A Roadmap for HEP Software and Computing R&D for the 2020s

Particle physics has an ambitious and broad experimental programme for the coming decades. This programme requires large investments in detector hardware, either to build new facilities and experiments, or to upgrade existing ones. Similarly, it requires commensurate investment in the R&D of software to acquire, manage, process, and analyse the shear amounts of data to be recorded. In planning for the HL-LHC in particular, it is critical that all of the collaborating stakeholders agree on the software goals and priorities, and that the efforts complement each other. In this spirit, this white paper describes the R&D activities required to prepare for this software upgrade.Peer reviewe

Wie kognitiv anspruchsvoll sind Prüfungsaufgaben der neuen, kompetenzorientierten Reifeprüfung im Fach Biologie und Umweltkunde?

Die Ergebnisse der PISA-Naturwissenschaftsschwerpunkt-Testung 2006 zeigen, dass österreichische Schüler und Schülerinnen große Schwierigkeiten beim Lösen von Aufgabenstellungen mit komplexen, kognitiven Anforderungen haben (Lembens et al. 2009a). Beeinflusst vom PISA Bildungskonzept für die Naturwissenschaften – der Scientific Literacy - erlebt die gegenwärtige, naturwissenschaftliche Unterrichtskultur im Zuge der Einführung von Bildungsstandards und Kompetenzorientierung (BMUKK 2009) einen Paradigmenwechsel, indem die Fähigkeit, Wissen in lebensweltlichen Situationen anwenden zu können, als eine Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche, gesellschaftliche Partizipation in das Zentrum gerückt wird. Dieses bisher vernachlässigte, gesellschaftlich orientierte Lernziel kontrastiert mit dem traditionellen Bildungsverständnis von schulischem Lernen, bei dem das disziplinäre Vermitteln von Wissen im Vordergrund steht (Csapó 2010). Damit Lehrpersonen die Kompetenz entwickeln, diesen tiefgreifenden Paradigmenwechsel auf Unterrichtsebene umsetzen zu können, bedarf es neben bildungspolitischen Steuerungsentscheidungen zusätzlicher Begleitmaßnahmen seitens der LehrerInnenfortbildung. Ausgehend von der gesetzlichen Vorgabe zur Gestaltung einer kompetenzorientierten Reifeprüfungsaufgabe im Zuge der Einführung der Neuen Diplom- und Reifeprüfung (BMBF 2014), setzt eine Initiative des AECC-Bio (Austrian Educational Competence Centre – Biology) im Rahmen der Unterstützungsmaßnahmen bei der Entwicklung von kompetenzorientierten Prüfungsaufgaben an, um in weiterer Folge eine Verbesserung der Unterrichtsqualität im Sinne der kompetenzorientierten Unterrichtsgestaltung zu erreichen (Wenzl et al. 2016). Die vorliegende Forschungsarbeit ist in ein Forschungsprojekt eingebettet, mit der Zielsetzung, basierend auf einer quantitativen Analyse von eingereichten Maturafragen mittels eines Kategoriensystems, eine an Schwierigkeiten angepasste Handreichung zur Gestaltung von kompetenzorientierten Maturaaufgaben bereit zu stellen. In dieser Arbeit werden Maturaaufgaben speziell hinsichtlich der kognitiven Anforderungsdimensionen analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass Aufgaben, die eine Reproduktionsleistung vom Prüfling erfordern gegenüber Aufgaben, die eine Anwendung von Wissensinhalten in lebensweltlichen Situationen verlangen, deutlich dominieren. Dadurch wird ersichtlich, dass Lehrpersonen zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch große Schwierigkeiten haben, den zuvor beschriebenen Paradigmenwechsel in der Praxis umzusetzen. In der angefügten Handreichung werden deshalb gezielt ausgewählte Beispielaufgaben, die Gestaltungsmöglichkeiten für Aufgaben mit Transferleistung veranschaulichen, angeführt.The results of international studies of students’ performances (PISA 2006) have revealed that Austrian students have great difficulties in solving tasks with high cognitive demands (Lembens et al. 2009a). These results question the educational concept of traditional school-based teaching and learning. With the implementation of scholastic standards (BMUKK 2009), a profound paradigmatic shift concerning the educational aim of school-based teaching is taking place in the Austrian educational system. Following the educational concept of PISA – Scientific Literacy –, not merely the reproduction of knowledge but rather the ability of students to apply their knowledge in meaningful situations, which prepares students for their future participation in society, becomes of utmost importance with competence-based teaching in science subjects. Since this new educational aim strongly contrasts with traditional, disciplinary-oriented teaching practice, support measures on in the context of continuing education for teacher need to be taken to help teachers with adapting to this major change in teaching. Due to the new, standardised regulations for the final examination in upper-secondary schools, teachers are obligated to construct competence-based examination tasks which require a variety of cognitive demands (reproduction, transfer, reflection and problem-solving) (BMBF 2014). The paper presented analyses 100 competence-based examination tasks, which have been handed in by teachers during a professional development course offered by the AECC-Bio (Austrian Educational Competence Centre – Biology) (Wenzl et al. 2016). The quantitative analysis is conducted with the help of a category system. Results show that teachers have major difficulties in designing tasks that require students to apply their knowledge in new and lifeworld situations. The majority of the tasks merely involves the ability of students to reproduce or reorganise knowledge within a theoretical application context. Hence, it can be concluded that, until now, teachers have not been able to put the paradigmatic shift, as described above, into practice. Therefore, it is the aim of this paper to present a chapter with practical guidelines as well as demonstrative examples of examination tasks, which are selected based on identified key problems, as a support measure for teachers

