Informatische Bildung in Schulen (IBiS)

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Zeitgemäße, gute informatische Bildung ist entscheidend, um jeden und jede zum Verstehen und Gestalten der digitalen Welt im Sinne mündiger Bürgerinnen und Bürger zu befähigen.

Im Jahr 2022 ist die letzte Ausgabe der LOG IN, der einzigen deutschsprachigen Zeitschrift für Lehrkräfte im Bereich der informatischen Bildung, erschienen. In der OER-Zeitschrift Informatische Bildung in Schulen (IBiS) wird diese wichtige Arbeit unter dem Dach des Fachausschusses Informatische Bildung an Schulen und der Fachgruppe Didaktik der Informatik der Gesellschaft für Informatik e. V. fortgeführt.

Siehe auch https://www.informatischebildung.de/ibis/

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Michaeli, Tilman

Grillenberger, Andreas

Schulz, Sandra

Stechert, Peer

Andres, Daniela

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Filterblasen verstehen
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Pöhner, Nicolai
„Vorschläge für dich“ ist ein beliebtes Feature des sozialen Netzwerkes Instagram. Dieses Feature schlägt Usern ähnlich Inhalte vor, die gut zu ihren bisherigen Interessen passen. Dadurch entstehen sogenannte „Filterblasen“, in denen User personalisierte Feeds erhalten. Soziale Netzwerke nutzen dieses und andere Features, um die User noch länger auf ihrer Plattform zu halten. Aber wie entstehen die personalisierten Vorschläge? Sie sind das Ergebnis von Data-Mining in sozialen Netzwerken. Dieser Artikel erklärt, wie Data-Mining in sozialen Netzwerken funktioniert, welche Vor- und Nachteile Filterblasen haben und wie diese Inhalte Schülerinnen und Schüler einfach und anschaulich im Informatikunterricht der Sekundarstufe 1 vermittelt werden können.
KI in der Kiste: Unterrichtsaktivitäten aus einem Lernlabor zum Thema Künstliche Intelligenz
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Lindner, Annabel; Müller-Unterweger, Michaela; Berges, Marc; Rösch, Mathias
Der Beitrag präsentiert eine Sammlung von Unterrichtsaktivitäten, die im Rahmen der Entwicklung eines Lernlabors zum Thema Künstliche Intelligenz (KI) entstanden sind. Die Aktivitäten können in verschiedenen Jahrgangsstufen, Schulformen und Unterrichtsfächern als Impulse und thematische Aufhänger zur Vermittlung verschiedener Konzepte aus dem Bereich der KI eingesetzt werden. Es werden exemplarisch fünf Aktivitäten aus der Sammlung vorgestellt. In der Aktivität Gesucht: KI können Schüler:innen den Einsatz von KI-Algorithmen in Alltagsgegenständen unterstützt durch Bildkarten diskutieren. Es war einmal ... bietet einen Überblick über die historische Entwicklung von KI-Systemen, während Realitäts-Tabu sich mit der Komplexität der Realität und ihrer Verarbeitung durch KI-Systeme befasst. Die Orakel-Cops stellen Szenarien des Predictive Policing nach und in der Aktivität Künstler:in unbekannt versuchen die Schüler:innen, KI-Artefakte von menschlichen Kunstwerken zu unterscheiden.
Perzeptron Unplugged: Enaktive Ansätze zur Vermittlung künstlicher neuronaler Netze im Unterricht
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Zurfluh, Thomas
In diesem Praxisbeitrag werden erprobte Unterrichtskonzepte und -ansätze zur Vermittlung von Kompetenzen im Bereich künstlicher Intelligenz (KI) und künstlicher neuronaler Netze (KNN) vorgestellt. Die Materialien stammen von der Webseite Machine Learning for Teachers (ml4t.ch) und werden erfolgreich im Lehramtsstudium der Pädagogischen Hochschule Zürich für Lehrkräfte der Sekundarstufe I im Fach Medien und Informatik eingesetzt. Ziel ist es, Lehrkräften konkrete und direkt anwendbare Ansätze inklusive des verwendeten Materials bereitzustellen und enaktive Erfahrungen zu ermöglichen, um die Konzepte begreifbar zu machen. Die Webseite ist nach dem Prinzip des didaktischen Doppeldeckers aufgebaut und kann sowohl mit Lehrkräften als auch mit Schülerinnen und Schülern ab dem 7. Schuljahr eingesetzt werden.
Coraline als begehbarer Roman: Ein Englisch- Informatik-Projekt aus dem Distanzunterricht
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Rau, Thomas
