L E H R E R W E T T B E W E R B - Science on Stage Deutschland

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+ life + science www.lifeandscience.de l i f e + science L E H R E R W E T T B E W E R B Konrad Zuse – Ein Visionär zwischen null und eins l i f e Mai/Juni 2006 Dokumentation des Lehrerwettbewerbs zum Infomatikjahr 2006 + science l+s_02_06_lehrerheft.indd 21 26.04.2006 11:31:07 Uhr + + + L E H R E R - S P E C I A L + + + L E H R E R - S P E C I A L + + + L E H R E R - S P E C I A L + + +


Inhalt 1. Platz Zuseum – Ein Projekt aus der Schule, mit Schülern, für Schüler … und allen anderen ANDREAS SAMUEL 2 2. Platz Mit Meilensteinen komplexe Projekte in den Griff bekommen SABINE SEIWALD 4 3. Platz Visionen zwischen null und eins auf der Bühne STEFAN WEIERICH, WINFRIED ZIEGLER, CHRISTIAN FAUSER, PETER HIEN 6 4. Platz Spielerisch den Unterricht bereichern HANNELORE BARTHEL 8 5. Platz Vom Problem zum Programm – interdisziplinärer Unterricht in drei Teilen REINHARD WOLLHERR 10 6. Platz Zuse im Rückblick präsentiert MONIKA STROHR, KIRSTEN BOLZ 10 7. Platz Konrad Zuse – Ein Pionier der Rechentechnik BARBARA BILLAUDELLE 12 8. Platz Bau eines Addierers mit Transistoren WERNER MIEDL 13 Konrad Zuse – Ein Visionär zwischen null und eins Der Geburtsort des modernen Computers liegt nicht etwa im US-amerikanischen Silicon Valley, wie viele Leute denken, sondern in Berlin. Dort bastelte der Ingenieur Konrad Zuse in den 30er und 40er Jahren in einer kleinen Wohnung die weltweit ersten Rechner, die auf Grundlage des binären Zahlensystems arbeiteten und für verschiedene Aufgaben frei programmierbar waren. Wenig später entwickelte er die erste universelle höhere Programmiersprache mit Namen Plankalkül. Trotz seiner Leistungen ist Konrad Zuse nur allzu wenigen Menschen ein Begriff. Darum hat life + science zusammen mit THINK ING., CISCO SYSTEMS und Science on Stage Deutschland e.V. für das Informatikjahr 2006 die Lehrerinnen und Lehrer der Sekundarstufen I und II zur Teilnahme am Wettbewerb „Konrad Zuse – Ein Visionär zwischen null und eins“ aufgerufen. Unter der Schirmherrschaft von Dr. Ing. Horst Zuse, dem ältesten Sohn des Erfinders, waren Unterrichtskonzepte und -projekte gesucht, die das Leben und Werk Konrad Zuses in seinen unterschiedlichen Aspekten für die Schule aufbereiten. Als Mensch mit vielfältigen Interessen bot Konrad Zuse, der neben seiner erfinderischen Tätigkeit auch als Schauspieler und Maler aktiv war, außer für die Fächer Informatik, Mathematik, Naturwissenschaften und Technik auch Ansatzpunkte für geschichtliche, geistes- und sozialwissenschaftliche Fächer. Dementsprechend waren besonders praktische und fächerübergreifende Konzepte gefragt. Der Jury oblag die schwere Aufgabe zu entscheiden, welche Einreichungen das Ziel, die Entwicklung und Bedeutung der Informationstechnologie als Grundlage für den modernen Alltag zu vermitteln, am besten umgesetzt haben. Dabei bewertete sie die fachliche Richtigkeit, Originalität und Kreativität, Interdisziplinarität, didaktische und methodische Aufbereitung sowie die Umsetzbarkeit im Unterricht. Ausgezeichnet wurden schließlich Unterrichtskonzepte, die auch anderen Schulen Anregung für die Praxis geben. In dem vorliegenden Sonderheft von life + science werden die prämierten Arbeiten kurz vorgestellt. Die kompletten, ungekürzten Unterrichtskonzepte aller Preisträger können im Internet unter www.science-on-stage.de angesehen und heruntergeladen werden. Viel Spaß beim Lesen und Entdecken! l+s_02_06_lehrerheft.indd 22 26.04.2006 11:31:09 Uhr


Grußwort Privatdozent Dr.-Ing. Horst Zuse (TU-Berlin, Gastprofessor an der FH-Lausitz) Es gibt heutzutage kaum eine Arbeitsstelle auf dem Planeten Erde, die ohne die Unterstützung von Computern auskommt. Wo man hinschaut stehen Bildschirme und Tastaturen. Computer mit ihrer Software greifen in fast alle Lebensbereiche des Menschen hinein. Das Internet, das eine weltweite Kommunikation mit wenigen Mausklicken ermöglicht, hat fast niemand vorhergesehen. Am Anfang der Entwicklung der Computer standen die Durchführung wissenschaftlicher Rechnungen im Vordergrund, heute sind es vielfältige Aufgaben und Anwendungen, wie z.B. die mathematische Modellierung von Abläufen im täglichen Leben. Die schnellsten Computer werden heutzutage u.a. in der pharmazeutischen Industrie eingesetzt. Die menschliche Zelle und gefährliche Krankheitserreger sollen modelliert werden, um zu verstehen, wie deren Funktionen sind. Immer neue gefährliche Viren und Krankheiten tauchen auf, die dem Menschen sehr schnell gefährlich werden und Millionen Menschenleben fordern können. Nur wenn wir verstehen, wie z.B. der Virus H5N1 genau funktioniert und mutiert, haben wir eine Chance, Millionen von Toten durch eine Pandemie zu vermeiden. Das Forschungs- und Lehrgebiet, welches sich mit dem Einsatz von Computern beschäftigt, heißt Informatik. Es befasst sich mit allen Aspekten der automatischen Datenverarbeitung einschließlich der Wechselwirkungen mit dem gesellschaftlichen Umfeld. Im Jahr 2006 jährt sich zum 70sten Mal das Jahr an dem Konrad Zuse mit der Konstruktion der Rechenmaschine Z1 im Jahr 1936 begann. Konrad Zuse führte die Boolesche Logik und das binäre Gleitkommazahlensystems (Null und Eins) konsequent in seine Rechenmaschinen ein und baute damit einen Digitalrechner. Jeder Computer heute arbeitet binär bzw. ist ein Digitalrechner. Seine Rechenmaschine Z3, die er am 12. Mai 1941 einer kleinen Gruppe von Besuchern in der Methfesselstraße 7 in Berlin-Kreuzberg in allen Komponenten funktionsfähig vorstellte, gilt heute als der erste funktionsfähige Digitalrechner der Welt. Unbemerkt von der Öffentlichkeit hatte Konrad Zuse damit seinen Traum von der vollautomatischen Rechenmaschine erfüllt und das Zeitalter des Computers eröffnet. Aber, Konrad Zuses Werk bestand ja nicht nur in der Entwicklung seiner Rechenmaschinen, sondern auch über die Symbiose von Software und Hardware hat er sich schon früh Gedanken gemacht und im Schachspiel die größte Herausforderung für seine Rechenmaschinen gesehen. Im Jahr 1969 postulierte Konrad Zuse, wenn auch sehr vorsichtig, dass das Universum ebenfalls digital sein könnte. Interessanterweise ist dies seit etwa 10 Jahren eine sehr ernsthaft diskutierte These. Die Lehrerausschreibung „Konrad Zuse – Ein Visionär zwischen null und eins“ hatte zum Ziel, die Vermittlung von Konrad Zuses Werk in Schulen auszuzeichnen. Mir ist bewusst, dass die Vermittlung von Konrad Zuses Werk, der Funktionsweise von Computern und des Gebietes der Informatik mit all den vielfältigen und komplizierten Facetten durch Lehrerinnen und Lehrer an Schüler nicht einfach ist. Schon die Frage: „Was ist ein Computer?“, bringt Studenten im Hauptstudium der Informatik ins Schwitzen. Aber gerade Konrad Zuses Computer Z3 eignet sich in besonderer Weise, die Funktionalität auch eines modernen Computers zu erläutern. Ich habe dies auf vielen Vorträgen immer wieder betont. Ich möchte allen engagierten Lehrerinnen und Lehrern dafür danken, dass sie mit ihren Unterrichtskonzepten das Interesse und die Begeisterung für Computer, die Informatik und besonders für Konrad Zuses Werk in der Schule wecken. Ich gratuliere den Preisträgern und wünsche allen an diesem Projekt beteiligten Partnern für die Zukunft bestes Gelingen. l+s_02_06_lehrerheft.indd 1 26.04.2006 11:36:02 Uhr


