortStand: gfi dateZuletzt bearbeitet von: gfi author nameLizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de – cbea
Fachgebiet Didaktik der InformatikBergische Universität Wuppertal
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DidaktischeAspekte Informatikmittel
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InformatischeModellierung
TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-2
Kompetenzen – Seminar 17
1 können praktische und theoretische Grenzen der Informatikwiedergeben
2 nennen Beispiele für ökonomische, rechtliche und ethischeGrenzen der Informatik
3 benennen als theoretische Grenzen der Programmierung dieGrenzen der Entscheidbarkeit und Berechenbarkeit
4 geben Beispiele für nicht-berechenbare Probleme an5 kennen Grenzen und Möglichkeiten von künstlicher Intelligenz6 begründen, warum die Grenzen der Informatik wichtig für
Schülerinnen und Schüler sind
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DidaktischeAspekte Informatikmittel
DIDAKTIKDER
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TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-3
Gliederung – Seminar 17
1 Grenzen der Informatik in der PraxisÖkonomieRecht und EthikHardware
2 Theoretische Grenzen der InformatikEntscheidbarkeitBerechenbarkeit
3 Künstliche Intelligenz [im Skript]
4 Grenzen und Didaktik
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Programmierung
Einstieg in dieInformatik
DidaktischeAspekte Informatikmittel
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Informatik ohneInformatik-systeme
InformatischeModellierung
TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-4
Ökonomische Grenzen der Informatik
Niemand arbeitet gerne unbezahlt oder ohne Sinn in seiner Arbeitzu sehen. Logischerweise auch Entwickler nicht:
• Für jedes Produkt muss jemand gefunden werden, der esentwickelt.
• Nicht für jedes Produkt lohnt der Aufwand, es zu entwickeln.
Aufgabe (EA oder PA) [10min]
Überlegen Sie, welche Produkte (programmierbare Aufgaben oderInformatiksysteme) nicht notwendig oder sinnvoll sind zuentwickeln.Ihre Beispiele dürfen subjektiv und kontextsensitiv sein.
Einfache Alltagshandlungen sind im Allgemeinen nicht sinnvoll zuentwickeln (medizinische Kontexte bilden hier eine Ausnahme).Zum Beispiel:
• Schubladen/Türen öffnen oder schließen• Schuhe binden• ...
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InformatischeModellierung
TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-4
Ökonomische Grenzen der Informatik
Niemand arbeitet gerne unbezahlt oder ohne Sinn in seiner Arbeitzu sehen. Logischerweise auch Entwickler nicht:
• Für jedes Produkt muss jemand gefunden werden, der esentwickelt.
• Nicht für jedes Produkt lohnt der Aufwand, es zu entwickeln.
Aufgabe (EA oder PA) [10min]
Überlegen Sie, welche Produkte (programmierbare Aufgaben oderInformatiksysteme) nicht notwendig oder sinnvoll sind zuentwickeln.Ihre Beispiele dürfen subjektiv und kontextsensitiv sein.
Einfache Alltagshandlungen sind im Allgemeinen nicht sinnvoll zuentwickeln (medizinische Kontexte bilden hier eine Ausnahme).Zum Beispiel:
• Schubladen/Türen öffnen oder schließen• Schuhe binden• ...
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Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-4
Ökonomische Grenzen der Informatik
Niemand arbeitet gerne unbezahlt oder ohne Sinn in seiner Arbeitzu sehen. Logischerweise auch Entwickler nicht:
• Für jedes Produkt muss jemand gefunden werden, der esentwickelt.
• Nicht für jedes Produkt lohnt der Aufwand, es zu entwickeln.
Aufgabe (EA oder PA) [10min]
Überlegen Sie, welche Produkte (programmierbare Aufgaben oderInformatiksysteme) nicht notwendig oder sinnvoll sind zuentwickeln.Ihre Beispiele dürfen subjektiv und kontextsensitiv sein.
