Informatik - EIN/AUS - Bildung

Wer nicht lesen, schreiben, rechnen und mit Informationstechnologien umgehen kann, steht heute wie ein Esel am Berg vor einem Fahrkartenautomat, bei der Online-Reservation eines Hotels und erst recht beim Ausfüllen der elektronischen Steuererklärung. Der hohe Stellenwert der Informationstechnologien in unserer Gesellschaft ist unbestritten. Dennoch gibt es keinen Konsens über den Stellenwert der informatischen Bildung. Trotz vieler Anläufe hat sich im Bildungskanon kein Schulfach Informatik etablieren können und generell wird der Computer im Unterricht nicht im erwarteten Masse als Hilfsmittel genutzt. Warum wird der Bildungswert der Informatik verkannt? Schaffen es die Informatiker nicht, den Bildungswert der Informatik genügend zu kommunizieren? Müssten die Inhalte und die Methoden des Informatikunterrichtes neu überdacht werden? Die nachfolgenden Gedanken sind ein Plädoyer für einen Informatikunterricht mit einem stärkeren Bezug zum Alltag der Lernenden, für eine vermehrte Gewichtung methodischer Aspekte in der Informatik-Didaktik und für eine verstärkte Zusammenarbeit mit den Lehrpersonen anderer Fächer. 1. Braucht es wirklich ein Schulfach Informatik? Lesen, Schreiben und Rechnen sind heute allgemein anerkannte Kulturtechniken und Grundlage jeder Allgemeinbildung. Und natürlich wissen wir alle, dass es nicht genügt, in der Schule nur das Einmaleins zu üben oder Prozentsätze von irgendwelchen Zahlen ausrechnen zu können. Wer nie ein tieferes Verständnis für die Prozentrechnung erworben hat, wird sich als Tourist nichts ahnend über's Ohr hauen lassen, wenn der Kellner zuerst 5% für das Gedeck, auf dem resultierenden Total 15% für den Service und auf dem neuen Total noch 5% für die Mehrwertsteuer draufschlägt. Mathematische Allgemeinbildung bedingt auch ein Verständnis für die einem Thema zugrunde liegenden Konzepte. Unbestritten ist heute, dass die Informatik ebenfalls zur Allgemeinbildung gehört. Die Informatik hat unsere Gesellschaft im Laufe weniger Jahrzehnte verändert wie kaum eine andere Wissenschaft zuvor. Fast jedermann nutzt Anwendungen wie Textverarbeitung oder Web-Browser. Um diese Computer-Werkzeuge bedienen zu können, benötigt man im Gegensatz zu früher keine Programmierkenntnisse mehr. Die effiziente und effektive Nutzung dieser Werkzeuge ist aber keineswegs einfach. Es genügt nicht, im richtigen Moment die richtige Taste zu drücken. Die Komplexität von Informatiksystemen im Alltag wird einem bewusst, wenn man die Gebrauchsanweisung des neuen Einbaubackofen verlegt hat. Als gewiefter InternetSurfer sucht man schnell mittels der Begriffe „Einbaubackofen'', „Herstellername“ und „Gebrauchsanweisung“ auf Google, erhält 17 Treffer, aber allesamt aus dem Bereich von Schnäppchenangeboten. Mehr Erfolg zeigt die Suche auf der Website www.hersteller.de. Nach 8 Klicks findet man wirklich ein Auswahlmenu für unzählige Gebrauchsanweisungen dieses Herstellers. Mittels einer getrennten Suche auf der Dokumentenkollektion des Herstellers bringt man auch in Erfahrung, welche Bedeutung die Abkürzung PNC hat: Produktnummerncode. Im Backofen findet sich die Produkt-Nr. 944 211 794 und damit kann die Gebrauchsanweisung als Pdf-Datei der Grösse 429 Kb heruntergeladen werden. Falls nicht schon installiert, gibt es auch einen Download Button für den Adobe Acrobat Reader. Auf Seite 11 findet sich die Übersicht der Bedienund Anzeigeelemente (Abbildung 1). Abbildung 1: Bedienund Anzeigelemente Einbaubackofen Ohne das Studium der Gebrauchsanweisung ist es praktisch unmöglich, dieses Bedienfeld zu durchschauen. Beim Schalter 11 ganz links handelt es sich um eine analoge Drehschalter-Umsetzung der diskreten zweiwertigen Funktion „Feuchtigkeitszufuhr ja / nein“. Beim Druckknopf 4 könnte man zuerst erwarten, dass sich damit die Temperatur regeln lässt. Hiermit lässt sich aber nur die Temperatur abfragen. Die diskrete Temperaturanzeige in Panel 5 wird durch den analogen Drehknopf 10 gesteuert. Die verschiedenen Startzustände im Panel 3 des endlichen Automaten „Einbaubackofen“ (Heissluft, Pizzastufe, Turbogrill,...) werden durch den Drehknopf 1 ausgewählt. Wir gehen hier nicht ausführlicher ins