Didaktik der Informatik: Grundlagen, Konzepte, Beispiele

231 Pages·2001·9.411 MB·German

by  Dr. Peter Hubwieser (auth.)

Springer-Lehrbuch
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Peter Hubwieser
Didaktik
der Informatik
Grundlagen, Konzepte, Beispiele
Mit 72 Abbildungen
, Springer
Dr. Peter Hubwieser
Technische Universität München
Fakultät für Informatik
Arcisstraße 21
80333 München
[email protected]
1. korrigierter Nachdruck 2001
ACM Computing Classification (l998): A.1, K.3.2
ISBN 978-3-540-65564-0 ISBN 978-3-662-06618-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-06618-8
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Hubwieser, Peter: Didaktik der Informatik: Grundlagen, Konzepte, Beispiele 1
Peter Hubwieser. - l. korrigierter Nachdr. - Berlin; Heidelberg; New York;
Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Singapur; Tokio: Springer, 2001
(Springer-Lehrbuch)
ISBN 978-3-540-65564-0
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbe
sondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbil
dungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfälti
gung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben,
auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses
Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der ge
setzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland
vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich
vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Ur
heberrechtsgesetzes.
http://www.springer.de
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2000, 2001
Ursprünglich erschienin bei Springer-Verlag Berlin Heide1berg 2001
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in
diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als
frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung: design & production GmbH, Heidelberg
Satz: Reproduktionsfertige Vorlagen vom Autor
Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: 10831322 33/3142 GF 543210
Für Anna, Katharina, Elena und Teresa
Vorwort
Dieses Buch entstand aus den Vorlesungen über "Didaktik der Infonnatik", die ich
in den vergangenen vier Wintersemestern an der Technischen Universität Mün
chen abgehalten habe. Im Lauf der Jahre hat sich die Zielsetzung dieser Veran
staltung stark verändert. Anfangs war sie in Ermangelung von Lehramtsstudenten
mit dem Fach Informatik vor allem als Fortbildungsveranstaltung für aktive Lehr
kräfte gedacht. Mittlerweile fanden unsere neuen Lehramtsstudiengänge jedoch so
regen Zuspruch, dass mehr und mehr die didaktische Grundausbildung von zu
künftigen Lehrerinnen und Lehrern in den Vordergrund rückte. So entsprang aus
der steigenden Zahl von Studenten schließlich auch das Bedürfnis nach einem
schriftlichen Begleitwerk. Dennoch besteht auch unter den berufstätigen Lehr
kräften immer noch ein starkes Interesse an der Didaktik der Informatik, insbe
sondere vor dem Hintergrund der sehr erfreulichen Entwicklung der bayerischen
Schulinformatik in den letzten Jahren. Leider hat dieser Personenkreis selten den
zeitlichen Freiraum, um die Vorlesung besuchen zu können, was wiederum eben
falls zu häufigen Anfragen nach schriftlichen Unterlagen führt.
Unglücklicherweise verfügen die Lehramtsstudenten in der Regel nur über sehr
geringe Vorkenntnisse in den Bereichen der Lernpsychologie und der allgemeinen
Didaktik, so dass sich in der Vorlesung immer wieder die Notwendigkeit einer
kurzen Einführung in diese Grundlagengebiete zeigte. Teil A des Buches ist des
halb diesen Grundlagen gewidmet.
Im Laufe der Jahre trug die Vorlesung, nicht zuletzt auf Grund zahlreicher An
regungen durch die Hörer, viel zur Verbesserung unseres didaktischen Ansatzes
für den Infonnatikunterricht an Schulen bei. Aus der Anerkennung, die diese
Konzeption inzwischen gefunden hat, entstand auch das Bedürfnis nach einer
systematischen Darstellung, was in Teil B (Konzepte) des Buches geschehen soll.
Als immer noch aktiver Lehrer ist mir aber auch klar, dass die schönste Theorie
ohne erklärende Beispiele nichts wert ist. Deshalb enthält Teil C eine ausführliche
Sammlung von Unterrichtsbeispielen und -sequenzen für alle möglichen Stufen
des Informatikunterrichtes. Meiner einschlägigen Berufserfahrung gemäß sind die
Beispiele vor allem auf das Gymnasium ausgerichtet, einer Übertragung auf ande
re Schularten steht jedoch, entsprechende Anpassungen vorausgesetzt, nichts im
Wege.
