Kurs Fachwissenschaft Informatische Bildung

Allgemeines

Die Grundstruktur des Kurses ist zentral durch die 7 grossen Themen der Informatik geprägt, die inhaltlich den roten Faden der 14-wöchigen Veranstaltungsreihe bilden. Jeder der 7 Themenbereiche wird jeweils innerhalb von zwei Wochen (d.h. 2 Veranstaltungen zu je 2 Semesterwochenstunden) behandelt.

In dem ersten Modulteil "Fachwissenschaft Informatische Bildung" lernen die Studierenden grundlegende Inhalte kennen und erlangen Grundkompetenzen in den Bereichen der Informatik und der Medienbildung. Dadurch sollen sie gerüstet sein, als Primarschul-Lehrpersonen ihre Schülerinnen und Schüler im Unterricht fachkundig zu begleiten. Ein zentrales Element dieses Kurses ist die Vermittlung des Konzepts und der Anwendung von Computational Thinking - das Denken, um mit dem Computer Probleme zu lösen. Dazu gehört auch, dass Studierende Grundkenntnisse im Programmieren erwerben.

Folgende Kompetenzen werden aufgebaut. Die Studierenden...

lernen den Computational Thinking-Prozess im Sinne von Problemformulierung (Abstraktion), Repräsentation von Lösungen (Automation), Ausführung und Bewertung von Lösungen (Analyse) kennen und können diesen im Rahmen eigener Projekte und verschiedener Kontexte anwenden.
entwickeln anhand von konkreten Beispiele kleine Programme. Mit Computer Science Unplugged werden erste Gehversuche ohne Computer gemacht. In grafischen Programmierumgebungen (Block-Programmierung) erzeugen sie funktionierende Computerspiele und Simulationen, bevor sie mit textbasiertem Code noch etwas tiefer in die Funktionsweise von Computern hineinsehen.
betrachten das Konzept von Computational Thinking im Kontext anderer Fachbereiche.
kennen die gesellschaftliche Relevanz der Informatik und digitaler Medien und können ihre Auswirkung in unterschiedliche Lebensbereichen nachvollziehen (z.B. Wissenschaft, Wirtschaft, Kunst).
können digitale Inhalte produzieren und reflektieren deren Nutzung, Bedeutung und die Wirkung kritisch.

Im Detail: Die Veranstaltungen über die 7 grossen Themen

Kreativität (Semesterwochen 1&2)

"Computing"/Informatik ist eine kreative Aktivität, die Innovationen schafft und dabei hilft, Sachverhalte besser zu verstehen. Das Thema KREATIVITÄT betrachtet die Informatik oder den Computer als Werkzeugset um Probleme zu lösen. Nur wenn man kreativ mit diesem Werkzeug arbeitet, können auch Lösungen gefunden werden. Die kreative Nutzung des Computers ermöglicht Innovationen und die Genese von Wissen.

Informatik schafft Innovationen in vielen Teilen der Gesellschaft

Die Informatik dringt in fast alle Lebensbereiche vor und verändert sie. Die Innovationen finden jedoch bloss in kleinerem Umfang in der Informatik selbst statt, sondern helfen vor allem in anderen Disziplinen, Probleme auf eine neue Weise anzugehen. Gleichzeitig bedeuten Innovationen auch Veränderungen, die Ängste auslösen können.

Informatik eröffnet neue Forschungsmöglichkeiten und schafft Wissen

Viele Forschungen wären heute ohne den Einbezug von Informatik undenkbar. Sei es, dass man durch Simulationen oder Netzwerkanalysen neue Zusammenhänge entdeckt. Oder dass die Informatik die Kommunikation und die Kooperation erleichtert und damit das Management von Informationen und Wissen verbessert.

Zentrale Fragen

Was ist Kreativität?
Was ist ein digitales Artefakt?
Inwiefern hilft Kreativität bei der Entwicklung von digitalen Artefakten?
Wie können Programmieren und digitale Werkzeuge kreative Prozesse begünstigen?
Inwiefern erweitern digitale Werkzeuge traditionelle Erfahrungen und Ausdrucksweisen?

PDF der Folien beider Veranstaltungen folgen in Kürze.

