Fachdidaktische Diskussion von Informatiksystemen und der Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtsmodell zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen für die Sekundarstufe II vorgestellt. Der Bedarf wird u. a. damit begründet, dass Informatiksysteme zu Beginn des 21. Jahrhunderts allgegenwärtig sind (Kapitel 1). Für Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen sind diese in ihrer Einheit aus Hardware, Software und Vernetzung anhand ihres nach außen sichtbaren Verhaltens, der inneren Struktur und Implementierungsaspekten zu analysieren. Ausgehend vom Kompetenzbegriff (Kapitel 2) und dem Informatiksystembegriff (Kapitel 3) erfolgt eine Analyse des fachdidaktischen Forschungsstandes zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen. Die Ergebnisse lassen sich in die Bereiche (1) Bildungsziele, (2) Unterrichtsinhalte, (3) Lehr-Lernmethodik und (4) Lehr-Lernmedien aufteilen (Kapitel 4). In Kapitel 5 wird die Unterrichtsmodellentwicklung beschrieben. Den Zugang zu Informatiksystemen bildet in der vorliegenden Dissertationsschrift das nach außen sichtbare Verhalten. Es erfolgt eine Fokussierung auf vernetzte fundamentale Ideen der Informatik und Strukturmodelle von Informatiksystemen als Unterrichtsinhalte. Es wird begründet, dass ausgewählte objektorientierte Entwurfsmuster vernetzte fundamentale Ideen repräsentieren. In Abschnitt 5.4 werden dementsprechend Entwurfsmuster als Wissensrepräsentation für vernetzte fundamentale Ideen klassifiziert. Das systematische Erkunden des Verhaltens von Informatiksystemen wird im Informatikunterricht bisher kaum thematisiert. Es werden Schülertätigkeiten in Anlehnung an Unterrichtsexperimente angegeben, die Schüler unterstützen, Informatiksysteme bewusst und gezielt anzuwenden (Abschnitt 5.5). Bei dieser Lehr-Lernmethodik werden das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen, im Sinne einer Black-Box, und das Wechselspiel von Verhalten und Struktur bei vorliegender Implementierung des Systems als White-Box analysiert. Die Adressierung schrittweise höherer kognitiver Niveaustufen wird in die Entwicklung einbezogen. Unterstützend wird für das Unterrichtsmodell lernförderliche Software gestaltet, die vernetzte fundamentale Ideen in Entwurfsmustern und das Experimentieren aufgreift (Abschnitt 5.6). Schwerpunkte bilden im Unterrichtsmodell zwei Arten von lernförderlicher Software: (1) Die Lernsoftware Pattern Park wurde von einer studentischen Projektgruppe entwickelt. In ihr können in Entwurfsmustern enthaltene fundamentale Ideen der Informatik über ihren Lebensweltbezug im Szenario eines Freizeitparks analysiert werden. (2) Als weitere Art Lernsoftware werden kleine Programme eingesetzt, deren innere Struktur durch ausgewählte Entwurfsmuster gebildet und deren Verhalten direkt durch die darin enthaltenen fundamentalen Ideen bestimmt wird. Diese Programme können durch die Experimente im Unterricht systematisch untersucht werden. Mit dem Ziel, die normative Perspektive um Rückkopplung mit der Praxis zu ergänzen, werden zwei Erprobungen im Informatikunterricht vorgenommen. Diese liefern Erkenntnisse zur Machbarkeit des Unterrichtsmodells und dessen Akzeptanz durch die Schüler (Kapitel 6 und 8). Exemplarisch umgesetzt werden die Themen Zugriffskontrolle mit dem Proxymuster, Iteration mit dem Iteratormuster und Systemzustände mit dem Zustandsmuster. Der intensive Austausch mit Informatiklehrpersonen in der Kooperationsschule über Informatiksysteme und Kompetenzentwicklung sowie die Durchführung von zwei Lehrerfortbildungen ergänzen die Beobachtungen im unterrichtlichen Geschehen. Die erste Unterrichtserprobung resultiert in einer Weiterentwicklung des Unterrichtsmodells zu Informatiksystemen und Kompetenzentwicklung (Kapitel 7). Darin