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

Bewegte Bilder sprengen den Rahmen ...

Das Zwanzigste Jahrhundert hat als „Jahrhundert der Medien“ Geschichte „gemacht“ – in diesem Zwanzigsten Jahrhundert haben Medien Geschichte „gemacht“. Diese schillernde Beziehung zwischen Geschichte und Medien war insbesondere geprägt von den medialen Formen des „Audiovisuellen“: in einem dreischrittigen Entwicklungsverlauf vom kinematographischen Film, hin zum Rundfunk in seinen beiden Ausprägungen zunächst des Hörfunks und schließlich des Fernsehens, das die zweite Hälfte des Zwanzigsten Jahrhunderts medial dominiert hat. Der Einzug der digitalen Technologien zu Ende dieses Zwanzigsten Jahrhunderts hat die technologische Basis für alle Formen des Audiovisuellen rasant geändert und jenen Prozess der technischen Konvergenz zwischen bisher getrennten medialen Gattungen eingeleitet, der bereits im ersten Jahrzehnt des 21.Jahrhunderts prägend für die Medienlandschaft geworden ist. Dramatische Veränderungen in den technischen, rechtlichen und ökonomischen Rahmenbedingungen der Medienproduktion, - distribution und –rezeption sind die Folge; multimediale und interaktive Werkzeuge und Verteilwege für Inhalte aller Art prägen diese Entwicklung und fordern Neupositionierungen von „klassischen“ Mediengattungen. Gleichzeitig klären diese Entwicklungen den Blick auf die Charakteristika und inneren Grenzen im analogen Dispositiv der Medienproduktion des Zwanzigsten Jahrhunderts: alle medialen Formen dieses Jahrhunderts waren dominiert von der objekthaften Abgeschlossenheit der einzelnen Medienprodukte, der einzelnen „Werke“, die in Einweg-Kommunikationen an Empfänger bzw. Konsumenten vermittelt wurden. Die interaktiven und non-linearen Verbreitungsformen im digitalen Dispositiv des 21.Jahrhunderts brechen diese Grenzen auf; der „Rahmen“ des analogen Medienobjekts wird gesprengt, hin zu einem prozesshaft organisierten, multi-dimensionalen und multi-direktionalen Kommunikationsgeschehen kleinteiliger Informationseinheiten in vernetzen „Datenwelten“. Im Zuge dieser Veränderungen hin zum digital-filebasierten Dispositiv wird klar, welche entscheidende Bedeutung der Rückgriff auf bereits vorhandene Daten aller Art für die Erzeugung, Verteilung und „Adressierung“ medialer Inhalte hat. Detaillierte Inhaltserschließung und Datenaufbereitung von Medieninhalten – wie sie in archivalischen Anwendungen und vernetzten Datenbanken bereits seit Jahrzehnten praktiziert wurde - werden in „content management“-Systemen zu Schlüsselfaktoren des multi-medialen Prozesses. Aus diesen Jahrzehnten vorhandene Erschließungsdaten stehen als Datenvorrat für die Recherche und Nutzung der Medien-„Steinbrüche“ des Zwanzigsten Jahrhunderts zur Verfügung. Entsprechend sind diese Daten- und Archivbestände von laufend steigender Bedeutung nicht nur für die mediale Nutzung, sondern auch wesentliche Quellenbestände für die wissenschaftliche Forschung und Lehre. Multimediale Erschließungs- und Zugangswerkzeuge erleichtern völlig neue Kooperations- und Öffnungsmodelle. Die vorliegende Diplomarbeit analysiert diese Entwicklungen aus der Perspektive des technologischen Übergangs von analogen zu digitalen Dispositiven zu Beginn des 21.Jahrhunderts. Als konkretes Forschungsobjekt und Fallstudie dient für diese Arbeit dient beispielhaft das Fernseharchiv des ORF: vor dem Hintergrund der medientechnologischen Veränderungen über sechs Jahrzehnte und den sich daraus ergebenden "Schichtenbildungen" innerhalb der Tektonik des Archivbestands. Aus dieser „Fallstudie“ sollen auch Querbezüge zu anderen audiovisuellen Sammlungen abgeleitet und Vergleichsmöglichkeiten mit der archivarischen Praxis in Archivbereichen möglich werden, die nicht in direktem Rundfunkzusammenhang stehen

Die Computersimulation von sicherheitspolitischen Entscheidungsprozessen in Krisen- und Konfliktsituationen:ein interdisziplinärer Modellansatz

