Vorlesung 2 Informatik Geschichte Informatik geschichtliche Aspekte

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1 kognitiv Bloom Systemtheorie Kritische Didaktik affektiv Gestalten Alltag Terminologie qualitativ Berliner/ Hamburger Modell Taxonomie Didaktisches Dreieck ER- Datenbank Praktisch Phänomene der Geschichtliche Aspekte Operator Phasen Konstruktivismus Planungsmodelle Empirie Tabellenkalkulation Umsetzung mit Logo Wissensbasierte Sicht»Spiel«welten Gender Kompetenz Lernziele und Kompetenzen Lehren Probleme der Instruktion Theorie? Funktionale Sicht Konzepte Output Formalstufen ponto Objektorientierte Sicht quantitativ Input Tafel... board Lehren und Lernen Lerntheorie Behaviorismus systeme Klassenbibliothek Stifte und Mäuse Arbeitsblätter Overhead- Folien Planung Kognitivismus Rahmenvorgaben (Hilfs- )Mittel Legitimation Methoden Form Dimensionen Phasen Pflichtunterricht Vorgehensweisen Funktionen der Schule Allokation Selektion Ziele äußere DIDAKTIK DER INFORMATIK Bildung Gesellschaft Erziehungswissenschaft Qualifikation Sozialisation Integration innere fachliche Inhalte A Pedagogical Pattern Language Wahlfach Unterrichtsplanung professionell Lehrpläne Projektorientiert Problemorientiert psychomotorisch unterricht Künstliche Intelligenz Theorie formaler Sprachen Bildungsstandards EPA 2004 Institutionalisierung lehrerausbildung 1975 Schulversuche 1969 Typtheorie Theoretische und Gesellschaft Rechner- Sortieren geometrische algorithmische Methoden Suchen Graphalgorithmen Algorithmen- Robotik Prädikative Abstraktionsstufen Konzeptentwicklung Maschinenmodelle Automatentheorie Komplexitätstheorie Algorithmen Praktische Technische... orientierungen über die Zeit Benutzungs- Netzwerke Fachdidaktische Empfehlungen Konzepte Anwendungs- Angewandte Peripherie Gesellschafts- einfache Fundamentale Ideen Prozessoren Schaltkreise Strukturierung Modularisierung Planung Datenbanken Anwendung Modulkonzept extreme Programming Programmiersprachen Betriebssysteme Schulinformatik türme sorientierter Ansatz Thomas Nievergelt Wasserfall STEPS Analyse OOA Gestaltung OOD Optimierung Datenstrukturen zusammengesetzte Softwaretechnik Objektorientiert Implementierung OOP geschichtliche Aspekte Vorlesung Didaktik der vom 25. April 2013 von Ludger Humbert

2 Kompetenzen 1. Alleinstellungsmerkmale der im Zusammenhang der geschichtlichen Entwicklung herausarbeiten 2. Entwicklung und Herausbildung der Wissenschaft im Kontext darstellen 3. Konsequenzen der Abgrenzungsproblematik erläutern Transdisziplinarität versus 4.»Fundamentals«der Fachwissenschaft begründen

3 Gliederung? ist 2.2.3

4 Was ist? Gegenstände der als zentraler aber mehrdimensionaler Begriff der Methoden der Pragmatischer Ansatz Verschränkung von Theorie und Praxis als Methodologie Bewertung von Definitionen Innensichten der? ist 2-4

5 Was ist? Etymologisch und Automatik [Balzert, 1983] InFormatik Form als Schlüssel zu [Floyd, 2001]? ist 2-5

6 Was ist? Etymologisch und Automatik [Balzert, 1983] InFormatik Form als Schlüssel zu [Floyd, 2001] Geschichtlich automatische»s«verarbeitung [Steinbuch, 1957] Kooperationspartnerin für jede Wissenschaft und jede Sparte praktischer Tätigkeiten [Brauer u. Münch, 1996]? ist 2-5

7 Gegenstände der Grundlegend und unstrittig Algorithmen und Datenstrukturen»Abbildung«von Algorithmen und Datenstrukturen in systeme? ist 2-6

