Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz University of Education Ludwigsburg

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1 Notes on Educational Informatics Section B: Classroom Experiences 7 (1): 1 20, University of Education Ludwigsburg, Institute of Mathematics and Computer Science. Educational Blueprint/Computer Science Version 2 (EB/CS-V2): Unterrichtstemplate für die Umsetzung zentraler Inhalts- und Prozesskonzepte der Informatik Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz University of Education Ludwigsburg Abstract. Die curriculare Planung von Informatikunterricht sollte sich sowohl an zentralen Inhalts- als auch an zentralen Prozesskonzepten orientieren, die in vielen Bereichen der Informatik eine wichtige Rolle spielen, auf unterschiedlichen intellektuellen Niveaus vermittelbar sind, längerfristig relevant bleiben und einen Bezug zu Sprache und/oder Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzen. Dieser Artikel beschreibt die Weiterentwicklung des Unterrichtstemplate Educational Blueprint/Computer Science (EB/CS) für die Umsetzung von Inhalts- und Prozesskonzepten der Informatik. Es baut auf aktuellen empirischen Forschungsergebnissen zur Bestimmung von Inhalts- und Prozesskonzepten für den Informatikunterricht auf und betont die Formulierung von Aufgaben im Sinne so genannter reichhaltiger Lernsituationen. Keywords: Informatikunterricht, zentrale Inhaltskonzepte der Informatik, zentrale Prozesskonzepte der Informatik, reichhaltige Lernsituationen. Contact: {zendler, beck, fest, klaudt, seitz}@ph-ludwigsburg.de 1. Einleitung Educational Blueprint/Computer Science Version 2 (EB/CS-V2) ist die Weiterentwicklung des Unterrichtstemplates Educational Blueprint/Computer Science (Zendler, Vogel, & Spannagel, 2006) das von 2006 bis 2011 an der Pädagogischen Hochschule Ludwigsburg in der Ausbildung zur Informatikdidaktik eingesetzt wurde. Die Weiterentwicklung verwendet die in den letzten Jahren gewonnen empirischen Ergebnisse (Zendler & Spannagel, 2008; Zendler, Spannagel, & Klaudt; 2008; Zendler, Spannagel, & Klaudt, 2011) zur Beantwortung der Frage, welche Inhalte im Informatikunterricht behandelt werden sollen. Von besonderem Interesse ist dabei die so genannte Blue Matrix, welche die Bedeutung von Inhalts- und Prozesskonzepten der Informatik für das Unterrichtsfach Informatik visualisiert. 1

2 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz Prozesskonzepte Inhaltskonzepte analyzing categorizing classiyfing generalyzing finding relationships presenting finding cause-and-effect r. questioning comparing transferring investigating problem solving creating and inventing collaborating communicating ordering problem model algorithm structure information data software program computation system language test process communication computer Skala Abbildung 1. Visualisierte Mittelwerte für die Kombinationen aus Inhalts- und Prozesskonzepten Heute wird in der aktuellen didaktischen Diskussion die Kombination von zwei wissenschaftsorientierten Didaktikansätzen für wesentlich gehalten. Es handelt sich zum einen um den Ansatz Structure of the Discipline, der erstmals von Bruner (1960) vertreten wurde, zum anderen um den Ansatz Process as Content, der auf Parker und Rubin (1966) zurückgeht und in der Trilogie von Costa und Liebmann (1997a; 1997b; 1997c) eine Renaissance erfahren hat. In der Untersuchung von Zendler, Spannagel und Klaudt (2011), welche vor dem Hintergrund der beiden wissenschaftsorientierten Didaktikansätze durchgeführt wurde, bewerteten Informatikprofessoren 15 Inhaltskonzepte (z.b. algorithm, problem und model) mit Bezug zu 16 Prozesskonzepten (z.b. analyzing, categorizing und classifying) auf einer sechsstufigen Skala von 0 ( keine Bedeutung ) bis 5 ( sehr große Bedeutung ). Das Hauptergebnis bestand darin, dass es bestimmte Gruppen von Inhaltskonzepten gibt, die mit bestimmten Gruppen von Prozesskonzepten für den Informatikunterricht zu kombinieren sind, z.b. der Block aus den Inhaltskonzepten model, algorithm, structure in Verbindung mit den Prozesskonzepten categorizing, classifying, generalizing, finding relationships, presenting. In diesem Artikel wird für die Umsetzung von Inhalts- und Prozesskonzepten das Unterrichtstemplate EB/CS-V2 vorgeschlagen, das ausdrücklich ei- 2