Einfache Alltagshandlungen sind im Allgemeinen nicht sinnvoll zuentwickeln (medizinische Kontexte bilden hier eine Ausnahme).Zum Beispiel:
• Schubladen/Türen öffnen oder schließen• Schuhe binden• ...
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Einstieg in dieInformatik
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InformatischeModellierung
TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-5
Rechtliche und ethische Grenzen der Informatik
• Gesetze zum Schutz der Nutzer• Jugendschutz• Recht am eigenen Bild• Urheberrechte• Privatsphäre
• Gesetze und Richtlinien für die Entwicklung von Software undInformatiksystemen
• Sicherheit• Entwicklungsstand
Künstliche Intelligenz (KI)
Für den Fall vollständig funktionsfähiger KI müssen philosophischeAnsätze durchdacht und gesetzlich geregelt werden. Beispielsweiseab wann eine eigenständig denkende KI auch eigene Rechte hat.
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TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-5
Rechtliche und ethische Grenzen der Informatik
• Gesetze zum Schutz der Nutzer• Jugendschutz• Recht am eigenen Bild• Urheberrechte• Privatsphäre
• Gesetze und Richtlinien für die Entwicklung von Software undInformatiksystemen
• Sicherheit• Entwicklungsstand
Künstliche Intelligenz (KI)
Für den Fall vollständig funktionsfähiger KI müssen philosophischeAnsätze durchdacht und gesetzlich geregelt werden. Beispielsweiseab wann eine eigenständig denkende KI auch eigene Rechte hat.
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Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
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Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-5
Rechtliche und ethische Grenzen der Informatik
• Gesetze zum Schutz der Nutzer• Jugendschutz• Recht am eigenen Bild• Urheberrechte• Privatsphäre
• Gesetze und Richtlinien für die Entwicklung von Software undInformatiksystemen
• Sicherheit• Entwicklungsstand
Künstliche Intelligenz (KI)
Für den Fall vollständig funktionsfähiger KI müssen philosophischeAnsätze durchdacht und gesetzlich geregelt werden. Beispielsweiseab wann eine eigenständig denkende KI auch eigene Rechte hat.
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Programmierung
Einstieg in dieInformatik
DidaktischeAspekte Informatikmittel
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TechnischeInformatik
Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-6
Technische Grenzen der Informatik
Die technische Entwicklung schreitet immer weiter und immerschneller voran, so wie es Moore schon 1965 prognostiziert hat(Moore’sches Gesetz 19651). Durch eben diesen Fortschritt werdendie technischen Grenzen der Informatik immer öfter nur inspeziellen Aufgaben sicht- und spürbar (z.B. Universitäten, Cern,NSA, etc.).
Technische Grenzen wären z.B.:• Rechen- und Speicherkapazitäten• Konstruktionsfehler• Materialermüdung
1Das Moore’sche Gesetz beschreibt eine regelmäßige Verdopplung derLeistungsfähigkeit von technischer Hardware innerhalb von ca. 12-24 Monaten.
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Grenzen der Informatikin der PraxisÖkonomie
Recht und Ethik
Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
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Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-6
Technische Grenzen der Informatik
Die technische Entwicklung schreitet immer weiter und immerschneller voran, so wie es Moore schon 1965 prognostiziert hat(Moore’sches Gesetz 19651). Durch eben diesen Fortschritt werdendie technischen Grenzen der Informatik immer öfter nur inspeziellen Aufgaben sicht- und spürbar (z.B. Universitäten, Cern,NSA, etc.).Technische Grenzen wären z.B.:
• Rechen- und Speicherkapazitäten• Konstruktionsfehler• Materialermüdung
1Das Moore’sche Gesetz beschreibt eine regelmäßige Verdopplung derLeistungsfähigkeit von technischer Hardware innerhalb von ca. 12-24 Monaten.
