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
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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
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2 Aktivitäten
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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
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Fundamentale Ideen der Informatik
strukturierteZerlegung Sprache Algorithmisierung
Modellierung
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Ausblick
• kognitive Aspekte ( → Vertikalkriterium)
• Entwurf von Unterrichtseinheiten ( → Verifikation [LOGIN])
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Anwendung
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F2 Programmierstile
WerkzeugTräger
fundamentalerIdeen
Rückwirkungauf dasDenken
Programmier-sprache
Wittgenstein: "Die Grenzen meiner Sprache sind
die Grenzen meiner Welt"
Sapir-Whorf-These: Linguistisches Relativitätsprinzip
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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
...
http://www.didaktik.cs.uni-potsdam.de/[email protected]
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The Shawshank Redemption
"Fear can hold you prisoner, hope can set you free."
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