3 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) nen Bezug zu den zentralen Inhalts- und Prozesskonzepten der Informatik und ihren Kriterien herstellt. Das Template ist in Abschnitte gegliedert und dient der unterrichtspraktischen Umsetzung zentraler Konzepte der Informatik. Es setzt Schwerpunkte auf die Formulierung von Aufgaben im Sinne sogenannter reichhaltiger Lernsituationen (Flewelling, 2004; Flewelling & Higginson, 2003) und auf die Einbindung informatischer Unterrichtseinheiten mit Bezug zu den Kriterien zentraler Konzepte der Informatik (Schwill, 1993; 1994): Horizontal-, Vertikal, Zeit- und Sinnkriterium. 2. Beschreibung von EB/CS-V2 EB/CS-V2 besteht aus zehn Abschnitten, die im Folgenden vorgestellt werden: 1. Kurzcharakterisierung 2. Unterrichtseinordnung 3. Bildungsplanbezug 4. Unterrichtsvoraussetzungen 5. Lernzielspektrum 6. Sachanalyse 7. Didaktische Anbindung und Eingrenzung 8. Methodische Analyse 9. Tabellarische Übersicht über den Unterrichtsverlauf 10. Anlagen zum Unterrichtsentwurf 2.1 Kurzcharakterisierung Der erste Abschnitt von EB/CS-V2 dient dazu, Lesern einen kompakten Überblick über die Unterrichtseinheit zu geben. Er enthält die Einordnung der Unterrichtseinheit mit Bezug zu den zentralen Inhalts- und Prozesskonzepten. Insofern ist hier zu wählen hinsichtlich der 15 zentralen Inhaltskonzepte der Informatik (algorithm, communication, computation, computer, data, information, language, model, problem, process, program, software, structure, system, test) sowie hinsichtlich der 16 zentralen Prozesskonzepte der Informatik (analyzing, categorizing, classifying, collaborating, communicating, comparing, creating and inventing, finding causeand-effect relationships, finding relationships, generalizing, investigating, ordering, presenting, problem solving and problem posing, questioning, transferring). Danach erfolgt eine kurze Beschreibung der Inhalte der Unterrichtseinheit sowie Text zu den Handlungskompetenzen, die vermittelt werden sollen. Der erste Abschnitt schließt mit der Angabe der Klassenstufe, für welche 3

4 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz die Unterrichtseinheit konzipiert ist. Durch diese Kurzcharakterisierung werden die Leitlinien der konkreten Unterrichtstunde herausgehoben, die einen Orientierungsrahmen abstecken und die wesentlichsten Stundeninformationen in sich verdichten (Jank & Meyer, 1991). 1. Kurzcharakterisierung Zentrale Inhaltskonzept der Informatik algorithm communication computation test Zentrale Prozesskonzepte der Informatik analyzing categorizing classifying... transferring Inhalte <Text zum Inhalt> Handlungskompetenzen <Text zu den Kompetenzen, Formulierung z.b. Die Schüler können nach dieser Unterrichtseinheit. Klassenstufe: <Klassenstufe> 2.2 Unterrichtseinordnung Der zweite Abschnitt des Unterrichtstemplates hat den Zweck, der Unterrichtseinheit einen kontextuellen Rahmen zu geben, so dass diese in sinnvolle Folgebeziehungen zu anderen Unterrichtseinheiten gebracht werden kann. In diesem Abschnitt werden Angaben zum Thema der Unterrichtseinheit (Unterrichtsgegenstand), der Unterrichtsreihe, des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts sowie zu folgenden Unterrichtseinheiten gemacht. In diesem Abschnitt werden zudem Aussagen getroffen, ob der Unterrichtsgegenstand Voraussetzung für weiteres Lernen ist, unter Umständen auch Aussagen zu fächerübergreifendem Lernen. Die Unterrichtseinordnung zeigt an, dass über die konkrete Unterrichtsstunde hinaus gedacht und die Stundenthematik in einem größeren Sinnzusammenhang gesehen wird (Schulz, 1980). 2. Unterrichtseinordnung Thema der Unterrichtseinheit 4

5 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) <Angabe des Themas der Unterrichtseinheit> Thema der Unterrichtsreihe <Angabe des Themas der Unterrichtsreihe> Thema des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts <Angabe des Themas des unmittelbar vorangegangenen Unterrichts> Themen der folgenden Unterrichtseinheiten <Angabe der Themen der folgenden Unterrichtseinheiten> 2.3 Curricularer Bezug Der dritte Abschnitt von EB/CS-V2 hat den Bezug zu Curricula (z.b. Gesellschaft für Informatik, 2007; Bildungspläne) zum Inhalt. Insbesondere sind hier verbindliche curriculare Ziele zu nennen, auf welche sich die Unterrichtseinheit bezieht. Die curriculare Legitimation entspricht einem wesentlichen Teil der Reflexion rahmengebender institutioneller Unterrichtsbedingungen und stellt ein zentrales Kriterium der Unterrichtsplanung und -dokumentation dar (z. B. Knödler, 1993; Jank & Meyer, 1991). Dabei gilt es, Bildungsplaninhalte nicht im rein adaptiven Sinne unterrichtlich abzubilden, sondern diese im Hinblick auf die konkrete Unterrichtssituation hin reflektiert umzusetzen (Schulz, 1980). 3. Curricularer Bezug <hier ist anzugeben: der Bezug zu einem Curriculum oder Bildungsplan; die verbindlichen Ziele, auf welche sich die Unterrichtseinheit bezieht> 2.4 Unterrichtsvoraussetzungen Der vierte Abschnitt von Educational Blueprint/Computer Science V2 gliedert sich in zwei Abschnitte: Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen und spezielle Unterrichtsvoraussetzungen. Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen (Glöckel et al., 1992, Kapitel 2) sind technische Voraussetzungen, wie etwa das Vorhandensein eines Computers für jeden Schüler, von peripheren Geräten, von Beamer u.a. Überdies wird in diesem Abschnitt auf die grundlegenden informatischen Kenntnisse eingegangen, welche die Schüler für die Unterrichtseinheit 5

