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VortragsankündigungDer (neue) Informatikunterricht? – Utopie und Realität

„Neuer Lehrplan“, „Kompetenzen“, „Bildungsstandards“, „Diagnostizieren und Fördern“ sind allesamt Themen, mit denen wir Lehrer im Alltag inzwischen tagtäglich konfrontiert werden. Wie sollte ein (guter) Informatikunterricht aussehen, der all diese Aspekte berücksichtigt und gleichzeitig zukunftsorientiert ist? Der Vortrag möchte Beispiele aus dem Informatikunterricht aufzeigen, die versuchen, den Anforderungen gerecht zu werden.

06.11.2009 Alexander Hug 1

Der (neue) Informatikunterricht? –Utopie und Realität

Landestagung MNU RLPSpeyer, 29.10.2009

Alexander Hug


BildungsstandardsKompe-tenzen

„NeuerLehrplan“

Diagnostizieren und

Fördern


„Ich fühle mich überfordert!“

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„Das ist doch utopisch, was die von uns verlangen“

Mein Ziel mit dem heutigen Vortrag …

• die Begriffe/Schlagworte in einen Kontext einordnen

• die Scheu vor dem „Neuen“ nehmen• den „alten“ mit dem „neuem“ Informatikunterricht

vergleichen• Beispiele für einen „neuen“ Informatikunterricht

vorstellen


AGENDA

1. Begriffsklärunga. Bildungsstandards Informatikb. Kompetenzenc. Diagnose und Förderungd. Der Informatik-Lehrplan in RLP

2. Gesichtspunkte guten Unterrichts 3. Vorstellung von Unterrichtsbeispielen4. Zusammenfassung


Begriffe · guter Unterricht · Beispiele

Wie sollte ein (guter) Informatikunterricht aussehen, der die Aspekte Bildungsstandards, Kompetenzen, Diagnose und Förderung und „Neuer Lehrplan“ berücksichtigt und gleichzeitig zukunftsorientiert ist?



Wir nähern uns der Antwort in drei Schritten:

1. Beleuchtung der einzelnen Aspekte

2. Gesichtspunkte guten Unterrichts

3. Umsetzung des Lehrplans



Aspekt: Bildungsstandards Informatik

• Herausgeber: Gesellschaft für Informatik e. V.• Mindeststandards

Kommentare und EmpfehlungenKeine rechtliche Bindung

• Ziel: Zeitgemäße, fachlich substanzielle informatische Bildung

• Sekundarstufe I• www.informatikstandards.de


Begriffe · guter Unterricht · BeispieleBildungsstandards · Kompetenzen ·Diagnose & Förderung · Lehrplan

http://www.informatikstandards.de/

Aspekt: BS Informatik – Standards Kompetenzen, die Schüler unter den Rahmenbedingungen erlernen sollten

06.11.2009 10


Aspekt: (Informatik-)Kompetenzen

• Definition:„Eine Kompetenz bezeichnet die Fähigkeit, durch Erfahrung und Lernen erworbenes Wissen und Können immer wieder in neuen Handlungssituationen selbstständig, verantwortungsbewusst und situationsangemessen anzuwenden.“

Hilbert Meyer: Leitfaden Unterrichtsvorbereitung



Aspekt: (Informatik-)Kompetenzen• Kompetenzbeispiele:

– Fachkompetenz– Kommunikative Kompetenz

• Fachsprache• Argumentation• …

– Kooperationskompetenz– Sach- und Methodenkompetenz

• Problemlösekompetenz• …

– Lernkompetenz– …



Aspekt: Informatik-Kompetenzen


Bildungsstandards sind Kompetenzbeschreibungen


Aspekt: (Informatik-)Kompetenzen


Kompetenz operationalisierte Lernziele


Aspekt: Diagnose und Förderung

„§ 2: Individuelle Förderung; Beratung und Unterstützung durch die Schule

(1) Jede Schulart und jede Schule ist der individuellen Förderung der Schülerinnen und Schüler verpflichtet. …

(3) Die Schülerinnen und Schüler haben das Recht auf Beratung, Förderung und Unterstützung durch die Schule in allen für das Schulleben wesentlichen Fragen und in Fragen der Berufsorientierung.“

Schulordnung für die öffentlichen Realschulen plus, Integrierten Gesamtschulen, Gymnasien, Kollegs und Abendgymnasien (Übergreifende Schulordnung)

vom 12. Juni 2009, GVBl 2009, S. 224 ff



Aspekt: Diagnose und Förderung

Kompetenz

Sach- und Fachkompetenz

Lern- und Methodenkompetenz

Soziale und emotionale Kompetenz


Pädagogische Diagnostik muss alle drei Ebenen in den Blick nehmen.


