Informatik und Kultur:4. Münsteraner Workshop zur Schulinformatik

Der Zugang zum elektronisch repräsentierten Wissen und die nutzbringende Verarbeitung von Information mit Hilfe von Informatiksystemen sind zu wichtigen Entwicklungsfaktoren unserer Gesellschaft geworden. Die Bedeutung der elektronischen Verarbeitung von Daten mit allgegenwärtigen Informationstechnologien drückt sich auch in der Bezeichnung „vierte Kulturtechnik“ aus (neben Lesen, Schreiben, Rechnen). Eine Kulturtechnik ist eine „durch Erziehung vermittelte Fähigkeit, die die Aneignung, Erhaltung u. Verbreitung von Kultur ermöglicht“ (Duden Deutsches Universalwörterbuch, 2007). In elf Artikeln von Experten aus Hamburg, Kiel, Berlin, Wuppertal, Jülich, Oldenburg, Paderborn, Münster und Groningen (Holland) wird der Beitrag des Informatikunterrichts zur Enkulturation der nachwachsenden Generation diskutiert

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

Debugging im Informatikunterricht

Debugging ist ein Schlüsselproblem des Informatikunterrichts: Programmierfehler zu finden und zu beheben stellt für Schülerinnen und Schüler ein erhebliches Hindernis beim Programmierenlernen dar und ist eine große Quelle für Frustration. Gleichzeitig stehen aber auch die Lehrkräfte vor der enormen Herausforderung, allen Lernenden gleichzeitig gerecht zu werden. Nichtsdestotrotz fehlt es bisher an informatikdidaktischer Forschung, die sich diesem gravierenden schulpraktischen Problem annimmt. In dieser Arbeit wird gemäß dem Forschungsformat der didaktischen Rekonstruktion der Prozess Debugging aus informatikdidaktischer Sicht aufgearbeitet. Dazu werden zunächst im Zuge der fachlichen Klärung vier Fähigkeiten identifiziert, die Schülerinnen und Schüler für selbstständiges Debugging benötigen: Die Anwendung eines systematischen Debuggingvorgehens, die Anwendung von Debuggingstrategien, die Verwendung von Heuristiken und Mustern für typische Fehler sowie von Werkzeugen. Das daraus resultierende Modell der Debuggingfähigkeiten für Novizen stellt damit die inhaltliche Basis für die Vermittlung von Debugging dar. Weiterhin wird die Perspektive der Lehrkräfte untersucht und analysiert, mit welchen Herausforderungen diese beim Debuggen im Unterricht konfrontiert sind und wie sie mit diesen umgehen. Die Lehrkräfte berichten dabei von großen Schwierigkeiten aufgrund mangelnder Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler bei der Fehlerbehebung. Außerdem unterrichten sie Debugging kaum explizit, da es ihnen an Zeit, Konzepten und Materialien fehlt. Aus ihren Erfahrungen können weiterhin Gestaltungshinweise abgeleitet werden, wie etwa, dass Debugging nicht "auf Vorrat", sondern bei Bedarf unterrichtet und dabei die Selbstständigkeit der Lernenden auch aktiv eingefordert werden sollte. Darüber hinaus werden gesellschaftliche Ansprüche des Debugging untersucht und drei mögliche Beiträge zur Allgemeinbildung identifiziert: Zur Erklärung des Phänomens "fehlerhafte Software" aus der Lebenswelt, bezüglich des Lernens aus Fehlern sowie als Herangehensweise des Computational Thinking für Troubleshooting im Alltag. Daneben werden hinsichtlich der Perspektive der Lernenden Debugging-Lernvoraussetzungen von Schülerinnen und Schülern anhand ihres Vorgehens beim Troubleshooten erhoben, die deren Debuggingvorgehen beeinflussen. So wenden die Lernenden zwar ein systematisches Vorgehen für das Troubleshooten an und beziehen bisherige Erfahrungen und Muster für typische Fehler mit in diesen Prozess ein, haben aber insbesondere Probleme mit dem Aufstellen von (Alternativ-)Hypothesen oder dem Rückgängigmachen von erfolglosen Änderungen. Weiterhin haben sie Schwierigkeiten mit der Anwendung von Strategien wie dem Testen oder einer topographischen Suche, die entsprechend im Informatikunterricht adressiert werden müssen. Auf dieser Basis werden zehn Gestaltungskriterien für Konzepte und Materialien für das Debugging im Unterricht entwickelt sowie ein konkretes integratives Unterrichtskonzept für den Informatikunterricht entworfen. Die Wirksamkeit der expliziten Vermittlung von Debugging wird anhand des Unterrichtskonzepts empirisch validiert: Die Ergebnisse zeigen dabei die Bedeutung eines systematischen Vorgehens als Grundlage für erfolgreiches Debugging für Novizen auf und verdichten empirisch die These, dass Debugging explizit vermittelt werden sollte. Abschließend wird die Praxiswirksamkeit der Ergebnisse die Gestaltung einer Fortbildung untersucht und bezüglich des Transfers in die Unterrichtspraxis evaluiert. Dabei zeigt sich, dass die professionelle Kompetenz der Lehrkräfte sowie der Stellenwert des Themas Debugging für ihren Unterricht gestiegen ist. Außerdem versuchen sie, eine positive Fehlerkultur im Unterricht zu etablieren, und adaptieren und erweitern dazu die Fortbildungsinhalte. Zusammenfassend legt diese Arbeit damit die theoretische Grundlage für die Vermittlung von Debugging im Unterricht, indem relevante Debuggingfähigkeiten, unterrichtspraktische Anforderungen und Lernvoraussetzungen identifiziert werden. Darüber hinaus geben die Gestaltungskriterien sowie das evaluierte Unterrichtskonzept eine praxiswirksame Antwort auf die Frage, wie Debugging im Unterricht vermittelt werden kann. Neben diesen inhaltlichen Beiträgen werden im Rahmen dieser Arbeit zudem zwei methodische Beiträge geleistet. So wird einerseits ein Instrument zur Messung von Debuggingleistung und andererseits ein innovativer methodischer Ansatz zur Untersuchung von Troubleshooting-Vorgehensweisen entwickelt