6 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz (Starten des Computers und der installierten Programme, Maus- und Tastaturbedienung, Internetnutzung) mitbringen sollen. Spezielle Unterrichtsvoraussetzungen umfassen erstens Voraussetzungen bei den Schülern im Hinblick auf das Thema der Unterrichtseinheit (z.b. kognitionspsychologische Voraussetzungen, Arbeitsverhalten, Leistungsbereitschaft, Selbstständigkeit), zweitens Umfeldbedingungen im Hinblick auf das Unterrichtsthema (z.b. Größe und Zusammensetzung der Klasse, Verhältnis zum Fachlehrer, Förderung des Informatikunterrichts durch Gruppenprozesse), drittens Voraussetzungen beim Lehrer (z.b. fachliche Kenntnisse, Beherrschung von Unterrichtstechniken für den Informatikunterricht). Ausführungen zu den speziellen Unterrichtsvoraussetzungen im Informatikunterricht finden sich bei Hartmann et al. (2006) und Humbert (2006). Die Berücksichtigung anthropogener und soziokultureller Voraussetzungen (Heimann, 1976b; Schulz, 1980), welche in die Unterrichtsplanung eingehen, ergänzen den vorausgehenden Abschnitt 2.3 zu einer umfassenden Bedingungsanalyse im Sinne des Perspektivenschemas nach Klafki zur Unterrichtsplanung (Klafki, 1985). 4. Unterrichtsvoraussetzungen Allgemeine Unterrichtsvoraussetzungen <Text zu allgemeinen Unterrichtsvoraussetzungen> Spezielle Unterrichtsvoraussetzungen <Text zu speziellen Unterrichtsvoraussetzungen (Ausstattung, an Vorwissen, unterrichtsmethodische Verfügbarkeit)> 2.5 Lernzielspektrum Der fünfte Abschnitt von EB/CS-V2 umfasst das Lernzielspektrum. Lernziele werden hier im Sinn der lerntheoretischen Didaktik (Heimann, 1976a) als Intentionen verstanden. Sie bezeichnen die pädagogischen Absichten, die im Unterricht verwirklicht werden sollen (Jank & Meyer, 1991). Ausgehend von der Formulierung eines Leitziels sind hier Aussagen zu kognitiven, affektiven und pragmatischen Zielen zu treffen. 5. Lernzielspektrum (kognitiv, affektiv, pragmatisch) Leitziel 6

7 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) <Text zu dem übergeordneten Leitziel> Kognitive Ziele Lernziel 1: <Angabe des 1. Lernziels> Lernziel 2: <Angabe des 2. Lernziels> Lernziel n: <Angabe des n. Lernziels> Affektive Ziele Lernziel 1: <Angabe des 1. Lernziels> Lernziel 2: <Angabe des 2. Lernziels> Lernziel n: <Angabe des n. Lernziels> Pragmatische Ziele Lernziel 1: <Angabe des 1. Lernziels> Lernziel 2: <Angabe des 2. Lernziels> Lernziel n: <Angabe des n. Lernziels> Um Zielbeschreibungen begrifflich exakt handhaben zu können, helfen Lernzieltaxonomien: Kognitive Ziele lassen sich auf der Grundlage der Lernzieltaxonomie nach Bloom (1973), affektive Ziele auf der Grundlage der Lernzieltaxonomie nach Krathwohl, Bloom und Masia (1978) beschreiben. Pragmatische Ziele sind Zweckziele, die sich durch Formulierungen im Deutschen mit um zu oder damit auszeichnen. Auf den Informatikunterricht bezogen, lassen sich bei Hartmann et al. (2006, Kapitel 10) Ausführungen zur Lernzielformulierung finden. Bei der Formulierung der Ziele sollte immer der informatische Inhalt (z.b. System, Daten, Problem) sowie die informatische Prozess (z.b. Analysieren, Kategorisieren, Ordnen) einbezogen werden (Peterßen, 2000). 2.6 Sachanalyse Der sechste Abschnitt von EB/CS-V2 hat den fachwissenschaftlichen Inhalt zum Thema. Hierbei geht es darum, den fachwissenschaftlichen Inhalt grob mit Bezug zu den folgenden Fragen (Humbert & Kalkbrenner, 2004) zu analysieren: Bedeutung: Welche Bedeutung hat der Inhalt innerhalb des Fachs? Einbettung: In welche innerfachlichen Bezüge ist der Lerninhalt eingebettet? Gründe: Gibt es genügend Gründe, den fachwissenschaftlichen Inhalt im Unterricht zu behandeln? 7