In der besonderen Situation des Distanzunterrichts im Frühling 2020 entstand mit einer 9. Klasse auf der Grundlage der aktuellen Lektüre des Englischunterrichts ein Computerspiel aus dem Genre Interactive Fiction (auch: Textadventures). Die Implementierung übernahm dabei die Lehrkraft, Text und Ideen des Spiels stammen weitgehend von den Schülern und Schülerinnen; auch informatische Inhalte ließen sich dabei veranschaulichen, insbesondere Modellierung und Relationen.
Das Prinzip des verstärkenden Lernens im Rollenspiel erkunden
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Strecker, Kerstin
In diesem Beitrag beschreiben wir ein Rollenspiel, das im Unterricht bereits ab der Sekundarstufe 1 mit der gesamten Klasse durchgeführt werden kann und das Prinzip des verstärkenden Lernens im Themenbereich „maschinelles Lernen“ erfahrbar macht.
SoekiaGPT - ein didaktisches Sprachmodell
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Hielscher, Michael
Statistische Sprachmodelle, insbesondere Textgeneratoren wie ChatGPT, haben in letzter Zeit grosse Aufmerksamkeit erregt. Künstliche Intelligenz ist auch ein Thema im Unterricht und die kritische Auseinandersetzung sollte ein Verständnis der grundlegenden Funktionsweisen umfassen. Sprachmodelle wie ChatGPT oder Bard sind jedoch komplexe Informatiksysteme und basieren auf riesigen Dokumentensammlungen und massiver Rechenleistung. Die Lernumgebung SoekiaGPT nimmt eine Reihe didaktischer Vereinfachungen vor und ermöglicht Schülerinnen und Schülern so einen Blick unter die Motorhaube von statistischen Sprachmodellen zu werfen und mit einem selbst gebauten Modell zu experimentieren.
Unterstützende Werkzeuge zum Einstieg in die Algorithmik (Ozobots, Calliope Mini, Arduino)
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Kiesmüller, Ulrich
In diesem Artikel werden Einsatzmöglichkeiten verschiedener Werkzeuge im Informatikunterricht der Sekundarstufe für den Themenbereich Algorithmik bzw. Einstieg ins Programmieren vorgestellt. Der Fokus wird hierbei auf die Mikrocontroller-Boards bzw. Roboter Calliope Mini, Ozobot und Arduino gelegt. Den Ausführungen liegen jahrelange Erfahrungen zugrunde, die beim Einsatz dieser Werkzeuge im Informatik-Unterricht der 7. Jahrgangsstufe (in Bayern) gesammelt wurden. Da der Ozobot ab Beginn des Schuljahres 2023/2024 auch in der neu strukturierten 11. Jahrgangsstufe des neuen bayerischen Gymnasiums im Bereich Algorithmik eingesetzt werden wird, ist dessen Betrachtung besonders ausführlich gestaltet.
Editorial
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Grillenberger, Andreas; Stechert, Peer; Schulz, Sandra; Michaeli, Tilman
Mit LoRa-Technologie und Scratch eigene Netzwerke programmieren
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Temperli, Beat
Schülerinnen und Schüler nutzen täglich ihre Smartphones und versenden häufig Nachrichten an Freundinnen und Freunde. Snapchat, Tiktok, Instagram und bei vielen weiteren Apps – der «Senden»-Knopf wird viel genutzt. Doch wie kommt die Nachricht beim Gegenüber an? Wie weiss das eigene Mobiltelefon, an wen die Emojis gesendet werden sollen? Im Rahmen der Unterrichtseinheit "Mit LoRa-Technologie das Netzwerk kennenlernen" erstellen die Lernenden der siebten bis neunten Klasse mithilfe von "Scratch" und "Physical Computing" ein eigenes Netzwerk und senden Nachrichten an andere Teams in ihrer Klasse. Dabei lernen sie, wie in einem unkonfigurierten Netzwerk rohe und verarbeitete Daten übertragen werden können. Das zugrundeliegende "leere" Netzwerk basiert auf der modernen LoRa-Technologie. Die kostengünstigen Geräte können von Schülerinnen und Schülern mit Scratch programmiert werden, um so eigene Nachrichten über das LoRa-Netzwerk zu senden und fremde Nachrichten zu empfangen. Die Lernenden können einfache Chats bis hin zu komplexen Kommunikationssystemen erstellen, bei denen neben den eigentlichen Nachrichtentexten auch Metadaten wie Empfänger- und Absenderadressen übertragen und ausgelesen werden können. So werden parallele Chats zwischen mehreren Geräten ermöglicht. Die Unterrichtseinheit zeigt didaktisch reduziert auf, wie Chat-Apps kommunizieren beziehungsweise wie Netzwerkprotokolle funktionieren und verdeutlicht den Lernenden, dass oft nicht nur eine Nachricht selbst versendet wird, sondern dass zusätzliche Informationen erforderlich sind, um eine Nachricht an ihr Ziel zu bringen. Die sogenannten Metadaten, die mit den Nachrichten verknüpft werden, beinhalten in diesem Fall mindestens Informationen zu Absender und Empfänger. In dieser enaktiven Lernumgebung arbeiten die Schülerinnen und Schüler in ihrem eigenen Lerntempo und können dank dem ausgeklügelten Aufbau direkt die gesamte Kommunikation im Netzwerk beobachten. So erlernen sie die Grundlagen im Informatikkonzept der Netzwerkkommunikation.