Gegenstand der Arbeit ist die Computersimulation von sicherheitspolitischen Entscheidungsprozessen. Methodisch werden die Grundlagen der Computersimulation in der Politikwissenschaft im interdisziplinären Kontext von Psychologie und kognitiver Modellierung erörtert. Erkenntnistheoretisch wird anhand der methodischen Grundlagen ein kognitiver Agent modelliert und die Entscheidungsprozesse am Beispiel eines sicherheitspolitischen Szenarios untersucht. Grundlage des Szenarios sind die Ereignisse um den gescheiterten UNO Einsatz zum Schutz der Stadt Srebrenica im Jahre 1995. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen zum einen, dass die interdisziplinäre Zusammenarbeit zur Untersuchung sicherheitspolitischer Entscheidungsprozesse ohne Alternative bleibt. Zum anderen wir mit Hilfe des kognitiven Agentenmodells deutlich, dass die formale Modellierung und Computersimulation komplexer Szenarien in der Politikwissenschaft ein nützliches Instrument für die Theorienbildung und -überprüfung darstellt

Entwicklung und Erprobung des didaktischen Systems Internetworking im Informatikunterricht

Internetbasierte Informatiksysteme beeinflussen in steigendem Maße Situationen in unterschiedlichen Lebensbereichen. Kompetenzen zur Verwendung von Internetanwendungen und -diensten müssen explizit erworben werden, weil damit ein notwendiger Einblick in nicht beobachtbare Abläufe und nicht offen sichtbare Strukturen verbunden ist. Bisher gibt es Vorschläge für die Gestaltung schulischer Lehr-Lernprozesse zu ausgewählten Teilaspekten des Internets. Es fehlt eine systematische Analyse des Bildungsbedarfs und ein daraus resultierendes Unterrichtsmodell. In dieser Arbeit wird ein Gesamtkonzept für den Informatikunterricht in der Sekundarstufe II vorgestellt, das zu zielgerichteter und verantwortungsvoller Anwendung des Internets beiträgt. Die vorliegende Arbeit umfasst den Prozess von der Analyse erforderlicher Kompetenzen bis zur Realisierung von Lehr-Lernprozessen im Informatikunterricht in der Sekundarstufe II. Es werden der Beitrag der Informatik zu identifizierten Kompetenzen untersucht und Bildungsanforderungen bestimmt. Bildungsempfehlungen und Forschungsergebnisse zu erfolgreichen Unterrichtseinheiten werden im Hinblick auf die Bildungsziele analysiert. Der Informatikunterricht unterstützt die Kompetenzentwicklung zu internetbasierten digitalen Medien. Es wird die Entwicklung eines Unterrichtsmodells zu Internetworking beschrieben. Dazu wird der Ansatz der Didaktischen Systeme untersucht, weiter entwickelt und auf den Bereich Internetworking übertragen. Der theoretische Ansatz wird dazu in vier Unterrichtsprojekten zu Internetworking in der Praxis realisiert. Beziehungen zwischen Fachkonzepten zu Internetworking werden untersucht und durch Wissensstrukturen zur Planung von Unterrichtsprojekten eingesetzt und in der Praxis erprobt. Die Beschreibung von Lernaktivitäten erfolgt auf der Basis von Aufgabenklassen, die das notwendige Wissen zur Bearbeitung einer Aufgabenstellung repräsentieren. Auf der Grundlage des Ablaufs der Aufgabenbearbeitung werden Eigenschaften von Aufgaben beschrieben und zu deren Gestaltung nutzbar gemacht. Bisher nicht durchführbare Tätigkeiten im Unterricht werden durch die Entwicklung der Lernsoftware Filius ermöglicht. Die Reduktion der komplexen Wirklichkeit durch Simulation realer internetbasierter Informatiksysteme und die Auswahl geeigneter Sichten auf den Untersuchungsgegenstand werden mit Ergebnissen der Informatikdidaktik begründet. Unterrichtsprojekte zu den Zielen werden durchgeführt, um Lehr-Lernprozesse zu erkunden und das entwickelte Didaktische System zu erproben. Ausgehend von der theoretischen Fundierung erfolgt die praktische Realisierung von Lehr-Lernprozessen. Zur Erprobung im Informatikunterricht der Sekundarstufe II in Nordrhein-Westfalen werden Minimalziele aufgrund der Lehrvorgaben bestimmt. Die methodische Gestaltung in der Erprobung erfolgt unter Berücksichtigung der Vorgaben für den Informatikunterricht und allgemeinen Anforderungen der Fachdidaktik. Handlungsorientierte Unterrichtsmittel werden ausgewählt und in der Praxis zur Untersuchung der Lehr-Lernprozesse verwendet. Im Unterricht identifizierte Lernschwierigkeiten führen zur Modifikation der Wissensstrukturen