Digitales Lernen in der Grundschule III. Fachdidaktiken in der Diskussion

Die Digitalisierung von Gesellschaft und damit auch von Schule schreitet immer weiter voran. Dabei ist die außerschulische Nutzung von digitalen Anwendungen zu einer Normalität geworden. Schüler:innen, Lehrende, Eltern und viele Akteur:innen nutzen eine Vielzahl digitaler Anwendungen in ihrem Alltag. Das kann und sollte sich im Bereich des institutionellen Lernens als ein Teil der gesellschaftlichen Lebenswelt widerspiegeln. Um die Potenziale digitaler Anwendungen intensiver zu beleuchten, wurden 2021 beim Symposium Lernen digital an der Technischen Universität in Chemnitz zum dritten Mal Ideen und Erkenntnisse führender Wissenschaftler:innen und engagierter Praktiker:innen zusammengetragen und diskutiert. Die forcierte Vernetzung über die Fachdidaktiken hinaus konnte abermals bewirken, dass Aktivitäten und Erkenntnisse zusammengetragen werden, die den Einsatz digitaler Medien nicht nur aus mediendidaktischer bzw. -pädagogischer Perspektive reflektieren, sondern vorrangig fachdidaktische Fragen in den Blick nehmen. In diesem Buch werden die wesentlichen Beiträge zusammengefasst, um sie an Forscher:innen sowie Pratiker:innen in Schulen aber auch der Lehreraus- und -weiterbildung weiterzugeben. (DIPF/Orig.

Erfassung von Bewegungsdaten der Hand mit EMG für Anwendungen in der Ergotherapie

Die Hand, welche von Immanuel Kant als zweites Gehirn bezeichnet wird, steht im Zentrum vieler täglicher Aktivitäten. Verletzungen und Erkrankungen, welche die Bewegungsfähigkeit der Hand einschränken, verhindern die Teilnahme an vielen Aktivitäten des täglichen Umfelds. Die Ergotherapie ist ein Tätigkeitsfeld, welches das primäre Ziel hat, Menschen zu ermöglichen, trotz mentaler oder körperlicher Einschränkungen an Aktivitäten ihres täglichen Lebens teilzunehmen. Der Einsatz von Elektromyographie (EMG) soll die Effizienz der ergotherapeutischen Behandlung der Hand erhöhen und zu neuen Behandlungs- und Analyseformen führen. Die Elektromyographie ist eine Untersuchungsmethode, mit welcher die elektrische Aktivität von Muskeln gemessen wird. Ein Vorteil dabei ist, dass bei Untersuchungen mittels EMG keine physische Einwirkung durch den Arzt auf die Hand ausgeübt werden muss. Innerhalb dieser Forschungsarbeit wurden die Eigenschaften der Elektromyographie hinsichtlich diverser Einsatzgebiete untersucht. Dafür wurde ein Prototyp entwickelt, mit welchem die Aufnahme von ergotherapeutisch spezifischen Handbewegungen möglich ist und der die resultierenden EMG-Signale vorverarbeitet in ein für diverse Analyseverfahren geeignete Form transformiert. Das EMG-Gerät, mit welchem der Prototyp Daten einliest, ist das von Thalmic entwickelte Myo Gesture Armband, welches acht EMGSensoren-Paare besitzt. Für die Untersuchungen der Sensoren wurden an Probanden Testmessungen durchgeführt, um herauszufinden, wie diese in der Ergotherapie einsetzbar sind. Mit den erhobenen Daten wurde untersucht, ob adäquate Winkelmessungen an der Hand durchführbar sind, ob die erhobenen Werte zeitlich stabil bleiben und somit reproduzierbar sind und ob eine Gestenerkennung von ergotherapeutisch typischen Handpositionen möglich ist. Mit der Evaluation der Daten konnte gezeigt werden, dass durch den stochastischen Charakter des EMG-Signals keine adäquate Winkelmessung durchführbar ist, jedoch Winkelschätzungen im Bereich von +/- 5 bis 10 Grad denkbar sind. Die Aufnahmen zweier verschiedener Aufnahmetage zeigten, dass das EMG einer Position stärker variiert, wenn die Probanden mehr Freiheit in der Ausführung hatten. Die Ausführung von Handpositionen, in welchen der Unterarm fixiert ist, resultiert mit nur geringen Variationen. Der Einsatz von EMG in der Ergotherapie sollte sich demnach für eine Reproduzierbarkeit auf Positionen mit wenig Ausführungsspielraum konzentrieren oder standardisierte Schienen für Messungen vorsehen. Ebenso resultierte aus der Auswertung, dass die Sensoren für Gestenerkennung geeignet und imstande sind, fehlerhafte Ausführungen von Handgesten zu identifizieren. Für die Bestimmung minimaler Abweichungen sind die eingesetzten Sensoren jedoch zu ungenau. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass sich mit dem Einsatz von EMG-Sensoren konventionelle Messmethoden in der Ergotherapie nicht ersetzen lassen, diese jedoch eine vielversprechende Basis für die künftige Entwicklung für unterstützende Analysesysteme innerhalb der Ergotherapie darstellen