Unravel – Bilderkennung mit neuronalen Netzen
(Gesellschaft für Informatik, 2023) Gräßl, Christoph
Die zunehmende Bedeutung von Künstlicher Intelligenz im Alltag hat dazu geführt, dass die Kultusministerien verschiedener Bundesländer dieses Thema in Lehrplänen allgemeinbildender Schulen verankert haben. Da dieser Lernbereich neu ist, müssen auch innovative didaktische Ansätze entwickelt werden. Dies stellt aufgrund weniger Erfahrungswerte eine besondere Herausforderung dar. In dieser Arbeit wird ein praxisorientiertes Konzept vorgestellt, in dem Schülerinnen und Schüler ab der oberen Mittelstufe selbstständig alle Komponenten eines Bilderkennungssystems, angefangen von der Bildaufnahme bis hin zur Klassifizierung, explorativ erleben. Ziel ist es zum einen, einen grundlegenden Einblick in Klassifikation mit neuronalen Netzen zu vermitteln. Zum anderen sollen die Schülerinnen und Schüler verstehen, wie Systeme des überwachten Lernens allgemein aufgebaut sind, wie man sie bewertet und wo deren Grenzen liegen.
Informatik vor, im und nach dem Schweizer Gymnasium
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Komm, Dennis
In diesem Beitrag wird die aktuelle Situation der Schulinformatik in der Deutschschweiz be-schrieben. Im Zentrum stehen Unterrichtsbeispiele zum Aufbau von Kompetenzen, die über die gesamte Schulzeit gefördert werden können. Schließlich wagen wir einen Blick in eine Zukunft, in der die 2024 angestoßenen Prozesse der Umsetzung eines Grundlagenfachs Informatik, wel-che die gesamte Schweiz betreffen, weitgehend umgesetzt sind.
Auf dem Weg zum inklusiven Informatikunterricht - Herausforderungen und Perspektiven
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Ferdinand, Rina; Daeglau, Mareike; Diethelm, Ira
Der Beitrag untersucht die zunehmende Bedeutung inklusiver Ansätze im Informatikunterricht angesichts der wachsenden Diversität der Schülerschaft. Basierend auf einer Betrachtung des aktuellen Forschungsstands werden zentrale Herausforderungen und Potenziale beleuchtet. Es zeigt sich ein Mangel an Studien, Konzepten und Ressourcen für die Umsetzung inklusiver Bildung in der Informatik. Als vielversprechender Ansatz wird das Universal Design for Learning (UDL) vorgestellt. Der Artikel schließt mit Empfehlungen für Praxis, Aus- und Fortbildung sowie Forschung, um die Inklusion im Informatikunterricht in Deutschland voranzubringen.
Robot Karol: Eine Grabrede
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Michaeli, Tilman
Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Dorn, Julian
Das kostenfreie digitale Buch https://buch.informatik.cc/ki/ bietet eine umfangreiche Grundlage, um Maschinelles Lernen als Teil der künstlichen Intelligenz im Unterricht zu behandeln. Die Themenbereiche überwachtes, unüberwachtes, bestärkendes und selbstüberwachtes Lernen sind mit vielen Aufgaben und Beispielen beschrieben, sodass darauf aufbauend ein eigener Unterricht entwickelt werden kann. Da sich der theoretische Teil in dem verlinkten digitalen Buch nachlesen lässt, stelle ich hier die didaktischen Überlegungen und Ausgestaltungen vor.
Informatische Bildung in Schulen. Jahrgang 2 / Ausgabe 1. Gesamtausgabe
(Gesellschaft für Informatik, 2024)
Fachfremd unterrichten, selbstreguliert lernen – eine Lösung für den Informatikunterricht
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Lenk, Susann
Seit drei Jahren unterrichte ich Informatik fachfremd an unserer Oberschule. Meine anfängliche Euphorie stieß schnell an die Grenzen einer Überlastung. Doch dann fand ich mit der Methode "Modern Classrooms Project" einen Weg des Blended Learning, das Fach entspannt und erfolgreich zu unterrichten.
