Informatik und Schule 1989: Zukunftsperspektiven der Informatik für Schule und Ausbildung

Die historische Entwicklung der Rechnernutzung war von den fünfziger bis zum Anfang der achtziger Jahre vom Konzept der Zentralisierung geprägt.

Der Stand der Computergraphik wird besonders eindrucksvoll an den Fortschritten demonstriert, die im Bereich der sogenannten Computeranimation gemacht wurden. In diesem Beitrag wird erklärt, wie komplexe Computeranimationen erstellt werden und welche Soft- und Hardware dafür erforderlich ist. Ferner wird der Einsatz von Computeranimation bei der Visualisierung komplexer Daten und Prozesse angesprochen, einem hochaktuellen Einsatzgebiet von Computergraphik.

Unter dem Druck des stark gestiegenen Bedarfs an Ausbildungs- möglichkeiten innerhalb der Informatik wird weltweit an neuen Konzepten gearbeitet. In dem zu gleichen Teilen vom Bund und vom Land Niedersachsen getragenen Modellversuch “Entwicklung von Technologien fþr das Informatikstudium“, der am Institut für Theoretische Informatik der Technischen Universität Braunschweig durchgeführt wird, geht es primär um die Entwicklung eines technologisierten Studiengangs für das Fach Informatik, d.h. um den Entwurf und die Bereitstellung von Ausbildungstechnologien für das Informatikstudium an der Technischen Universität Braunschweig. Der Versuch hat zwei Hauptstoßrichtungen: Erstens soll ein ausbildungstechnologisch auf dem „learning-by-doing“-Prinzip basierender Einstieg in die Informatik erarbeitet werden. Zweitens sollen durch den technologisierten Ablauf des Erwerbs von Informatik-Grundfähigkeiten und -kenntnissen die Schwierigkeiten überwunden werden, die sich insbesondere für die Nebenfach-Ausbildung ergeben: Die Studenten der verschiedenen Fachbereiche sind sowohl bezüglich ihrer Stundenpläne und der ihnen pro Semester insgesamt zur Verfügung stehenden Zeit als auch bezüglich der Vorkenntnisse ganz unterschiedlich zu behandeln. Durch ein individuell gesteuertes Studium kann auf eine Synchronisation verzichtet werden, ohne daß dadurch auch inhaltliche Abstriche in Kauf genommen werden müssen.

Die hier vorgestellte Studie liefert einen Beitrag zum Thema Tutor- und Hilfesysteme beim Erwerb von Programmierwissen. Anhand einer Untersuchung, in der Versuchspersonen Programmieraufgaben in der grafischen rein funktionalen Programmiersprache ABSYNT lösten, wurden Anforderungen an ein individualisiertes Hilfesystem formuliert und anschließend eine erste Version für das Hilfesystem erarbeitet. Dieses basiert auf einem zeitgleich zu der Untersuchung geschriebenen Diagnostikprogramm, das vom Schüler formulierte Hypothesen überprüft und damit Fehler erkennen und fehlende Teile von ABSYNT-Programmen ergänzen kann.

Mit dem Thema dieses Beitrages wird bereits die Auffassung festgeschrieben, daß Informatikkenntnisse zu einer gediegenen Bildung eines Bürgers unserer Zeit gehören. Worauf sich diese Auffassung gründet und wie der Forschung nach Vermittlung entsprechender Bildung in der DDR entsprochen wird bzw. werden soll, ist nachfolgend dargestellt.

Eine hauswirtschaftliche Betriebsleiterin führt den hauswirtschaftlichen Großbetrieb, z.B. ein Alten- oder Kinderheim, eine Tagungsstätte, eine Kantine oder Bereiche im Krankenhaus und betreut in diesen Einrichtungen häufig die Betriebsbereiche Verpflegung, Hauspflege/Reinigung sowie Textil/Wäsche.