erfolgt eine Fokussierung auf das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen und eine Verfeinerung der Perspektiven auf innere Struktur und ausgewählte Implementierungsaspekte. Anschließend wird die zweite Unterrichtserprobung durchgeführt und evaluiert (Kapitel 8). Am Schluss der Forschungsarbeit steht ein in empirischen Phasen erprobtes Unterrichtsmodell.In the 21st century, informatics systems are ubiquitous. Therefore, the author presents an educational model for competencies with respect to informatics systems (Chapter 1). To achieve such competencies at upper secondary level, observable behaviour, internal structure and implementation aspects of informatics systems have to be analysed by students. Based on a definition of the terms competency (Chapter 2) and informatics system (Chapter 3), the state of the art in Didactics of Informatics is investigated. In the national and international scientific work, (1) educational objectives, (2) themes and subject matters, (3) teaching and learning methods, as well as (4) educational means and media are identified (Chapter 4). In Chapter 5 the development of the educational model is described. The approach to competencies with respect to informatics systems concentrates on the observable behaviour of the systems. We focus on networked fundamental ideas of informatics as a quality factor and structural models of informatics systems. Selected object-oriented design patterns represent networked fundamental ideas. In Section 5.4 design patterns as knowledge representations of fundamental ideas are classified. Systematic exploration of informatics systems is uncommon in informatics education at upper secondary level. Therefore, students\u27 activities are developed according to educational experiments to enable students to use systems consciously (Section 5.5). Systematic exploration puts students in a position to analyse the observable behaviour as a black box. Given the source code and documentation of a system, experimenting with such a system relates behaviour to its internal structure. Succeeding cognitive processes are also considered in this approach. To support learning, software was developed, which emphasises fundamental ideas in design patterns and enables experimenting (Section 5.6). There are two kinds of learning software: (1) The learning software Pattern Park was developed by a student project group. In the software fundamental ideas within design patterns can be understood through a real-life analogy in the context of a theme park. (2) As a second kind of learning software we use small programs, whose internal structure is built by selected design patterns. Their observable behaviour depends on networked fundamental ideas of informatics. These programs can be analysed systematically by students. Aiming at complementing the normative perspective with concrete learning processes, two classroom practice projects were conducted. These offered results with respect to feasibility of the educational model and acceptance by the students (Chapter 6 and 8). Exemplarily, access control by Proxy design pattern, iteration by Iterator design pattern, and states of systems by State design pattern were chosen. Cooperation with teachers and conduction of teacher training workshops complement observations within the classroom projects. The first classroom project resulted in a refinement of theory to foster competencies with respect to informatics systems (Chapter 7). In particular, perspectives on informatics systems were elaborated. Afterwards, a second classroom project was conducted and evaluated (Chapter 8). In conclusion of the research project, there is an empirically tested educational model to foster competencies with respect to informatics systems

