Informatik

Informatik -
Überblick zur Didaktik und der Bedeutung im Unterrichtsangebot einer Schule

Modellieren, Erklären, Beschreiben, Programmieren

Stellung des Faches Informatik im Fächerkanon einer Schule

Informatik darf nicht als Konkurrenz für andere Fächer angesehen werden, sondern dient deren Stärkung. In Mathematik oder Physik ist dies sofort einsichtig, Anwendungen in Kunst und Musik sind heute vertraut, aber auch für die Sprachwissenschaften leistet die Informatik durch die der Praxis des Programmierens vorausgehende Notwendigkeit des Erklärens und Beschreibens wesentliche Beiträge.

 

Programmieren
Im Zusammenhang mit Informatik wird zuerst die Fähigkeit des Programmierens assoziiert.
Diese setzt die Kenntnis einer speziellen Programmiersprache als Werkzeug voraus, wie Vokabeln in einer Fremdsprache, die Benutzung des Tuschkastens im Kunstunterricht. Programmierkenntnisse erweisen sich nützlich in vielen Studiengängen und Berufen,  vor allem aus dem wirtschaftlichen oder technischen Bereich.
In der Informatik steht das Programmieren aber am Ende eines schöpferischen Werdeganges: Die vorausgegangenen Überlegungen verlieren hier ihre Unverbindlichkeit. Im Gegensatz zu manch anderen Schulfächern kann jetzt überprüft werden,  ob sich die zuvor ausgetauschten und für verbindlich erachteten Argumente als zutreffend erweisen konnten.

Beschreiben
Der speziellen Programmierung geht die Beschreibung der zu erzielenden Abläufe voraus. Je genauer diese beschrieben sind, desto eher ist eine erfolgreiche Lösung der Probleme zu erwarten.

Erklären
Der Beschreibung eines Lösungsweges geht die Erklärung des Problems voraus.
Auch hierbei werden vor allem sprachliche Fähigkeiten gefordert und gefördert.

Modellieren
Zu Beginn einer jeglichen Aufgabe steht deren Analyse. Ein Computer ist dazu nicht nötig. Aber diese Fähigkeiten des Modellierens bilden die eigentliche Königsdisziplin der Informatik. Diese Fähigkeiten können auf fast alle weitere Fächer und Situationen in der Arbeitswelt und der Freizeit übertragen werden. Sie sind am schwersten zu erwerben. Sie bedürfen nicht eines Computers, sie bedürfen detaillierter Hilfestellungen zu Beginn, stetigen Übens in der Folgezeit, bis die Schülerinnen und Schüler ihre Fähigkeiten in der Oberstufe an umfangreichen Projektkonzeptionen erproben und unter Beweis stellen können.

Das heißt:
Nicht Tabellenkalkulation, Textverarbeitung, Erstellen einer Homepage, Java, iGossipShare, Facebook, sind Gegenstand der Informatik, sondern Algorithmen und Datenstrukturen. Diese gilt es zu analysieren, zu trainieren, zu untersuchen, zu planen.Pfannkuchen

Algorithmus: Es ist ein mit gleichem Erfolg eindeutiges und wiederholbares Rezept gesucht. (Für die Pfannkuchenerstellung wie später deren Sortierung nach der Größe.)  Mit gut beschriebenen Algorithmen sind zwar nicht alle, aber viele Probleme im Leben lösbar. Nicht nur solche, die sich auf den Computer beziehen. Und man löst sie nicht nur am Computer. Auch ein Kochrezept ist ein Algorithmus, das Rückwärtseinparken, das Finden des ggT, die Siegstrategie beim Schachspiel...

Informationen werden mit Hilfe einer definierten Datenstruktur gespeichert. Schatzkarten, Musikdateien, Spickzettel, in vielen Fällen sollen umfangreiche Informationen in knapper Struktur eindeutig beschrieben  werden. Die Struktur, die Ordnung der Daten ist entscheidend. Ordnung ist die halbe Informatik, das halbe Leben. Mindestens. Also auch hier, ein Lerninhalt, dessen Relevanz nicht auf Computer beschränkt ist.

Lehrplan

Im neuen Lehrplan werden für die Sekundarstufe I sieben Prozess- oder Kernbereiche vorgeschlagen, unter denen die Lehrer oder Lehrerinnen Schwerpunkte setzen. Die Namen dieser Bereiche lauten:
- Information und Daten (ich habe das gerade versucht zu erläutern),
- Algorithmen,
- Programmieren und Realisieren,
- Kommunikation (Protokolle zur eindeutigen Kommunikation),
- Informatiksysteme (also Computer in der Umwelt, im Rechner, aber auch in Waschmaschinen, Handies),
- Modellieren und Strukturieren (Vorarbeiten Algorithmen und Datenstrukturen),
- und zuletzt wird auf „Informatik, Mensch und Gesellschaft“ verwiesen, die gesellschaftliche Relevanz der Technik aufzuzeigen.