8 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz Gültigkeit: Welche fachlichen Vertiefungen, welche Gültigkeitsgrenzen sind zu bedenken? Anwendungsbezug: Welche Bedeutung hat der Inhalt für die Anwendung? Andere Fachwissenschaften: Wo gibt es Verbindungen des Inhalts zu anderen Fachwissenschaften? Diese Fragen stecken den Umfang der Sachanalyse dahingehend ab, dass die für die Unterrichtsstunde wesentlichen inhaltlichen Aspekte im Rahmen des fachwissenschaftlichen Hintergrunds reflektiert werden. Dabei gehen in der Inhaltsauswahl didaktische Momente bereits implizit ein (Klöpfer, 1993). Zur Beantwortung der aufgeführten Fragen sind zum einen Standardwerke der Informatik hilfreich (Tucker, 2004; Schneider & Werner, 2004; 2007; Rechenberg & Pomberger, 2006; Das, 2007) zum anderen Standardwerke zur Didaktik der Informatik (Baumann, 1996; Greening, 1999; ACM 2003; 2008; ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force, 2001; Hubwieser 2007; Fincher, 2004; Schubert & Schwill, 2004; 2011; Humbert, 2006; Laudon, Laudon, & Schauer, 2009). 6. Sachanalyse Fachwissenschaftliche Grundlagen <Text, Grafiken, Referenzen zu Literatur (mindestens 3 Quellen), Web- Links> 2.7 Didaktische Anbindung und Eingrenzung Der siebte Abschnitt von EB/CS-V2 besteht aus zwei Teilen: Bezug zu den Kriterien zentraler Konzepte der Informatik und Didaktische Reduktion. Vor allem der erste Teil ist für die Entwicklung informatischer Unterrichtseinheiten von besonderem Interesse, denn hier wird explizit der Bezug zu den zentralen Inhalts- und Prozesskonzepten der Informatik über deren Kriterien hergestellt. 7. Didaktische Anbindung und Eingrenzung Bezug zu den Kriterien zentraler Konzepte der Informatik Horizontalkriterium. <Text zum Horizontalkriterium> Vertikalkriterium. <Text zum Vertikalkriterium> Zeitkriterium. <Text zum Zeitkriterium> 8

9 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) Sinnkriterium. <Text zum Sinnkriterium> Didaktische Reduktion <Text zur didaktischen Reduktion> Bezug zu den Kriterien zentraler Konzepte der Informatik Von verschiedenen Autoren (Schweiger, 1982; Schreiber, 1983; Heymann, 1996) wurden Listen mit Kriterien vorgeschlagen, die zur Bestimmung fachwissenschaftlicher Leitkonzepte (oft auch als Grundkonzepte oder fundamentale Ideen bezeichnet) herangezogen wurden. In der Fachdidaktik Informatik haben sich die Kriterien von Schwill (1993, 1994) etabliert. Es handelt sich dabei um das Horizontal-, das Vertikal-, das Zeit- und das Sinnkriterium. Horizontalkriterium. Das Kriterium stellt sicher, dass ein Konzept in unterschiedlichen Bereichen der Disziplin relevant ist. Insofern sind hier Aussagen notwendig, in welchen Teilbereichen der Informatik der Unterrichtsgegenstand (z.b. Dateisystem) eine Rolle spielt. Standardwerke der Informatik (Tucker, 2004; Schneider & Werner, 2004; 2007; Rechenberg & Pomberger, 2006; Das, 2007; Laudon, Laudon, & Schauer, 2009) liefern dazu das notwendige Hintergrundwissen und die notwendigen Belege. Vertikalkriterium. Das Kriterium fordert, dass ein zentrales Konzept der Informatik auf jedem intellektuellen Niveau (in der Primarstufe, in den Sekundarstufen, im Studium) aufgezeigt und vermittelt werden kann. Mithin sind hier Beispiele möglichst unter Angabe von Literaturreferenzen zu nennen, die deutlich machen, dass das zentrale Konzept der Informatik in der Primarstufe, den Sekundarstufen und im Studium unterrichtet werden kann. Beispiele lassen sich in Büchern zum Informatikunterricht mit expliziten Hinweisen auf Unterrichtsmaterialen finden (Hubwieser, 2007; Hartmann et al., 2006; Humbert, 2006; Schubert & Schwill, 2011) sowie in Informatikschulbüchern (Schuh et al. 2002a; 2002b; 2002c; Berndt et al. 2003; Calov 2003; Breier & Friedrich, 2003; Breier et al. 2004; Frey et al. 2004; Kern & Kern, 2004; Engelmann 2002, 2006; Brichzin et al. 2005; 2008a; 2008b; 2009; 2010; Fischer et al. 2006; Erbrecht & Feuerstein 1999; 2002a; 2002b; 2007; Hubwieser, 2004, 2008a, 2008b; 2009, 2010). Zeitkriterium. Das Kriterium verlangt, dass ein zentrales Konzept der Informatik in der historischen Entwicklung der Informatik deutlich wahrnehmbar und längerfristig relevant ist. Dementsprechend sollten hier Bele- 9

