Fundamentale Ideen der Informatik -...

Fundamentale Ideen der Informatik

Wo sind sie hin?

Andreas SchwillDidaktik der Informatik

Universität Potsdam

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philosophische Phase

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pädagogische Phase - konzeptionell

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pädagogische Phase - konzeptionell

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Implementierung in Rahmenplänen

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internationaleWahrnehmung

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pädagogische Phase - empirisch

Motivation des Konzepts

Ausweg:

• Vermittlung gesicherter Aussagen und langlebiger Grundlagen der Informatik

• Loslösung von aktuellen Strömungen der Wissenschaft

• Einbindung anderer Unterrichtsformen (z.B. ITG) in einen einheitlichen didaktischen Ansatz

=> Betonung von fundamentalen Ideen der Informatik

Motivation des Konzepts

Ausweg:

• Vermittlung gesicherter Aussagen und langlebiger Grundlagen der Informatik

• Loslösung von aktuellen Strömungen der Wissenschaft

• Einbindung anderer Unterrichtsformen (z.B. ITG) in einen einheitlichen didaktischen Ansatz

=> Betonung von fundamentalen Ideen der Informatik

philosophische PhaseKant (200vfi)

• Ideen = Produkte des reinen Denkens und in der Erfahrung nicht in der gedachten Form, höchstens als unvollkommene Abbilder anzutreffen

• regulative Funktion: leiten den Verstand an, seinen Erkenntnisbestand in Richtung auf die Ziele, die die Ideen beschreiben, zu erweitern

philosophische PhaseKant (200vfi)

• Unterrichtliche und wissenschaftliche Bedeutung:

• methodologischer Aspekt: Bereitstellung von Regeln, Prinzipien, Methoden, Schemata für die Gewinnung von Erkenntnissen.

• psychologischer Aspekt: motivierende, treibende Kräfte, die Menschen zur Forschung anregen und zum Erkenntnisgewinn drängen. Unterricht wird durchsichtiger und sinnvoller.

• normativer Aspekt: Beschreibung zur Zeit gültiger Ziele der wissenschaftlichen Forschung, Beitrag zur Klärung des Paradigmas der Informatik.

pädagogische Phase - konzept.Bruner (33vfi)

• Orientierung des Unterrichts an fundamentalen Ideen

• spärliche Hinweise für Kriterien fundamentaler Ideen

• Spiralprinzip als zwingendes Prinzip zur curricularen Gestaltung von ideenorientiertem Unterricht

pädagogische Phase - konzept.Schwill - Definition

Eine Fundamentale Idee bzgl. eines Gegenstandsbereichs ist ein Denk-, Handlungs-, Beschreibungs- oder Erklärungsschema, das• in verschiedenen Gebieten des Bereichs vielfältig anwendbar

oder erkennbar ist (Horizontalkriterium),• auf jedem intellektuellen Niveau aufgezeigt und vermittelt

werden kann (Vertikalkriterium),• zur Annäherung an eine gewisse idealisierte Zielvorstellung

dient, die jedoch faktisch möglicherweise unerreichbar ist (Zielkriterium),

• in der historischen Entwicklung des Bereichs deutlich wahrnehmbar ist und längerfristig relevant bleibt (Zeitkriterium),

• einen Bezug zu Sprache und Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzt und für das Verständnis des Faches notwendig ist (Sinnkriterium).

pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Algorithmisierung

pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - strukt. Zerlegung

Schwill: Informatics - The science of minimalsystems with maximal complexity (2002)

pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Sprache

pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Modellierung

pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik

• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik

• hierarchische Anordnung der Ideen

• sachlogisch unausgewogen

• Kategorienfehler

• falsche Ideen

=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben

• falsche Ideen

=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet

• falsche Ideen

=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9nfi behoben

pädagogische Phase - konzept.Modrow (9nfi) - Auflösung von Mängeln

• falsche Ideen

=> subjektive Prägung: es gibt keine „falschen“ Ideen

• falsche Ideen

=> subjektive Prägung: es gibt keine „falschen“ Ideen

Kant: Fundamentale Ideen sind nicht Elemente der Wissenschaft

an sich, sondern Produkte unseres Verstandes, die wir der

Wissenschaft aufprägen

Fundamentale Ideen als Konzept- und Relevanzfilter:

• Hartmann/Näf/Reichert (13nfi): „Das Prinzip der Fundamentalen Ideen stellt ein Instrument dar, mit dem die Bedeutsamkeit eines Themas oder eines Sachverhaltes überprüft werden kann. Diese Überprüfung liefert wichtige Anhaltspunkte für die Aufbereitung des Stoffes und die Unterrichtsgestaltung.“

pädagogische Phase - konzept.Ideen als Konzept- und Relevanzfilter

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RahmenpläneB6N-S

Expliziter Bezug oder implizite Verwendung:• Baden-Württemberg• Bayern• Berlin• Brandenburg• Bremen• Bildungsstandards• Niedersachsen

Ohne jeden Bezug:• Schleswig-Holstein

RahmenpläneB6N-S

Expliziter Bezug oder implizite Verwendung:• Baden-Württemberg• Bayern• Berlin• Brandenburg• Bremen• Bildungsstandards• Niedersachsen

Ohne jeden Bezug:• Schleswig-Holstein

Überraschend: kaum Aufgreifen konkreter Ideen des Katalogs

pädagogische Phase - empirischUmgekehrte Zugänge zu fund. Ideen

Bisher:• Zugang zu fundamentalen Ideen vom Fach/von der

Sachlogik aus

neuerer Ansatz:• Zugang zu fundamentalen Ideen von der praktischen

bzw. unterrichtlichen Nutzung aus• Expertenbefragung von Zendler et al. (13nfi)• Threshold concepts von Boustedt et al. (14nfi)

pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung

37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:

37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine

„Ideen“)

„Ideen“)• Bewertungsmaß-

stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium

Zusammenstellung der Konzepte überzeugt nicht.

pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts

Informatikkonzepte

Threshold Concepts

Informatikkonzepte

Threshold Concepts

Threshold Concepts (Meyer/Land (12nfi)) organisieren den Bildungsprozeß und sind• transformativ: ändern die Art und Weise, wie man die

Dinge einer Disziplin betrachtet.• integrativ: stellen Bezüge zwischen Konzepten her, die

für Lernende neu sind.• irreversibel: kann man nicht nicht-lernen (so wie

radfahren).• potentiell mühselig: konzeptionell anspruchsvoll, abseitig

und/oder nicht intuitiv.• oft Grenzmarkierungen: markieren die Beschränkungen

eines begrifflichen Bereichs oder der Disziplin selbst.

• Untersuchungen durch Interviews von Lernenden zu den Threshold Concepts „objektorientierte Programmierung“ und „Zeigerkonzept“

• Erkennen von Threshold Concepts bei Lernenden• Unterstützung beim Durchbruch durch die Barriere• Interessant: Lernende empfehlen anderen Lernenden,

selbständig daran zu arbeiten, die Barriere zu knacken• Welche fundamentalen Ideen sind mit Threshold

Concepts verbunden?

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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse

• Analyse informatischer Hochbegabung• Präsentation von Aufgaben und Bearbeitung mit der

Methode des Lauten Denkens (je ca. max. 1h)• Audio-/Video-Aufzeichnung• Transkription, Auswertung der Daten,

Vergleichsstudien, ... • Übertragung von Erkenntnissen über Hochbegabte

auf normal Begabte:• Was können Niedrigleister von Hochleistern

lernen?• didaktische Aufbereitung von Problemlöseprozessen

• Analyse informatischer Hochbegabung• Präsentation von Aufgaben und Bearbeitung mit der

Methode des Lauten Denkens (je ca. max. 1h)• Audio-/Video-Aufzeichnung• Transkription, Auswertung der Daten,

Vergleichsstudien, ... • Übertragung von Erkenntnissen über Hochbegabte

auf normal Begabte:• Was können Niedrigleister von Hochleistern

lernen?• didaktische Aufbereitung von Problemlöseprozessen

Produktion eines authentischen Lehr-

videos zur Problemlösung

Hochleister Niedrigleister

schnelles und sicheres Problemverständnis

häufig sofortiges Nachfragen beim Versuchsleiter

intensive Problemanalyse unvollständige Problemanalyse

gezieltes Einsetzen von Schlüsselerkenntnissen

Schlüsselerkenntnisse zufällig und unbeachtet

klare Trennung in Teilprobleme keine/späte Trennung in Teilprobleme

hohes Abstraktionsniveau, Konkretisierungen wenn nötig

enaktive Vorgehensweisen, ausschließlich konkrete Inhalte

ausgeprägte fundamentale Ideen der Informatik

unspezifisches Herangehen durch Probieren

analysieren Übergang n→n+1 untersuchen n=1, 2, 3, ...

hypothesengeleitetes Vorgehenwenige Hypothesen, überflüssige

Lösungsschritte

Hochleister Niedrigleister

schnelles und sicheres Problemverständnis

häufig sofortiges Nachfragen beim Versuchsleiter

intensive Problemanalyse unvollständige Problemanalyse

gezieltes Einsetzen von Schlüsselerkenntnissen

Schlüsselerkenntnisse zufällig und unbeachtet

klare Trennung in Teilprobleme keine/späte Trennung in Teilprobleme

hohes Abstraktionsniveau, Konkretisierungen wenn nötig

enaktive Vorgehensweisen, ausschließlich konkrete Inhalte

ausgeprägte fundamentale Ideen der Informatik

unspezifisches Herangehen durch Probieren

analysieren Übergang n→n+1 untersuchen n=1, 2, 3, ...

hypothesengeleitetes Vorgehenwenige Hypothesen, überflüssige

Lösungsschritte

• Das Video: http://informatikdidaktik.de/Forschung/Schriften/HochleisterDVD2011

• Dieses Lehrvideo zeigt aus der Perspektive einer Übertischkamera den fiktiven informatischen Hochleister Tom bei der Bearbeitung eines schwierigen Färbeproblems. Dabei kann man auf seinem Skizzenblatt die fortlaufend von ihm angefertigten Skizzen beobachten und auch die einzelnen Gedankengänge des Problemlösers genau verfolgen. Man kann direkt miterleben, wie Tom zu Beginn die Aufgabe analysiert und die dadurch gewonnenen Schlüsselerkenntnisse in der anschließenden Problembearbeitung bis zur fertigen Lösung gewinnbringend einsetzt. An markanten Stellen wird das Video unterbrochen und die zurückliegenden Problemlöseaktivitäten mit animierten Bildsequenzen vertiefend erläutert.

SchlußbemerkungenStatistik/Expertenbefragung zum Schluß

• 300 Zitationen der dt. Publikationen

• 100 Zitationen der engl. Publikationen

• Arbeitskreis Lehrerbildung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung/Didaktik der Informatik (15 Experten, 19nfi):

• Konzept der fundamentalen Ideen wird mit deutlichem Abstand als bedeutendstes informatikdidaktisches Konzept (Wert 2,8 auf einer Skala von 0 bis 3) genannt und für die zukünftige Ausbildung von Informatiklehrkräften empfohlen.

Fundamentale Ideen der Informatik -...

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