Lehr- und Forschungsgebiet Informatik 9 Computerunterstütztes Lernen & Didaktik der Informatik Prof. Dr.-Ing. Ulrik Schroeder Über fundamentale Ideen hinaus: Informatik im InfoSphere - Schülerlabor Informatik Nadine Bergner, Jan Holz, Ulrik Schroeder
Überblick Motivation Theorie der fundamentalen Ideen InfoSphere Schülerlabor Informatik Übertragung der fundamentalen Ideen auf InfoSphere-Module Fazit 2
Motivation & Überblick zu wenig Studienanfänger informationsorientierte Welt GRUND: Fehlvorstellung des Informatikstudiums zu hohe Abbruchzahlen zu geringer Frauenanteil 3
InfoSphere: Überblick Was? Module, zu verschiedensten Themengebieten und Anwendungen der Informatik Wer? Lehr- und Forschungsgebiet Informatik 9 der RWTH Aachen Prof. Ulrik Schroeder, Nadine Bergner, Jan Holz und HiWis Für wen? Klassenstufe 3 bis zum Abitur, alle Schularten für ganze Schulklassen und - kurse und einzelne Interessierte Wann & wie lange? Ziele? ganzjährig (während der Schulzeit und außerhalb) 3 Stunden bis zu mehrere Tage ein möglichst realistisches Bild der Informatik vermitteln Erforschung von Lehr-Lern-Methoden 4
Didaktik: forschendes Lernen Kollaboration keine Lehrer- Schüler- Rollenverteilung selbstständig, eigenständig, selbstentdeckend schülerorientiert handlungsorientiert erlebnisorientiert individuelles Lerntempo Kreativität 5
Didaktik: außerschulischer Lernort Methodenvielfalt neuartige Medien neue Lerngruppen altersübergreifend freiwillige Teilnahme 6
Übertragung auf Module Fundamentale Ideen nach (Bruner, Schreiber, Schweiger und) Schwill Kernideen der InfoSphere-Module Inhalte & Aufbau der InfoSphere- Module 7
Fundamentale Ideen - Kriterien nach Bruner, Schreiber, Schweiger und Schwill Horizontalkriterium Anwendbarkeit einer Idee in verschiedenen Gebieten eines Gegenstandbereichs Vertikalkriterium Darstellbarkeit einer Idee in verschiedenen Komplexitätsgraden Zeitkriterium historische Entwicklung einer Idee und ihre längerfristige Relevanz für die weitere Zukunft Sinnkriterium Bezug zur allgemeinen Lebenswelt 8
Fundamentale Ideen - Informatik Algorithmisierung Entwurfsparadigmen Programmierkonzepte Ablauf Evaluation strukturierte Zerlegung Sprache Syntax Semantik Modularisierung Hierarchisierung Orthogonalisierung 9
Kernideen d. InfoSphere-Module Darstellung von Daten & Fehlererkennung Datenstrukturen & Algorithmen Sprachen erkennen und erzeugen Programmierkonzepte Verschlüsselungsverfahren Anwender- Schnittstelle 10
Themen d. InfoSphere-Module Zauberschule Informatik Scratch & Alice Schatzsuche - Kryptographie EAN-Codes Rechnen mit DNA Künstliche Intelligenz Kürzester Weg Lego- Turingmaschine Android- Programmierung Computergrafik 11
12 Grundschule & Unterstufe Zauberschule Informatik Informatische Inhalte: Binärzahlen Bildübertragung Fehlererkennung Kernidee = Fundamentale Idee: Darstellung von Daten & Fehlererkennung Was steckt hinter dem Zebrastreifen? EAN- & QR-Codes Informatische Inhalte: SuS erfahren den Nutzen von Codes auf alltäglichen Produkten (Informatik im Alltag) Lesen und Erstellen von EAN- und QR-Codes Sinn und Berechnung der Prüfziffer
Mittelstufe Spielend Programmieren Lernen mit SCRATCH Objektorientiert programmieren lernen mit ALICE Kernidee = Fundamentale Idee: grundl. Programmierkonzepte 13
Oberstufe Künstliche Intelligenz Informatische Inhalte: Reguläre Ausdrücke Einstieg in Logik-Programmierung mit Prolog Entwicklung eines Chatbots Turing-Test Kernidee = Fundamentale Idee: Sprachen erkennen & erzeugen 14
Mittelstufe Die Suche nach dem verlorenen Schatz - Kryptographie zum Anfassen Informatische Inhalte: Skytale, Fleißnersche Schablone, Caesar-Verschlüsselung, Vigenère-Verschlüsselung und die Enigma Kernidee: Verschlüsselungsverfahren Fundamentale Idee (?): Horizontalkriterium:??? Vertikalkriterium: verschieden komplexe Verfahren Zeitkriterium: seit 3. Jahrtausend v. Chr. Sinnkriterium: Internetsicherheit 15
Mittelstufe Suche nach dem kürzesten Weg Graphalgorithmen zum Anfassen Einblicke in Graphstrukturen Erfindung eigener Graphalgorithmen zur Suche nach dem kürzesten Weg Graphalgorithmen: Floyd-Warshall, Dijkstra Kernidee: Datenstruktur Graph & Algorithmen Fundamentale Idee: Horizontalkriterium: Visualisierung von Algorithmen Vertikalkriterium: verschieden komplexe Graph-Algorithmen Zeitkriterium: 1937 - heute Sinnkriterium: Navigationsgeräte 16
Oberstufe LEGO-Turingmaschine Informatische Inhalte: Kernidee: theoretische Konzepte visualisieren Fundamentale Idee (?): Horizontalkriterium:??? Vertikalkriterium: weitere theoretische Konzepte Zeitkriterium:??? Sinnkriterium:??? Theoretisches Modell einer Turingmaschine Begrifflichkeiten & Funktionsweise einer Turingmaschine Tabellarische Darstellung exemplarischer Übergangsfunktionen Rechnen mit DNA Informatische Inhalte: Theorie: Königsberger Brückenproblem Hamilton-Pfad & -Kreis Travelling-Salesman-Problem 18
Fazit Die fundamentalen Ideen nach Bruner, Schreiber, Schweiger und Schwill eignen sich hervorragend, um den Kern der Informatik (im Schulunterricht) abzudecken, für Exkursthemen zur Motivation bzw. Interessewecken darf/kann/sollte darüber hinaus gegangen werden. 20
Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen, Ideen, Anmerkungen? 21