Konzeption und Diskussion zu E-Learning für Internetworking in der beruflichen Bildung unter Weiterentwicklung des Didaktischen Systems

In dieser Dissertationsschrift wird ein fachdidaktisch fundiertes E-Learning-Modell für die berufliche Weiterbildung entwickelt. Ziel ist es, die abwechslungsreiche und nachhaltige Gestaltung von Lehr-Lernprozessen zum Thema Internet zu unterstützen. Das E-Learning-Modell berücksichtigt Erkenntnisse aus Fachdidaktik, E-Learning-Forschung und beruflicher Weiterbildung. Bei der Gestaltung von Lehr-Lernprozessen betont es insbesondere die Aspekte · Förderung von Schlüsselkompetenzen, · Aneignung der Fachsprache und · selbstgesteuertes Lernen. Als theoretische Basis dient das fachdidaktische Konzept der didaktischen Systeme. Die bildungstheoretische Perspektive wird ergänzt um Rückkopplung aus der Praxis

Kompetenzorientierter Informatikunterricht in der Sekundarstufe I unter Verwendung der visuellen Programmiersprache Puck

In dieser Arbeit wurde die aktuelle Diskussion um Bildungsstandards sowie die spezifische Situation in der Informatik dargestellt. Weiterhin wurde auf Kompetenzen, Kompetenzmodelle und zugehörige Aufgaben eingegangen. Ausgehend von diesen Analysen wurde auf Grundlage der von der GI empfohlenen „Grundsätze und Standards für Informatik in der Schule“ ein Kompetenzmodell für den Inhaltsbereich „Algorithmen“ der 8. bis 10. Jahrgangsstufe zusammen mit Aufgaben zum Verdeutlichen, Erwerben und Überprüfen der Kompetenzen entwickelt. Die gewonnenen Erfahrungen bei der Entwicklung des Kompetenzmodells und der Aufgaben wurden jeweils zusammengefasst. Das Erwerben von Kompetenzen zum Inhaltsbereich „Algorithmen“ ist häufig mit dem Einsatz einer konkreten Programmiersprache verbunden. Die vom Autor erstellte visuelle Programmiersprache Puck wurde im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt und von verschiedenen anderen visuellen Werkzeugen abgegrenzt. Weiterhin wurden Gründe dargestellt, die für den Einsatz solcher visueller Werkzeuge bei der Einführung in die Programmierung sprechen. In einer Voruntersuchung an sechs Thüringer Schulen wurden erste Erfahrungen zu kompetenzorientiertem Informatikunterricht unter Verwendung der entwickelten Materialien und der visuellen Programmiersprache Puck zusammengetragen. Auf Grundlage dieser Ergebnisse wurden in der Hauptuntersuchung 84 Lehrerinnen und Lehrern im deutschsprachigen Raum das weiterentwickelte Kompetenzmodell, die zugehörigen Aufgaben und Puck zur Verfügung gestellt. Die Befragung von 40 Lehrpersonen, am Ende der Hauptuntersuchung ergab, dass es einem Großteil der Lehrkräfte möglich war, anhand der bereitgestellten Materialien kompetenzorientierten Informatikunterricht zu strukturieren, vorzubereiten, durchzuführen und auszuwerten. Es zeigte sich außerdem, dass die visuelle Programmiersprache Puck größtenteils als geeignet für eine Einführung in die Programmierung in den Jahrgangsstufen 8 bis 10 eingeschätzt wurde

5. und 6. Tagung GML² 2007 und GML² 2008 ; 19. - 21. März 2007 / 13. - 14. März 2008 an der Technischen Universität Berlin und an der Freien Universität Berlin