10 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz ge aus der Geschichte der Informatik aufgeführt werden. Hilfreiche Quellen sind etwa Oberliesen (1982), Williams (1985), Aspray (1990), Ceruzzi (1999), Friedewald (1999), Siefkes et al. (1999), Naumann (2001), die ausführlich über die Geschichte der Informatik informieren. Sinnkriterium. Das Kriterium besagt, dass ein zentrales Konzept der Informatik einen Bezug zu Sprache und/oder Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzt. Demzufolge sind hierzu Angaben erforderlich, aus denen deutlich wird, in welchen Bereichen des Alltags und der Lebenswelt das zentrale Konzept der Informatik eingesetzt wird. Hilfreiche Hinweise geben dazu: Coy (1992), Friedrich et al. (1995), Schinzel (1996), Spinner et al. (2001), Fuchs und Hofkirchner (2003) und Schelske (2006) Didaktische Reduktion Bei der Didaktischen Reduktion handelt es sich um eine qualitative und quantitative Beschränkung des Lernstoffes auf die Elemente, die hinsichtlich der adressatengerechten Vermittelbarkeit wesentlich sind (Jank & Meyer 1991). Ziel der Reduktion ist es, Lerngegenstände überschaubar und begreifbar darzustellen. Hierbei sind neben der Berücksichtigung der Kriterien für zentrale Konzepte der Informatik die Leitfragen dienlich, die Klafki (1985) im Rahmen kritisch-konstruktiver Didaktik formuliert (siehe auch Bovet & Huwendiek, 2004, Jank & Meyer, 1991, Kron, 1993). Diese Fragen überlappen zum Teil mit den Kriterien zentraler Konzepte der Informatik. Gegenwartsbedeutung: Welche Bedeutung hat der Lerngegenstand im geistigen Leben der Lernenden? Zukunftsbedeutung: Worin liegt die Bedeutung des Lerngegenstands für die Zukunft der Lernenden? Exemplarische Bedeutung: Welchen größeren Sinn- und Sachzusammenhang vertritt und erschließt der Lerngegenstand? Perspektive: Unter welchen Perspektiven kann und soll das Thema bearbeitet werden? Erweisbarkeit: An welchen erworbenen Fähigkeiten, welchen Erkenntnissen, welchen Handlungsformen, welchen Leistungen soll sich zeigen und beurteilt werden, ob die angestrebten Lernprozesse bzw. Zwischenschritte als erfolgreich gelten können? Zugänglichkeit: Welches sind die besonderen Fälle, Phänomene, Situationen, Versuche, in oder an denen die Struktur des jeweiligen Lerngegenstandes den Lernende interessant, fragwürdig, begreiflich, anschaulich werden kann? 10

11 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) Strukturierung: Welches ist die Struktur des (durch die bisherigen Fragen in die spezifische pädagogische Sicht gerückten) Lerngegenstandes und welche methodischen Überlegungen impliziert sie? Die letzte Frage zeigt an, dass didaktische Überlegungen zur Unterrichtsplanung mit Fragen der Unterrichtsmethodik verbunden sind. Dies ist ein wesentlicher Aspekt, welcher die Weiterentwicklung der bildungstheoretischen Didaktik, eine frühere Position Klafkis, kennzeichnet. 2.8 Methodische Analyse Die methodische Analyse umfasst Aussagen zum Unterrichtsaufbau, zur Auswahl der Aufgaben und methodischen Aufbereitung, zu Handlungsformen und Handlungsmuster sowie zu eingesetzten Medien. 8. Methodische Analyse Unterrichtsaufbau <Begründung der methodischen Strukturierung und Gestaltung, der Gliederung in Stufen und Schritte, Erörterung von Alternativen> Auswahl der Aufgaben und methodische Aufbereitung <Beschreibung und Begründung der Auswahl der Aufgaben im Sinne von Rich-Learning-Tasks, Beschreibung und Begründung der Methoden> Sozialformen und Handlungsmuster <Beschreibung und Begründung der Sozialformen und Handlungsmuster> Eingesetzte Medien <Beschreibung und Begründung des Medieneinsatzes> Unterrichtsaufbau Im Unterrichtsaufbau kommt die methodische Grundstruktur des Lehr- Lern-Prozesses zum Ausdruck. Es lassen sich verschiedene Muster von methodischen Unterrichtsgängen identifizieren (Jank & Meyer, 1991; Meyer 1987): Der methodische Gang kann vom Einfachen zum Komplizierten, vom Vertrautem zum Fremden, vom Abstraktem zum Konkreten führen oder jeweils umgekehrt. Entsprechend lässt sich die methodische Unterrichtsanlage in den Kategorien analytisch synthetisch, induktiv deduktiv, zyklisch spiralförmig charakterisieren. Verschiedene Muster des unterrichtsmethodischen Gangs implizieren oftmals bereits konkrete 11