1. PLATZ 2 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb ZUSEUM Ein Projekt aus der Schule, mit Schülern, für Schüler … und alle anderen Das mit dem ersten Preis prämierte Projekt ist dem Schulrahmen bereits entwachsen. Als Träger des ZUSEmuseUMs bietet inzwischen der eingetragene Verein ZUSEUM allen Interessierten einen tiefgehenden Einblick in die Geschichte der Rechentechnik – mit Konrad Zuse und seinen Entwicklungen im Mittelpunkt. Fachgebiete: Informatik, Physik, Technik Altersgruppe: Klasse 5 bis 12 und Erwachsene Konzept: Seinen Anfang nahm das ZUSEUM mit bewährten schulischen Mitteln: In Arbeitsgemeinschaften, Praktika und bei Wettbewerben beschäftigten sich die Schüler des Schiller- Gymnasiums in Bautzen mit dem Leben und Schaffen Konrad Zuses. Über Jahre hinweg entstand so ein reicher Fundus an Materialien, der Andreas Samuel (Informatik, Technik) Schiller-Gymnasium, Bautzen „Konrad Zuse, eines der wenigen genialen Universalgenies, vereinigt Erfindergeist mit praktischer Realisierung, weitsichtige, tiefgründige, umfassende und philosophische Denkweise und die perfektionierte Fähigkeit, seine Visionen und Realitäten in darstellender Kunst zu vererben. Diese Genialität macht ihn noch für viele Generationen zum Vorbild und sollte unserer Jugend genug Ansporn geben, zu Höherem zu streben.“ schon bald die Entwicklung der Rechentechnik insgesamt anschaulich machte. Diese großen und kleinen Schätze waren in den Räumlichkeiten der Schule kaum zu bewahren. Es entstand das Projekt „ZUSEUM Schiller-Gymnasium“, in dem Lehrer, Schüler, Eltern und externe Fachleute gemeinsame Anstrengungen unternahmen, geeignete Räumlichkeiten zu finden und pädagogische Konzepte für die Vermittlung des gesammelten Wissens zu entwickeln. Aus diesem Projekt ging schließlich der gemeinnützige Verein „ZUSEUM e. V.“ hervor, der im Februar 2003 ein eigenes Gebäude erhielt, das mit vereinten Kräften und dankenswerter Unterstützung von Sponsoren renoviert und ausgestattet werden konnte. Seitdem steht das ZUSEUM für Schüler des Schiller-Gymnasiums, für Klassen anderer Schulen sowie für interessierte Personen regelmäßig offen, um die Anfänge des maschinellen Rechnens hautnah zu erleben. Projektbeschreibungen Das ZUSEUM hält ein umfangreiches Angebot bereit, das von Präsentationen bis hin zu Nachbauten historischer Gerätschaften reicht. ➜ Im Fachkabinett informiert eine große Wandgestaltung über Konrad Zuse und sein Wirken. ➜ Unter dem Titel „Genealogie der Rechen- technik“ wird Zuses Arbeit in den Gesamtablauf der technischen Entwicklung eingeordnet. ➜ In Form von Flyern und multimedialen Prä- sentationen stellen Schüler Informationen zusammen und erarbeiten sich „nebenbei“ Kompetenzen im Umgang mit der jeweiligen Hard- und Software. ➜ Kartenspiele und Drehscheiben mit Com- puterpionieren und zur Schaltlogik machen das Lernen zum Spiel. ➜ Funktionsmodelle machen die Abläufe in Rechenmaschinen „begreiflich“ im wörtlichen Sinne. Einige herausragende Projekte sind im Folgenden etwas genauer beschrieben. Rekonstruktion der Schickardschen Rechenmaschine Die belegte Geschichte der Rechenmaschinen begann im Jahr 1623 mit einem Brief des Tübinger Professors für Hebräisch Wilhelm Schickard, der sich auch intensiv mit Astronomie und Mathematik beschäftigte, an Johannes Kepler. Darin beschreibt Schickard eine „Rechenuhr“, die mechanisch alle vier Grundrechenarten bewältigte und sogar einen automatischen Zehnerübertrag vornahm. Das einzige bekannte Exemplar ging jedoch in den Wirren des Dreißigjährigen Krieges verloren. Erst in den Jahren 1957 bis 1960 gelang dem Tübinger Professor Baron von Freytag-Löringhoff ein funktionstüchtiger Nachbau, der Vorbild für die Rekonstruktion Im ZUSEUM ist. An den Arbeiten waren Schüler der Klassenstufen 7, 9, 11 und 12 beteiligt. Auf der mechanischen Ebene der Schickardschen Rechenmaschine sind die logischen Abläufe unmittelbar zu sehen. Alle Schritte wurden dokumentiert und eine Betriebsanleitung erstellt. Die Schüler gewinnen so einen eigenen Eindruck, welche Vorläufertechniken zu Zuses Rechnern geführt haben. Modell des Addierwerks der Z1 Zuses erste Rechenmaschine, die Z1, arbeitete noch mechanisch. Sie verwendete bereits das binäre System mit Einsen und Nullen, die in 35-mm-Filmstreifen gestanzt waren. Da sich die Mechanik 1936 noch nicht ausreichend präzise herstellen ließ, stand die Z1 häufig mit verklemmten Bauteilen still. l+s_02_06_lehrerheft.indd 2 26.04.2006 11:36:05 Uhr


In einer Kombination von Arbeiten am Computer und am realen Objekt erstellten Schüler einzelne Modelle sowie ein 4-Bit-Addierwerk der Z1. Dabei lernten sie den Umgang mit CAD- Programmen ebenso wie die logische Funktionsweise des Rechners. Rekonstruktion der Z3 Die 1941 gebaute Z3 gilt als der erste funktionstüchtige Rechner. Der Binärrechner war programmierbar und setzte auf elektrischen Strom, statt auf Mechanik. Die logischen Schaltungen waren mit Telefonrelais verwirklicht. Bei einem Bombenangriff wurde die Z3 zerstört. Unter anderem auf Initiative von Dr. Horst Zuse von der Technischen Universität Berlin entstand die Idee einer Rekonstruktion der Z3, die im Mai 2001 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde. Das Schiller-Gymnasium war mit dem Bau der Konsole zur Ein- und Ausgabe – einer Tastatur mit Lampenfeld – an dem Projekt beteiligt. Aufbau der Z64 Konrad Zuse hat seine Maschinen nicht nur rechnen lassen – als „Graphomat“ zeichnete die Z64, was sie von anderen Computern über Lochstreifen geliefert bekam. Zwei Planetengetriebe steuerten den Apparat auf 1/16-Millimeter genau. Die reparierte und funktionstüchtige Z64 am ZUSEUM ist mit einem selbst entwickelten Interface versehen, sodass sie auf Lochband gestanzte Vorlagen von einem modernen PC zeichnen kann. Kontrolliert wird ihre Aktivität über Leuchtdioden und einen Fahrradcomputer, der die mechanischen Drehungen verfolgt. Der Weg ins ZUSEUM Das ZUSEUM finden Interessierte in der Taucherstraße 14 in Bautzen. Im Internet unter http://www.zuseum.de/ Was die Jury meint Sich in Bautzen mit Konrad Zuse zu beschäftigen, mag im wahrsten Sinne des Wortes nahe liegend sein. Konrad Zuse besuchte das Real-Reform-Gymnasium in dem kaum 30 Kilometer entfernten Hoyerswerda und machte dort 1928 das Abitur. Besonderes fachliches Interesse und pädagogisches Engagement muss jedoch hinzukommen, wenn diese Beschäftigung dazu führt, zusammen mit Schülerinnen und Schülern ein Museum zu gründen. Den Titel „Schule mit Idee 2002“ hat sich das Schiller-Gymnasium in Bautzen damit redlich verdient. Schulisches Lernen gewinnt eine neue Qualität, wenn es sich nicht nur im formalen Rah- men von Lehrplanbezügen bewegt, sondern Spuren hinterlässt und Schule sich öffnet. Am Anfang muss nicht gleich die Gründung eines Museums stehen. Auch am Schiller- Gymnasium in Bautzen fing es mit einer multimedialen Präsentation an, mit der man sich an einer Veranstaltung im Nachbarort Hoyerswerda beteiligte. Neben Ausstellungen bietet auch das Internet eine virtuelle Bühne, auf der sich Schulen mit Ergebnissen aus ihrer Arbeit präsentieren können. Die inhaltliche Auseinandersetzung mit naturwissenschaftlichen und technischen Themen könnte so jenseits traditioneller Lernwege neue Impulse erhalten. Das ZUSEUM sollte Schule machen! © Dr. Horst Zuse life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 3 l+s_02_06_lehrerheft.indd 3 26.04.2006 11:36:24 Uhr


