Ziele und Inhalte des Informatik- unterrichts

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!t/lj)K1(/l ZDM 9311 hinzunehmen, sondern sie -ungeachtet des Autoritätsanspruchs, mit dem sie erhoben werden -zu hinterfragen. In diesem Bildungszielklingt das kantische "Habe den Mut, dich deines eigenen Verstandes zu bedienen!" nach. 5) In der Förderung von Phantasie und Kreativität kommt die Bildungsdimension der ästhetischen GestaltUngsfähigkeit und auch die handwerklich-technische; Seite zum Ausdruck. 6) Mit Verantwortungsbereitschaft als Ziel wird die moralisch-politische Dimension des Bildungsbegriffs angesprochen. Verantwortung hat sich dabei auf die Mitmenschen und die Nachgeborenen, die Produkte menschlicherArbeit sowie die Natur zu beziehen. 1.2 Bezugswissenschaften derinformatik in der Schule Eine gängige Charakterisierung der Informatik lautet: "Informatik beschäftigt sich mit der Untersuchung informationeller ,Prozesse, und zwar sowohl ihrer Struktur nach als auch im Hinblick auf ihre Realisierung mittels informationsverarbeitender Automaten". Die Bezeichnung "ihrer StruktUr nach" weist auf die Rolle der Infor- { matik als Strukturwissenschaft, die Formulierung "Reali- Vsierung mittels informationsverarbeitender Automaten" auf ihre Bestimmung als Technikwissenschaft hin. Umfassender ist die Umschreibung von Informatik als " Wissenschaft von der VerarbeitUng von Informationen in Natur, Technik und Gesellschaft". Damit soll eine "deutliche Abgrenzung gegenüber der weit verbreiteten Ansicht gesetzt werden, die Informatik sei die Wissenschaft lediglich von der technischen Verarbeitung von Informationen" (Kerner 1990, S. 192). Denn nicht nur beim Menschenbzw. in der menschlichen Gesellschaft, sondern in der gesamten belebten Welt gibt es informationelle Prozesse. Verfolgt man diesen Gedanken weiter, wird man zur Einsicht geführt, daß die Informatik in der Schule bei der Wahl ihrer Bezugswissenschaft sich nicht auf die gleichnamige Hochschuldisziplin beschränken dürfe, sondern daß diese Funk - tion den Informationswissenschaften in ihrer Gesamtheit, nämlich Kybernetik, Systemtheorie, Informationstheorie, Linguistik und Kogriitionswissenschaft (mit der KI-Forschung als informatischem Ableger) zukomme. Neben Materie und Energie ist nämlich I nformation die (}ritte fund~mentale ~a~~g~rie der realen. Welt. Wie Physi.k und Chemie (und die ubngen Naturwissenschaften) die materiell-energetische, so erforschen die Informationswissenschaften die informationelle Struktur der Welt. Biologie und naturwissenschaftliche Anthropologie stehen im Schnittpunkt beider Wissenschaftsgruppen. Die Vermutung scheint berechtigt, daß mit den Informationswissenschaften ein Wissenschaftstyp entstanden ist, der die traditionel!e Kluft zwischen Natur- und Geisteswissenschaften überbrücken könnte. Während "Bildung" ursprünglich von den Geistes- (oder Kultur- ) Wissenschaften her definiert wurde, dann im 19. Jahrhundert die klassischen Naturwissenschaften in sich aufnahm,ist sie nun dabei - als Beitrag des 20. Jahrhunderts zum Bildungsbegriff - auch die Informationswissenschaften in sich zu begreifen. Das Fach Informatik ist gemäß dieser Auffassung als "Statthalter" der Informationswissenschaften in der Schule zu konzipieren, es hat deren Bedeutung für das Verständnis der Welt und des Selbst zu reflektieren. Dabei geht es nur am Rande um Computer: Informatik in jenem Sinne ist keine "Computerwissenschaft" -vielmehr geht es um den viel weiteren Informationsbegriff und sein umfeld in Natur, Technik und Gesellschaft. Die Informa- \ tionswissenschaften und damit die Informatik in der Schule haben viel mehr mit Gegenständen der Geisteswissenschaften wie Sprache, Wissen, Bewußtsein und Lernen zu tun als jedes andere Fach des "mathematisch-naturwissenschaftlichen Aufgabenfelds" . Informatik hat insbesondere die Aufgabe, die Errungenschaften des menscWichen Geistes, welche mit den Namen Pascal, Leibniz, Babbage, Boole, Frege, Hilbert, , Gödel, Turing verknüpft sind, der Schule zu erscWießen. Diese werden mit gleichem Recht zu den grundlegenden Bildungsinhalten gerechnet wie z. B. Homers Ilias, Platons Staat, Tacitus' Germania, Newtons Mechanik, Goethes Wilhelm Meister, Kants Kritik derreinen Vernunft,Einsteins Relativitätstheorie, DarwinsAbstammungslehre. 2. Didaktische Ansätze " ;' Di~aktik stellt sich die Aufgabe, die Transparenz komplizierter Daten- und Algorithmenstrukturen so zu erhöhen, daß menschliche Veranrwortung wahrgenommen werden kann. Moderne Benutzeroberflächen lösen dieses Bildungsproblem nicht- Reger Die Informatik in der Schule hat trotz ihres vergleichsweise geringen Alters bereits einige "Paradigmenwechsel" hinter sich. Die im folgenden dargestellten Ansätze dürfen allerdings nicht als historische Stadien verstanden bzw. mißverstanden werden, bei denen eine Phase die jeweils frühere überwindet und ablöst. Vielmehr hat jede dieser Phasen einen wesentlichen Beitrag zu unserem heutigen Bild von Informatik geliefert und ist weiterhin -wenn auch nicht mit der ursprünglich beanspruchten Ausschließlichkeit -lebendig. 2.1 Vorgeschichte (bis etwa 1970) Das rasche Eindringen der Informatik in die Schule wird verständlich, wenn man sich vergegenwärtigt, daß jene eine lange Vorgeschichte hat. Angeregt d\;1rch Schriften wie "Automat und Mensch" (Steinbuch), "So denken Maschinen" (Adler), "Das Bewußtsein der Maschinen" (Günther) und viele andere, die im Gefolge der Kybernetik in den sechziger Jahren in dichter Folge erschienen waren, bezogen engagierte Lehrer Fragen dieser Art in den Unterricht ein. Einige typische didaktische VerÖffentlichungen (MNU) aus jener Zeit: "Logisches Verhalten von Gehirn und Elektronengehirn" (1968), "Spielende und lernende Automaten" (1969),"Kalküle und Rechenautomaten" (1965). Zusammenfassend läßt sich diese Phase wie folgt beschreiben: Die Fragestellung ist logisch-kybernetisch und interdisziplinär angelegt (mit Bezügen zu Biologie, verhaltenslehre und Linguistik); als Lehrgeräte werden Digitalbausteine (z. B. Simulog) verwendet. Es handelt sich um Vorschläge zur Ergänzung und Bereicherung des Unterrichts, etwa in Arbeitsgemeinschaften; in Lehrplänen ist von Informatik noch nicht die Rede. 2.2 Hardwareorientierter Ansatz (bis etwa 1976) U ms Jahr 1965 werden die ersten Unterrichts- bzw. SchulversUche zur "Datenverarbeitung" im engeren Sinne unternommen, das Thema wird auf das Verständnis der Hardware realer Datenverarbeitungsanlagen eingeschränkt. Im Vordergrund steht nunmehr der Bau digitaler Schaltnetze und Schaltwerke sowie das Programmieren an Modellrechnern (z. B. DSR 2000), dabei ist die Funktion der Schaltbausteine und die grundsätzliche Arbeitsweise von Datenverarbeitungsanlagen von Interesse. AlgolU