8 Gegenstände der Grundlegend und unstrittig Algorithmen und Datenstrukturen»Abbildung«von Algorithmen und Datenstrukturen in systeme system (vgl. erste Vorlesung) Spezifische Zusammenstellung von Hardware, Software und Netzverbindungen zur Lösung eines Anwendungsproblems [Claus u. Schwill, 2006] Fragen der Theoriebildung in diesem Kontext? ist 2-6

9 anerkannte Definition? ist 2-7

10 anerkannte Definition technisch [Shannon, 1948]? ist 2-7

11 anerkannte Definition technisch [Shannon, 1948] Dimensionen personal } organisationsbezogen [Floyd, 2001] medial? ist 2-7

12 Pragmatik () Semantik (Wissen) Syntax (Daten) Wissen Daten? ist 2-8

13 Pragmatik () Semantik (Wissen) Syntax (Daten) Daten Wissen syntaktisch definierte Verfahren der Datenverarbeitung semantisch begründete Verfahren der Wissensrepräsentation pragmatisch kontrollierte serarbeitung zur informationellen Handlungsabsicherung Wissen Daten? ist [Humbert, 2006, S. 11 Bild 2.1 und 2.2] 2-8

14 Pragmatik () Semantik (Wissen) Syntax (Daten) Wissen Daten? Daten Wissen syntaktisch definierte Verfahren der Datenverarbeitung semantisch begründete Verfahren der Wissensrepräsentation pragmatisch kontrollierte serarbeitung zur informationellen Handlungsabsicherung Daten Wissen syntaktisch definierte Verfahren der Datenverarbeitung semantisch begründete Verfahren der (Wissens-) repräsentation pragmatisch kontrollierte Wissenserarbeitung zur informationellen Handlungsabsicherung ist [Humbert, 2006, S. 11 Bild 2.1 und 2.2] 2-8

15 tradiert vs. informatisch? ist 2-9

16 tradiert vs. informatisch Entwicklung und Erstellung von systemen Traditionell: Bildung von Modellen zur Darstellung eines»gegenstands«unter Vernachlässigung»gewisser«Aspekte wirkt durch das erstellte system in den modellierten Bereich zurück und verändert diesen? ist 2-9

17 ? ist 2-10

18 Metaphern zur»fenster zur Wirklichkeit«zur Wahrnehmung der (ggf. virtuellen) Realität»Handgriff zur Wirklichkeit«zur Entwicklung und Verwendung von modellen [Floyd u. Klischewski, 1998]? ist 2-10

19 Vorgehen informatische Vorgehenselemente 1. Informatisierung Anwendungsmodell des Gegenstandsbereichs 2. Diskretisieren Spezifikation durch ein formales Modell 3. Systemisieren Definieren durch eine Menge von berechenbaren Funktionen [Floyd u. Klischewski, 1998]? ist 2-11

20 schematisch Ergebnisse interpretieren Konsequenzen validieren verarbeiten Situation formalisieren Modell? ist Lösung Problem [Humbert, 2006, S. 14 (Bild 2.5 gedreht!)] 2-12

21 Erstellung eines produkts Verifizieren Erklären Formal Zuhören Konstruieren Verstehen Informal Modellieren nach [Klaeren u. Sperber, 2007, S. 6] vgl. [Humbert, 2006, S. 14 (Bild 2.4)]? ist 2-13

22 Probleme? ist 2-14

23 Probleme Problembereich Dekontextualisierung system Rekontextualisierung? ist 2-14

24 Probleme Problembereich Dekontextualisierung system Rekontextualisierung Schlussfolgerungen soziale Bedingtheit berücksichtigen systeme unterstützen als Werkzeuge soziale Prozesse partizipative Softwareentwicklung? ist 2-14

25 » «Auf fassung Auswertung von Ausdrücken einer formalen Sprache Beantwortung von Anfragen an ein ssystem Manipulation von Objekten der realen Sprachklasse nach [Padawitz, 2007, S. 5] funktionale und applikative Sprachen relationale und logische Sprachen prozedurale, imperative und objektorientierte Sprachen? ist 2-15