2. PLATZ Fachgebiete: Informationstechnologie, Konzept für alle Fächer nutzbar Altersgruppe: 10. Klasse Konzept: Projektorientiertes Arbeiten stellt für Schüler eine große Herausforderung dar. Es gilt nicht nur, geeignete Informationsquellen aufzutun 4 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Mit Meilensteinen komplexe Projekte in den Griff bekommen Ein vielschichtiges Thema mit modernen Managementmethoden auf effiziente Weise selbständig zu erschließen, haben die Schüler in dem Projekt gelernt, das mit dem zweiten Preis ausgezeichnet wurde. Ihre Aufgaben drehten sich um Konrad Zuse und sein Schaffen, doch das Konzept lässt sich universell im Schulunterricht einsetzen. Sabine Seiwald (Informationstechnologie,Textverarbeitung, Werken, Haushalt und Ernährung) Achental- Realschule, Marquartstein Durch meine Dozententätigkeit am „Münchener Institut für Fachlehrerausbildung des Stenographenzentralvereins“ bin ich über das Wirken von Herrn Konrad Zuse besonders aufmerksam geworden, denn hier existieren original Schriftstücke des „Visionärs“, welche ich in den Händen halten durfte. Besonders in der heutigen Zeit brauchen wir an Schulen Vorbilder wie Konrad Zuse – Vielleicht sitzt in irgendeiner Schule Deutschlands oder sogar in meiner Klasse ein neues Genie, das durch dieses Projekt für eine neue glorreiche Erfindung motiviert wird. und passendes Material zu finden, sondern vor allem auch, effektives Projektmanagement zu betreiben. Am Beispiel einiger Teilprojekte zu Konrad Zuse, dem binären Zahlensystem sowie der Z3 als ersten voll funktionstüchtigen, programmierbaren Rechner haben die Schüler der 10a gelernt, eine komplexe Aufgabe in erreichbare Unteraufgaben zu gliedern, die innerhalb der Teams getrennt erledigt wurden. Indem die Schüler selbst „Meilensteine“ festlegten und in regelmäßigen Zeitabständen deren Erreichen überprüften, kontrollierten sie den Fortschritt ihrer eigenen Arbeit. Als Meilensteine eigneten sich dabei Zwischenstufen, die am Ende einer wesentlichen Phase des Projekts stehen, ein überprüfbares Ergebnis liefern, an andere Teammitglieder übergeben werden können und im Voraus eindeutig festgelegt werden konnten. Der Einsatz von Meilensteinen reduziert die Komplexität der Gesamtaufgabe und schafft einen Überblick über die Zusammenhänge. Dadurch wird vermieden, dass die Schüler den Aufwand an Zeit und Arbeitsleistung unterschätzen und einer zu optimistischen Planung folgen. Die konkreten Aufgaben für die Schülergruppen bestanden darin, ➜ den Menschen und Erfinder Konrad Zuse in einer halbstündigen PC-Präsentation mit Powerpoint vorzustellen, ➜ eine Excel-Datei zu erstellen, die Dezimal- in Dualzahlen und umgekehrt umwandelt ➜ die Z3 als ersten Digitalrechner vorzustellen. Als Zeitrahmen für ein Projekt dieser Art ist mit sieben bis zwölf Unterrichtseinheiten zu je 45 Minuten zu rechnen. Vorleistungen Bereits in der 9. Jahrgangsstufe hatte die Klasse intensiv mit Excel gearbeitet und Dual- in Dezimalzahlen umgewandelt. Eine kurze Wiederholung frischte das Wissen auf. Die Bedeutung des Dualsystems für die Z3 wurde im Klassenverband erarbeitet. 1. Unterrichtseinheit Für die Zielfindung stimmt ein Foto, ein Brief oder ein Zitat von Konrad Zuse auf das Projekt ein (z.B.: „Ich habe den Computer erfunden, weil ich zu faul zum Rechnen war!“), gefolgt von einem kurzen Unterrichtsgespräch zur Person Zuses. Die Erarbeitung beginnt mit einer Stoffsammlung in Form eines Brainstormings. Anschließend wurden die Ziele des Gesamtprojekts festgelegt, wie sie oben aufgeführt sind. Die Klasse lernt das System der Meilensteine und dessen Bedeutung kennen. Die einzelnen Meilensteine und die dazugehörigen Termine werden später individuell in den Gruppen festgelegt. Lediglich der Abschlusstermin für die Präsentation, in welcher alle Teilergebnisse zusammengefasst werden sollen, wird bereits jetzt besprochen und fixiert. 2. Unterrichtseinheit Die Verteilung der Aufgaben erfolgt per Los mit farbigen Zettelchen. Die Schüler wissen selbstverständlich noch nicht, welche Farbe für welche Aufgabe steht. Erst nach der Verlosung wird die Folie mit den Farben eingeblendet und die Schülernamen werden entsprechend der Ziehung zugeordnet. Manche Schüler haben aufgrund der Gruppensituation zwei Aufgaben zu bewältigen. Selbstverständlich können die Aufgaben auch auf freiwilliger Basis ver- l+s_02_06_lehrerheft.indd 4 26.04.2006 11:36:26 Uhr


geben werden. Für die Verlosung spricht ein gewisser Überraschungseffekt, außerdem werden Streitereien vermieden. Die herausragende Aufgabe des Projektleiters wird mit einem roten Zettel vergeben. In der Regel zieht ein sehr selbstbewusster und deshalb geeigneter Schüler diesen auffälligen Zettel. Folgende Aufgaben haben sich bei uns ergeben: ➜ Lebenslauf (1 Schüler) ➜ Hobbys (1 Schüler) ➜ Würdigungen, Titel, Ehrungen, historische Erfindungen (2 Schüler) ➜ Tabellenkalkulation (Umwandlung zwischen Dezimal- und Dualsystem) (2 Schüler) ➜ Z3 als erster Digitalrechner (2 Schüler) ➜ sonstige Ideen, Anfang und Ende der Präsentation, Bilder (1 Schüler) ➜ Projektleiter für die Steuerung des Gesamtprojekts (1 Schüler) ➜ Projektteam für die Unterstützung der Teams (1 Schüler) ➜ Konfigurations-Management als Verantwortlicher für den Vortrag (1 Schüler) Nach der Verlosung und Besprechung der Aufgaben wurden innerhalb der Teams die Meilensteine bestimmt und mit dem Projektleiter abgestimmt. Zum Schluss gab der Projektleiter eine kurze Stellungnahme zum Ablauf ab, und mögliche Verbesserungsvorschläge wurden besprochen. 3. bis 10. Unterrichtseinheit Die Meilensteine wurden weiter ausgearbeitet und abgestimmt. Etwa alle halbe Stunde sollte eine Zwischenkontrolle erfolgen. Sobald die Meilensteine gesetzt sind, beginnt die inhaltliche Arbeit nach diesen Planvorgaben. Der Pro- jektleiter ist bei den halbstündigen Meilensteintrendanalysen dabei und verdichtet den Fortschritt für das Gesamtprojekt. 11. und 12. Unterrichtseinheit Die beiden letzten Einheiten dienen der Präsentation als Ziel des Gesamtprojekts sowie dem Feedback zum Inhalt des Projekts und dessen Was die Jury meint Frau Seiwald zeigt die Struktur eines guten Unterrichts auf, mit dem Schülerinnen und Schüler die Kompetenz erlangen können, sich selbständig, selbsttätig und selbstorganisiert das Leben und die Leistung eines Konrad Zuse zu erarbeiten und zu präsentieren: Es geht nicht um eine für Schüler unverständliche Verwissenschaftlichung, sondern es geht um Erkenntnisse im Sinne eines guten Wissenschaftsjournalismus, nicht um eine systematische Vollständigkeit, sondern um das Exemplarische, um wesent- Ablauf. Zentrales Thema war auch die Frage, wie die Mitschüler aus anderen Klassen von der geleisteten Arbeit profitieren könnten. Dazu schlugen die Schüler vor, in der Aula einen Vortrag für einzelne Klassen zu halten, die Präsentation über das Intranet zugänglich zu machen oder sie sogar auf der Homepage der Schule zu veröffentlichen. liche Aspekte in wenigen Beispielen herauszuarbeiten. Mit den Prinzipien eines solchen Unterrichts kann man in allen Stufen und Schularten mit unterschiedlichen Niveaus erfolgreich sein. Die eingereichten Ergebnisse sind Beispiele der Achental-Realschule, das Unterrichtskonzept könnte bei der Übertragbarkeit in andere Schulen durchaus andere Ergebnisse liefern, die von der Erfahrung der Schüler, der zur Verfügung gestellten Materialien und Arbeitszeit abhängen. Jede Schule kann also zu ihren individuellen und kreativen Ergebnissen gelangen. life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 5 l+s_02_06_lehrerheft.indd 5 26.04.2006 11:36:34 Uhr © Dr. Horst Zuse


