Didaktik der Informatik

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1 Peter Hubwieser Didaktik der Informatik Grundlagen, Konzepte, Beispiele Zweite, überarbeitete Auflage Mit 73 Abbildungen Springer

2 Inhaltsverzeichnis Teil A: Grundlagen 1 Lernpsychologische Fundierung Grundlegende Strömungen Behaviourismus Kognitivismus Integrative Theorien Bandura Gagne Entwicklungspsychologie nach Piaget Konstruktivismus Das Gedächtnis Aufmerksamkeit Lernstörungen 13 2 Prinzipien didaktischen Handelns Motivierung Erzeugung von Motivation Verlaufsmotivierung Kreativitätsförderung Strukturierung Übung Veranschaulichung Bewertung und Erfolgssicherung Variabilität und Flexibilität Differenzierung 22 3 Theoretische Ansätze der allgemeinen Didaktik Bildungstheoretischer Ansatz Lerntheoretischer Ansatz Informationstheoretisch-kybernetischer Ansatz Kommunikative Didaktik 28 4 Unterrichtsplanung und -gestaltung Was ist Unterricht? Lerninhalte 30

3 XII Inhaltsverzeichnis Berliner Didaktik Göttinger Schule Wagenschein Zeitliche Planung Lernziele Lernzieltaxonomien Operationalisierung von Lernzielen Lehr- und Lernmethoden Artikulation Lehrformen Sozialformen Lehrerverhalten Medien 39 Teil B: Konzepte 1 Informatische Bildung und Informatikunterricht Informatiksysteme und Schulen Unterstützung von Lernprozessen Bedienerschulung Informatikunterricht Die Synthese: informatische Bildung Die Entwicklung des Informatikunterrichts Die Hardware als Ausgangspunkt Der Algorithmus als Maß aller Dinge Die vom Algorithmus beherrschte Anwendung Der Benutzer im Mittelpunkt 52 2 Wozu Informatikunterricht? Wozu überhaupt Unterricht? Die gesetzlichen Aufgaben der Schulen Allgemeinbildung Bildungsauftrag und Informatikunterricht Für welche Welt bilden wir unsere Schüler aus? Ist Medienerziehung nicht genug? Der allgemein bildende Wert informatischer Bildung Informatik zur Berufsvorbereitung Allgemeine Studienvorbereitung 65 3 Entwurf einer Unterrichtsmethodik Lernpsychologisches Fundament Methodische Prinzipien Problemorientierung Modellbildung und Simulation 69

4 Inhaltsverzeichnis XIII 3.3 Organisationsrahmen für den Informatikunterricht Verankerung im Pflichtfachbereich Zeitliche Grobstruktur Feinstruktur der Projekte Bemerkungen zu Unterrichtsmedien Bürosoftware Hypertextsysteme Programmiersprachen Programmieroberflächen Code-Generatoren und Simulatoren 75 4 Die Lerninhalte Wozu Lerninhalte systematisieren? Informationszentrierung Der Informationsbegriff Das Paradigma der Informationsverarbeitung Die Grundmenge informatischer Leminhalte Vergleich mit anderen Ansätzen Didaktische Auswahlkriterien für Lerninhalte Allgemeine Bedeutung Lebensdauer Vermittelbarkeit Exemplarische Auswahl und Einflechtung Modellierung als inhaltlicher Kern Begriffsklärung Programmierung und Modellierung Unterricht auf der Grundlage von Modellierungstechniken 90 5 Ein Gesamtkonzept Die Rahmenbedingungen Die Unterrichtsmodule Das Fundamentum Die Wahlmodule Informatische Allgemeinbildung Oberstufe Vorschläge für andere Schularten Realschule Hauptschule 106 Teil C: Unterrichtsbeispiele 1 Anfangsunterricht in Informatik Datenstrukturen Lernziele Notation 112

5 L XIV Inhaltsverzeichnis Software Aufgabenstellung Objekte, Klassen und Instanzen Attribute und Attributwerte Klassen und Attributstrukturen Methoden und Botschaften Übungsaufgaben und Lernzielkontrollen Objektstruktur von Textverarbeitungssystemen Beziehungen zwischen Objekten Dateien und Ordner Lernziele Dateien und Dokumente Ordnerstrukturen Methoden Versand von Dokumenten Lernziele und Zeitrahmen Systemanforderungen Aufgabenstellung Erste Schritte mit dem System Der Weg einer elektronischen Nachricht Das Format der Adressen Anhängen von Anlagen Aufgaben Hypertext Lernziele Die Aufgabenstellung Verweise auf andere Dokumente Datenwege Datenschutzaspekte Verarbeitung von Information Software Lernziele Aufgabenstellung Umsetzung Aufgaben Repräsentation von Information Formen der Repräsentation von Information Aufgabenstellung Problemanalyse Eine Tabelle als Rastergrafik Mathematische Objekte Datenstrukturen Das Datenmodell Rastergrafik Vektorgrafik 141

6 Inhaltsverzeichnis XV 2.5 Verarbeitungsprozesse Transformation einer Vektorgrafik in eine Rastergrafik Transformation einer Rastergrafik in eine Vektorgrafik Arbeit mit den Modellen Transformationszyklus einer Vektorgrafik Rastergrafik und Fotoretusche Diskussion und Ausblick Graphics Interchange Format Joint Photographic Experts Group (JPG) Ein Beispiel für eine Systembeschreibung Datenmodellierung und Datenbanken Beschreibung der Anforderungen Datenmodellierung Das Entity-Relationship Modell Relationale Modellierung Normalformen des relationalen Modells Umsetzung von ER-Modellen in relationale Modelle Abfragen und Berichte Funktionsprinzipien Relationale Algebra Abfragen mit SQL Datenmodellierung eines Fahrplansystems Problemstellung Informelle Beschreibung Datenmodellierung Realisierung Zustandsorientierte Modellierung Programmierung als Dilemma Zustandsmodellierung Einführung von Zustands-Übergangsdiagrammen Exkurs: Beschreibung abstrakter Maschinen Ein Getränkeautomat als Anschauungsobjekt Simulation von Automaten Algorithmen und Programme Zustände und Variable Imperative Programmierung Variablen- und Modellzustände Automaten mit Ein- und Ausgabe Bedingte Übergänge Wiederholungen Ausbau und Wertung 189 l 5 Funktionale Modellierung Problemstellung Problembeschreibung 193

7 XVI Inhaltsverzeichnis 5.3 Modellierung Datenflüsse und Prozesse Der Verschlüsselungsalgorithmus Die Datenstruktur der Zeichenketten Implementierung Wertung und Ausblick Objektorientierte Modellierung Die Problemstellung Modellierung Das Objektmodell Zeitliche Abläufe Implementierung Wertung Nebenläufigkeit Begriffsklärungen Implementierung paralleler Prozesse Wertung 214 Literatur 217 Sachverzeichnis 225