Unsere Fachschaft hat beschlossen, dass wir uns besonders den beiden zuerst genannten Kernbereichen widmen. Natürlich werden dabei auch Computer zum Einsatz kommen. Wir werden nebenbei kleine nützliche Übungen mit Tabellenkalkulation und Textverarbeitung anstellen. Aber das nur am Rande. Wir werden im Laufe der Zeit Einblicke in Programmiersprachen wie Robot Carol, Scratch, html, Greenfoot, und Java vermitteln.

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Aber dies ist variabel. Neue Programme oder Lernprogramme entstehen und vergehen. Entscheidend sind v.a. die damit verbundenen Überlegungen.

Die Inhalte der Informatik sind grundsätzlich seit dreißig Jahren erstaunlich konstant. Unabhängig davon, womit man diese unterrichtet und was im Einzelnen man mit den technischen Möglichkeiten anstellt.

Dabei geht es um einfache Simulationen (Robot Karol baut Häuser), Strategien zum Entkommen aus einem Irrgarten, später um das Erstellen kleiner Spiele (nicht spielen, sondern Erfinden und Realisieren von Spielen!). Man kann sich überlegen, wie man die Daten eines Fotos zu verändern hat, damit diese nachher ein gespiegeltes Foto anzeigen. Es wurden sogar Algorithmen für bewegliche Kunstwerke erdacht und programmiert werden

In der Sekundarstufe II unterscheiden sich die Inhalte nicht. Die selben Themen werden auf höherer Ebene wieder angesprochen, genauer systematisiert, bekannte Sortieralgorithmen, Suchalgorithmen, rekursive Algorithmen, Negamax, Backtracking, usf. werden analysiert, verglichen, bewertet. In umfangreicheren Programmierprojekten (Kryptographie, Bildbearbeitung, Spielbots) werden Anwendungen für die erlernten Algorithmen verwirklicht.

Vier gewinnt

(Screenshot aus „Vier Gewinnt 2012“-Spielbot)

Kooperation mit dem Kunstunterricht

Seit zwei Jahren werden in einigen achten Klassen und in Teilen des Informatikunterrichts kooperativ die spielerische Programmiersprache SCRATCH (eine Entwicklung des MIT) eingeführt und genutzt. Im Kunstunterricht wird in Zusammenarbeit mit der C.A.Universität in Kiel die Teilnahme an einem landesweiten Wettbewerb ermöglicht, in dem bereits in den ersten beiden Jahren der Teilnahme Schülergruppen der AHS viele Preis erringen konnte.

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Wettbewerbe

Für die Teilnahme am jährlichen Bundeswettbewerb Informatik geben wir Initialmotivation und Hilfestellung.

In das Unterrichtsgeschehen der Oberstufe integriert, haben wir bereits fünf mal an der Software-Challenge der C.A.U. teilgenommnen, in welcher es jedes Jahr darum geht, in einem landes- bzw. inzwischen bundesweiten Wettbewerb den erfolgreichsten Spielbot („künstliche Intelligenz“) für ein jährlich wechselndes Spiel zu entwerfen.

An der vom Institut für Informatik der C.A. Universität in Kiel in Zusammenarbeit mit dem Ministerium und namhaften Informatikindustrie-Unternehmen aus dem Lande ausgerufenen und betreuten Veranstaltung gingen in den vergangenen fünf Jahren jeweils mehr als 20 konkurrierende Teams mit einem eigenen „Client“ an den Start:

Ein halbes Jahr haben die Teams jedes Jahr Zeit, einen künstlichen Mitspieler eines Gesellschaftsspiels zu entwickeln. So war es 2010 z.B. „Hase und Igel“, einst „Spiel des Jahres 1979“, für das mögliche Strategien ausprobiert, modelliert und programmiert werden mussten. 2011 war es eine Variante von „Fang den Hut“. Der anspruchsvollen Aufgabe gerecht zu werden bedarf es pro Team mehrerer 100 Stunden Analyse- und Programmierarbeit. Auch an der AHS wurden jedes Jahr mehrere Strategien erwogen, am Ende oft eine eher menschliche simuliert. Die erfolgreich fertig gestellten treffen dann ab dem Frühjahr jeweils aufeinander. Die AHS-Teams aus dem 12. oder 13. Jahrgang erreichten am Ende meistens einen mittleren Platz, der von den Teilnehmern, angesichts der harten Konkurrenz anderer Teams und auch konkurrierender Anstrengungen für das Abitur zufrieden zur Kenntnis genommen wurde. In Zukunft muss sicherlich noch erlernt werden, sich in der Strategie doch noch stärker die pure Rechenpower nutzbar zu machen, zum Vorausberechnen von zukünftigen Spielzügen, wie dies auch in Schachprogrammen geschieht, statt mit simplen Tricks „aus dem Bauch“ zu agieren.



Forschung und Wirtschaft erwarten heute gute Informatik- wie gute Fremdsprachenkenntnisse. Im Informatikunterricht gefordert und gefördert werden strukturelles Denken wie in der Mathematik, sprachliche Fähigkeiten, Bezüge zu künstlerischem Design und viel Phantasie!