Aspekt: Diagnose und Förderung• Diagnoseverfahren:

– Testverfahren– Systematische Beobachtung (einschl.

Lernprozessentwicklung)

• Fördermaßnahmen:– Gewährung ausreichender Lernzeit– Spezifische Fördermethoden– Angepasste Lernmittel– Ggf. Hilfestellung weiterer Personen mit

Spezialkompetenz06.11.2009 Alexander Hug 17


Aspekt: „Neuer Lehrplan“

• Angst der Lehrer vor der hohen Anzahl unbekannter Themen und den Themen selbst

• Unsicherheit bei dem Lehrer, da er „nur“ eine Weiterbildung durchlaufen hat

• „Neuer Lehrplan“ gibt nur die Inhaltsbereiche vor ohne sie den Halbjahren mit Zeitansätzen zuzuordnen

Reservierte Haltung ist nachvollziehbar



Aspekt: „Neuer Lehrplan“

• Hilfestellungen:– Lehrerfortbildung am IFB (tis.bildung-rp.de) – Internetseite v. H. Jochum (www.informatik-lehren.de) – Internetseite v. K. Becker (www.inf-schule.de) – AG Informatiklehrer an der Universität Koblenz-

Landau, Campus Koblenz– Literatur und Internetseiten

• Alle neue Themen müssen nicht auf einmal umgesetzt werden



http://www.tis.bildung-rp.de/

http://www.informatik-lehren.de/

http://www.inf-schule.de/

Umsetzung des Lehrplans


www.informatik-lehren.de

www.inf-schule.de


Gesichtspunkte guten Unterrichts

1. Klare Strukturierung des Unterrichts

2. Hoher Anteil echter Lernzeit

3. Lernförderliches Klima

4. Inhaltliche Klarheit

5. Sinnstiftendes Kommunizierennach Hilbert Meyer



Gesichtspunkte guten Unterrichts

6. Methodenvielfalt

7. Individuelles Fördern

8. Intelligentes Üben

9. Transparente Leistungserwartungen

10.Vorbereitete Umgebungnach Hilbert Meyer



Wie sollte ein (guter) Informatikunterricht aussehen, der die Aspekte Bildungsstandards, Kompetenzen, Diagnose und Förderung und „Neuer Lehrplan“ berücksichtigt und gleichzeitig zukunftsorientiert ist?



Unterrichtsbeispiele



OOP mit BlueJ®1. Beispiel:


Begriffe · guter Unterricht · BeispieleOOP mit BlueJ · Kryptoplogie

Definition„Die Objektorientierung, kurz OO, ist ein Ansatz zur Entwicklung von Software, der darauf beruht, die zu verarbeitenden Daten anhand ihrer Eigenschaften und der möglichen Operationen zu klassifizieren.

(Im Vergleich zu Ansätzen, bei denen Eigenschaften und Funktionen nicht gemeinsam betrachtet werden, erhebt dieses Programmierparadigma den Anspruch, entsprechende menschliche Organisationsmethoden aus der realen Welt besser nachzubilden.)“

Wikipedia



KLASSE – OBJEKT (Instanz)



aus: Forbrig, Peter: Objektorientierte Softwareentwicklung mit UML. 2. Aufl. Carl-Hanser-Verlag: München 2002. S. 17

Information Hiding (Datenkapselung)



aus: Balzert, Heide: Objektorientierung in 7 Tagen. 1. Aufl. Spektrum Akademischer Verlag: Heidelberg, Berlin 2000, S. 11

Was ist BlueJ®?