Mit LISP und PROLOG werden, auch im Hinblick auf zu erwartende Leistungskurse, neue Sprachkonzepte eingeführt und die Sprachunabhängigkeit von Algorithmen exemplarisch aufgezeigt. Durch das komfortable Listenverarbeitungskonzept dieser Sprachen wird ohne aufwendige Zeigerverwaltung ein einfacher Zugang zu komplexen Datenstrukturen möglich. Als interaktive Sprachen zeigen sie alternative Wege der Benutzerführung auf.

Die Prognose, daß der Informatikunterricht in eine Krise gerät, bezieht sich in erster Linie auf die Perspektive des Schulfaches Informatik. Davon zu unterscheiden ist die Möglichkeit einer Integration von Inhalten der Informatik in die Fächer der allgemeinbildenden und beruflichen Schulen. Gegenüber einer Integration bin ich skeptisch, obwohl sie dem-und das nehme ich vorweg-interdisziplinären Gegenstand der Informatik entsprechen würde. Zu groß und damit unrealistisch wären allerdings die notwendigen Anstrengungen zur fundierten Qualifizierung von bundesweit fast 100.000 Lehrerinnen und Lehrern, zur Materialentwicklung, Softwareentwicklung, Computerausstattung von Schulen, um nur einige Schwerpunktaufgaben zu nennen. Die bildungspolitische Dimension einer ernstgemeinten und fachlich fundierten Integration der Informatikinhalte durchgängig etwa von der Jahrgangsstufe neun bis dreizehn ginge noch über die der informationstechnischen Grundbildung hinaus.

Diese Ausarbeitung ist in Absprache mit der Arbeitsgruppe Leistungskursra;htlinjen Informatik entstanden unter Benutzung der in diesem Bahnten erarbeiteten Materialien. Eine Konkretisierung der hier entwickelten Vorstellungen ist in dem Beitrag „Der abstrakte Datentyp in der Praxis des Infcxrmatikunterrichts“ der Kollegen Czischke und Hahlweg im Rahmen dieser Tagung zu sehen.

Das Halbjahr 12/2 hat im Lehrplan Informatik eine ganz zentrale Stellung. Einerseits soll es einen Einblick in die verschiedenen Teilgebiete der Informatik, Praktische, Technische und Theoretische Informatik und in Anwendungen der Informatik geben. Andererseits soll es auf die Projektkurse des Schuljahres 13 hinführen. Angesichts der zur Verfügung stehenden, knappen Zeit bedarf es daher besonderer Überlegungen, um die Schüler nicht zu überfordern und trotzdem die Inhalte in einer angemessenen Weise darzustellen. Der Vortrag gibt ein Top-Down-Konzept wieder, das vielfach im Unterricht in dieser Form ausgeführt wurde. Ausgehend von einem geeigneten Pascal-Programm wird ein Programm in einer hypothetischen Maschinensprache entwickelt und auf einem geeigneten Demonstrationsrechner ausgeführt. Exemplarisch werden dann einzelne Baugruppen dieses Gerätes herausgegriffen und analysiert. Die Funktionsweise wird getestet, und an Hand von Einzelbausteinen werden die Baugruppen nachgebaut. Zum allgemeinbildenden Gymnasium gehört die theoretische Durchdringung des behandelten Stoffes, z. B. durch die Arbeit mit einem einfachen Automatenmodell. Es bietet sich der Endliche Automat an, denn seine Ein- und Ausgabe entspricht der Ein- und Ausgabe der Programmiersprache Pascal; seine Arbeitsweise — im wesentlichen taktweises Vorgehen - schließt eng an die Arbeitsweise von Bausteinen der Technischen Informatik an. Weiter werden an geeigneten Stellen Vertiefungsmöglichkeiten angegeben.

Rekursive Algorithmen werden von Schülern, die eine imperative Sprache wie Pascal lernen, häufig als schwierig und undurchschaubar angesehen. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt in der Tatsache, daß beim Erlernen solcher Sprachkonzepte lineare und kausale Denkweisen weiter unterstützt werden und ein ganzheitliches Denken und Planen in Wirkungszusammenhängen mit Rückkopplungseffekten wenig gefördert wird.