26 Entstehen der 1/3 Ideengeschichte der 1/3 In vielen Kulturen: Konstruktionsvorschriften in Form von Algorithmen für verschiedene Bereiche (nicht nur Mathematik, auch Sport, Religion u. v. a. m.) entwickelt und»abgearbeitet«leibniz (um 1680) Es wird dann beim Auftreten von Streitfragen für zwei Philosophen nicht mehr Aufwand an wissenschaftlichem Gespräch erforderlich sein als für zwei Rechnerfachleute. Es wird genügen, Schreibzeug zur Hand zu nehmen, sich vor das Rechengerät zu setzen und zueinander [... ] zu sagen: Laßt uns rechnen. [Dreschler-Fischer, 2000, S. 169] Charles BABBAGE entwickelt ab ca die Ideen der»analytical Engine«[Menabrea, 1842]? ist 2-16

27 wikipedia.de/ Margaret Carpenter Ada Lovelace, eigentlich Augusta Ada King Byron, Countess of Lovelace, wurde als einzige eheliche Tochter des Dichters und Lebemanns Lord Byron geboren. Unter dem Einfluss ihrer Mutter, die sich bald wieder von Byron trennte, entwickelte Ada Lovelace schon früh Interesse an Naturwissenschaften und Mathematik. Da Frauen zur damaligen Zeit der Zutritt zu Bibliotheken untersagt war, schrieb später ihr Ehemann wissenschaftliche Artikel für sie ab. wikipedia.de/thomas Philipps Bruno Barral (ByB) Als Mitarbeiterin von Charles Babbage ergänzte sie 1843 eine Beschreibung von dessen Analytical Engine. In diesen Notizen sind zentrale Ideen zur Programmierung vorgezeichnet, etwa Testanweisungen ( experimental operations ) oder der Vorschlag, Variablen nur für festgelegte Zwecke zu verwenden. Die Berechnung der Bernoulli-Zahlen mit der Analytical Engine diente als Beispiel. Dieses Programm, das als Term mit zwei Summenzeichen (für zwei geschachtelte Schleifen) notiert war, begründete Ada Lovelaces Ruf als erste Programmiererin der. In den 1970er Jahren wurde deshalb die Programmiersprache Ada nach ihr benannt. Ada Lovelace starb kurz vor ihrem 37. Geburtstag an Krebs. Ideengeschichte der 2/3 Es ist schon interessant, dass die von BABBAGE entwickelte Maschine ohne gebaut zu werden, die informatische Phantasie von Ada LOVELACE so beflügelte, dass sie als erste Programmiererin in die einging und sich Gedanken über die Grenzen einen solchen Konstruktion macht und damit als erste gilt, die über Künstliche Intelligenz nachdachte Darüber hinaus kann der BABBA- GE zugeschriebene Text über die»analytical Engine«nicht ohne die umfangreichen Erläuterungen von Ada LOVELACE verstanden werden. Wir sind Ada Lovelace Pionierin des Programmierens Gesellschaft für Ada- Lovelace.pdf ? ist 2-17

28 Image provided courtesy of Sherborne School Dorset Das von Alan Turing entwickelte Berechenbarkeitsmodell der Turingmaschine bildet eines der Fundamente der theoretischen. Während des Zweiten krieges war er maßgeblich an der Entzifferung der mit der Enigma verschlüsselten deutschen Funksprüche beteiligt. Der Großteil seiner Arbeiten blieb nach Kriegsende jedoch unter Verschluss. Eric Tischer ACM Turing entwickelte 1953 eines der ersten Schachprogramme, das er mangels Hardware per Hand ausführte. Auf ihn geht der Turing-Test zum Nachweis künstlicher Intelligenz zurück. Heute wird nach ihm die bedeutendste Auszeichnung der benannt, der Turing Award. Lmno on en.wikipedia Im Gerichtsprozess um einen Einbruch in sein Haus wurde seine damals strafbare Homosexualität bekannt. Er musste sich als Alternative zu einer Gefängnisstrafe einer Hormontherapie unterziehen. Mit 41 Jahren nahm er sich das Leben entschuldigte sich der britische Premierminister für Turings Behandlung. Entstehen der 3/3 Ideengeschichte der 3/3 Ideen zur Beschreibung der mathematischen Arbeit beim Beweisen von Sätzen durch GÖDEL und TURING Folgen des HILBERTschen Programms zur vollständigen Formalisierung der Mathematik 1938 realisiert Konrad ZUSE den ersten Universalcomputer (Entwurf 1936) John [von Neumann, 1945] beschreibt den Universalcomputer Wir sind Pionier der Alan Turing und Kryptoanalytiker Gesellschaft für - Persoenlichkeiten- Turing.pdf ? ist 2-18