Dem Lernen und Lehren mit Neuen Medien werden in Zeiten der Informationsgesellschaft oft sagenhafte Eigenschaften zugeschrieben: es sei anschaulicher, attraktiver, motivierender, effizienter, kostengünstiger, gehe besser auf den Lernenden ein, steigere den Lernerfolg, orientiere sich mehr an den kognitiven Strukturen von Lernenden etc.. Damit wenigstens einige der genannten Vorteile wirksam werden, sind geeignete didaktische und methodische Modelle und Konzepte unverzichtbar. Hinzu kommen detaillierte Kenntnisse in der Gestaltung von Lernoberflächen, der technischen Realisierung von Lerninhalten, dem Aufbau lernförderlicher Strukturen und Betreuungskonzepte und dem Betrieb von teilweise virtuellen Universitäten. Inwieweit gesteckte Ziele erreicht wurden, ist anhand von Evaluationsmaßnahmen zu ermitteln. Sämtliche Aspekte müssen bereits in die Planung entsprechender Angebote einbezogen werden. Die Tagungsreihe widmet sich ausgewählten Fragestellungen dieses Themenkomplexes, die durch Vorträge ausgewiesener Experten, durch eingereichte Beiträge und durch Diskussionen in Arbeitsgruppen/Tutorials intensiv behandelt werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den didaktischen und methodischen Konzepten, die im Rahmen multimedialer Lehre zum Einsatz kommen. Zur Präsentation von Beispielszenarien, Projektergebnissen, Best- Practice sowie zum Erfahrungsaustausch sind ebenfalls stets ausreichend Freiräume eingeplant. Als Zielgruppe sehen wir u.a. Interessentinnen und Interessenten, die – vor allem im Raum Berlin/Brandenburg – an Entwicklung und Einsatz von multimedialen Lehrangeboten arbeiten. Besonders angesprochen sind Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen in den laufenden BMBF-Förderprojekten im Programm „Neue Medien in der Bildung“ und in Bildungsinitiativen und -projekten zur Gestaltung der Informationsgesellschaft. Eingeladene Hauptvorträge und eingereichte Beiträge haben die GML² 2007 und die GML² 2008 neben einem Tutorial zu Serious Learning und der Verabschiedung von Thesen zu den Grundfragen multimedialer Lehre und Lernens besonders geprägt. Es wurden Vorträge zur Präsentation angenommen aus Themenbereichen wie Lernszenarien, Online-Learning, Methodik und Didaktik von Lernmodulen, Verteilte Kollaboration, Folie und Blended Learning, hybride Lernumgebungen, Mobile Geräte für Blended Learning, Instruktionsdesign, didaktische Modellierungswerkzeuge, Lernplattformen, Knowledge Sharing, Medien in der Softwareausbildung, E-Learning global, Medienverbünde, E-Learning Produktionsprozess, Online-Betreuung, Kommunikation und Neue Medien im Mathematikunterricht. Ein Posterprogramm begleitete die Tagungen. Die Reihenfolge dieses Doppelbandes ist inhaltlich geordnet, in Reihenfolge Konzepten des eLearning über Studien/Projekte zu Werkzeugen

Frühe informatische Bildung – Ziele und Gelingensbedingungen für den Elementar- und Primarbereich

Wie können Ziele und Gelingensbedingungen informatischer Bildung im Elementar- und Primarbereich aussehen? Mit Blick auf die pädagogisch-inhaltlichen Zieldimensionen informatischer Bildung geben Fachexpertinnen und -experten Empfehlungen für die Entwicklung der inhaltlichen Angebote der Stiftung „Haus der kleinen Forscher“ im Bereich Informatik. Zudem wird die Umsetzung dieser Empfehlungen in den Stiftungsangeboten veranschaulicht

Sprachbildung in der Lehramtsausbildung Mathematik

Wie lassen sich Fachdidaktik und Sprachbildung im Lehramtsstudium so verknüpfen, dass zukünftige Mathematiklehrkräfte optimal auf sprachbewussten Fachunterricht vorbereitet werden? Dieser Frage geht dieses Open Access Buch aus interdisziplinärer Perspektive nach – fachlich fundiert, forschungsorientiert und anschaulich: Die vorgestellten Leitideen und Design-Prinzipien für eine sprachbewusste Hochschullehre bilden den konzeptionellen Rahmen, der auch für die Weiterentwicklung eigener Lehrveranstaltungen genutzt werden kann. An zahlreichen empirischen Beispielen aus Schule und Hochschule werden Synergien zwischen Mathematikdidaktik und Sprachbildung aufgezeigt und Vorschläge für die konkrete Ausgestaltung der Hochschullehre gemacht. Einen besonderen Schwerpunkt bildet das Forschende Lernen in Praxisphasen an der Schnittstelle von Fach und Sprache. Impulse aus anderen Fachdidaktiken (Informatik, Chemie) eröffnen Transfermöglichkeiten. Mit seinen vielfältigen Einblicken in das hochaktuelle Thema Sprachbildung im Fachunterricht als Gegenstand einer sprachbewussten Hochschullehre ist das Buch für Hochschuldozierende und Studierende in der Lehramtsausbildung Mathematik gleichermaßen von Interesse. Das Buch bietet Konzepte für die Verknüpfung von Mathematikdidaktik und Sprachbildung in der Lehrkräfteausbildung Mathematik, ist interdisziplinär und forschungsorientiert, ist geeignet für Hochschuldozierende und Studierende. Das Buch ist unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution 4.0 International License über SpringerLink (link.springer.com) frei zugänglich