"LD"l\'l7:./~ AnaJysc;n rithmen werden in Gestalt von Flußdiagrammen beschrieben, Variablenbegriff und Wertzuweisung am Modell der Schließfachanlage veranschaulicht. Der didaktische Stand ist etWa in der "Rechnerkunde" von Frank und Meyer dokumentiert. Zusammenfassend läßt sich dieser Ansatz wie folgt kennzeichnen: die Lernziele richten sich auf die logischen Grundlagen der Datenverarbeitung und ihre technische Realisierung, die Anwendungen liegen hauptsächlich auf numerischem Gebiet, als Geräte stehen neben Digitalbausteinen und Modellrechnern tastenprogrammierbare Tischrechner (HP 9810, Wang, Monroe usw.) zur Verfügung. Etwa seit 1970 werden in zunehmendem Maß Modellversuche auf Länderebene zum Thema "Informatikunterricht in der Sekundarstufe II" durchgeführt; diese bilden die Grundlage der ersten LehrplanentWürfe. 2.3 Softwareorientierte Ansätze (seit 1976) Mitte der siebziger Jahre beginnt eine Umorientierung der didaktischen Diskussion; richtungweisend dafür ist die Empfehlung der Gesellschaft für Informatik über "Zielsetzungen und Inhalte des Informatikunterrichts" (GI 1976). Die Abkehrvom bisherigen Konzeptwird wiefolgt artikuliert: " Gegenstand des Informatikunterrichts ist in erster Linie nicht die technische Funktion des Rechners. Vielmehr erscheint es wesentlich, Möglichkeiten der Anwendung des Rechners sowie Auswirkung und Grenzen des Einsatzes von Rechenanlagen zu kennen und zu erkennen". Als Zielsetzungen des Informatikunterrichts werden genannt: (1) die Fähigkeit, algorithmische Lösungen von Problemen systematisch zu finden, {2) diese als Programm zu formulieren, (3) das Gelernte durch Anwendung auf praxisorientierte Probleme zu vertiefen, (4) die Auswirkungen der DatenverarbeitUng auf die Gesellschaft zu erkennen und (5) das Gelernte möglicherweise durch Erarbeitung theoretischer oder technischer Grundlagen der Informatik zu vertiefen. 2.3.1 Anwendungsorientierung Mit erstaunlicher Naivität wird etWas für praktisch gehalten, nur weil es die Theorie meidet. Schubert Im Modellversuch "Ecis" des Bundeslandes Berlin, der bereits die SekundarstUfe I einbezieht, wird am GI-Konzept Kritik geübt. Man wirft diesem vor, daß es erstens zu stark an der Systematik des Hochschulfaches Informatik orientiert sei ("Algorithmik pur"), daß es zweitens nicht oder zu wenig auf die individuelle LebenssitUation und die Interessen der Schüler eingehe und schließlich drittens Problemlösefähigkeiten unabhängig von Inhalten zu vermitteln suche. Die Berliner vertreten einen Ansatz, den sie "anwendungsorientiert" nennen, da er den Vorgang der M odellbild~ng stärker betont und sich an den Methoden des professionellen Software-Entwurfs orientiert. Es wird ein im Software Engineering entWickeltes FÜnf-Phasen- Modell als "didaktisches Modell" in den Unterricht übernommen. Die gesellschaftlichen Auswirkungen sollen in der letzten Phase mitbehandelt werden. Trotz offenbar berechtigter Einwände- vor allem gegen die herrschende Unterrichtspraxis -konnte der "anwendungsorientierte" Ansatz indes seinen eigenen Ansprüchen nicht genügen. Zwei kritische Stimmen aus jüngster Zeit seien dazu zitiert. Forneck weist daraufhin,daß jenem "eine soziologische bzw. kultUrkritische und historische Analyse der Auswirkungen der Informatik" vorgeordnet sei. Da aber gleichzeitig am algorithmischen Problemlösen festgehalten werde, "stellt sich das Problem, wie all das in einem Fach und von einem