Nach mehreren Jahren Unterricht des Faches Informatik in der gymnasialen Oberstufe stelle ich immer mehr fest, daß der Unterricht, zumindest so wie er in NW konzipiert ist, zwar den Neigungen und Interessen der Jungen Rechnung trägt, aber keine Rücksicht auf die Bedürfnisse der Mädchen nimmt, bzw. ihre besonderen Zugangsweisen nicht beachtet. Er geht nicht auf ihre legitimen Forderungen ein, sodaß Mädchen sich zum großen Teil schon nach kurzer Zeit aus dem Informatikunterricht verabschieden. Trotz großen Engagements meinerseits gelingt es mir nicht, den Anteil der Mädchen hier entscheidend zu vergrößern.

Im Techplanspiel wird der Abschluß der Planungsaufgaben und die Inbetriebnahme einer mit neuer Technologie ausgerüsteten Fabrikhalle über den Zeitraum von 1,5 Jahren in vier Tagen simuliert. Aufgabe der Teilnehmer am Techplanspiel ist es, den extremen Wandel der Fertigungsstrukturen und der organisatorischen Abläufe, den die Einführung neuer Technologien mit sich bringt, zu bewältigen.

Die Bund-Länder-Kommission für Bildungsplanung und Forschungsförderung hat im Dezember 1984 ein Rahmenkonzept verabschiedet, das die Einführung einer informationstechnischen Bildung für alle Schüler der Sekundarstufen I und II vorsieht. Entsprechend diesem Konzept hat das Ministerium für Kultus und Sport in Baden-Württemberg zwei Schwerpunkte gesetzt die Entwicklung einer umfassenden Konzeption zur Behandlung der neuen Technologien im Unterricht der berufsbildenden Schulendie Überarbeitung und laufende Anpassung der Lehrpläne an die technologische Entwicklung.

Seit 1985 wird bei Volkswagen im Rahmen eines Modellversuches daran gearbeitet, die Ausbildung für Industriekaufleute zukunftsorientiert zu gestalten.

Am Beispiel eines Bereichsplanspiels zu Einkaufs- und Logistik-Entscheidungen (EULE) wird ein Lernarrangement und dessen Einordnung in den betrieblichen Ausbildungsprozeß von Industriekaufleuten vorgestellt. Dieses Planspiel soll Logistikkonzeptionen in Großunternehmen partiell simulieren, die bislang auf anderen Wegen den Auszubildenden aufgrund der Komplexität, Vernetztheit und Unanschaulichkeit der real existierenden Abläufe nur sehr unzureichend vermittelt werden konnten.

Die Diskussion der Wirtschaftsdidaktiker und Arbeitsmarktforscher darüber, wie die Entwicklungen im Bereich der Neuen Informationstechniken und ihre Auswirkungen auf Wirtschaft und Verwaltung im Curriculum der Berufsschule zu berücksichtigen seien, weist in folgenden Punkten Übereinstimmung auf: Der Unterricht sollte nicht hardwareorientiert sein.Die Vermittlung von Programmiersprachen wird für nahezu überflüssig gehalten.Die Arbeitssituation des kaufmännischen Sachbearbeiters, der seine Sachbearbeitung computerunterstützt erledigt, sollte der Ausgangs punkt curricularer Planung sein.Der Berufsschulunterricht sollte dazu beitragen, daß die Auszubildenden im jetzigen und zukünftigen beruflichen Wirkungsraum die Anwendungssoftware in den jeweiligen Funktionsbereichen sinnvoll und fachgerecht einsetzen können.Die DV-Anwendung ist im Fachunterricht zu integrieren. /1/, /2/, /3/, /4/