3. PLATZ Fachgebiete: Mathematik, Physik, RoboClub, Theater, Film Altersgruppe: 5. bis 10. Klasse Konzept: Erfolgreiche Projekte in der Schule mit nachhaltigem Lerneffekt sollen die Schüler interessieren, aus ihrer Erfahrungswelt stammen, von ihnen weitgehend selbst geplant und gemeinsam durchgeführt werden. Es soll am Ende ein Ergebnis stehen, dessen Nützlichkeit erkennbar ist. Diese Merkmale von Projekten in der Schule verlangen von den Schülern ein großes Maß an Selbstverantwortung was die Planung, Realisierung und Präsentation betrifft. Durch die Vorgabe des Themas schränken Lehrer die Freiheiten geringfügig, aber vertretbar im Hinblick auf die weitere Verwendung der Ergebnisse, ein. Die Realisierung und Präsentation 6 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Visionen zwischen null und eins auf der Bühne Kaum eine Erfindung des letzten Jahrhunderts hat das alltägliche Leben so intensiv durchdrungen wie der Computer. In einem interdisziplinären Ansatz betrachten Schüler Zuse aus verschiedenen Perspektiven und präsentieren ihre Ergebnisse im Rahmen eines Theaterstücks. Stefan Weierich, Winfried Ziegler, Christian Fauser, Peter Hien, Friedrich-Koenig-Gymnasium, Würzburg „Aus Blech gesägte Visionen: Wird der Computer wie der Mensch – oder umgekehrt?“ müssen jedoch von den Schülern weitgehend selbst getragen werden, der Lehrer steht beratend zur Seite und greift bei groben Fehlentwicklungen ein. Im Rahmen einer Projektwoche erarbeiten die Schüler einer 10. Klasse Materialien und Sichten zu Konrad Zuse und seinen Werken. Zu welchen Ergebnissen sie dabei gelangen werden, lässt sich wegen der bewusst gewährten Freiheiten im Vorfeld nicht detailliert angeben, lediglich die Themenfelder können grob umrissen werden. In Form von Präsentationen, die in ein Theaterstück, das an der Schule aufgeführt wird, eingebaut sind, vermitteln die Schüler ihre Resultate an ein breites Publikum. Ein Grundkurs Film nimmt die Aufführung auf. Inhaltliche Arbeitsgruppen Bei den Themen der Projektwoche handelt es sich um: ➜ Zuse als Mensch Hier sollen die Person, ihr Umfeld und ihr Lebenslauf exemplarisch anhand einiger wichtiger, markanter Punkte im Leben bearbeitet werden. Ein geeignetes zentrales Bild ist beispielsweise der Bau der Rechenmaschinen „im Wohnzimmer“, der während der letzten Kriegstage sogar von fallenden Bomben begleitet war. Auch die Evakuierung zusammen mit der Rechenmaschine wird ein bedeutender Einschnitt gewesen sein. ➜ Zuse als Visionär und Geschäftsmann Hier könnte Zuses Idee von der fortgesetzten Entwicklung der Maschine als Unterstützung und Ersatz der Muskelkraft, die den Geist unterstützt, erarbeitet werden. Denkbar wäre auch eine Beschäftigung mit Zuses Entscheidung für den Bau von Computer-Hardware und gegen eine akademische Fortentwicklung seiner Plankalkül genannten Programmiersprache. Eine drit- te Möglichkeit wären seine späten Visionen der Fortentwicklung der Computer bis heute und darüber hinaus. ➜ Zuse als Tüftler Hier sollten der grobe Aufbau und die Funktionsweise der von ihm gebauten Rechenmaschinen vorgestellt werden. ➜ Eine Powerpoint-Unterstützungsgruppe hilft bei der Vorbereitung der Präsentationen. Theateraufführung „Automatisch Liebe – mensch macht maschine“ Beteiligt sind die Theatergruppen sowie der RoboClub der Schule. Der Ablauf des Stücks kurz gefasst: ➜ „Einfrieren“ im Internet surfender Schüler Die surfenden Schüler unterhalten sich darüber, wie es wohl ohne Internet oder gar ohne Computer war („mein Vater erzählt manchmal...“). Schließlich fragt einer: „Wie fing das eigentlich alles an?“ Sie haben keine Ahnung oder stellen falsche Vermutungen an. – Plötzlich „frieren sie ein“. – Zuse tritt auf. ➜ Projekt-Präsentation: „Zuse als Mensch“ ➜ Die Geburt der Roboter Zuse sitzt vor einem Haufen von technischem Material. Er möchte die Mechanisierung der Umwelt des Menschen fortführen. Mit Elektromotoren, Legosteinchen und dem Robotics Invention System von Lego entsteht eine Maschine, die schließlich aufsteht und erste eigene Schritte macht. ➜ Projekt-Präsentation: „Zuse als Tüftler“ ➜ Synchron-Paartanz von zwei Tänzerinnen und zwei Robotern l+s_02_06_lehrerheft.indd 6 26.04.2006 11:36:38 Uhr


Zeigen die vorhergehenden Präsentationen, dass die Maschine den Bedürfnissen, Wünschen und Fähigkeiten der Menschen entsprechend entwickelt und gebaut wurde, passt sich jetzt der Mensch der Maschine an. ➜ Projekt-Präsentation: „Zuse als Visionär und Geschäftsmann“ ➜ Übergang der Macht vom Menschen auf die Maschine Unsere emotionale Abhängigkeit vom Computer und die Dominanz der Maschine über die Alltagswelt und die Kommunikation zwischen Menschen sollen deutlich werden. Im Extrem ersetzt die Maschine den Menschen, was am Beispiel des Lehrers demonstriert wird: Zuerst unterrichten Menschen Menschen, dann unterrichten Menschen Roboter, darauf unterrichten Roboter Roboter und schließlich sind Roboter die Lehrer für lernende Menschen. Damit Menschen und Roboter gleich groß sind, sind die Menschen nur durch ihre Köpfe neben den Lego-Robotern dargestellt. Die Kommunikation läuft über Piepsen der Roboter bzw. Pfeifen der Menschen. Der Lehrer piepst oder pfeift etwas vor, und der Schüler macht es nach. ➜ „Auftauen“ der im Internet surfenden Schüler Zuse legt sein Sakko ab: Er ist verkabelt (Leuchtröhrenkabel). Was die Jury meint Das Unterrichtskonzept des Lehrerteams ist sehr originell und besticht durch den hohen Grad an Interdisziplinarität. Damit ergibt sich die Chance auf eine gesteigerte Motivation der Schüler, die in der Unterrichtseinheit als Gesamtheit sicherlich alle einen interessanten Teilbereich finden, in dem sie sich engagieren können. Die beigefügte kurze Drehbuchskizze für das Theaterstück scheint, was die Ergebnisse der kritischen Betrachtungen über die gesellschaftlichen Auswirkungen angeht, etwas vorwegzunehmen, was vielleicht besser in der Unterrichtseinheit durch die Schüler erarbeitetwerden könnte. Dass aber genau diese Fragen aufgeworfen und im Zusammenhang mit den Ergebnissen der anderen Unterrichtseinheiten szenisch präsentiert werden sollen, ist die eigentliche Stärke dieses Wettbewerbsbeitrags. life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 7 l+s_02_06_lehrerheft.indd 7 26.04.2006 11:37:01 Uhr © (2) Dr. Horst Zuse