Wie kompetenzorientiert sind Reifeprüfungsaufgaben in Biologie an Österreichs Allgemeinbildenden höheren Schulen?

Seit dem Schuljahr 2014/15 wird die mündliche Reifeprüfung in Österreichs Allgemeinbildenden höheren Schulen verpflichtend kompetenzorientiert abgehalten. Anstatt wie bisher Reifeprüfungsfragen zu stellen, die von Schüler*innen hauptsächlich die Reproduktion von erworbenem Fachwissen verlangen, müssen Biologielehrer*innen nun Prüfungsaufgaben entwickeln, die den Kompetenzerwerb bei Schüler*innen sichtbar machen; d.h. die Fähigkeit, ihr Fachwissen in komplexen, lebensweltlichen Problemsituationen anwenden zu können. Studien aus Deutschland und der Schweiz haben bereits gezeigt, dass Biologielehrer*innen damit große Schwierigkeiten haben. In Österreich wird dies hier erstmals untersucht. Dazu wurden 100 Reifeprüfungsaufgaben, die von Biologielehrer*innen aus ganz Österreich im Zeitraum 2014-2016 entwickelt wurden, mittels eines Kategoriensystems quantitativ analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der Großteil der Prüfungsaufgaben lediglich die Reproduktion oder Reorganisation von Fakten- bzw. Konzeptwissen in innerfachlichen Anwendung-kontexten verlangen. Deutlich seltener sind Aufgaben, die einen tatsächlichen Transfer des erlernten Wissens auf neue Anwendungssituationen bzw. im Umgang mit komplexen Problemsituationen erfordern. Die Erkenntnisse aus der Studie wurden dazu verwendet, Handreichungen zu entwickeln, die Biologielehrer*innen gezielt bei der Entwicklung von kompetenzorientierten Prüfungsaufgaben unterstützen

A Roadmap for HEP Software and Computing R&D for the 2020s

Particle physics has an ambitious and broad experimental programme for the coming decades. This programme requires large investments in detector hardware, either to build new facilities and experiments, or to upgrade existing ones. Similarly, it requires commensurate investment in the R&D of software to acquire, manage, process, and analyse the shear amounts of data to be recorded. In planning for the HL-LHC in particular, it is critical that all of the collaborating stakeholders agree on the software goals and priorities, and that the efforts complement each other. In this spirit, this white paper describes the R&D activities required to prepare for this software upgrade