Abstraktion (Semesterwochen 3&4)

ABSTRAKTION reduziert die Informationen und spart unwichtige Details aus, um sich auf das Wesentliche zu konzentrieren. Menschen abstrahieren andauernd, um die Komplexität der Realität zu reduzieren. So ist beispielsweise der Gebrauch der Sprache ist eine Abstraktion um z.B. einer anderen Person etwas zu erklären oder sie von etwas zu überzeugen. Der Code dafür ist die Sprache. In der Informatik ist die Abstraktion die zentrale Problemlösungsstrategie. Es ist sowohl der Prozess, die Strategie wie auch das Resultat von Komplexitätsreduktion, sich auf die relevanten Parameter zu fokussieren, um Probleme zu verstehen und zu lösen. Die Studierenden lernen verschiedene Konzepte kennen, um die Realität zu abstrahieren, damit sie mit Menschen oder dem Computer kommunizieren können. Dabei lernen sie verschiedene Formen von Abstraktionen kennen.

Abstraktion von Daten

Welche Aspekte der Umwelt sind überhaupt digital abstrahierbar und wie funktioniert diese Abstraktion. Wie funktioniert beispielsweise die Codierung von Text, Ton, Bild, 2D- und 3D-Welten oder Geodaten.

Abstraktion von Strukturen

Wie können Daten strukturiert werden (als digitale Karten, Diagramme, Tabellen, relationale Datenbanken, Netzwerke)

Abstraktion von Abläufen

Die Abstraktion von Daten und Strukturen sind statisch. Die Informatik will Daten aber nicht bloss sammeln und strukturieren, sondern mit ihnen arbeiten, mit ihnen interagieren und sie modellieren. Hierzu gibt es Konzepte, wie die Kommunikation Mensch-Computer und Computer-Computer geschehen kann.

Zentrale Fragen

Wie können unterschiedliche Daten, physische Phänomene und mathematische Konzepte mit dem Computer repräsentiert werden?
Inwiefern dient die Abstraktion dabei Programme zu schreiben, digitale Artefakte zu erstellen und Probleme zu lösen?
Inwiefern helfen berechenbare Modelle und Simulationen, neues Wissen und Verständnis aufzubauen?

PDF der Folien folgt in Kürze.

Daten (Semesterwochen 5&6)

DATEN und INFORMATIONEN erleichtern die Genese / das Schaffen von Wissen Der Computer ermöglicht und begünstigt neue Methoden der Informationsverarbeitung. Dies führt zu enormen Veränderungen in verschiedenen Disziplinen (Kunst, Wirtschaft und Wissenschaft)

Die Digitalisierung führt zu einer Flut von Daten

Das Sammeln aber auch das Auswerten von Daten wird durch die Digitalisierung enorm vorangetrieben. Menschen verwenden den Computer, zum übersetzen, auswerten und visualisieren von Rohdaten und so Informationen oder Wissen zu generieren. Die Informatik erleichtert und ermöglicht ein neues Verständnis für Daten und Informationen welches das Wissen der Welt konstituiert.

Medienthemen

Daten werden heute klassischerweise nicht mehr primär durch den Staat und die Wissenschaft gesammelt, sondern insbesondere durch global operierende Internet und Computerfirmen (Google, Microsoft, Apple, Facebook und Amazon). Damit wird insbesondere der Datenschutz in Frage gestellt.

Hier stellt sich die Frage, wie gewisse Algorithmen (z.B. neuronale Netze) dann auch konkrete Entscheidungen treffen, ohne dass der Ingenieur sagen kann, weshalb dies der Computer tut.

Zentrale Fragen

Wie kann der Computer eingesetzt werden, um Menschen bei der Verarbeitung von Daten und Information zu unterstützen und so Wissen und Erkenntnis aufzubauen?
Wie kann der Computer eingesetzt werden, um das Erkunden und Entdecken bei der Arbeit mit Daten zu erleichtern?
Welche Überlegungen und Abstriche müssen bei der digitalen Verarbeitung von Daten gemacht werden?
Welche Möglichkeiten bieten riesige Datensätze (Big Data) beim Probleme Lösen und dem Erkenntnisgewinn?