fundamentale ideen der informatik -...
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Universität Potsdam - Didaktik der Informatik - Andreas Schwill - © 2012
Fundamentale Ideen der Informatik
Wo sind sie hin?
Andreas SchwillDidaktik der Informatik
Universität Potsdam
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pädagogische Phase - empirisch
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Motivation des Konzepts
Ausweg:
• Vermittlung gesicherter Aussagen und langlebiger Grundlagen der Informatik
• Loslösung von aktuellen Strömungen der Wissenschaft
• Einbindung anderer Unterrichtsformen (z.B. ITG) in einen einheitlichen didaktischen Ansatz
=> Betonung von fundamentalen Ideen der Informatik
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Motivation des Konzepts
Ausweg:
• Vermittlung gesicherter Aussagen und langlebiger Grundlagen der Informatik
• Loslösung von aktuellen Strömungen der Wissenschaft
• Einbindung anderer Unterrichtsformen (z.B. ITG) in einen einheitlichen didaktischen Ansatz
=> Betonung von fundamentalen Ideen der Informatik
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philosophische PhaseKant (200vfi)
• Ideen = Produkte des reinen Denkens und in der Erfahrung nicht in der gedachten Form, höchstens als unvollkommene Abbilder anzutreffen
• regulative Funktion: leiten den Verstand an, seinen Erkenntnisbestand in Richtung auf die Ziele, die die Ideen beschreiben, zu erweitern
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philosophische PhaseKant (200vfi)
• Unterrichtliche und wissenschaftliche Bedeutung:
• methodologischer Aspekt: Bereitstellung von Regeln, Prinzipien, Methoden, Schemata für die Gewinnung von Erkenntnissen.
• psychologischer Aspekt: motivierende, treibende Kräfte, die Menschen zur Forschung anregen und zum Erkenntnisgewinn drängen. Unterricht wird durchsichtiger und sinnvoller.
• normativer Aspekt: Beschreibung zur Zeit gültiger Ziele der wissenschaftlichen Forschung, Beitrag zur Klärung des Paradigmas der Informatik.
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pädagogische Phase - konzept.Bruner (33vfi)
• Orientierung des Unterrichts an fundamentalen Ideen
• spärliche Hinweise für Kriterien fundamentaler Ideen
• Spiralprinzip als zwingendes Prinzip zur curricularen Gestaltung von ideenorientiertem Unterricht
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Definition
Eine Fundamentale Idee bzgl. eines Gegenstandsbereichs ist ein Denk-, Handlungs-, Beschreibungs- oder Erklärungsschema, das• in verschiedenen Gebieten des Bereichs vielfältig anwendbar
oder erkennbar ist (Horizontalkriterium),• auf jedem intellektuellen Niveau aufgezeigt und vermittelt
werden kann (Vertikalkriterium),• zur Annäherung an eine gewisse idealisierte Zielvorstellung
dient, die jedoch faktisch möglicherweise unerreichbar ist (Zielkriterium),
• in der historischen Entwicklung des Bereichs deutlich wahrnehmbar ist und längerfristig relevant bleibt (Zeitkriterium),
• einen Bezug zu Sprache und Denken des Alltags und der Lebenswelt besitzt und für das Verständnis des Faches notwendig ist (Sinnkriterium).