und werden im Entwicklungsprozess von Filius berücksichtigt. Die Erkenntnisse aus Unterrichtsprojekten werden genutzt, um zu bestimmen, zu welchen Aufgabenklassen weitere Aufgaben erforderlich sind und inwieweit das aus den identifizierten Merkmalen abgeleitete Vorgehen zur Entwicklung niveaubestimmender Aufgaben genutzt werden kann. Die Erprobungen bestätigen die Tragfähigkeit des Didaktischen Systems Internetworking und leisten mit der Implementierung in der Praxis einen Beitrag zur Untersuchung von Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht. Mit dem Didaktischen System Internetworking wird ein theoretisch fundiertes und empirisch erprobtes Unterrichtsmodell zur Entwicklung von Kompetenzen zur Einrichtung und Anwendung internetbasierter Informatiksysteme beschrieben.Internet-based informatics systems increasingly influence real-life situations. Competencies for Internet applications and services have to be explicitly attained because not observable processes and invisible structures have to be considered. There are examples of successful learning processes for selected parts of the Internet. A systematic analysis of educational requirements and a derived didactic concept for general education is missing. An overall didactic concept for informatics in secondary education is presented in this work, which contributes to goal-oriented and responsible application of the Internet. This work comprises the process from analysis of necessary competencies to realisation of learning processes in classes in secondary education. The contribution of informatics to identified competencies is examined and educational requirements are determined. Recommendations for informatics education and research results of successfully introduced classes are analysed with regard to the learning objectives. Informatics courses support the development of competencies related to Internet-based digital media. The development of a didactic concept concerning Internetworking is described. The approach of Didactic Systems is examined, elaborated, and transferred to Internetworking. The theory-based approach is realised in practice during four classroom projects. Relations between concepts about Internetworking are analysed, applied to plan classroom projects, and evaluated by means of knowledge networks. Learning activities are described on the basis of exercise classes, which represent the necessary knowledge to solve an exercise. Properties of exercises are described and utilised. Learning activities that were not realizable up to this point are facilitated by the developed learning software Filius. The reduction of complexity of real informatics systems by simulation and the selection of appropriate views of the object of examination are based on results of didactics of informatics. Classroom projects are performed to explore learning processes and to evaluate the Didactic System Internetworking. Learning processes are put into practice based on the theoretic approach. Minimal objectives for the classroom projects are determined from educational guidelines of informatics in secondary education at North Rhine-Westfalia. The methodical design of the learning processes is based on the guidelines and general requirements of didactics of informatics. Activity-oriented learning material is selected and introduced into practice to examine learning processes. Identified learning difficulties result in modification of the knowledge structures and are considered during the development of Filius. Further findings allow conclusions regarding the necessity of exercises of identified exercise classes and regarding the applicability of determined exercise properties to design assignments to define the outcome of learning processes. The classroom projects confirm the viability of the Didactic System Internetworking and contribute to further analysis of the development of competencies in informatics education. The Didactic System Internetworking provides a theory-based empirically approved didactic concept for the development of competencies to establish and to use Internet-based informatics systems

Digitalisierung beruflicher Lern- und Arbeitsprozesse. Impulse aus der Bauwirtschaft und anderen gewerblich-technischen Sektoren