29 Interpretation der der (1/3) Zielgerichtet In ihrem Grundmuster laufen vor allem die historischen Darstellungen durchweg auf eine teleologische Interpretation der Entstehung des Computers [... ] hinaus: Die Erfindung des Computers stellt die Vollendung eines alten Traums dar, der zunächst unbewußt zwanzig Jahrhunderte lang reifte.... An diesem Abenteuer war die ganze Menschheit beteiligt, von den ältesten Zivilisationen bis in unsere Zeit (LIGONNIÈRE, zitiert nach LÉVY 1994: 921). [Hohn, 1998, S. 131, Fußnote 61]? ist 2-19

30 Interpretation der der (1/3) Zielgerichtet niemals In ihrem Grundmuster laufen vor allem die historischen Darstellungen durchweg auf eine teleologische Interpretation der Entstehung des Computers [... ] hinaus: Die Erfindung des Computers stellt die Vollendung eines alten Traums dar, der zunächst unbewußt zwanzig Jahrhunderte lang reifte.... An diesem Abenteuer war die ganze Menschheit beteiligt, von den ältesten Zivilisationen bis in unsere Zeit (LIGONNIÈRE, zitiert nach LÉVY 1994: 921). [Hohn, 1998, S. 131, Fußnote 61] HOHN wendet sich in [Hohn, 1998, ab S. 131ff] gegen die auf ein Ziel hin orientierte Interpretation, da der Prozess an vielen Stellen nachweisbar über lange Zeit unterbrochen wurde, vorherige Ideen erst sehr viel später wieder entdeckt wurden, Absichten nicht durch ein Forschungsprogramm determiniert sind...? ist 2-19

31 Interpretation der der (2/3) Zielgerichtet niemals Es soll angemerkt werden, dass ich einige der Einschätzungen (= Interpretationen durch [Hohn, 1998]) durchaus kritisch sehe:? ist 2-20

32 Interpretation der der (2/3) Zielgerichtet niemals Es soll angemerkt werden, dass ich einige der Einschätzungen (= Interpretationen durch [Hohn, 1998]) durchaus kritisch sehe: Beispiel: die inzwischen häufig vorgetragene»fehlentwicklung«von ALGOL halte ich für eine völlige Verkennung der Tatsache, dass bis heute in allgemeinen Lehrbüchern eben kein C[++] oder Java-Code zu finden ist, sondern Pseudocode, der sich an ALGOL anlehnt.? ist 2-20

33 Interpretation der der (2/3) Zielgerichtet niemals Es soll angemerkt werden, dass ich einige der Einschätzungen (= Interpretationen durch [Hohn, 1998]) durchaus kritisch sehe: Beispiel: die inzwischen häufig vorgetragene»fehlentwicklung«von ALGOL halte ich für eine völlige Verkennung der Tatsache, dass bis heute in allgemeinen Lehrbüchern eben kein C[++] oder Java-Code zu finden ist, sondern Pseudocode, der sich an ALGOL anlehnt. Trotz dieser Detailkritik halte ich die Arbeit von HOHN für sehr wichtig, da er von außen auf die der blickt.? ist 2-20

34 Interpretation der der (3/3) Die Sicht von Innen GI unterhält einen eigenen Arbeitskreis zur Konferenzserie zur der Programmiersprachen (HOPL) Konferenz zu didaktischen Herausforderungen, die sich aus geschichtlichen Aspekten ergeben (2007 Klagenfurt MEDICHI) Vielzahl von Veröffentlichungen zur der (Vorsicht!)? ist 2-21