12 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz Entscheidungen für die einzelnen Unterrichtsphasen. Entscheidend für den Unterrichtsaufbau ist die Stimmigkeit der einzelnen unterrichtsmethodischen Schritte und der jeweiligen Übergänge hinsichtlich der zugrunde liegenden Grundstruktur des Lehr-Lern-Prozesses Auswahl der Aufgaben und methodische Aufbereitung Bei der Auswahl der Aufgaben und deren methodischer Aufbereitung ist darauf zu achten, dass Informatikaufgaben im Sinne so genannter Rich Learning Task formuliert werden. Rich Learning Tasks (Flewelling, 2004, S. 10) sind Aufgaben, die es Lernenden ermöglichen, ihr Wissen kreativ und effektiv in einem Sinnzusammenhang anzuwenden, um gezielt Fragen zu entwickeln, Untersuchungen anzustellen, zu experimentieren sowie Probleme zu lösen und auf diese Weise sich neues Wissen anzueignen und im Laufe des Prozesses ein Mensch zu werden, der den Dingen mit Verstand auf den Grund geht. Ein guter Leitfaden zur Auswahl, Strukturierung und Bewertung von Aufgaben im Sinne von Rich Learning Tasks liegt mit dem Handbuch von Flewelling & Higginson (2003) vor, auf das an dieser Stelle besonders hingewiesen wird Sozialformen und Handlungsmuster Über die Sozialformen (Frontalunterricht, Gruppenarbeit, Partnerarbeit und Einzelarbeit) werden die Beziehungsstrukturen des Unterrichts geregelt. Diese Beziehungsstrukturen ergeben sich aus der räumlich-personalen Ordnung des Unterrichts, die wiederum auf die Form der Kommunikation der am Unterricht Beteiligten Einfluss nimmt (Meyer, 1987). Für jeden Unterrichtsschritt ist einzeln zu prüfen und zu begründen, welche Sozialform jeweils stimmig passende Handlungsmuster ermöglicht. Handlungsmuster (z. B. Lehrervortrag, Schülerreferat, Streitgespräch, Rollenspiel, Experiment, Erkundungsgang, ) sind unterrichtliche Arbeitsformen, die von den am Unterricht Beteiligten mehr oder weniger fest verinnerlicht sind (Meyer, 1987). Zur Legitimationsprüfung der Sozialformen ist für jeden Unterrichtsschritt zu prüfen und zu begründen, durch welche allgemeinen und/oder fachspezifischen Handlungsmuster der jeweilige Unterrichtsinhalt inszeniert und die Handlungskompetenzen der Lernenden gefördert werden sollen (Jank & Meyer, 1991) Eingesetzte Medien Die Medien, die in den jeweiligen Unterrichtsphasen eingesetzt werden, sind hinsichtlich ihrer vermittelnden Funktion zwischen Inhalt und Lernen- 12

13 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) dem zu reflektieren. Neben der situativen Passung hinsichtlich der Sozialformen und Handlungsmuster sind auch Effizienz und Effektivität Kriterien dafür, die Angemessenheit eines Medieneinsatzes begründen zu können. Für alle Entscheidungen der methodischen Analyse gilt grundsätzlich, dass sie zu begründen sind. Neben externen Referenzen sind für diese Begründungen soweit wie möglich auch vorausgegangene Entscheidungsfelder des Unterrichtstemplates mit zu berücksichtigen (Klöpfer, 1993). Gegebenenfalls kann die jeweilige Diskussion von Alternativen dabei hilfreich sein, methodische Entscheidungen noch fundierter zu begründen. 2.9 Übersicht über den Unterrichtsverlauf Nach den vorausgehenden analytischen Betrachtungen der Unterrichtsplanung kommt dem Unterrichtsverlauf die Aufgabe zu, die Unterrichtsstruktur, verdichtet in zentralen Momenten der Unterrichtsplanung, übersichtlich abzubilden. Hierzu eignet sich eine sequentielle Anordnung der Unterrichtsphasen, welche jeweils zugehörige Zeiten und die Sozialformen als Phasenüberschriften enthalten. Die einzelnen Phasen sollten dann in wenigen Sätzen oder durch Stichpunkte kurz und prägnant so beschrieben werden, dass für den Leser leicht verständlich wird, um was es in der jeweiligen Phase gehen soll (Klöpfer, 1993). 9. Übersicht über den Unterrichtsverlauf Unterrichtsphasen, Zeiten, Sozialformen, Lehrerverhalten, Schülerverhalten, Methoden, Handlungsmuster und Medien <Unterrichtsphase 1>(<Zeit>, <Sozialform>) <Phasenbeschreibung> <Unterrichtsphase 2> (<Zeit>, <Sozialform>) <Phasenbeschreibung>... <Unterrichtsphase n>(<zeit>, <Sozialform>) <Phasenbeschreibung> 13