Lehrer verantwortlich geleistet werden soll". Und weiter: "Dieser Anspruch, die vielschichtigen Probleme der Computeranwendung zu behandeln, muß ein Fach und die lehrenden Personen überfordern" {Forneck 1990, S. 37). Zur ausschließlichen Orientierung des "anwendungsorientierten" Informatikunterrichts an den Arbeitsmethoden des Software Engineering {Koerber 1991, S. 306) nimmt Ambros dezidiert wie folgt Stellung: "Ich halte diese Vorstellung für unrealistisch, didaktisch verfehlt und pädagogisch fragwürdig". Begründung: "Es ist geradezu absurd, unter Berufung auf das pädagogische Projekt der Arbeitsschule als Vorbild für soziales, emanzipatorisches, humanes, möglichst noch leistungsneutrales, Lernen einen Berufszweig zu nehmen, zu dessen Wesen knallharte Konkurrenz, Kalkulation und Leistungsausbeutung gehör-en. Soziale und selbstbestimmte Lernkomponenten in der pädagogischen Schutzhütte und industrielle Effizienz in der Wettbewerbssituation sind unvereinbar wie Feuer und Wasser" {Ambros 1993, S. 5). Falsch verstandene Anwendungsorientierung unternimmt es, die Schüler über Handlungsfelder des praktischen Lebens {von der Heizölgewinnung über das Algenwachstum in Teichen bis zur Rolle der Gewerkschaften in einem Autohaus) zu informieren und wird damit zu einer ArtSach-, Sozial- und Umweltkunde. Richtig verstandene Anwendungsorientierung nimmt jene Situationen lediglich als Ausgangspunkt eines gedanklichen Prozesses, der von den wechselnden Anwendungsfällen abstrahiert, um die invarianten informatischen Strukturen herauszuarbeiten. Das Verdienst des "anwendungsorientierten" Ansatzes besteht darin, auf die Bedeutung der Ziele {3) und {4) der GI-Empfehlungen hingewiesen und erste Schritte in Richtung einer Unterrichtsmethodik für Informatikprojekte getan zu haben. Anfechtbar ist seine Überschätzung der Anwendungen: Wie wichtig diese auch sind, zur ausschließlichen Legitimation des Informatikunterrichts und zu seiner Strukturierung taugen sie nicht. 2.3.2 Algorithmenorientierung Bezugnehmend auf die GI-Empfehlung von 1976 bestimmen Claus und Schwill die Informatik als algorithmenund anwendungsbezogene Methodenwissenschaft, die Methoden zur Spezifikation und zum EntwUrf von Software bereitstellt, den Programmerstellungsprozeß unterstützt und Techniken zur Darstellung und Realisierung von Problemlösungen sowie zur Analyse und Verifikation von Programmen erarbeitet {Claus / Schwill 1986). Es werden u. a. folgende Informatikmethoden genannt: {1) Strukturierte Programmierung, Modularisierung, begleitende Dokumentation; {2) Zerlegung komplexer Abläufe in Einzelschritte; {3) Spezifikation von Anforderungen an die zu entWickelnde Software; {4) Denken in Datenstrukten, Datenabstraktion; {5) Verifikation (Korrektheitsnachweis bzw. Teststrategien); {6) Verständnis für Syntax und Semantik von Spezifikations- und Programmiersprachen; {7) Bewertung von Algorithmen bzw. Programmen durch Aufwandsanalyse bezügl. Zeit und/oder Speicherplatz; {8) Programmierkonzepte wie z. B. Rekursion, Nichtdeterminismus, Nebenläufigkeit; {9) Modellierungsbzw. Simulationstechniken; {10) Arbeitsteiliges Vorgehen. Kritisch ließe sich einwenden, daß Inhalte zum Thema "Aufbau und Funktionsweise von Computersystemen" gemieden werden. Diese Haltung ist indes aus der historischen Situation {Abkehr vom hardwareorientierten 11
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