Der Sammelband stellt aktuelle Ansätze zum digital unterstützten beruflichen Lernen dar. Die Beiträge geben Einblicke in die dynamische Entwicklung der Schnittstellen von Erwerbsarbeit und beruflicher Aus-, Fort- und Weiterbildung im Kontext der Digitalisierung Arbeits- und Lernmitteln. Der Band schließt damit an die 2019 ebenfalls im Universitätsverlag der Technischen Universität Berlin erschienene Publikation „Berufsbildung am Bau digital“ (hrsg. von Bernd Mahrin und Johannes Meyser) an. Das erste Kapitel erörtert grundsätzliche didaktische Fragen zu digital unterstütztem Lernen und Arbeiten einschließlich der Rahmenbedingungen. Im zweiten Kapitel schließen sich Beiträge zur Kapazitätsentwicklung, zu Standards und zu digitalen Werkzeugen an. Das dritte Kapitel widmet sich konkreten Einzellösungen mit starkem Praxisbezug und hohem Transferpotenzial zum digitalisierten Arbeiten und Lernen im Bausektor und im Metallbereich. Das abschließende vierte Kapitel präsentiert übergreifend nutzbare und frei zugängliche Online-Angebote wie einen Medienpool für Bildungszwecke, eine Lernmedien-Datenbank und ein hybrides Lernsystem mit virtuellem 3D-Gebäudemodell. Das Buch ist entstanden im Rahmen des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung und den Europäischen Sozialfonds geförderten Projektes DigiBAU – Digitales Bauberufliches Lernen und Arbeiten. (DIPF/Orig.)The anthology presents current approaches to digitally supported professional learning. The articles provide insights into the dynamic development of the interfaces between gainful employment and vocational training and further education in the context of digitization of work and learning aids. The volume is thus connected to the publication “Berufsbildung am Bau digital” (edited by Bernd Mahrin and Johannes Meyser), which was published in 2019 by the University Press of the Technische Universität Berlin. The first chapter discusses fundamental didactic questions about digitally supported learning and working, including the framework conditions. The second chapter picks contributions on capacity development, standards, and digital tools out as central themes. The third chapter is dedicated to concrete specific solutions with strong practical relevance and high transfer potential for digitized work and learning in the construction sector and in the metal sector. The final fourth chapter presents comprehensive and freely accessible online offers such as a media pool for educational purposes, a learning media database and a hybrid learning system with a virtual 3D building model. The book was created as part of the DigiBAU project - digital vocational learning and working in the field of construction - funded by the German Federal Ministry of Education and Research and the European Social Fund. (DIPF/Orig.

Digitale Vernetzung der Facharbeit: gewerblich-technische Berufsbildung in einer Arbeitswelt des Internets der Dinge

Der Sammelband umfasst Beiträge zur Digitalisierung der Arbeitswelt in Industrie und Handwerk. Die Autorinnen und Autoren diskutieren sowohl die gesellschaftspolitischen Herausforderungen als auch die Einflüsse digitaler Technologien auf Facharbeit und Berufsausbildung. Zentrale Themen sind die Planung und Anpassung beruflicher Kompetenzen, in denen auch die Mediennutzung eine immer größere Rolle spielt. Da Berufsausbildung in der Arbeitswelt 4.0 mehr Medienkompetenz verlangt, müssen Qualifikationsprofile angepasst werden. Entsprechend brauchen die Lehrenden in Schule und Betrieb mediale Querschnittskompetenzen und neue fachdidaktische Zugänge.The anthology comprises articles on the digitalisation of workplaces in industry and trade. The authors discuss both the sociopolitical challenges as well as the impacts of digital technologies on specialist work and vocational training. The key topics addressed in this paper are the coordination and adaptation of professional competencies such as media usage, which continues to rise in significance. In the age of industry 4.0, vocational training programmes demand higher levels of media literacy. For this reason, qualification profiles must be adapted. As a consequence, schools and companies are in need of lecturers with profound media expertise and subject-didactic approaches

Der innovative Ältere: warum die Entwickleruhr länger als sieben Jahre tickt

"Alternden Gesellschaften eilt der Ruf voraus, sie seien innovationsarme Gesellschaften. Die alternden spätkapitalistischen Gesellschaften des Okzidents dementieren diese Annahme nachdrücklich und halten die übrige Welt mit ihrem Innovationsfuror in Atem. Dabei wäre für sie ein bisschen 'Altersweisheit' und 'Entschleunigung' durchaus von Nutzen, um die Kontrolle über die heiß gelaufenen Innovationsprozesse zurückzuerobern. Die Studie 'Der innovative Ältere' aber zeigt, daß die Unternehmen das Sozialkapital 'Ältere Entwickler' eher als Ballast denn als Bereicherung empfinden. Und auch die Älteren selber finden sich immer weniger zurecht in einer Situation, in der die 'Innovation der Innovation' und die 'Informatisierung der Innovation' eine Spirale der Unruhe hervorbringen und ihre Arbeitskultur und ihren Aneignungsmodus von Welt beiseite drücken. Ein Innovationssystem, das ältere Entwickler, die ja geistig noch auf der Höhe sind, ausgrenzt oder gerade noch duldet, ist defizitär, so die Quintessenz der empirischen Studie." (Autorenreferat