14 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz 2.10 Anlagen zum Unterrichtsentwurf Anlagen zum Unterrichtsentwurf umfassen Arbeitsblätter, Materialien, Lösungsblätter, Tafelanschriebe sowie Literaturangaben. Die Literaturangaben sollten nach einem einheitlichen Format (APA, 2010) angegeben werden. Der so genannte APA Style-Guide dazu ist auch im Internet verfügbar. 10. Anlagen zum Unterrichtsentwurf Arbeitsblätter, Materialien, Lösungsblätter, Tafelanschriebe, Literaturangaben <Arbeitsblätter, Materialien, Lösungsblätter, Tafelanschriebe, Literaturangaben, Web-Links> 3. Diskussion In diesem Artikel wurde das Unterrichtstemplate EB/CS-V2 als Nachfolger von EB/CS vorgestellt. Es setzt Schwerpunkte auf die Einbindung zentraler Inhalts- und Prozesskonzepte der Informatik bei der Entwicklung von Unterrichtsentwürfen sowie auf die Formulierung von Aufgaben im Sinne so genannter reichhaltiger Lernsituationen. Durch die Orientierung der Unterrichtsplanung an miteinander in Bezug stehenden Inhalts- und Prozesskonzepten der Informatik erhöht sich die Qualität der Unterrichtsentwürfe, bezogen auf die Anbindung an die Fachwissenschaft Informatik. Das Erzeugen kurzlebiger Wissensbestände wird durch die Bezugnahme auf wesentliche Inhaltskonzepte und essentielle Prozesskonzepte der Fachdisziplin Informatik effektiv vermieden. Die Lernenden erwerben nicht nur langfristig nutzbares Wissen zu grundlegenden Inhalten, sondern erlernen dieses Wissen durch die Anwendung der inhaltsspezifisch wichtigsten Prozesse der Informatik. Der Planungsprozess von Unterricht dient der Vorbereitung und Professionalisierung des Lehrerhandelns. Aus diesem Anspruch heraus hat das Planen von Unterricht gerade in der Ausbildung von Lehrpersonen einen zentralen Stellenwert. Durch die Verwendung von EB/CS-V2 als unterstützendes Instrument kann die Professionalisierung des Lehrerhandelns in Bezugnahme auf aktuelle Ergebnisse und Ansätze der Fachdidaktik Informatik erfolgen. Im Besonderen können wenig routinierte Lehrpersonen, z. B. Lehramtskandidaten in der Ausbildung, durch den Einsatz von EB/CS-V2 profitieren. 14

15 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) Die strukturierte Darstellung der Unterrichtsplanung durch das Template ist natürlich auch eine qualitätssichernde Maßnahme. Es wird zum einen ein gleichbleibend hoher Planungsstandard etabliert, zum anderen werden Planungen vergleich- und damit auch einfacher bewertbar. Besonders für Novizen in diesem Bereich ist ein templategestützer Planungsprozess eine nicht zu unterschätzende Hilfestellung auf dem Weg zur Planung guten Informatikunterrichts. Außerdem erleichtert gerade für diesen Adressatenkreis die Struktur des Template die Kommunikation über Unterrichtsplanung und Unterricht. Die Templatestruktur könnte deshalb auch für die Beobachtung von Unterricht herangezogen werden. 4. Literatur ACM/IEEE-CS Joint Curriculum Task Force (2001). Computing Curricula 2001 Computer Science. Retrieved March 1, 2012, from ACM Association for Computing Machinery (2003). A model curriculum for K-12 ACM computer science. New York: ACM. ACM Association for Computing Machinery (2008). Computer science curriculum New York: ACM. APA (American Psychological Association). (2010). Concise Rules of APA Styles. Wisconsin: APA. Retrieved March 1, 2012, from library/reshelp/apa_example.pdf Aspray, W. (Ed.) (1990). Computing Before Computers. Iowa: Ames. Baumann, R. (1996). Didaktik der Informatik. Stuttgart: Klett. Berndt, E.-B., Kehlert, M., Lienert, K., Plieninger, M., & Reuen, S. (2003). Start IT (Band 1). Stuttgart: Klett. Bloom, B. S. (1973). Taxonomie von Lernzielen im kognitiven Bereich. Weinheim: Beltz. Bovet, G., & Huwendiek, V. (Eds.) (2004). Leitfaden Schulpraxis. Berlin: Cornelsen. Breier, B., & Friedrich, S. (2003). Informatische Grundbildung 1. Anfangsunterricht. Berlin: Duden Paetec. Breier, N. Friedrich, S., & Schacht, K. (2004). Technik und Computer. Schülerbuch (Lernmaterialien). Berlin: Duden Paetec. Brichzin, P., Freiberger, U., Reinold, K., & Wiedemann, A. (2005). Grundlagen der Informatik I. München: Oldenbourg. Brichzin, P., Freiberger, U., Reinold, K., & Wiedemann, A. (2008a). Informatik I: Funktionale Modellierung, Datenmodellierung. München: Oldenbourg. Brichzin, P., Freiberger, U., Reinold, K., & Wiedemann, A. (2008b). Informatik II: Objektorientierte Modellierung. München: Oldenbourg. 15