35 stellt größere disziplinäre Orientierungen wieder her erweitert das Erkenntnisinteresse innerhalb von Fächern und Disziplinen und über Fächer und Disziplinen hinweg nach [Mittelstraß, 2005, S. 19]? ist 2-22

36 Transdisziplinarität stellt größere disziplinäre Orientierungen wieder her erweitert das Erkenntnisinteresse innerhalb von Fächern und Disziplinen und über Fächer und Disziplinen hinweg nach [Mittelstraß, 2005, S. 19] Transdisziplinarität wird als ein Forschungs- und Wissenschaftsprinzip verstanden, das überall dort wirksam wird, wo eine allein fachliche oder disziplinäre Definition von Problemlagen und Problemlösungen nicht möglich ist bzw. über derartige Definitionen hinausgeführt wird. [Mittelstraß, 2005, S. 18]? ist 2-22

37 Transdisziplinarität als Prinzip wird von MITTELSTRAß als Reparatur von wissenschaftlichen Fehlentwicklungen eingeschätzt Ziel der : das verlorengegangene wissenschaftliche Prinzip der Orientierung in größeren Einheiten korrigierren? ist (vgl. [Mittelstraß, 2005]) 2-23

38 Transdisziplinarität als Prinzip wird von MITTELSTRAß als Reparatur von wissenschaftlichen Fehlentwicklungen eingeschätzt Ziel der : das verlorengegangene wissenschaftliche Prinzip der Orientierung in größeren Einheiten korrigierren Weitergehendes Ziel der Transdisziplinarität: methodische Berücksichtigung der Überschreitung von Disziplingrenzen (1987 von MITTELSTRAß vorgeschlagen) Dabei ist zu berücksichtigen, dass Transdisziplinarität (nach MITTELSTRAß) eine Umorientierung darstellt, die kein Theorieprinzip ist, das Lehrbücher verändert, sondern ein forschungsleitendes Prinzip, das institutionelle Gewohnheiten methodisch hinterfragt und aufhebt. (vgl. [Mittelstraß, 2005])? ist 2-23

39 Zusammenfassung das Wort Die Bezeichnung ist ein zusammengesetztes Kunstwort aus den beiden Begriffen und Automatik. Sie verweist damit auf eine Definition, die die Wissenschaft als zuständig für die Prozesse der automatischen sverarbeitung ausweist. Ein Begriff, der unglaublich schwer zu definieren ist, beginnend mit der stheorie von SHANNON, über die Abgrenzungsversuche Brandmauer von DIJKSTRA und Ausweitungsdiskussionen NYGAARD bis hin zu dem inflationären Gebrauch dieses Begriffs im Alltag (z. B. Deutsche Bahn: statt Auskunft wird verwendet) Automatik Ein von selbst ablaufender Prozess wie einfach kann doch eine Definition sein ;-)? ist 2-24

40 Zusammenfassung Der Versuch, die zentrale Arbeitsweise der zu finden, führt zur n. Im Unterschied zu der in anderen (vor allem naturwissenschaftlich geprägten) Wissenschaften dient die dem en Aufbau einer erdachten Struktur, die (in Abgrenzung zur Mathematik) zum Ablauf gebracht werden kann (es werden die beiden Elemente Aufbau/Struktur und Ablauf/Prozess zur Deckung gebracht). Algorithmen und Datenstrukturen Das Ying-Yang der... Datenstrukturen werden als abstrakte Entitäten problemangemessen aufgerichtet, damit die auf den Datenstrukturen definierten Prozesse in möglichst einfacher Form mit Algorithmen beschrieben werden können.? ist 2-24