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Algorithmisierung
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - strukt. Zerlegung
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - strukt. Zerlegung
11
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - strukt. Zerlegung
11
Schwill: Informatics - The science of minimalsystems with maximal complexity (2002)
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Sprache
12
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pädagogische Phase - konzept.Schwill - Ideenkatalog - Modellierung
13
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pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
14
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
14
=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
14
=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9nfi behoben
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Universität Potsdam - Didaktik der Informatik - Andreas Schwill - © 2012
pädagogische Phase - konzept.Modrow (9nfi) - Auflösung von Mängeln
15
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
16
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
16
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
=> subjektive Prägung: es gibt keine „falschen“ Ideen
=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
• verkürzte Sicht auf die Schulinformatik
• hierarchische Anordnung der Ideen
• sachlogisch unausgewogen
• Kategorienfehler
• falsche Ideen
16
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
=> subjektive Prägung: es gibt keine „falschen“ Ideen
Kant: Fundamentale Ideen sind nicht Elemente der Wissenschaft
an sich, sondern Produkte unseres Verstandes, die wir der
Wissenschaft aufprägen
=> ja, aber etwas anderes wurde auch nicht behauptet
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pädagogische Phase - konzept.Baumann (5nfi) - Kritik
Fundamentale Ideen als Konzept- und Relevanzfilter:
• Hartmann/Näf/Reichert (13nfi): „Das Prinzip der Fundamentalen Ideen stellt ein Instrument dar, mit dem die Bedeutsamkeit eines Themas oder eines Sachverhaltes überprüft werden kann. Diese Überprüfung liefert wichtige Anhaltspunkte für die Aufbereitung des Stoffes und die Unterrichtsgestaltung.“
17
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - konzept.Ideen als Konzept- und Relevanzfilter
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirisch
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internationaleWahrnehmung
pädagogische Phase - empirisch
Implementierung in Rahmenplänen
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RahmenpläneB6N-S
Expliziter Bezug oder implizite Verwendung:• Baden-Württemberg• Bayern• Berlin• Brandenburg• Bremen• Bildungsstandards• Niedersachsen
Ohne jeden Bezug:• Schleswig-Holstein
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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RahmenpläneB6N-S
Expliziter Bezug oder implizite Verwendung:• Baden-Württemberg• Bayern• Berlin• Brandenburg• Bremen• Bildungsstandards• Niedersachsen
Ohne jeden Bezug:• Schleswig-Holstein
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Überraschend: kaum Aufgreifen konkreter Ideen des Katalogs
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pädagogische Phase - empirischUmgekehrte Zugänge zu fund. Ideen
Bisher:• Zugang zu fundamentalen Ideen vom Fach/von der
Sachlogik aus
neuerer Ansatz:• Zugang zu fundamentalen Ideen von der praktischen
bzw. unterrichtlichen Nutzung aus• Expertenbefragung von Zendler et al. (13nfi)• Threshold concepts von Boustedt et al. (14nfi)
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
?
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
22
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
?
?
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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??
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
?
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?
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pädagogische Phase - empirischZendler et al. - Expertenbefragung
37 Experten von 14 „Top“-Universitäten in Deutschland:• Konzepte (keine
„Ideen“)• Bewertungsmaß-
stab: Horizontal-, Vertikal-, Sinn-, Zeitkriterium
Zusammenstellung der Konzepte überzeugt nicht.
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
?
??
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pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Informatikkonzepte
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pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts
23
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Informatikkonzepte
Threshold Concepts
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pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts
23
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Informatikkonzepte
Threshold Concepts
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pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts
Threshold Concepts (Meyer/Land (12nfi)) organisieren den Bildungsprozeß und sind• transformativ: ändern die Art und Weise, wie man die
Dinge einer Disziplin betrachtet.• integrativ: stellen Bezüge zwischen Konzepten her, die
für Lernende neu sind.• irreversibel: kann man nicht nicht-lernen (so wie
radfahren).• potentiell mühselig: konzeptionell anspruchsvoll, abseitig
und/oder nicht intuitiv.• oft Grenzmarkierungen: markieren die Beschränkungen
eines begrifflichen Bereichs oder der Disziplin selbst.
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischBoustedt et al. - Threshold Concepts
• Untersuchungen durch Interviews von Lernenden zu den Threshold Concepts „objektorientierte Programmierung“ und „Zeigerkonzept“
• Erkennen von Threshold Concepts bei Lernenden• Unterstützung beim Durchbruch durch die Barriere• Interessant: Lernende empfehlen anderen Lernenden,
selbständig daran zu arbeiten, die Barriere zu knacken• Welche fundamentalen Ideen sind mit Threshold
Concepts verbunden?