Detail. Das Beispiel spricht für sich: ohne Computerfertigkeiten, ohne Kenntnis wichtiger Werkzeuge oder Dateiformate und ohne eine zumindest intuitive Vorstellung endlicher Automaten lässt sich selbstständig kaum online die benötigte Gebrauchsanweisung finden, geschweige denn ein Kuchen backen. Die Frage ist: Wie gelingt es, solche komplexe „Informatiksysteme“ zu beherrschen? Würde eine ausreichende informatische Bildung diesen Problemen vorbeugen? Braucht es dazu ein Schulfach Informatik? Und vermitteln wir heute im Informatikunterricht die benötigten grundlegenden Konzepte und Kompetenzen? Das Beispiel „Backofen“ illustriert zweierlei. Erstens steht es mit der Ausbildung der „Backofen-Ingenieure“ nicht zum Besten, sonst würden nicht die grundlegenden DesignPrinzipien in solch sträflicher Art und Weise verletzt. Der heutige Informatikunterricht auf Stufe Ingenieurausbildung ist offensichtlich noch unzureichend und berücksichtigt zum Beispiel die Thematik der Mensch-Maschinen-Schnittstellen zu wenig. Zweitens hilft das beispielsweise im heutigen Informatikunterricht auf Stufe Gymnasium vermittelte Wissen Anwenderinnen bei Backofen-Problemen wenig. Der gymnasiale Informatikunterricht vermittelt den Anwendern von Informatiksystemen nicht die im Alltag benötigte informatische Ausbildung. Daraus den Schluss zu ziehen, es brauche kein Schulfach Informatik, wäre aber verfehlt. Vielleicht müsste der Informatikunterricht nur anders gestaltet werden. 2. Schulfach Informatik: was läuft schief? Soll „Backofenkunde“ im Informatikunterricht Eingang finden? Sicher nicht: Ein auf die Vermittlung kurzlebiger Anwenderfertigkeiten ausgerichteter Informatikunterricht ist nicht nachhaltig. Wer nur das Backofenmodell 2005 bedienen kann, wird beim Modell 2007 wieder fast von vorne beginnen müssen. Soll informatische Bildung vermittelt werden, muss der Unterricht auch auf langlebiges Konzeptwissen ausgerichtet sein. Die Vielfalt und die rasante Entwicklung der Informatik machen es aber nicht leicht, die allgemein bildenden Grundlagen der Informatik zu bezeichnen. Das Anzweifeln des Stellenwertes der Informatik als allgemein bildendes Fach rückte zudem die Legitimation eines Schulfaches Informatik und die möglichen Inhalte eines solchen Faches in den Mittelpunkt der Diskussion. So entstanden Lehrplan-Dokumente mit einem Umfang von mehr als hundert Seiten, mit hohen Zielsetzungen und oft ausser Reichweite der Vorkenntnisse vieler Informatiklehrpersonen. Die zu behandelnden Inhalte folgen zudem oft einer strengen Fachsystematik und der Bezug zum Alltag ist für die Schülerinnen und Schüler nicht ersichtlich. Zur Illustration: In den Einheitlichen Prüfungsanforderungen zur Abiturprüfung (EPA) der Kultusministerkonferenz vom 12.03.2004 wird als Aufgabenbeispiel die Entwicklung eines abstrakten Datentypen (ADT) Dictionary angeführt. Teil der Aufgabe ist das Beschreiben untenstehender Dictionary-Methode: 01 private int gibIndex(String schluessel) { 02 DictionaryElement element; 03 int i = 0; 04 while (i < size() ) { 05 element = (DictionaryElement) get(i); 06 if (element.schluessel.equals(schluessel) ) 07 return i; 08 i++; 09 } 10 return -1; 11 } Die Aufgabenstellung entspricht den Anforderungen im ersten Studienjahr eines Informatikstudiums und mag geeignet sein, um gegenüber Informatik-Experten den Tiefgang des Informatikunterrichtes zu dokumentieren. Für die meisten Schülerinnen dürfte ein Anwendungsbezug aber nur schwer herstellbar sein, für Kolleginnen aus anderen Unterrichtsfächern bleibt der Bildungswert solcher Aufgaben schleierhaft. Eine Verknüpfung zum eigenen Unterricht in Biologie oder Geschichte ist unvorstellbar. Kann es sein, dass der Informatikunterricht hier den gleichen Irrweg beschreitet wie vor einigen Jahrzehnten der „neue“ Mathematikunterricht? Mit „neuer Mathematik“ war die Mengenlehre gemeint. Anstelle von Fertigkeiten und Fähigkeiten des Rechnens als solches wurde das abstrakte Denken in den Vordergrund gesetzt. Die fachwissenschaftlich orientierte Mengenlehre entsprach aber nicht den pädagogischen und didaktischen Anforderungen, war nicht schülergerecht und führte zu einer Verwissenschaftlichung des Mathematikunterrichtes. Nicht