Als Mitarbeiter im Modellversuch „Integration einer informationstechnologischen Grund- und Fachbildung in den Berufsschulunterricht von Zahnarzt-, Arzt- und Apothekenhelferinnen (IBZIAA)“ wurde mir die Aufgabe gestellt, Möglichkeiten für den Einsatz von Branchensoftware in dem Unterrichtsfach „Abrechnungs- und Verwaltungskunde“ für Zahnarzthelferinnen aufzuzeigen, zu erproben und in entsprechenden Arbeitspapieren zu dokumentieren. Der auf einen möglichst großen Praxisbezug hin entwickelte Ansatz soll unter dem Leitsatz „Theorie und Praxis“ insbesondere die folgenden Fragen beantworten: a.Wie kann der für den Einsatz der Branchensoftware unabdingbar notwendige Praxisbezug sinnvoll in den Berufsschulunterricht integriert werden?b.Wie kann durch einen solchen Berufsschulunterricht eine Erhöhung der fachlichen und informationstechnologischen Qualifikation und Sozialkompetenz für alle Beteiligten erreicht werden?c.Welche methodischen und didaktischen Prinzipien erweisen sich für den Einsatz von Branchensoftware im Berufsschulunterricht als tragfähig?Die praktische Erprobung eines solchen Konzeptes hat an den Kaufmännischen Berufsschulen in Gelsenkirchen-Buer im Schuljahr 1988/89 stattgefunden. Eine weitere empirische Überprüfung der hier gewonnenen Erkenntnisse ist für das Schuljahr 1989/90 in Gelsenkirchen-Buer geplant.

In einem vom Bund und vom Land Nordrhein-Westfalen geförderten Modellversuch wurde in den Jahren 1986 bis 1989 am Landesinstitut für Schule und Weiterbildung in Soest die Konzeption für eine informations- und kommunikationstechnologische Grundbildung entwickelt und an 24 Modellschulen erprobt. In dieser Grundbildung sollen alle Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe I Anwendungen der neuen Informations- und Kommunikationstechnologien kennenlernen,ihre Grundstrukturen und Funktionen untersuchen undihre Auswirkungen reflektieren und beurteilen.

Häufig, wenn diese Frage gestellt wird, schwingt eine große Portion Skepsis mit. Gemeint ist nämlich: woher nimmt man in der Grundbildung eigentlich die Berechtigung, das, was dort unterrichtet wird, als Informatik zu bezeichnen? Wo doch jeder weiß, daß in der Grundbildung niemals systematisch Programme entwickelt werden können und zudem eine ganze Menge weiterer Inhalte zu behandeln sind, wie etwa die gesellschaftlichen Auswirkungen. Und das ganze wird auch noch zum Teil in Fächern verankert wie Deutsch oder Gesellschaftslehre und von Lehrerinnen und Lehrern unterrichtet, die der Informatik von Haus aus eher „abgewandt“ sind. Muß da die Informatik nicht zwangsläufig auf der Strecke bleiben?

Dem Deutschunterricht wird im Rahmen der Informationstechnischen Bildung die Funktion zugewiesen, den naturwissenschaftlichen und technischen Zugang zur elektronischen Datenverarbeitung zu ergänzen durch emotionale und kritische Dimensionen. Der Vortrag versucht, den in dieser Aufgabenverteilung liegenden Gefahren einer weiteren Polarisierung von Geistes- und Naturwissenschaften eine Konzeption entgegenzusetzen, die vom gemeinsamen Anliegen beider Bereiche ausgeht, nämlich der Erziehung zu bewußter, also rationaler Durchdringung der Realität. „Formulierung“ und „Formel“ stehen für zwei verwandte Möglichkeiten, Überlegungen sprachlich überlegt und allgemeinverständlich zu vermitteln.

In einem knappen Überblick werden verschiedene Arten einer interaktiven Benutzerführung beschrieben. Anschließend werden Forderungen erhoben, die an Benutzeroberflächen zu stellen sind, die im Bildungsbereich eingesetzt werden. Die an unserem Institut entwickelte grafische Benutzeroberfläche HWindow wird vorgestellt.