4.–8. PLATZ Fachgebiete: Informatik, Vertretungsstunden Altersgruppe: 11. Klasse (erstellt Material für Unterricht in der 6. bis 8. Klasse) Konzept Besucht man Tagungen oder Workshops über mathematisch-naturwissenschaftlichen Unterricht, bekommt man in den Fächern Mathematik, Physik, Biologie oder Chemie oft Unterrichtsbeispiele vorgestellt, in denen neue Methodenwerkzeuge angewandt werden. Im Hannelore Barthel (Informatik, Mathematik, Sport) Klaus- Groth-Schule, Neumünster „Es hat Spaß gemacht, mit den Schülern das facettenreiche Leben von Konrad Zuse zu erkunden. Die Schüler waren besonders von der Toleranz von Zuses Eltern beeindruckt, die ihm erlaubten, in ihrem Zuhause den Computer zu bauen.“ 8 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Spielerisch den Unterricht bereichern Neue Unterrichtsmethoden scheinen vor der Strenge der Informatik zurückzuschrecken. Dieser Wettbewerbsbeitrag greift in ergänzender Teamarbeit von Lehrkraft und Schülern bewährte Werkzeuge zur Wissensvermittlung auf und macht Technikgeschichte zum Spiel – ganz ohne selbst am Computer zu sitzen. Fach Informatik fehlt es leider weitgehend an ähnlichen Angeboten. Doch auch im Informatikunterricht sollten alle diese Methoden genutzt werden, um anregende Lernumgebungen zu gestalten. Darum habe ich zusammen mit meinen Schülerinnen und Schülern methodische Werkzeuge zu Konrad Zuse entwickelt. Durch die Beteiligung der Schüler(innen) sind diese besonders motiviert, sich mit dem vorgegebenen Thema auseinanderzusetzen. Die geschaffenen Unterrichtsmedien können dann vielfältig die Praxis des Unterrichts in anderen Klassen bereichern und sogar in Vertretungsstunden eingesetzt werden, ohne dass dieses Thema vorher im Unterricht behandelt wurde. Allgemeine Vorgehensweise Die Schüler(innen) erhalten Informationsmaterial über Konrad Zuses Werk und haben außerdem die Möglichkeit, im Internet zu recherchieren. Obwohl ihnen aus dem Unterricht anderer Fächer eine Reihe neuer Methodenwerkzeuge bekannt sind, erhalten sie eine entsprechende Übersicht aus der pädagogischen Literatur. Zu den verschiedenartigen Verfahren gehören beispielsweise Wortlisten, Lückentexte, Textpuzzle, Fehlersuchen, Bildergeschichten, Worträtsel, Domino, Memory, Würfelspiele, Kettenquiz uvm. Es werden bewusst nur Unterrichtsmedien hergestellt, die keine Computer erfordern. So sind alle diese Medien später unabhängig vom Raum und dessen Ausstattung einsetzbar. Beispiele für Methodenwerkzeuge Für ein Quiz werden Fragen mit Antwortvorschlägen auf Karten geschrieben, die korrekten Antworten stehen auf der jeweiligen Rückseite. Beim Thema Zuse lauteten einige der Fragen: Konrad Zuse baute seine erste Rechenmaschine Z1 a) bei seinem Arbeitgeber, der Versuchsanstalt für Luftfahrt. b) zu Hause bei seinen Eltern. c) in seiner eigenen Firma. Die Speicherelemente der Z1 bestanden aus a) Relais b) Elektronenröhren c) handgesägten Metallplatten. Die Taktfrequenz der Z1 betrug a) 1.000 Hertz b) 20 Hertz c) 1 Hertz Ein Lückentext fragt Wissen zur Biografie Zuses und zu seinen Rechnern ab. Der Text beginnt mit: Konrad Zuse … … wurde am 22. Juni 1910 in (1) geboren. In Braunsberg besuchte er das (2) Hosianum. Als er die 9. Klasse besuchte, zog die Familie Zuse nach Hoyerswerda. Dort ging er dann auf das Reform-Realgymnasium. (3) machte Konrad Zuse dort sein Abitur. Er studierte an der Technischen Hochschule Berlin-Charlottenburg zuerst (4) , wechselte schnell zu l+s_02_06_lehrerheft.indd 8 26.04.2006 11:37:04 Uhr


Architektur und blieb schließlich bei Bauingenieurwesen. In der Studienzeit war er Mitglied der Verbindung (5) . Im Jahre 1935 schloss er endlich sein Ingenieurstudium mit einem Diplom ab. Danach arbeitete er als (6) bei den Henschel Flugzeugwerken in Berlin-Schönefeld. Nur ein Jahr später begann er selbständig am Bau eines programmierbaren Rechners zu arbeiten. Da die Berechnungen in der Flugstatik sehr monoton und mühselig sind, kam ihm die Idee, diese zu automatisieren. Das Resultat war der 1938 fertig gestellte, elektrisch angetriebene mechanische Rechner (7) mit begrenzten Programmiermöglichkeiten, der die Befehle von Lochstreifen ablas … Außerdem hatten die Schüler(innen) ein Kreuzworträtsel, ein Würfelspiel mit Quizfragen und ein Memory-Spiel entworfen, die ebenfalls mit Konrad Zuse und seinen Rechenmaschinen vertraut machen. Sudoku-Rätsel über KONRAD ZUSE: N R D O K R K A D D A N O N R O N O A R „Es hat Spaß gemacht, mit den Schülern das facettenreiche Leben von Konrad Zuse zu erkunden. Die Schüler waren besonders von der Toleranz von Zuses Eltern beeindruckt, die ihm erlaubten, in ihrem Zuhause den Computer zu bauen.“ Fachgebiete: Informatik, Französisch, Geschichte, Deutsch Altersgruppe: 17 bis 18 Jahre Konzept Auch wenn nicht jede Schülerin oder jeder Schüler später Informatik studieren wird, sollten doch die Grundlagen der Programmierung bekannt sein, um eine Beurteilung und Bewertung des Umfangs und der Komplexität für die Lösung einer Problemstellung zu ermöglichen. Die Informatik bildet also den Schwerpunkt des fächerübergreifenden Unterrichtsentwurfs. Allen unterschiedlichen Unterrichtseinheiten gemeinsam ist ein Interview mit Konrad Zuse, das 1991 stattfand. Ausgangspunkt für „Konrad Zuse en français“ ist neben dem Interview als Einstieg eine Recherche zu seiner Präsenz auf deutsch- und Was die Jury meint Frau Barthel zeigt in ihrem Wettbewerbsbeitrag, dass Schüler der 11. Klasse ein breites Spektrum an Unterrichtsmedien entwickeln können, die durchaus geeignet sind, in einem Unterricht in der 6. bis 8. Klasse eingesetzt zu werden. Dazu haben sie Kenntnisse aus der Technikgeschichte zum Thema Konrad Zuse recherchiert und in Unterrichtsmedien umgesetzt. Eine gelungene Unterrichtseinheit, die sich über die historischen Kenntnisse hinaus auch auf die Hard- und Software der ersten Rechner der Welt erweitern ließe. Vom Problem zum Programm – interdisziplinärer Unterricht in drei Teilen Der Themenkomplex Konrad Zuse eignet sich nicht nur für den Unterricht in Informatik, Technik und Geschichte – auch sprachliche Fächer wie Deutsch und Französisch finden hier reiches Material für spannende Schulstunden. © Dr. Horst Zuse englischsprachigen gegenüber französischen Internetseiten. Aufgabe der Schüler besteht darin, einen französischen Text über Konrad Zuse für das Internet zu verfassen und das vorgestellte Interview in das Französische zu übersetzen. life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 9 l+s_02_06_lehrerheft.indd 9 26.04.2006 11:34:05 Uhr © Dr. Horst Zuse


„Konrad Zuse und seine Zeit“ soll entlang des Interviews die geschichtlichen Bezüge für die ersten drei Dekaden seines Lebens erhellen, in denen die Weichen für seine bahnbrechende Entwicklung des Computers gestellt wurden. Die zusätzlichen Texte sind so aufzubereiten, Fachgebiete: Informatik/Informationstechnologie, Mathematik, Geschichte Altersgruppe: 7. bis 9. Klasse Reinhard Wollherr (Informatik) Eduard-Sprenger-Schule, Freudenstadt „In Zuses Z3 steckte 1941 bereits die grundlegende Technik heutiger Prozessoren und 1991 sagte er mir voraus, dass man noch längst nicht das Ende der Digitalisierung erreicht habe. Er glaubte, dass gerade die Vielseitigkeit die Voraussetzung für aus dem Rahmen fallende Ideen sei, wofür er selbst als Ingenieur und Künstler das beste Beispiel abgibt: der Vater des ersten Computers, der diesen Namen auch verdiente.“ Konzept Auf die Frage „Wer war Konrad Zuse?“ erhält man von Schülern eines Abschlussjahrgangs meist keine richtige Antwort. Dass Zuse bei der jungen, computerbegeisterten Generation unbekannt ist, war für uns Anlass genug, ein Projekt zu Zuse an unserer Schule durchzuführen. Es 10 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Was die Jury meint Der Wettbewerbsbeitrag zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Teilbereiche eines guten Unterrichts aufgegriffen und in einzelnen Themenkomplexe umgesetzt wurden. Dabei werden umfangreiche Bezüge zum Wettbewerbsthema „Konrad Zuse – Ein Visionär zwischen null und eins“ im geschichtlichen, gesellschaftswissenschaftlichen und informationstechnischen Zusam- dass sie sich vom Sprachstil her nahtlos in das Interview einfügen lassen. Vom Problem zum Programm Die Übung zur Programmierung im Team besteht darin, eine mathematische Funktion in ein Programm zu integrieren und grafisch darzustellen. Dazu ist die Aufgabe in vier Teile gegliedert: „Die benutzerdefinierte Funktion“, „Ein lineares Programm mit Funktionsaufruf“, „Eine Funktion auf der Z3“ und „Der Graph einer benutzerdefinierten Funktion“. Nach der Lektüre der Unterlagen in Einzelarbeit treffen sich die Schülerinnen und Schüler zunächst in ihrem Team mit dem gleichen The- Zuse im Rückblick präsentiert Den unbekannten Erfinder Konrad Zuse in das Bewusstsein der Schüler zu bringen, für die Computer längst zum Alltag gehören, ist Ziel dieser fächerübergreifenden Arbeit. kann im Unterrichtsfach Informatik bzw. Informationstechnologie fächerübergreifend mit Mathematik und Geschichte durchgeführt werden. Zum Einstieg wurde eine Präsentation aus der Schulsoftware „Class in a box“ von Microsoft vorgeführt. Von den verschiedensten Arten des Abakus bis zur mechanischen Rechenmaschine werden unter dem Titel „Mein Rechner tut‘s auch ohne Strom“ zahlreiche mechanische Rechenhilfen vorgestellt. Am Ende wurde die Frage aufgeworfen, wer, wann den ersten Computer entwickelt hat. menhang hergestellt. Die Idee, Schülerinnen und Schülern den Zugang zu Konrad Zuse über ein zeithistorisches Dokument zu schaffen und damit Interesse und Motivation für systemtechnische Fragestellungen zu wecken, kann als sehr gelungen und sehr gut übertragbar eingestuft werden. Dieser Ansatz bietet eine gute Anregung auch für andere naturwissenschaftliche Themenbereiche. ma zu einer „Expertenrunde“, um noch offene Fragen auch im Hinblick auf die mögliche Umsetzung am Computer zu klären. Anschließend werden neue Teams in der Weise gebildet, dass mindestens eine Expertin oder ein Experte jeweils aus einer der vier Vorgruppen vertreten ist. In diesen neuen Gruppen stellt jeder sein Thema vor und beantwortet die aufkommenden Fragen dazu. Im Team werden die Lösungen gemeinsam erarbeitet, auf dem Computer umgesetzt und getestet. Zur Sicherung der Ergebnisse erstellt jedes Team eine eigene Dokumentation. Die Dokumentationen werden am runden Tisch mit allen Schülern besprochen und zwischen den Teams ausgetauscht. Den Abschluss bildet ein Vergleich mit einer äquivalenten Lösung für die Z3. Monika Stohr (Mathematik, Wirtschaftswissenschaften, Informatik) und Kirsten Bolz (Mathematik, Geschichte, Informationstechnologie) Elly-Heuss-Realschule, München „Konrad Zuse glaubte an seine Erfindung und ließ sich – trotz finanzieller Einschränkungen – nicht vom Bau der ersten programmierbaren Rechenmaschine abhalten. Diese Entschlossenheit ruft auch bei den Schülern Bewunderung hervor.“ l+s_02_06_lehrerheft.indd 10 26.04.2006 11:34:09 Uhr