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TechnischeInformatik
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17-7
Technische Grenzen der Informatik II
Geplante Obsoleszenz (Obsoleszenz 2015)
Immer wieder werden Vorwürfe der geplanten Obsoleszenz laut.Beispielsweise gegen Apple 2017 (Apple bestätigt langsamereiPhone bei gealtertem Akku 2017). In Frankreich wurde Appledeshalb verklagt (Französische Justiz ermittelt gegen Apple 2018).Allerdings ist der Begriff »geplante Obsoleszenz« nicht eindeutigdefiniert und wird auch wissenschaftlich noch diskutiert (Billig,aber kein Betrug - Umweltwissenschaftler verteidigen die Industriegegen Obsoleszenz-Vorwürfe 2017).
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Recht und Ethik
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Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
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Zusammenfassung
Literatur
17-8
Entscheidbarkeit
Probleme, die nicht entscheidbar bzw. algorithmisch lösbar sind,sind eine Grenze der Informatik.Beispiele für nicht-entscheidbare Probleme sind das Halteproblemund das Äquivalenzproblem:
• Halteproblem: Es gibt keine Möglichkeit für ein Programm, inendlichen Schritten zu entscheiden, ob ein anderes Programmfür beliebige Eingaben hält oder nicht (Beweis im Skript).
• Äquivalenzproblem: Es ist unmöglich, ein Programm zuentwickeln, das für zwei verschiedene Programme testet, obdiese für jede identische Eingabe dieselbe Ausgabe haben.
Faustregel: »Wenn es einen Algorithmus gibt, der ein gegebenesProblem löst, dann ist das Problem entscheidbar« (vgl. Hromkovic2011, S.218).
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Grenzen und Didaktik
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17-8
Entscheidbarkeit
Probleme, die nicht entscheidbar bzw. algorithmisch lösbar sind,sind eine Grenze der Informatik.Beispiele für nicht-entscheidbare Probleme sind das Halteproblemund das Äquivalenzproblem:
• Halteproblem: Es gibt keine Möglichkeit für ein Programm, inendlichen Schritten zu entscheiden, ob ein anderes Programmfür beliebige Eingaben hält oder nicht (Beweis im Skript).
• Äquivalenzproblem: Es ist unmöglich, ein Programm zuentwickeln, das für zwei verschiedene Programme testet, obdiese für jede identische Eingabe dieselbe Ausgabe haben.
Faustregel: »Wenn es einen Algorithmus gibt, der ein gegebenesProblem löst, dann ist das Problem entscheidbar« (vgl. Hromkovic2011, S.218).
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Recht und Ethik
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Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
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Literatur
17-8
Entscheidbarkeit
Probleme, die nicht entscheidbar bzw. algorithmisch lösbar sind,sind eine Grenze der Informatik.Beispiele für nicht-entscheidbare Probleme sind das Halteproblemund das Äquivalenzproblem:
• Halteproblem: Es gibt keine Möglichkeit für ein Programm, inendlichen Schritten zu entscheiden, ob ein anderes Programmfür beliebige Eingaben hält oder nicht (Beweis im Skript).
• Äquivalenzproblem: Es ist unmöglich, ein Programm zuentwickeln, das für zwei verschiedene Programme testet, obdiese für jede identische Eingabe dieselbe Ausgabe haben.
Faustregel: »Wenn es einen Algorithmus gibt, der ein gegebenesProblem löst, dann ist das Problem entscheidbar« (vgl. Hromkovic2011, S.218).
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Hardware
Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
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Zusammenfassung
Literatur
17-9
Berechenbarkeit
Aufgabe (EA) [5min]
Überlegen Sie sich Beispiele für Dinge, Situationen, Geschehnisse,die nicht berechenbar sind.
Beispiele für nicht berechenbare Dinge:• spontanes Verhalten• Intuition/Bauchgefühl• Glück/Zufall• Beweise mit Stift und Lineal
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17-9
Berechenbarkeit
Aufgabe (EA) [5min]
Überlegen Sie sich Beispiele für Dinge, Situationen, Geschehnisse,die nicht berechenbar sind.