• Integrierte JAVA-Umgebung, die speziell zu Lehrzwecken entworfen wurde

• Ziel: „Objects first!“ – Schüler sollen ohne Ballast „in Klassen und Objekten denken“

Objekte werden greifbar• Plattformunabhängig• Entwickelt von David J. Barnes und Michael

Kölling an der Monash University, Melbourne



BlueJ® …• ist objektorientiert• ist für den Anfangsunterricht konzipiert• Visualisiert Klassenstrukturen und Objekte• ermöglicht einen interaktiven Umgang mit Objekten

(Erzeugen und Methodenaufrufe)• erleichtert die Konzentration auf Fachklassen• ist einfach zu installieren, bedienen und zu erlernen• benötigt wenig Speicher • ist kostenlos



Probleme mit BlueJ®

• Programmierung außerhalb von BlueJ (Schüler wollen/sollen „echte“ JAVA-Programme schreiben)

• OOM ist eigeschränkt (z. B. keine Unterscheidung zwischen Assoziation und Komposition)

• Es gibt keinen visuellen GUI-Builder• BlueJ® ist manchmal ganz schön langsam• …06.11.2009 Alexander Hug 31


Mein Einsatz von BlueJ®

• Ziele:– Besseres Verständnis für OO-Denken– Greifbarmachen von Klassen, Objekten, …– Modellierungsaspekt– Nutzung einer (einfachen) Entwicklungsumgebung– Schüleraktivität

• Gutes Buch mit guten Ideen von Barnes/Kölling



Mein Gang durch die Programmierung



U-Reihe: Objekte und Klassen

• Kurze Einweisung in BlueJ®

• Manuskript ausgeteilt(auf der Basis der Unterlagen des Buchs von Barnes und Kölling)

• Schüler erarbeiten sich die Thematik selbst• Ergänzungen für Leistungsstarke und zum

Transfer• Zusammenfassung über Schülervorträge• Leistungskontrolle (HÜ)



Diagnose und Förderung



Diagnose und Förderung: Kompetenzmatrix



Kryptologie2. Beispiel:



Folien z. T. aus:Fortbildung Kryptologie, H. Jochum

Wegweiser durch die Kryptologie


Lehrplan

Erweiterung


Prinzip symmetrischer Verfahren



Prinzip asymmetrischer Verfahren



Klassische Verfahren: Caesar• Verschiebung mit

– Scheibe– Schablone– Papierstreifen

• Übungsblätter• Didaktische Anmerkungen:

– Diskussion: mehrfache Durchführung ist sinnlos– Vorbereitung von Vigenère-Verfahren– Programmierpraktikum (PS oder Excel)– Einsatz von CrypTool



Substitutionsverfahren

• Optionale Besprechung• Verallgemeinerung des Caesar-Chiffres• Kryptoanalyse:

– Brute force oder– Häufigkeitsanalyse

• Einsatz von CrypTool



Klassische Verfahren: Vigenère

• Idee: „Caesar“ für jeden Buchstaben individuell

• Nutzung des Vigenère-Quadrats


Blaise de Vigenère(1523 – 1596)



Vigenère-Quadrat:




• Idee: „Caesar“ für jeden Buchstaben individuell

• Nutzung des Vigenère-Quadrats• Beispiel:

• Animation mit CrypTool


Blaise de Vigenère(1523 – 1596)



• Spannende Frage: Kryptoanalyse?• Häufigkeitsanalyse scheitert!• Angriff: Kasiski-Test• Einsatz von CrypTool • Wenn das Schlüsselwort genauso lang ist wie

der Klartext, dann wird es zu einem one-time-pad und damit „unknackbar“



Kryptoanalyse - Angriffsszenarien

• Brute Force• Häufigkeitsanalyse• Wörterbuch-Attacke• Ciphertext-Only• Known-Plaintext• Chosen-Plaintext• Chosen-Ciphertext• ...06.11.2009 Alexander Hug 59

Vgl. A. Beutelspacher: Kryptologie, S. 15 ff

Kurzreferat


Kriterien guter kryptographischer Verfahren

• Kerckhoffssches Prinzip: (Auguste Kerckhoffs 1835-1905, niederländischer Militär-Kryptologe)

– Sicherheit beruht auf der Geheimhaltung des Schlüssels nicht auf der Geheimhaltung des Algorithmus

• Gegenteiliges Prinzip: – "Security by Obscurity"

(Sicherheit durch Verschleiern der verwendeten Verfahren)



Folgerung

Ein kryptographisches Verfahren ist gut, wenn es• auf dem Kerckhoffs-Prinzip beruht, insbes. sein

Quelltext veröffentlicht ist• von Kryptologen (bzw. -analytikern) weltweit

untersucht werden konnte und damit • alle möglichen Angriffszenarien erfolgreich

durchlaufen hat.