Während der Projekt-Durchführung haben die Schüler folgende Themengebiete in arbeitsteiliger Gruppenarbeit behandelt und zum Abschluss in einer computergestützten Präsentation vorgeführt: Biographie Zuses Zu Beginn sollen die wichtigsten Lebensstationen von Konrad Zuse dargestellt werden. Dazu gehört die Herausarbeitung prägnanter Ereignisse wie z.B. die Erfindung und der Bau der ersten elektronischen Rechenmaschine sowie die Schilderung seiner weiteren Lebensstationen. Der zeitgeschichtliche Rahmen: 1936 – 1945 Dieses Themengebiet ist sehr umfangreich und erfordert vor allem in der 7. Jahrgangsstufe Unterstützung durch die Lehrkraft. Der angegebene Zeitraum ist gewählt, weil Konrad Zuse 1936 mit der Entwicklung der Z1 begann und erst 1945 mit dem Kriegsende von den informationstechnischen Arbeiten englischer und US-amerikanischer Forscher erfuhr. © (2) Stohr/Bolz Der Mensch Konrad Zuse – Erinnerungen von Freunden Nachdem mit der Biographie ein Überblick über das Leben von Zuse gegeben worden ist, soll auf die Erinnerungen von Personen eingegangen werden, die Konrad Zuse in der Zeit von 1936 bis 1945 unterstützten. Schul- und Studienfreunde sowie Kollegen berichten über ihre Zusammenarbeit mit Zuse, über seine Interessen und seine Fähigkeiten. Das binäre Zahlensystem Das binäre Zahlensystem wurde bereits im 17. Jahrhundert von Gottfried Willhelm Leibniz entwickelt. Die Leistung von Konrad Zuse in diesem Bereich ist, dass er die Darstellung von rationalen und reellen Zahlen bei der elektronischen Datenverarbeitung durch Fließkommazahlen erfunden und praktisch realisiert hat. Seine Z3 war die erste funktionsfähige Rechenanlage, die auf dem binären Zahlensystem basierte. Zuses Rechenmaschinen und die Simulation der Z3 Bei diesem Thema geht es um die Analyse der Funktionsweise von Zuses Rechenmaschinen. Dazu soll zunächst festgestellt werden, welche Rechenanlagen vor der Z1 existierten. Der Beitrag wird abgeschlossen, indem die im Internet vorhandene Simulation der Z3 den Mitschülern über einen Beamer vorgestellt wird. Wer kam nach Zuse? Nachdem bereits die Entwicklung der Rechenanlagen bis zu den Rechenmaschinen von Konrad Zuse dargelegt wurde, soll die letzte Gruppe die nachfolgende Computerentwicklung aufzeigen. Was die Jury meint Das Projekt bildet einen guten Ansatz, sich mit der Person Konrad Zuse auseinander zu setzen. Es ist altersgerecht aufbereitet, ohne zu viel vorwegzunehmen. Die Schülerinnen und Schüler haben noch genügend Freiräume, sich selbständig und kreativ mit ihrem Arbeitsauftrag zu befassen und die Ergebnisse zu präsentieren. Positiv ist auch der interdisziplinäre Ansatz zu erwähnen. life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 11 l+s_02_06_lehrerheft.indd 11 26.04.2006 11:34:26 Uhr


Konrad Zuse – ein Pionier der Rechentechnik Über mehrere Fächer verteilt beschäftigt sich der Schulunterricht in diesem Beitrag mit Konrad Zuse und seinen Rechenmaschinen. Die Schüler erstellen Präsentationen, lernen die Funktionsweise von Computern kennen und bauen ein Plexiglasgehäuse für einen PC. Fachgebiete: Mathematik, Informatik, WTH, Physik, Deutsch Altersgruppe: 13 bis 14 Jahre Konzept In einem fächerübergreifenden Projekt erkennen die Schüler die Vorreiterrolle Konrad Zuses in Bezug auf die Rechentechnik. Sie erfahren die Notwendigkeit des Zusammenspiels der Naturwissenschaften für die Entwicklung des Computers. Eine Reihe gestellter Aufgaben ist mit fachspezifischen Arbeitstechniken zu lösen. Entwicklung des Rechnens Am Beispiel des Dualsystems gewinnen die Barbara Billaudelle (Informatik, WTH) Mittelschule Weixdorf, Dresden „Computer – gestern-heute-morgen, so lautet ein Thema im Informatik- Unterricht der Klasse 8 an sächsischen Mittelschulen. An den Verdiensten Konrad Zuses lässt sich dieses Thema wunderbar bearbeiten: Der Z23 mit seinen Bauteilen von gestern, zu sehen in den Technischen Sammlungen Dresden, arbeitet prinzipiell noch genauso wie der PC im Kinderzimmer heute, nach dem Prinzip, das einst Konrad Zuse entwickelte.“ 12 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Schüler im Fach Mathematik Einblick in verschiedene Zahlensysteme. Mit Umrechnungen zwischen den Systemen praktizieren sie ihr Wissen. Durch eine Internetrecherche und einen Besuch der Technischen Sammlung Dresden lernen die Schüler historische Rechenhilfsmittel verschiedener Kulturen kennen. Konrad Zuse: Leben und Wirken Am Beispiel einer Präsentation zu Zuse üben die Schüler, einen Projektablaufplan zu erstellen, Material zu sammeln und aufzubereiten und ihr Ergebnis mit Hilfe des Computers anderen zu vermitteln. Aufbau eines Rechners Die prinzipielle Architektur von Computern nach Neumann wird in Analogie zum Menschen als informationsverarbeitendem Wesen erläutert. Die Komponenten moderner Rechner werden theoretisch besprochen. Als prak- Was die Jury meint Im aktuellen Schulsystem aller Bundesländer ist es immer noch eine Schwierigkeit, so viele Fächer wie bei diesem Projekt in einer 8. Klasse für ein gemeinsames Thema „Konrad Zuse – ein Pionier der Rechentechnik“ zu interessieren. Das vorliegende Konzept ist auf jeden Fall ein richtiger Ansatz, wenn auch eine große Herausforderung. Dieser Ansatz trägt auch sicher zur Einübung von geeigneten Unterrichtsmethoden bei, um die Schülerinnen und Schüler zur Selbständigkeit und Selbsttätigkeit zu führen. Die Präsentation der Ergebnisse bei Lehrern, Eltern und Schülern bringt Kompetenzen für die Präsentierenden und trägt zur Verbreitung des Themas Zuse bei. tischen Anteil stellen die Schüler ein Plexiglasgehäuse für einen PC her. Bauelemente von Computern Ausgehend von Relais und Transistor lernen die Schüler Realisierungen binärer Zustände kennen und gewinnen Einblicke in die Herstellung integrierter Schaltkreise. Präsentation der Ergebnisse Das Erlernte wird zusammengefasst, geordnet und als Powerpoint-Präsentation Lehrern, Schülern und Eltern vorgestellt. l+s_02_06_lehrerheft.indd 12 26.04.2006 11:34:35 Uhr