ClusterLabor: Ein Werkzeug zur interaktiven Visualisierung und Analyse von Clusteralgorithmen
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Andres, Daniela; Joachim, Silvia; Hennecke, Martin
In diesem Beitrag wird die Webanwendung ClusterLabor (verfügbar unter ddi.informatik.uni-wuerzburg.de) vorgestellt. ClusterLabor ermöglicht eine interaktive Visualisierung und Analyse von Clusteralgorithmen in zweidimensionalen Datensätzen. Damit können verschiedene Algorithmen hinsichtlich ihrer Ergebnisse in Abhängigkeit von der gewünschten Anzahl an Clustern verglichen werden. Anwender können aus verschiedenen Beispieldatensätzen wählen, eigene Datensätze hochladen oder Datensätze direkt durch manuelle Eingabe generieren. Zum Clustern stehen verschiedene Methoden zur Verfügung: der k-Means-Algorithmus mit Varianten wie Lloyd oder MacQueen, der k-Medoids-Algorithmus sowie hierarchische Clusteranalyse mit unterschiedlichen Distanzmaßen und Fusionierungsalgorithmen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Unsupervised Learning, einem Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI), bei dem Algorithmen Muster und Strukturen in unbeschrifteten Daten selbstständig erkennen. Zur Bestimmung der "optimalen" Clusterzahl k sind zudem Visualisierungen des Elbow Plots (Ellenbogendiagramms), des Average Silhouette Plots (ASW-Kurve) sowie des Dendrogramms integriert.
Informatik in freier Wildbahn: Lerntransfer vom Unterricht in den Alltag
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Rücker, Michael T.
Nicht für die Schule, sondern für das Leben soll gelernt werden. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, müssen Lernende in die Lage versetzt werden, ihr schulisches Wissen und Können auch außerhalb und nach der Schule – in der freien Wildbahn – anzuwenden. Diese Herausforderung ist kaum zu unterschätzen. Für die Informatik müssen sie dazu u.a. künftige und neue Systemkategorien erschließen und Manifestationen bekannter informatischer Konzepte im Alltag erkennen können. Wenn im Unterricht bspw. eingebettete Systeme, neuronale Netze oder Datenbanken behandelt werden, gilt es, diese im Alltag auch wiederzuerkennen. Andernfalls wäre im Ergebnis eher „totes Wissen“ entstanden. Auf Basis kognitionspsychologischer Grundlagen sowie drei fachdidaktischer Studien werden im vorliegenden Artikel Ansätze vorgestellt, entsprechende Transferprozesse im Informatikunterricht zu fördern.
Den k-Means-Algorithmus verstehen: Mit Stift & Papier und BlueJ
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Andres, Daniela; Joachim, Silvia; Hennecke, Martin
Dieser Praxisbeitrag stellt unterrichtliche Aktivitäten vor, um den k-Means-Algorithmus einzuführen und ihn anschließend in BlueJ zu implementieren. Anhand eines Beispieldatensatzes mit Fundkoordinaten von Pilzen können sich die Schülerinnen und Schüler die Funktionsweise des k-Means-Algorithmus selbst erschließen. Der Datensatz ist zweidimensional und klein genug, um den Algorithmus mit Stift und Papier in angemessener Zeit zu erarbeiten. Anschließend kann der Algorithmus in der den Schülerinnen und Schülern sowie Lehrkräften bekannten Umgebung BlueJ programmiert und das Ergebnis durch Einlesen einer csv-Datei mit den vorher verwendeten Fundkoordinaten verifiziert werden.
Unterrichtsreihe zu künstlicher Intelligenz und künstlichen neuronalen Netzen für die gymnasiale Oberstufe
(Gesellschaft für Informatik, 2024) Grabe, Katrin
Diese Unterrichtsreihe erarbeitet in 7 Doppelstunden das Thema „Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen“ für einen Grundkurs Informatik in der gymnasialen Oberstufe nach dem „Bildungsplan Studienstufe Informatik Hamburg“. Die Rahmenbedingungen für den Ablauf der Sequenz sind, dass innerhalb der ersten 3 Doppelstunden theoretisches Basiswissen für eine Klausur aufgebaut wird, anschließend wird eine Klausur auf Papier geschrieben. Im zweiten, praktischen Teil (2 Doppelstunden) trainieren die SuS künstliche neuronale Netze (im Folgenden mit KNN abgekürzt) und arbeiten mit einer Python-Implementierung. In den letzten 2 Doppelstunde reflektieren sie die Möglichkeiten und Grenzen von Künstlicher Intelligenz (im Folgenden mit KI abgekürzt).