16 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz Brichzin, P., Freiberger, U., Reinold, K., & Wiedemann, A. (2009). Informatik Oberstufe 1: Datenstukturen und Softwareentwicklung. München: Oldenbourg. Brichzin, P., Freiberger, U., Reinold, K., & Wiedemann, A. (2010). Informatik Oberstufe 2: Maschinekommunikation - Theoretische Informatik. München: Oldenbourg. Bruner, J. S. (1960). The Process of Education. Cambrigde: Harvard University Press. Calov, E. (2003). Schul- und Übungsbuch Informatik, Band 1. Informatik in den Klassen 5 bis 8. Berlin: Books on Demand GmbH. Ceruzzi, P. E. (1999). A History of Modern Computing. Cambridge: The MIT Press. Costa, A. L., & Liebmann, R. M. (Eds.). (1997a). Envisioning process as content. Toward a renaissance curriculum. Thousand Oaks, CA: Corwin Press. Costa, A. L., & Liebmann, R. M. (Eds.). (1997b). The process-centered school. Sustaining a renaissance community. Thousand Oaks, CA: Corwin Press. Costa, A. L., & Liebmann, R. M. (Eds.). (1997c). Supporting the spirit of learning. When process is content. Thousand Oaks, CA: Corwin Press. Coy, W. (Ed.) (1992). Sichtweisen der Informatik. Wiesbaden: Vieweg. Das, S. K. (2007) Handbook of Computer Science. New Delhi: Dominant Publishers and Distributors. Engelmann, L. (2002). Lehrbuch Informatik bis zum Abitur. Paetec, Berlin. Engelmann, L. (2006). Informatik Gymnasiale Oberstufe, Sekundarstufe II (Lernmaterialien). Berlin: Duden. Erbrecht, R., & Feuerstein, R. (1999). Informatik. Ab Klasse 7. München: Cornelsen. Erbrecht, R., & Feuerstein, R. (2002a). Informatik, Arbeitsheft 1. München: Cornelsen. Erbrecht, R., & Feuerstein, R. (2002b). Informatik, Arbeitsheft 2. München: Cornelsen. Erbrecht, R., & Feuerstein, R. (2007). Informatik. Ab Klasse 8. München: Cornelsen. Fincher, S. (2004). Computer Science Education Research. New York: Routledge Falme. Fischer, H., Knapp, T., & Neupert, H. (2006). Grundlagen der Informatik I. München: Oldenbourg. Flewelling, G. (2004). Reichhaltige Lernsituationen. Mathematik lehren, 126(8) Flewelling, G., & Higginson, W. (2003). A handbook on rich learning tasks. Kingston: Queen s University. Frey, E., Hubwieser, P., & Winhard, F. (2004). Informatik 1/Schülerbuch Klasse 6 und 7. Stuttgart: Klett. Friedewald, M. (1999). Der Computer als Werkzeug und Medium. Berlin: Verlag für die Geschichte der Naturwissenschaften und Technik. Friedrich, J., Herrmann, T., Peschek, M., & Rolf, A. (1995) (Eds). Informatik und Gesellschaft. Wiesbaden: Spektrum. Fuchs, C, & Hofkirchner, W Studienbuch Informatik und Gesellschaft. Books on Demand. 16

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19 Educational Blueprint/Computer Science - Version 2 (EB/CS-V2) Konzepte der Informatik. Notes on Educational Informatics Section A: Concepts and Techniques, 2 (2), Zendler, A., & Spannagel, C. (2008). Empirical foundation of central concepts for computer science education. ACM Journal on Educational Resources in Computing, 8(2), 6. Zendler, A., Spannagel, C., & Klaudt, D. (2008). Process as content in computer science education: Empirical determination of central processes. Computer Science Education, 18(4), Zendler, A., Spannagel, C., & Klaudt, D. (2011). Marrying content and process in computer science education. IEEE Transactions on Education, 54(3),

20 Andreas Zendler, Josef Beck, Andreas Fest, Dieter Klaudt und Cornelia Seitz 20