41 Literatur für diese Vorlesung I [Balzert 1983] BALZERT, Helmut: : 1. Vom Problem zum Programm Hauptband. 2. Aufl. München : Hueber-Holzmann Verlag, ISBN Aufl [Brauer u. Münch 1996] BRAUER, Wilfried ; MÜNCH, Siegfried: Studien- und Forschungsführer. 3. völlig neu bearbeitete Aufl. Berlin, Heidelberg : Springer, 1996 [Claus u. Schwill 2006] CLAUS, Volker ; SCHWILL, Andreas ; MEYERS LEXIKONREDAKTION (Hrsg.): Duden A Z. Fachlexikon für Studium und Praxis. 4., überarb. u. aktualis. Aufl. Mannheim, Leipzig, Wien, Zürich : Bibliographisches Institut, ISBN [Dreschler-Fischer 2000] DRESCHLER-FISCHER, Leonie: Der Gott der. Gott und das Internet? Gott und künstliche Intelligenz? In: ADAMSKI, Heiner (Hrsg.) ; DENECKE, Axel (Hrsg.) ; HARTMANN, Wilfried (Hrsg.): Der»gott«der Fakultäten. Berlin : LIT Verlag, ISBN X, S [Floyd 2001] FLOYD, Christiane: Mensch Gesellschaft 1. Prüfungsunterlagen. Universität Hamburg Fachbereich, zugl. eine Standortbestimmung Hamburg, September 1998 von C. Floyd und R. Klischewski [Floyd u. Klischewski 1998] FLOYD, Christiane ; KLISCHEWSKI, Ralf: ein Handgriff zur Wirklichkeit. Zur sozialen Konstruktion und Wirksamkeit von -Modellen. In: POHL, Klaus (Hrsg.) ; SCHÜRR, Andy (Hrsg.) ; VOSSEN, Gottfried (Hrsg.) ; Universität Münster (Veranst.): 98 Proceedings. Universität Münster : Institut für angewandte Mathematik und, März 1998 (Bericht 6/98-I). ISSN , 21 26? ist 2-25

42 Literatur für diese Vorlesung II [Hohn 1998] HOHN, Hans-Willy: Kognitive Strukturen und Steuerungsprobleme der Forschung Kernphysik und im Vergleich. Frankfurt a. M., New York : Campus Verlag, 1998 (Schriften des Max-Planck-Instituts für Gesellschaftsforschung, Köln Bd. 36). ISBN überarbeitete Fassung der Habilitationsschrift Fakultät für Soziologie der Universität Bielefeld Dezember 1997 [Humbert 2006] HUMBERT, Ludger: Didaktik der mit praxiserprobtem Unterrichtsmaterial. 2., überarbeitete und erweiterte Aufl. Wiesbaden : B.G. Teubner Verlag, 2006 (Leitfäden der ). ISBN [Klaeren u. Sperber 2007] KLAEREN, Herbert ; SPERBER, Michael: Die Macht der Abstraktion. Einführung in die Programmierung. 1. Aufl. Wiesbaden : B. G. Teubner, ISBN [Menabrea 1842] MENABREA, L. F.: Sketch of The Analytical Engine. Invented by Charles Babbage. With notes upon the Memoir by the Translator Ada Augusta, Countess of Lovelace. In: Bibliothèque Universelle de Genève (1842), October, Nr. No Abruf: 3 rd April 2012 [Mittelstraß 2005] MITTELSTRAß, Jürgen: Methodische Transdisziplinarität. In: Technikfolgenabschätzung Theorie und Praxis 14 (2005), Juni, Nr. 2, Abruf: 23. Januar 2013 [von Neumann 1945] NEUMANN, John von: First Draft of a Report on the EDVAC. In: University of Pennsylvania (1945), June. Abruf: 3 rd April 2012? ist 2-26

43 Literatur für diese Vorlesung III [Padawitz 2007] PADAWITZ, Peter: Grundlagen und Methoden funktionaler Programmierung Vorlesungsskriptum. Dortmund : Universität, [Shannon 1948] SHANNON, Claude E.: A Mathematical Theory of Communication. In: Bell System Technical Journal 27 (1948), July, October, and pp Abruf: 3 rd April 2012 [Steinbuch 1957] STEINBUCH, Karl: : Automatische sverarbeitung. In: SEG-Nachrichten (Technische Mitteilungen der Standard Elektrik Gruppe) Firmenzeitschrift (1957), Nr. 4, S Dieses Dokument wird unter der folgenden Creative-Commons-Lizenz veröffentlicht: cbea ist 2-27