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Schüler*innen informatische Denkweise vermitteln von Martina Landman Probleme algorithmisch lösen lernen Aus unserem Alltag sind Algorithmen nicht wegzudenken. Das sehen nicht nur Informatiker*innen so, sondern auch Kinder und ihre Lehrkräfte. In unseren Informatik-Schulworkshops des TU Wien Informatics eduLAB sammeln wir regelmäßig wertvolle Erfahrungen und gewinnen tiefe Einblicke in das informatische Problemlösen. ALGORITHMEN ÜBERALL Algorithmen bestimmen zum größten Teil darüber, was wir über unsere digitalen Geräte wie Smartphones und Computer sehen: Von TikTok über YouTube und anderen Social Media Plattformen bis hin zu Tageszeitungen und Werbung wird alles über Algorithmen bestimmt. Das ist auch den Kindern bewusst, die uns in unseren Workshops vom „YouTube-Algorithmus“ erzählen. Aber was ist eigentlich ein Algorithmus? Obwohl der Begriff ständig verwendet wird, können ihn die wenigsten verständlich beschreiben. In unseren Informatik-Workshops gehen wir der Frage „Was ist ein Algorithmus?“ auf den Grund. Wir arbeiten mit Kindern und Jugendlichen daran, ihre informatischen Denkweisen und algorithmischen Problemlösestrategien zu fördern. Anstelle digitaler Geräte setzen wir auf unplugged Aktivitäten, die die Teilnehmer*innen in Kleingruppen gemeinsam durchführen. Gemeinsam lösen sie Rätsel und praktische Probleme in einem forschend-entdeckenden Ansatz. Dabei wenden sie, oft unbewusst, ihre bereits vorhandenen algorithmischen Lösungsfähigkeiten intuitiv an. Selbst den Lehrkräften fällt es oft schwer, diesen allgegenwärtigen Begriff des Algorithmus präzise auf den Punkt zu bringen und zu erklären. Dabei ist diese Schwierigkeit absolut verständlich: Sogar die Fachliteratur begnügt sich oft mit Näherungen und Beispielen. Mit dem neuen Schulfach Digitale Grundbildung stehen vor allem viele fachfremde Lehrkräfte vor genau dieser Herausforderung. ETWAS, DASS SICH IMMER WIE- DER WIEDERHOLT. Schaut man in diverse Fachbücher auf internationaler Ebene, stellt man fest, dass es selbst unter Expert*innen keine Universaldefinition des Begriffs gibt. Es handelt sich eher um eine Arbeitsdefinition, die je nach Kontext etwas anders ausgelegt wird. Die meisten stimmen mit der Auffassung überein, dass es eine eindeutige Schritt-für-Schritt-Anweisung ist, die ein Problem in endlicher Zeit löst. Je weiter sich die Publikationen vom Schulbereich entfernen, desto mehr computerbezogene Attribute werden eingefügt, wie etwa die Relevanz von Input und Output und die konkrete Eingabesprache. Wie genau beschreiben Kinder nun den Begriff, wenn sich weder Expert*innen noch Lehrkräfte einig sind? Wir baten Kinder im Unterstufenalter eine Erklärung zu ihrem Verständnis des Begriffs Algorithmus aufzuschreiben. Für die meisten Befragten scheint ein zentrales Kriterium zu sein, dass sich Vorgänge „immer wieder wiederholen“ müssen, um als Algorithmus zu gelten. Diese Anschauung könnte an den verwendeten Vergleichen zur Erklärung des abstrakten Begriffs liegen. Beispielsweise werden Kochrezepte in Schulbüchern als Vergleich herangezogen, um einen Alltagsbezug zur Welt der Kinder herzustellen: Ein Rezept ist eine Schritt-für-Schritt- Anleitung, die ein bestimmtes Problem (= Kochen) löst. Viele Erklärungen legen dabei Wert auf die Wiederholbarkeit, da beim Kochen desselben Rezepts auch „immer wieder“ das gleiche Gericht entsteht. Somit ist es verständlich, dass dieser Aspekt in den Köpfen der Kinder einen besonderen Stellenwert einnimmt. Wie schon zuvor erwähnt, gibt es keine allumfassende Definition, mit der alle Menschen zufrieden sind. Umso wichtiger ist es, den Kindern und Jugendlichen das richtige Gefühl für den Begriff Algorithmus mitzugeben und ihre algorithmischen Denkweisen zu fördern. UNSICHTBARE ALGORITHMI- SCHE HANDLUNGEN Die fehlende Fähigkeit den Begriff zu erklären, schränkt die Lernenden jedoch nicht ein, algorithmische Handlungsanweisungen auszuführen und auch beschreiben zu können. Algorithmen werden im Alltag häufig eingesetzt, ohne bemerkt zu werden. Das führt dazu, dass Kinder und Jugendliche schon einen großen Rucksack an intuitiven Lösungsstrategien für informatische Problemstellungen besitzen und oftmals gar nicht wissen, dass sie Algorithmen benutzen. Genau an diesem Punkt setzen unsere eduLAB Aufgabenstellungen an,und parallel dazu auch unsere Forschung. Wir möchten Kinder und Jugendlichen he- 32 OCG Journal | 01 • 2024