Bau eines Addierers mit Transistoren Der Mythos der „geheimnisvollen Denkmaschine“ lässt sich am besten entzaubern, wenn die Schüler selbst einen kleinen Rechner zusammenbauen. Schrittweise führt das Projekt sie von einfachen logischen Schaltungen bis zu einem einfachen „Computer“ – immer mit dem Lötkolben in der eigenen Hand. Fachgebiete: Physik, Technik Altersgruppe: 10. und 11. Klasse Konzept Dieses Konzept ist an der Rudolf Steiner-Schule in Nürnberg fester Bestandteil des Unterrichts in der 11. Jahrgangsstufe. In Gruppenstärken von etwa zehn Schüler(Innen) wird ein Addierer aus Transistoren zusammengebaut. Ziel ist, ein Verständnis für die grundlegenden Vorgänge in Mikroprozessoren zu erlangen. Dabei wird großer Wert darauf gelegt, dass die Schüler(Innen) wirklich selber löten. Sie erleben, dass der fertige Addierer nicht rechnen kann, dass lediglich Rechenregeln simuliert werden. 1. Doppelstunde An realitätsnahen Beispielen wie der Türkontrolle bei einer Straßenbahn und der Klingelanlage eines Hauses werden die Prinzipien von UND-, ODER- und NICHT-Schaltungen theoretisch erfasst und in Modellen aufgebaut. Das Binärsystem wird als Grundlage des elektronischen Rechnens eingeführt und erarbeitet, wie Maschinen die vier Grundrechenarten alle auf Additionen zurückführen. Dabei tritt das Problem des Übertrags auf, das mit Hilfe der kennen gelernten logischen Schaltungen automatisch gelöst werden kann. 2. Doppelstunde Der Bau eines Rechners verlangt aktive Schaltelemente. Relais, wie Konrad Zuse sie verwendet hat, sind mit großen Nachteilen behaftet, weshalb im Unterricht Transistoren eingesetzt werden. Der Aufbau der Transistoren tritt zugunsten einer Behandlung ihrer praktischen Eigenschaften in den Hintergrund. Mit vorgefertigten Schaltungen werden diese ermittelt. 3. bis 6. Doppelstunde Mit Transistoren werden die logischen Schaltungen und ein Flip-Flop als Speicherelement gebastelt. 7. bis 8. Doppelstunde Ein Halb- und ein Volladdierer werden aufgebaut und geprüft. Obwohl die Schaltung nur ein 8-Bit-Addierer ist, hat sie eine beträchtliche Größe. Es werden Ideen gesammelt, wie der Addierer kleiner zu realisieren wäre. 9. Doppelstunde Der Prozessor SN 74181 wird vorgestellt und im Vergleich zum selbstgebauten Addierer untersucht. 10. Doppelstunde Ausgehend vom Prozessor werden moderne PCs und ihre Programmierung besprochen. © (2) Werner Miedl Was die Jury meint Der Wettbewerbsbeitrag ist handlungsorientiert ausgerichtet und vermittelt handwerkliche Fertigkeiten und Fähigkeiten, praktische Übungen sowie Projektarbeit stehen dabei im Vordergrund. Das Unterrichtskonzept der Vermittlung von theoretischem Wissen und praktischen Übungen ist in dem Beitrag sehr gut umgesetzt. Mit dem praktischen Aufbau eines Rechenwerks (Volladdierer) wird der Nimbus des „technisch Geheimnisvollen“ abgebaut und gleichzeitig die Komplexität von Computern sehr gut veranschaulicht. Durch die didaktisch-methodische Aufbereitung des Unterrichtsmaterials und durch die Übungsblätter ist die Übertragbarkeit des Wettbewerbsbeitrags auf andere Schulen leicht möglich. Werner Miedl (Erdkunde, Physik) Rudolf- Steiner-Schule, Nürnberg „Viele Jugendliche wissen, wie der Prozessor in ihrem PC aussieht und können sich beim Anblick der Z3/Z4 – auf Bildern oder besser noch im Deutschen Museum – schwer vorstellen, dass es sich hier um einen Computer handelt, den man sogar programmieren kann. Im Gegensatz zu heutigen Prozessoren sieht man aber bei Zuses Maschine ganz deutlich Leitungswege, erkennt Bauteile, und schon ist ein gewisser Anreiz da, so etwas vielleicht auch zu bauen und damit auch zu verstehen.“ life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb 13 l+s_02_06_lehrerheft.indd 13 26.04.2006 11:34:43 Uhr


Bei der Auswahl der Jury-Mitglieder haben die Initiatoren großen Wert auf eine ausgewogene Mischung der Tätigkeitsbereiche gelegt und den Personenkreis mit Fachleuten aus Lehrerfortbildung, Schule, Hochschule, Didaktik und IT-Unternehmen besetzt. So ermöglichen die verschiedenen Perspektiven eine unterschiedliche Beleuchtung der Wettbewerbsbeiträge zum Leben und Werk Konrad Zuses für den Unterricht. Nach den Bewertungskriterien fachliche Richtigkeit, Originalität und Kreativität, Interdisziplinarität, didaktische und methodische Aufbereitung sowie Umsetzbarkeit in den Unterricht haben jeweils zwei Juroren den gleichen Wettbewerbsbeitrag erhalten und kommentiert. Leiter der Jury war Professor Dr. Otto Lührs, ehemaliger Leiter des Spektrums, der interaktiven Abteilung am Deutschen Technikmuseum in Berlin. Er engagierte sich auch als Mitarbeiter bei der Wolfsburger Experimentierlandschaft Phaeno und als Vorsitzender des europäischen Netzwerkes für naturwissenschaftliche Lehrerinnen und Lehrer „Science on Stage Deutschland e.V“. 14 life + science Lehrerwettbewerb 14 life + s c i e n c e Lehrerwettbewerb Die Jury im Überblick Die Mitglieder der Jury waren ➜ Wolfgang Friebe vom IBI - Institut für Bildung in der Informationsgesellschaft in Berlin, ➜ Dr. Dirk Pape von der Freien Universität Berlin aus dem Fachbereich Mathematik und Informatik. Er leitet dort seit Dezember 2005 die Abteilung Campusmanagement, die eine IT-Plattform für die Einführung gestufter Studiengänge bereitstellt, ➜ Rudolf Peschke, vom Referat Medien und kulturelle Bildung des Hessischen Kultusministeriums, ➜ Thomas Schmidt, beim Mitinitiator Cisco Systems für Schulen zuständig; ➜ Manfred Vollmost, Referent und Diplom- Informatiker beim Landesinstitut für Schule und Medien Brandenburg. In dem übergreifenden Themenkomplex „Medien und Informationsgesellschaft“ werden dort Themenfelder und Fragestellungen behandelt, die sich auf die unterschiedlichen Arten von Medien, deren Einfl üsse und Wirkungen sowie den sachgerechten und verantwortungsvollen Umgang beziehen. ➜ Wolf-Rüdiger Wagner, Mitarbeiter beim Niedersächsischen Bildungsserver und Leiter der Multimedia-Initiative. Verfasser von Aufsätzen zum Thema „Medienerziehung in der Schule“, Autor der Pädagogischen Zeitschrift und von „Computer + Unterricht“ ➜ und Dr. Ingo Wilken Informatiklehrer an der Lise-Meitner-Schule Berlin. © Dr. Horst Zuse Impressum Herausgeber Arbeitgeberverband Gesamtmetall – THINK ING. Wolfgang Gollub (verantwortl.) Voßstr. 16, 10117 Berlin Science on Stage Deutschland e.V. Stefanie Zweifel (verantwortl.) Poststr. 4/5, 10178 Berlin Giesel Verlag GmbH – life + science Rehkamp 3, 30916 Isernhagen Konzept und Koordination Giesel Dialog GmbH: Dr. Jeanette Mikonauschke Fachliche Redaktion Dr. Olaf Fritsche Gestaltung/Herstellung Friedrich Medien Gestaltung Im Brande 19, 30926 Seelze Fotonachweis Titelbild: © Dr. Horst Zuse Druck Fr. Staats GmbH Wuppertal Druckaufl age 205.000 Exemplare Verlag Giesel Verlag GmbH, life + science Rehkamp 3, 30916 Isernhagen Tel.: 0511 / 7304-101, Fax: 0511 / 7304-157 info@lifeandscience.de www.giesel-verlag.de Gedruckt auf 100%-Recycling-Papier. l+s_02_06_lehrerheft.indd 14 26.04.2006 11:35:18 Uhr


Und wie halten Sie Ihre Schüler wach?Jetzt bewerben: Für das Europäische Science on Stage-Festival vom 02.-06.04.2007 in Grenoble sucht Science on Stage Deutschland e.V. Lehrkräfte mit außergewöhnlichen Ideen für den naturwissenschaftlichen Unterricht. Wir bieten: Konzepte, Materialien und Austausch mit Kollegen aus ganz Europa. Bewerbungsschluss: 01.10.2006 www.science-on-stage.de Gefördert von: Das europäische Netzwerk ������� ������ Science on Stage- Festival 2007! für naturwissenschaftliche Lehrerinnen und Lehrer in Deutschland l+s_02_06_lehrerheft.indd 15 26.04.2006 11:35:27 Uhr