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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ZeitachseZwischenstand
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Schw
ill
IT-Aus
bildu
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Disser
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Dennin
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princ
iples
8 10 12 14 16
internationaleWahrnehmung
pädagogische Phase - empirisch
Implementierung in Rahmenplänen
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ZeitachseZwischenstand
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8 10 12 14 16
internationaleWahrnehmung
pädagogische Phase - empirisch
Implementierung in Rahmenplänen
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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse
• Analyse informatischer Hochbegabung• Präsentation von Aufgaben und Bearbeitung mit der
Methode des Lauten Denkens (je ca. max. 1h)• Audio-/Video-Aufzeichnung• Transkription, Auswertung der Daten,
Vergleichsstudien, ... • Übertragung von Erkenntnissen über Hochbegabte
auf normal Begabte:• Was können Niedrigleister von Hochleistern
lernen?• didaktische Aufbereitung von Problemlöseprozessen
27
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse
• Analyse informatischer Hochbegabung• Präsentation von Aufgaben und Bearbeitung mit der
Methode des Lauten Denkens (je ca. max. 1h)• Audio-/Video-Aufzeichnung• Transkription, Auswertung der Daten,
Vergleichsstudien, ... • Übertragung von Erkenntnissen über Hochbegabte
auf normal Begabte:• Was können Niedrigleister von Hochleistern
lernen?• didaktische Aufbereitung von Problemlöseprozessen
27
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Produktion eines authentischen Lehr-
videos zur Problemlösung
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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse
28
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Hochleister Niedrigleister
schnelles und sicheres Problemverständnis
häufig sofortiges Nachfragen beim Versuchsleiter
intensive Problemanalyse unvollständige Problemanalyse
gezieltes Einsetzen von Schlüsselerkenntnissen
Schlüsselerkenntnisse zufällig und unbeachtet
klare Trennung in Teilprobleme keine/späte Trennung in Teilprobleme
hohes Abstraktionsniveau, Konkretisierungen wenn nötig
enaktive Vorgehensweisen, ausschließlich konkrete Inhalte
ausgeprägte fundamentale Ideen der Informatik
unspezifisches Herangehen durch Probieren
analysieren Übergang n→n+1 untersuchen n=1, 2, 3, ...
hypothesengeleitetes Vorgehenwenige Hypothesen, überflüssige
Lösungsschritte
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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse
28
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
Hochleister Niedrigleister
schnelles und sicheres Problemverständnis
häufig sofortiges Nachfragen beim Versuchsleiter
intensive Problemanalyse unvollständige Problemanalyse
gezieltes Einsetzen von Schlüsselerkenntnissen
Schlüsselerkenntnisse zufällig und unbeachtet
klare Trennung in Teilprobleme keine/späte Trennung in Teilprobleme
hohes Abstraktionsniveau, Konkretisierungen wenn nötig
enaktive Vorgehensweisen, ausschließlich konkrete Inhalte
ausgeprägte fundamentale Ideen der Informatik
unspezifisches Herangehen durch Probieren
analysieren Übergang n→n+1 untersuchen n=1, 2, 3, ...
hypothesengeleitetes Vorgehenwenige Hypothesen, überflüssige
Lösungsschritte
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pädagogische Phase - empirischKujath - Hochleisteranalyse
• Das Video: http://informatikdidaktik.de/Forschung/Schriften/HochleisterDVD2011
• Dieses Lehrvideo zeigt aus der Perspektive einer Übertischkamera den fiktiven informatischen Hochleister Tom bei der Bearbeitung eines schwierigen Färbeproblems. Dabei kann man auf seinem Skizzenblatt die fortlaufend von ihm angefertigten Skizzen beobachten und auch die einzelnen Gedankengänge des Problemlösers genau verfolgen. Man kann direkt miterleben, wie Tom zu Beginn die Aufgabe analysiert und die dadurch gewonnenen Schlüsselerkenntnisse in der anschließenden Problembearbeitung bis zur fertigen Lösung gewinnbringend einsetzt. An markanten Stellen wird das Video unterbrochen und die zurückliegenden Problemlöseaktivitäten mit animierten Bildsequenzen vertiefend erläutert.
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=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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SchlußbemerkungenStatistik/Expertenbefragung zum Schluß
• 300 Zitationen der dt. Publikationen
• 100 Zitationen der engl. Publikationen
• Arbeitskreis Lehrerbildung des GI-Fachbereichs Informatik und Ausbildung/Didaktik der Informatik (15 Experten, 19nfi):
• Konzept der fundamentalen Ideen wird mit deutlichem Abstand als bedeutendstes informatikdidaktisches Konzept (Wert 2,8 auf einer Skala von 0 bis 3) genannt und für die zukünftige Ausbildung von Informatiklehrkräften empfohlen.
30
=> ja, aber Modrow hat es im Jahre 9 behoben
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