ausfordern und deren algorithmischen Fähigkeiten in einer spielerisch-entdeckenden Form ans Tageslicht bringen. Weiß man, wie Kinder informatische Probleme lösen, kann man mit diesem Wissen gezielt auf die Thematik eingehen, auch um ein tieferes Verständnis für diese Konzepte herzustellen, ohne dabei vorher neue Begriffe erlernen zu müssen. Dabei umgeht man die festsitzenden Stereotype, dass die Informatik kompliziert sei und erreicht womöglich nebenbei auch jene begleitenden Lehrkräfte, die bisher selbst noch keine Chance hatten, sich mit der Informatik anzufreunden. VIDEOANALYSE FÜR TIEFERES VERSTÄNDNIS In einer laufenden Studie werden mit Hilfe von Videoanalyse die verschiedenen algorithmischen Strategien in Schüler*innen-Kleingruppen untersucht. Besonders interessant ist dabei eine Aufgabe, bei der Karten gemeinsam sortiert werden. Die Kameras werden in der Vogelperspektive positioniert, um die Interaktion der Teilnehmenden miteinander und mit den Karten anonym betrachten zu können (Abbildung 1). Das Besondere an dieser einfachen Aufgabe ist das Sortieren auf verschiedenen Ebenen. Es gibt vier verschiedene Rückseitenfarben (je 40 pro Farbe), und jeweils vier Farben auf der Vorderseite mit den Zahlen von 1-10. Die genauen Einzelheiten werden dabei von den Schüler*innen selbst entdeckt, da keine genauen Regeln vorgegeben werden. Die Gruppe hat zwei Versuche deren Zeit gestoppt wird. Zwischen den Versuchen dürfen sie sich absprechen, um ihre erste Zeit zu schlagen und ihre Taktik zu optimieren. Abgesehen davon, dass die meisten Gruppen sehr motiviert sind, ihre eigene Zeit zu schlagen, finden unter den Schüler*innen spannende Diskussionen zu komplexen informatischen und algorithmischen Inhalten statt. Nach der Sichtung der ersten Videoaufnahmen konnten wir bereits einige interessante Gespräche analysieren. Beispielsweise geben die Schüler*innen gegenseitig Feedback zu den Sortierstrategien. Dabei verwenden sie teilweise schon ausgeklügelte Sortieralgorithmen, ohne es zu merken: Zu Beginn der Aufnahme sortieren alle Teilnehmer*innen nach einer eigenen Methode. Im zweiten Durchgang einigen sie sich auf eine Methode, die jetzt alle anwenden. Dabei werden mehrere informatische Aspekte implizit verwendet und thematisiert, unter anderem das Divide&Conquer-Prinzip, Stacks, Sortieralgorithmen, Optimierung und Parallelisierung. Während der Diskussionsrunde zeigen die Kinder intuitiv ihr Verständnis für informatische Konzepte, indem sie ihre effektivsten Sortiermethoden diskutieren. In diesem Austausch erklären sie einander unbewusst z. B. die Prinzipien von Datenstrukturen wie Stacks (indem sie Karten stapeln) oder Arrays (indem sie Karten auslegen), die sie im Sortiervorgang anwenden. Alle bisher betrachteten Videos zeigen eine Verbesserung zwischen dem ersten und dem zweiten Sortierversuch. DIE ZUKUNFT SPRICHT „ALGO- RITHMISCH“ Kinder sollten ein tiefes und intuitives Verständnis für Algorithmen entwickeln. In unserer Arbeit streben wir danach, die Lücke zwischen der bloßen Verwendung des Begriffs Algorithmus und dem Verständnis zu schließen. Denn Kinder und Jugendlichen kommen täglich mit Technologie in Berührung. Nur durch das Verständnis der zugrunde liegenden Konzepte können sie ihre Zukunft steuern, um nicht durch die Zukunft gesteuert zu werden. Ausgewählte Forschung Martina Landman ist Doktorandin an der TU Wien im Forschungsbereich Softwareengineering. Sie ist Organisatorin des TU Wien Informatics eduLAB und organisiert Schulworkshops. Ihre Forschungsinteressen liegen im Gebiet der Informatikdidaktik. Abbildung 1: Gruppe sortiert die Rückseiten (li) und die Vorderseiten (re) der Karten (c) TU Wien Informatics eduLAB 01 • 2024 | OCG Journal 33
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