Science Teaching Festival Grenoble, 2.-6. April 2007 500 naturwissenschaftliche Lehrkräfte aus 30 Ländern der EU Lehrkräfte der Naturwissenschaften sind herzlich eingeladen, sich für die Teilnahme am europäischen Science on Stage-Festival beim Verein Science on Stage Deutschland e.V. (SonSD) zu bewerben. Einreichungsfrist: 01.10.2006 Bewerbungskategorien: 1. Ausstellung - Fair 2. Workshop 3. On-Stage-Aktivität (Vortrag oder Aufführung) 1. Ausstellung - Fair Die Ausstellung ist wie ein Bildungs-Jahrmarkt konzipiert. Lehrkräfte und Pädagogen stellen ihre Unterrichtskonzepte und Experimente am jeweils eigenen Länderstand aus. Bewerbungsumfang: Projektbeschreibung auf Deutsch und Englisch (2 Seiten). 2. Workshops Die Workshops bieten die Möglichkeit, eigene Unterrichtsmethoden vorzustellen, Materialien zu erarbeiten oder pädagogische Fragen zu diskutieren. Als Workshopleiter haben Sie die Möglichkeit, mit europäischen Kollegen etwas gemeinsam zu erarbeiten oder zu initiieren, das über das Festival hinausgehen kann. Bewerbungsumfang: Beschreibung des Workshops auf Deutsch und Englisch mit Agenda (4 Seiten) + Ausfüllen des Formulars auf der SonSD-Webseite. 3. On-Stage-Aktivitäten Die On-Stage-Aktivitäten beinhalten Vorträge oder Aufführungen. 3.1. Vortrag Haben Sie eine interessante Lehrmethode oder eine innovative Unterrichtsidee, die Sie gerne in einem Vortrag im Plenum präsentieren möchten? Neben der Vorstellung von Unterrichtsmethoden, kann Ihr Vortrag auch ein wissenschaftlicher Fachvortrag sein. Bewerbungsumfang: Beschreibung Ihres Vortrages auf Deutsch und Englisch (4 Seiten) + Ausfüllen des Formulars auf der SonSD-Webseite. 3.2. Aufführung- Performance Der Name des Festivals „Science on Stage“ verdeutlicht das Bühnenelement der Veranstaltung. Die „On-Stage“-Aufführung soll naturwissenschaftlich-technische Themen in einer Performance präsentieren und sich 45-60 Minuten lang auf einer Bühne darstellen lassen. Neben professionellen On-Stage-Performances beinhaltet diese Kategorie Aufführungen mit Schülern und Experimente. Projekte werden mit bis zu 10.000 € gefördert. Bewerbungsumfang: Beschreibung Ihrer Performance auf Deutsch und Englisch (10 Seiten) + Finanzplan + Zusenden einer DVD in dreifacher Ausfertigung + Ausfüllen des Formulars auf der Webseite von SonSD. Das Festival wird von den sieben größten EU-Forschungsinstitutionen organisiert, die sich im EIROforum zusammengeschlossen haben. Weitere Informationen: www.science-on-stage.de, www.scienceonstage.net und www.eiroforum.org Kontakt: Science on Stage Deutschland e.V. Tel.: 030-4000.67.40 info@science-on-stage.de www.science-on-stage.de l+s_02_06_lehrerheft.indd 16 26.04.2006 11:35:32 Uhr B 5 S Er O Au Er Du Ka A Le Al C Si er Se In ei ko di m Vo In Di In Co sin In Ab Ac Pr we zu Ra D hi


BASISINFORMATION 5 GRÜNDE DABEI ZU SEIN! Erwirb die Kompetenzen Ob Du in der schulischen oder beruflichen Ausbildung bist oder bereits erste Job- Erfahrungen gesammelt hast: Hier lernst Du die Kompetenzen für anspruchsvolle Karrieren in der Computerbranche. Anders als die typische Lehr- und Lernerfahrung im Schulunterricht Alle Inhalte sind als E-Learning auf der Cisco Plattform verfügbar. Interaktive Simulationen und praktische Übungen ergänzen den Lernprozess. Selbstlernangebot für den Erfolg Individuelles Feedback ermöglicht es, den eigenen Lernstand jederzeit zu kontrollieren und Inhalte zu identifizieren, die noch einmal wiederholt werden müssen. Vorbereitung auf weltweit anerkannte Industriezertifikate Die Kurse bereiten auf Prüfungen für Industriezertifikate vor, die in der Computer-Industrie weltweit anerkannt sind. In Kontakt bleiben Absolventen des Cisco Networking Academy Programms können am Alumni- Programm teilnehmen. Sie erhalten wertvolle Informationen und haben Zugang zu weiteren Lernangeboten und Rabattprogrammen für Netzwerkgeräte. Die weltweite Gemeinschaft der Alumnis hilft bei der eigenen Karriereplanung. DIE ZUKUNFT GEHÖRT DIR. WISSEN UND KOMPETENZEN FÜR JOBS IN DER HIGHTECH BRANCHE ERLERNEN IN DEN CISCO NETWORKING ACADEMIES Wer seine Computerkenntnisse erweitern möchte oder Interesse an einer Karriere im IT Bereich hat, findet bei den Cisco Networking Academies den richtigen Partner. Das Programm wird in Deutschland bereits an 325 Schulen, Berufschulen und Hochschulen angeboten. Teilnehmer/innen des Programms haben Zugang zu Lernmaterial, das von IT Experten des Weltmarktführers für Netzwerklösungen für das Internet entwickelt wurde. Lernen in den Cisco Networking Academies ist eine ganz neue Erfahrung. Eine Mischung aus Unterricht, web-basiertes Selbstlernmaterial Videosequenzen und interaktive Tests machen das Lernen interessant und erfolgreich. Interaktive Simulationen und Praxisübungen vermitteln echte Handlungskompetenzen. PARTNERSCHAFT FÜR SCHULEN Die Cisco Networking Academies sind ein Partnerschaftsangebot für öffentliche Schulen und andere Bildungseinrichtungen. Mit fast allen Bundesländern bestehen Rahmenvereinbarungen über die Verwendung des Curriculums im Untericht. Die Nutzung der Lernmaterialien und der eLearning Plattform sind kostenlos. Schüler/innen profitieren von den standing aktualisierten Lernmaterialien und der Chance, anerkannte Zertifikate zusätzlich zu erwerben. Schulen profitieren von der Zusammenarbeit, indem sie ihr Profil in der Region stärken, weil sie im Lernfeld Technik ein überzeugendes Angebot vorzuweisen haben. DER WEG ZUR CISCO NETWORKING ACADEMY Die Voraussetzungen für die Teilnahme am Networking Academy Programm � Qualifizierung von mindestens zwei Lehrern/innen zum Cisco Instructor � Unterrichtsraum in dem sich maximal 3 Schüler/innen einen PC teilen � Laborausstattung für die Praxisübung zu Sonderkonditionen � Regionale Akadmien in Ihrer Nähe bieten die passende Weiterbildung an � Weitere Infornationen auf deutsch unter www.bildungsinitiative-networking.de in Englisch: www.cisco.com/go/netacad ANSPRECHPARTNER Cisco Networking Academy Programm Carsten Johnson Kurfürstendamm 22 10719 Berlin +49-(0)30-97892013 Email carsjohn@cisco.com www.cisco.com/go/netacad l+s_02_06_lehrerheft.indd 17 26.04.2006 11:29:03 Uhr


TI_207/280_spass_RZ 24.01.2006 12:40 Uhr Seite 1 Bilder: PixelQuelle.de Ich baue SPASS Visionen von Ingenieurinnen und Ingenieuren prägen und bereichern unser Leben. Sie schaffen die moderne Welt - und sind gefragt wie nie zuvor. Wer von Technik fasziniert ist und erfahren möchte, wie unsere moderne Welt eigentlich „tickt“. Wer die Zukunft aktiv mitgestalten will, wer sich Neues ausdenken oder Bestehendes verbessern will, für den ist ein Ingenieurstudium genau das Richtige. Welche Studienrichtung hat Zukunft? Welche Abschlüsse gibt es? Was wird von Ingenieurstudierenden erwartet? Wie sind die Berufschancen danach? Tu den ersten Schritt - informier dich: www.think-ing.de THINK ING. ist eine Initiative des Arbeitgeberverbandes Gesamtmetall, des Verbandes Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA), des Zentralverbandes Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V. (ZVEI), des Verbandes der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. (VDE), des Vereins Deutscher Ingenieure e. V. (VDI) sowie des Verbandes der Automobilindustrie e. V. (VDA). Internet: www.think-ing.de, E-Mail: info@think-ing.de l+s_02_06_lehrerheft.indd 18 26.04.2006 11:29:22 Uhr

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