Beispiele für nicht berechenbare Dinge:• spontanes Verhalten• Intuition/Bauchgefühl• Glück/Zufall• Beweise mit Stift und Lineal
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DidaktischeAspekte Informatikmittel
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Recht und Ethik
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Theoretische Grenzender InformatikEntscheidbarkeit
Berechenbarkeit
Künstliche Intelligenz[im Skript]
Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-10
Berechenbarkeit II
Mit zunehmendem Aufwand und zunehmender Komplexitätkönnen auch eigentlich berechenbare Funktionen nicht mehrberechenbar werden. Bei exponentiell wachsendem Aufwand sindschnell die Grenzen der Informatiksysteme ausgeschöpft.Beispiele dafür sind s.g. NP-vollständige Probleme. Diese werdenim Skript näher erläutert (vgl. Schöning 2000, S.156-166).
• Cliquenproblem• Hamiltonkreisproblem• Mengenüberdeckungsproblem• Färbbarkeitsproblem
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Recht und Ethik
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17-10
Berechenbarkeit II
Mit zunehmendem Aufwand und zunehmender Komplexitätkönnen auch eigentlich berechenbare Funktionen nicht mehrberechenbar werden. Bei exponentiell wachsendem Aufwand sindschnell die Grenzen der Informatiksysteme ausgeschöpft.Beispiele dafür sind s.g. NP-vollständige Probleme. Diese werdenim Skript näher erläutert (vgl. Schöning 2000, S.156-166).
• Cliquenproblem• Hamiltonkreisproblem• Mengenüberdeckungsproblem• Färbbarkeitsproblem
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17-11
Die Grenzen der Informatik in der Didaktik der Informatik
Aufgabe (Plenum) [15min]
Diskutieren Sie im Plenum über den Einfluss der Grenzen derInformatik auf die Didaktik der Informatik und ihre Erörterung imInformatikunterricht!
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Zusammenfassung
Literatur
17-12
Die Grenzen der Informatik in der Didaktik der Informatik II
FII2 »Algorithmisierung« VS Grenzen der EntscheidbarkeitDenn »mit dieser Idee verbindet sich die Zielvorstellung, alleProbleme ließen sich durch maschinell nachvollziehbare Verfahren,deren Korrektheit jederzeit gesichert ist, effizient lösen«(Fundamentale Ideen – Informatik 1997, S.2).
Aber wie die FII können die Grenzen der Informatik (mitEinschränkungen)
• »(2) auf jedem intellektuellem Niveau aufgezeigt undvermittelt werden (...),
• (3) zur Annäherung an eine gewisse idealisierte Zielvorstellungdienen, die jedoch faktisch möglicherweise unerreichbar ist,
• (4) in der historischen Entwicklung des Bereiches deutlich[wahrgenommen werden] und längerfristig relevant bleiben«(Fundamentale Ideen – Informatik 1997, S.1).
2Fundamentale Ideen der Informatikcbea • Version: gfi commit short • letzte Änderung: gfi date •
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17-12
Die Grenzen der Informatik in der Didaktik der Informatik II
FII2 »Algorithmisierung« VS Grenzen der EntscheidbarkeitDenn »mit dieser Idee verbindet sich die Zielvorstellung, alleProbleme ließen sich durch maschinell nachvollziehbare Verfahren,deren Korrektheit jederzeit gesichert ist, effizient lösen«(Fundamentale Ideen – Informatik 1997, S.2).Aber wie die FII können die Grenzen der Informatik (mitEinschränkungen)
• »(2) auf jedem intellektuellem Niveau aufgezeigt undvermittelt werden (...),
• (3) zur Annäherung an eine gewisse idealisierte Zielvorstellungdienen, die jedoch faktisch möglicherweise unerreichbar ist,
• (4) in der historischen Entwicklung des Bereiches deutlich[wahrgenommen werden] und längerfristig relevant bleiben«(Fundamentale Ideen – Informatik 1997, S.1).