Mein Dank gilt vor allem Prof. Dr. Manfred Broy, der mich (damals als Dekan)
an die Fakultät für Informatik der Technischen Universität München holte, dort
mit allem ausstattete, was gut und hilfreich war, mir vertrauensvoll den für meine
Arbeit nötigen zeitlichen Freiraum einräumte, mich immer wieder durch Kostpro
ben aus seinem inunensen Fachwissen von abwegigen Ideen abbrachte und mir
mit seinem unerschütterlichen Optimismus über viele schwierige Phasen hinweg
half. So manche der in diesem Buch vorgestellten Ideen gehen auf seine Anregun-
VIII Vorwort
gen zurück. Weiter geht mein herzlicher Dank an Dr. Peter Müller vom Bayeri
schen Staatsministerium für Unterricht und Kultus, der die Arbeit an unserer Fa
kultät gegen so manche Widerstände nach Kräften unterstützte und meine Abord
nung an die TU München immer wieder verlängerte. Ohne ihn wäre keiner der
JÜIigsten Fortschritte der bayerischen Schulinformatik zustande gekommen. Eben
falls herzlich danken möchte ich Prof. Dr. Dr. h.c. Wilfried Brauer, der mich
durch seine wertvollen Ratschläge und durch viele Hinweise auf passende Veröf
fentlichungen oft genau zur rechten Zeit inspiriert und weitergeführt hat. Ihm
verdanke ich auch die Herstellung meiner Kontakte zu den einschlägigen Arbeits
gruppen der International Federation for Information Processing (IFIP), die mir
anlässlich vieler internationaler Konferenzen Gelegenheit zum Austausch mit
um
Fachkollegen aus anderen Ländern eröffneten. Außerdem muss ich mich bei
Freiberger für die vielen Fachgespräche, Anregungen und Ermunterungen bedan
ken. Seine beeindruckende Unterrichtserfahrung hat mir oft zu mehr Bodenhaf
tung verholfen. Ich danke auch Prof. Dr. Steffen Friedrich von der TU Dresden
für meine freundliche Aufnahme in den Arbeitskreis "Informatik und Schule" der
Gesellschaft für Informatik (GI) und sein unermüdliches Engagement für die sehr
fruchtbaren Fachdidaktischen Gespräche in Königstein sowie Frau Prof. Dr. Sig
rid Schubert von der Uni Dortmund ftir alle Schützenhilfe und Anregung, die sie
mir zuteil werden hat lassen. Schließlich danke ich auch allen Professoren und
Mitarbeitern der Fakultät für Informatik der Technischen Universität München,
die mich durch Rat und Tat auf meinem Weg zu diesem Buch unterstützt haben,
darunter besonders Herrn Prof. Dr. Schlichter, u.a. für sein selbstloses Engage
ment in der Lehrerausbildung Informatik.
Natürlich bin ich auch dem Springer-Verlag, vertreten durch Dr. Hans Wössner,
außerordentlich verbunden, weil er mich mit so viel Geduld und Freundlichkeit bis
zur Druckreife dieses Buchs begleitet hat.
München, Februar 2000 Peter Hubwieser
Inhaltsverzeichnis
Teil A: Grundlagen
1 Lernpsychologische Fundierung .................................................................. 3
1.1 Grundlegende Strömungen .............................................................................. 3
1.1.1 Behaviourismus ..................................................................................... 3
1.1.2 Kognitivismus ....................................................................................... 5
1.2 Integrative Theorien ........................................................................................ 6
1.2.1 Bandura ................................................................................................. 6
1.2.2 Gagne .................................................................................................... 7
1.3 Entwicklungspsychologie nach Piaget ............................................................ 7
1.4 Konstruktivismus .......................................................................................... 10
1.5 Das Gedächtnis .............................................................................................. 11
1.6 Aufmerksamkeit ............................................................................................ 13
1.7 Lernstörungen ............................................................................................... 13
2 Prinzipien didaktischen Handeins ............................................................. 15
2.1 Motivierung ................................................................................................... 15
2.1.1 Erzeugung von Motivation .................................................................. 16
2.1.2 Verlaufsmotivierung ........................................................................... 16
2.2 KreativitätstOrderung .................................................................................... 17
2.3 Strukturierung ............................................................................................... 18
2.4 Übung ............................................................................................................ 19
2.5 Veranschaulichung ........................................................................................ 20
2.6 Bewertung und Erfolgssicherung .................................................................. 21
2. 7 Variabilität und Flexibilität ........................................................................... 22
2.8 Differenzierung ............................................................................................. 22
3 Theoretische Ansätze der allgemeinen Didaktik ...................................... 25
3.1 Bildungstheoretischer Ansatz ........................................................................ 25
3.2 Lerntheoretischer Ansatz ............................................................................... 26
3.3 Informationstheoretisch-kybernetischer Ansatz ............................................ 27
3.4 Kommunikative Didaktik .............................................................................. 28
4 Unterrichtsplanung und -gestaltung .......................................................... 29
4.1 Was ist Unterricht? ....................................................................................... 29
4.2 Lerninhalte .................................................................................................... 3 0
4.2.1 Berliner Didaktik ................................................................................. 30
X Inhaltsverzeichnis
4.2.2 Göttinger Schule .................................................................................. 30
4.2.3 Wagenschein ....................................................................................... 31
4.3 Zeitliche Planung .......................................................................................... 32
4.4 Lernziele ........................................................................................................ 33
4.4.1 Lernzieltaxonomien ............................................................................. 33
4.4.2 Operationalisierung von Lernzielen .................................................... 34
4.5 Lehr- und Lernmethoden ............................................................................... 35
4.5.1 Artikulation ......................................................................................... 35
4.5.2 Lehrformen .......................................................................................... 36
4.5.3 Sozialformen ....................................................................................... 37
4.5.4 Lehrerverhalten ................................................................................... 37