In dem Projekt „Computer als Unterrichtsmedium“ (CUM), einem Schulversuch des Landes Rheinland-Pfalz, werden Einsatzmöglichkeiten von Mikrocomputern als Medium in verschiedenen Fächern im Gymnasium geprüft und gefördert. Hier soll speziell der Einsatz im Experiment im naturwissenschaftlichen Unterricht betrachtet werden.

Die Modellbildung als Praxisform wissenschaftlichen Arbeitens hat große Bedeutung insbesondere in den Naturwissenschaften, aber auch in Geographie, Ökonomie und den Sozialwissenschaften. Ihre Behandlung in der Schule hat neue Impulse durch den Informatikunterricht bzw. die Informationstechnische Grundbildung erhalten. Ihrer Realisierung außerhalb des Informatikunterrichts standen bisher nicht unerhebliche Hemmnisse im Weg. So kann im Fachunterricht nicht vom notwendigen Vorwissen bzgl. Rechnernutzung oder Programmierung ausgegangen werden, das z.B. die Modifikation vorgegebener Simulationsprogramme oder die eigenständige Modellimplementation erlauben würde.

Der Einsatz von Netzen in der Schule ist arbeitsökonomisch und pädagogisch sinnvoll, erweitert den Rahmen der Computernutzung erheblich, ist von den Kosten her vertretbar und bietet eine Perspektive für die Zukunft.

Erste Ansätze zur Telekommunikation im Bildungsbereich liegen zur Zeit von sehr unterschiedlichen Institutionen vor, z. B. in Form von Arbeitsgruppen der Europäischen Gemeinschaft, aber auch der Gesellschaft für Informatik, in Form von Schul- oder Modellversuchen verschiedener Bundesländer wie Bayern, Baden-Württemberg, Berlin, Hessen, Nordrhein-Westfalen, Niedersachsen, Schleswig-Holstein oder Rheinland-Pfalz. Die deutsche Bundespost ist dabei zunehmend bemüht, im Rahmen ihrer derzeitigen Möglichkeiten Hilfestellung zu leisten. Kennzeichen aller bisherigen Überlegungen und ersten Versuche sind, daß es sich entweder nur um Absichtserklärungen oder von vornherein um zeitlich, räumlich und finanziell sehr eingeengte Aktivitäten handelt, die sich leider nicht auf eine allgemeine Einführung der Telekommunikation im Bildungsbereich übertragen lassen.

In den Unterrichtseinheiten zur informationstechnischen Grundbildung steht i.a. der Computer sehr im Vordergrund. Andere neue Medien werden vernachlässigt. Mit dem Bildschirmtext-System der Deutschen Bundespost besteht eine einfache Möglichkeit, diesen Mangel auszugleichen.

Seit Mitte 1988 führt die Beratungsstelle für Neue Technologien des Landes Nordrhein-Westfalen im Landesinstitut für Schule und Weiterbildung (Soest) den Modellversuch SODIS durch. Er wird aus Mitteln des Bundesministers für Bildung und Wissenschaft und des Kultusministers des Landes Nordrhein-Westfalen von Juli 1988 bis Juni 1991 gefördert. Im Rahmen des Modellversuchs soll ein für den Bund und alle Länder zugängliches Informationssystem über Unterrichtssoftware aufgebaut werden.