Symmetrisches Verfahren: Rijndael (AES)

Das US-amerikanische National Institute of Standards and Technology (NIST) hatte Anfang 1997 zu einem offenen Wettbewerb aufgerufen, dessen Sieger als AdvancedEncryption Standard (AES) festgelegt werden sollte. Dabei wurden folgende Kriterien aufgestellt, die von den Algorithmen zu erfüllen sind:

• AES muss ein symmetrischer Algorithmus sein, und zwar eine Blockchiffre [...]• AES soll gleichermaßen leicht in Hard- und Software zu implementieren sein.• AES soll in Hardware wie Software eine überdurchschnittliche Performance haben.• AES soll allen bekannten Methoden der Kryptoanalyse widerstehen können [...]• Speziell für den Einsatz in Smartcards sollen geringe Ressourcen erforderlich sein

(kurze Codelänge, niedriger Speicherbedarf).• Der Algorithmus muss frei von patentrechtlichen Ansprüchen sein und muss von

jedermann unentgeltlich genutzt werden können.Im August 1998 gingen schließlich 15 Algorithmen beim NIST ein, die öffentlich diskutiert

und auf die Erfüllung der genannten Kriterien geprüft wurden. Die engere Wahl war im April 1999 beendet und die fünf besten Kandidaten (MARS, RC6, Rijndael, Serpent, Twofish) kamen in die nächste Runde.



Symmetrisches Verfahren: Rijndael (AES)

• Blockchiffre: Aufteilung des Klartextes in Blöcke bestimmter Länge,blockweise Verschlüsselung, Ergebnis des vorangegangenen beeinflusst Verschlüsselung des nächsten Blockes

• S-Box (engl. substitution box):Zusammenhang zwischen Klar- und Geheimtext verwischen, eine m-stellige Binärzahl wird durch eine n-stellige Binärzahl ersetzt, sorgfältiger Entwurf nötig

• Schlüsselexpansion / Rundenschlüssel



Symmetrisches Verfahren: AES



Diagnose und Förderung



Diagnose und Förderung: Kompetenzmatrix



Zusammenfassung

• Nähern Sie sich langsam und stückweise den „neuen“ Themen.

• Nutzen Sie das Fortbildungsangebot.• Nutzen Sie die Internetplattformen.• Arbeiten Sie mit Kollegen im Team.• Gehen Sie die Diagnose und Förderung

langsam an.



Antwort„Der (neue) Informatikunterricht? –

Utopie und Realität“


ist nicht neu

Inhalte aktualisiert

wird als Utopie empfunden

„Rad nicht neu erfinden, sondern Schritt für Schritt Bewährtes unter einer anderen

Sichtweise neu betrachten“

Danke schön …

… an Herrn Andreas Gramm, Studienseminar Berlin

… an Herrn Heiko Jochum, WHG Bad Dürkheim

… an das Auditorium


Literatur• Meyer, Hilbert: Leitfaden Unterrichtsvorbereitung.

1. Aufl. Cornelsen Scriptor: Berlin 2007

• Meyer, Hilbert: Was ist guter Unterricht?2. Aufl. Cornelsen Scriptor: Berlin 2004

• Paradies, Liane; Linser, Hans-Jürgen; Greving, Johannes: Diagnostizieren, Fordern und Fördern.2.Aufl. Cornelsen Scriptor: Berlin 2008

• Kliemann, Sabine : Diagnostizieren und Fördern in der Sekundarstufe I. Schülerkompetenzen erkennen, unterstützen und ausbauen. 1. Aufl. Cornelsen Scriptor: Berlin 2008


Literatur

• Jochum, Heiko: FB Kryptologie.http://informatik.bildung-rp.de/fortbildungsmaterial/kryptologie

• Barnes, David J.; Kölling, Michael: Objektorientierte Programmierung mit JAVA.1. Aufl. Pearson Studium: München 2003

• Ehmann, Matthias: Informatik. Objektorientierte Programmierung mit BlueJ.1. Aufl. Duden Schulbuchverlag: Berlin, Mannheim 2009


http://informatik.bildung-rp.de/fortbildungsmaterial/kryptologie

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