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17-13
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Idee und Inhalte angelehnt an:Grenzen der Informatik 2010
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Zusammenfassung
Literatur
17-14
Zusammenfassung
Grenzen der Informatik in der Praxis
• Ökonomie: Jede programmierbare Aufgabe braucht jemanden,der sie implementiert. Unabhängig davon, ob dessenMotivation ex- oder intrinsisch ist.
• Recht und Ethik: Auch die Entwicklung von Software undInformatiksystemen unterliegt gesetzlichen Regelungen. Diesesind meist zum Schutz der Nutzer.
• Technische Grenzen: Das Moore’sche Gesetz (1) versprichtdie theoretisch grenzenlose Leistungsfähigkeit vonInformatiksystemen, die praktisch von Materialermüdung undKonstruktionsfehlern begrenzt werden.
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Literatur
17-14
Zusammenfassung
Theoretische Grenzen der Informatik
• Entscheidbarkeit: »Wenn es einen Algorithmus gibt, der eingegebenes Problem löst, dann ist das Problem entscheidbar«(Hromkovic 2011, S.218).
• Berechenbarkeit: Begrenzungen in der Unmöglichkeit derBerechnung von z.B. Zufällen einerseits und durch(exponentiell) wachsenden Aufwand andererseits.
• Künstliche Intelligenz: KI ist möglich, allerdings nur an EngeKontexte gebunden. Eine KI, die nicht an einen Kontextgebunden ist, ist im Moment unmöglich.
Grenzen der Informatik in der Didaktik der InformatikEin eigene Unterrichtsreihe zu den Grenzen der Informatik ist nichtzu empfehlen, da die Grenzen sich laufend verändern. Allerdingskann man die verschiedenen Grenzen geeignet am Randeerwähnen, um bei den Schülerinnen und Schülern ein Bewusstseinzu schaffen, was möglich, sinnvoll und/oder rechtens ist.
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Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-15
Literatur für das Seminar I
Apple bestätigt langsamere iPhone bei gealtertem Akku (2017).Eingesehen am 04.01.2018. url:https://www.computerbase.de/2017-12/iphone-6-6s-se-7-apple-iphone-akku/.
Billig, aber kein Betrug - Umweltwissenschaftler verteidigen dieIndustrie gegen Obsoleszenz-Vorwürfe (2017). Eingesehen am05.01.2018. url: https://www.heise.de/ct/ausgabe/2016-8-Umweltwissenschaftler-verteidigen-die-Industrie-gegen-Obsoleszenz-Vorwuerfe-3153273.html.
Französische Justiz ermittelt gegen Apple (2018). Eingesehen am26.01.2018. url: http://www.zeit.de/digital/mobil/2018-01/iphone-apple-frankreich-justiz-ermittlung.
Fundamentale Ideen – Informatik (1997). Eingesehen am29.08.2017. url: http://ddi.cs.uni-potsdam.de/didaktik/Lehre/ADP1/Skriptum/kap6.pdf.
Grenzen der Informatik (2010). Eingesehen am 02.01.2018. url:http://www.burgnetz.de/otg/informatik/berechenbarkeit/grenzen.html.
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Grenzen derInformatik und
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Grenzen und Didaktik
Zusammenfassung
Literatur
17-16
Literatur für das Seminar II
Hromkovic, Juraj (2011). Berechenbarkeit - Logik, Algorithmen,Rechner und Assembler, Grenzen der Automatisierbarkeit.Viewig+Teubner. isbn: 978-3-8348-1509-5.
Moore’sches Gesetz (1965). Eingesehen am 04.01.2018. url:http://www.wirtschaftslexikon.co/d/moore-sches-gesetz-moores-law/moore-sches-gesetz-moores-law.htm.
Obsoleszenz (2015). Eingesehen am 05.01.2018. url: http://www.wirtschaftslexikon.co/d/obsoleszenz/obsoleszenz.htm.
Schöning, Uwe (2000). Theoretische Informatik - kurzgefasst.Spektrum. isbn: 3-8274-1099-1.
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