4.6 Medien .......................................................................................................... 39
Teil B: Konzepte
1 Informatische Bildung und Informatikunterricht ................................... 43
1.1 Informatiksysteme und Schulen .................................................................... 43
1.1.1 Unterstützung von Lernprozessen ....................................................... 44
1.1.2 Bedienerschulung ................................................................................ 46
1.1.3 Informatikunterricht ............................................................................ 48
1.1.4 Die Synthese: informatische Bildung .................................................. 48
1.2 Die Entwicklung des Informatikunterrichts .................................................. 50
1.2.1 Die Hardware als Ausgangspunkt.. ..................................................... 50
1.2.2 Der Algorithmus als Maß aller Dinge ................................................. 51
1.2.3 Die vom Algorithmus beherrschte Anwendung .................................. 52
1.2.4 Der Benutzer im Mittelpunkt .............................................................. 52
2 Wozu Informatikunterricht? ..................................................................... 55
2.1 Wozu überhaupt Unterricht? ......................................................................... 55
2.1.1 Die gesetzlichen Aufgaben der Schulen .............................................. 55
2.1.2 Allgemeinbildung ................................................................................ 57
2.2 Bildungsauftrag und Informatikunterricht.. ................................................... 57
2.2.1 Für welche Welt bilden wir unsere Schüler aus? ................................ 58
2.2.2 Ist Medienerziehung nicht genug? ...................................................... 59
2.2.3 Der allgemein bildende Wert informatischer Bildung ........................ 62
2.2.4 Informatik zur Berufsvorbereitung ...................................................... 64
2.2.5 Allgemeine Studienvorbereitung ......................................................... 65
3 Entwurf einer Unterrichtsmethodik .......................................................... 67
3.1 Lernpsychologisches Fundament .................................................................. 67
3.2 Methodische Prinzipien ................................................................................. 68
3 .2.1 Problemorientierung ............................................................................ 68
3.2.2 Modellbildung und Simulation ............................................................ 69
3.3 Organisationsrahmen für den Informatikunterricht.. ..................................... 70
3.3.1 Verankerung im Pflichtfachbereich ..................................................... 70
3.3.2 Zeitliche Grobstruktur ......................................................................... 70
Inhaltsverzeichnis XI
3.3.3 Feinstruktur der Projekte ..................................................................... 71
3.4 Bemerkungen zu Unterrichtsmedien ............................................................. 72
3.4.1 Bürosoftware ....................................................................................... 73
3.4.2 Hypertextsysteme ................................................................................ 74
3.4.3 Programmiersprachen ......................................................................... 74
3.4.4 Programmieroberflächen ..................................................................... 75
3.4.5 Code-Generatoren und Simulatoren .................................................... 75
4 Die Lerninhalte ............................................................................................ 77
4.1 Wozu Lerninhalte systematisieren? .............................................................. 77
4.2 Informationszentrierung ................................................................................ 78
4.2.1 Der Informationsbegriff ...................................................................... 78
4.2.2 Das Paradigma der Informationsverarbeitung ..................................... 79
4.2.3 Die Grundmenge informatischer Lerninhalte ...................................... 81
4.2.4 Vergleich mit anderen Ansätzen ......................................................... 82
4.3 Didaktische Auswahlkriterien für Lerninhalte .............................................. 82
4.3.1 Allgemeine Bedeutung ........................................................................ 83
4.3.2 Lebensdauer ........................................................................................ 84
4.3.3 Vermittelbarkeit .................................................................................. 84
4.3.4 Exemplarische Auswahl und Einflechtung ......................................... 84
4.4 ModelIierung als inhaltlicher Kern ................................................................ 85
4.4.1 Begriffsklärung ................................................................................... 86
4.4.2 Programmierung und ModelIierung .................................................... 87
4.4.3 Unterricht auf der Grundlage von ModelIierungstechniken ................ 90
5 Ein Gesamtkonzept ..................................................................................... 97
5.1 Die Rahmenbedingungen .............................................................................. 97
5.2 Die Unterrichtsmodule .................................................................................. 98
5.2.1 Das Fundamentum .............................................................................. 98
5.2.2 Die Wahlmodule ............................................................................... 101
5.2.3 Informatische Allgemeinbildung ....................................................... 102
5.2.4 Oberstufe ........................................................................................... 104
5.3 Vorschläge rur andere Schularten ............................................................... 105
5.3.1 Realschule ......................................................................................... 106
5.3.2 Hauptschule ....................................................................................... 106
Teil C: Beispiele
1 Anfangsunterricht in Informatik. ................................................................. 111
1.1 Datenstrukturen ........................................................................................... 111
1.1.1 Lernziele ............................................................................................ 112
1.1.2 Notation ............................................................................................. 112
1.1.3 Software ............................................................................................ 113
l.l.4 AufgabensteIlung .............................................................................. 113
1.1.5 Objekte, Klassen und Instanzen ........................................................ 114
l.l.6 Attribute und Attributwerte ............................................................... 115