Ob computerunterstütztes Lernen (CUL) in den 90er-Jahren seinen Platz im etablierten Feld der „neuen“ Lernmethoden oder auf dem teuren, wenngleich musealen mediendidaktischen Ruinenfeld finden wird, ist eine offene Frage. Derzeit scheint CUL ebenso aktuell wie umstritten! Unter den zahlreichen Fragestellungen interessiert in diesem Beitrag der Einfluß des Mediums Computer auf die Kommunikationsstrukturen beim Lernen: Was bedeutet es, wenn beim Lernen eine technische Apparatur — wie der Computer — zwischen die Menschen tritt? Begünstigt der Ansatz des CUL die Technisierung der Pädagogik, oder fördert er die Päd- agogisierung der Technik? Präformiert das Medium Computer eine Kommunikationsstruktur, in der der Lerner zum Abnehmer von Wissen wird, oder ist er auch in der Rolle des Jez/nehmers denkbar, in dem er seine individuellen Erfahrungen und Bedürfnisse in den Lernprozeß einbringen kann? Begründet die Interaktivität des Computers dessen Überlegenheit gegenüber anderen Lernarrangements, oder stellen die kommunikativen Grenzen des Mediums zugleich dessen Achillesferse dar? Diese noch sehr groben Denkbilder mögen die Relevanz des CUL im Hinblick auf die Kommunikationsstrukturen beim Lernen andeuten.

Ziel dieses Beitrags ist eine didaktische Rechtfertigung der vielfach kritisierten konventionellen Unterrichtssoftware. Die Erfahrungen mit den Programmen des ITG — Leitfaches Wirtschafts- und Rechtslehre an den bayerischen Gymnasien beweisen, daß der traditionelle computerunterstützte Unterricht unter bestimmten Voraussetzungen effektiv sein kann. Deshalb wird das „kleine“ Unterrichtsprogramm auch nicht verdrängt werden, wenn es der Fachdidaktik in einigen Jahren im Zusammenwirken mit der Informatik gelingen sollte, in breitem Umfang „anspruchsvolle“ oder „intelligente“ Unterrichtssoftware für die Fächer der politischen Bildung bereitzustellen.

(i)Zur gegenwärtigen Situation(ii)Das Aufstellen und Herstellen von Konstruktionsvorschriften stellt eine Basis für die Idee des Algorithmus dar, die genetisch vor jedem Umgang mit dem Computer liegt.(iii)Computer, Drucker und Plotter treten in einem zeitgemäßen Geometrisch — Zeichenunterricht als neue Werkzeuge zu den traditionellen Zeichengeräten Zirkel, Lineal, Bleistift und Feder hinzu.(iv)Die behutsame Einführimg des Computers in den Geometrisch — Zeichenunterricht bedarf einer ausführlichen und breiten Diskussion der inhaltlichen und gestaltenden Aspekte des Unterrichts möglichst vieler Geometrie- und Informatiklehrer.

Der Themenkomplex „Analytische Geometrie in vektorieller Darstellung“ ist — sowohl in Grundkursen (Halbjahr 13/1) als auch i n Leistungskursen (Halbjahr 12/1) — fester Bestandteil der rheinlandpfälzischen Lehrpläne für das Fach Mathematik in der gymnasialen Oberstufe. In den Grundkursen liegt dabei der Schwerpunkt durchgängig auf der Beschreibung geometrischer Sachverhalte und der Lösung geometrischer Probleme mit Hilfe algebraischer Begriffe und Verfahren; bei Leistungskursen kommen als gleichwertige Themen hinzu: die Theorie linearer Gleichungssysteme, die Behandlung endlichdimensionaler Vektorräume sowie affine Abbildungen durch Matrizen. In jedem Fall sind die Zusammenhänge zwischen Vektorgleichungen im R3 und den geometrischen Objekten „Punkt“, „Gerade“ und „Ebene“ im Anschauungsraum zentrale Inhalte des Unterrichts.

Innerhalb des durch den Bund geförderten rheinland-pfälzischen Modellversuchs „CUM“ (Der Computer als Unterrichtsmedium) wurde nach Unterrichtseinheiten im Mathematik-Curriculum des Gymnasiums gefahndet, bei denen sich der Rechnereinsatz lohnt. Hier bilden die Farb-Graphik-Möglichkeiten des Personal Computers einen Schwerpunkt dieser Bemühungen.