nur die Schülerinnen waren überfordert, auch die Lehrpersonen wurden durch diesen Hang zur Wissenschaftlichkeit in Bedrängnis gebracht. Man mag nun einwenden, dass Abstraktion der Kern der Informatik sei, und man deshalb im Unterricht das Schwergewicht auf das abstrakte Denken legen müsse. Es lohnt sich, dieser Frage genauer auf den Grund zu gehen. Peter J. Denning, ehemaliger Präsident der ACM, setzt sich immer wieder mit der Frage auseinander, was Computer Science ist. Das Studium einiger seiner Artikel ist für jeden Informatiklehrer ein Muss. In [De05a] stellt er die Frage, ob die Informatik überhaupt eine eigenständige Wissenschaft sei. Er weist darauf hin, dass zu dieser Frage auch unter den Informatikern kein Konsens besteht und folgert: “Computer science meets every criterion for being a science, but it has a self-inflicted problem.” Könnte diese Aussage auch auf den Informatikunterricht in der heutigen Form zutreffen? In [De05b] führt Denning unter dem Titel Look Beyond Abstraction to Define Computing zum Thema Abstraktion aus: [..] computer science’s agenda is, and always has been, information processes. Some are natural and some artificial. We study and imitate the natural; we design and test the artificial. Many of the artificial are inspired by their natural counterparts. Many programs and computer systems are means to study, simulate, and replace natural information processes. For example, cognitive scientists hypothesize that intelligence is the result of information processes in our brains. Experts in human-computer interaction study the interactions among artificial information processes in computers and natural processes in humans. Bioinformaticians study the transcription of DNA as an information process that can be managed and repaired. Computational scientists study natural phenomena with computer simulations. [..] Much programming practice consists of designing abstractions objects and functions to solve problems, then letting computers execute the abstractions to produce real action. What is distinctive about abstraction? Engineers, scientists, organizational leaders, and game makers do it all the time. Abstraction is an important but not the defining principle of computing. Vielleicht müssten wir im Informatikunterricht Denning's Ausführungen mehr beherzigen. Genauso wie Mathematik nicht mit Mengenlehre gleichzusetzen ist, besteht Informatik nicht nur aus Abstraktion und Modellierung. Um sich als eigenständiges Unterrichtsfach nachhaltig etablieren zu können, muss für die Schülerinnen und Schüler Sinn und Zweck der Informatik ersichtlich sein. Lehrpersonen anderer Fächer und Bildungspolitikern muss der grundlegende Nutzen der Informatik überzeugend kommuniziert werden können. Um das Backofen-Beispiel aufzunehmen: Informatikunterricht muss auch einen Beitrag dazu leisten, dass wir unsere Pizza backen können. In den Lehrplänen müssen vermehrt Themen mit einem starken Alltagsbezug – etwa der Entwurf von Mensch-Maschinen-Schnittstellen Einzug halten. Warum nicht im Informatikunterricht Norman's Klassiker The Design of Everyday Things [No88] lesen und begleitend unterschiedliche Mensch-Maschinen-Schnittstellen analysieren? 3. Was muss in der Informatik unterrichtet werden? Die Auswahl des Unterrichtsinhaltes ist in der Informatik schwieriger als in anderen Fächern. Informatikunterricht deckt ein sehr breites Spektrum an Themen und Zielsetzungen ab. Betrachten wir als Beispiel Datenbanken. In der Hochschule wird man den Schwerpunkt auf die Modellierung und das Design von Datenbanken legen. In einem Ausbildungsgang für IT-Supporter wird man die Anwendersicht sowie das Anpassen von Datenbanken in den Vordergrund stellen. Für die Mehrzahl der Anwender stehen Datenbankabfragen im Vordergrund. Die verschiedenen Zielgruppen bedingen verschiedene Themenschwerpunkte und andere didaktisch-methodische Ansätze. Als geeignetes Werkzeug zur Auswahl der Lerninhalte bewährt hat sich die Idee der fundamentalen Ideen von Bruner [Br60], welche von Schwill [Sc94] auf den Informatikunterricht adaptiert wurde. Berücksichtigt man die Kriterien zur Auswahl der fundamentalen Ideen für den Unterricht, läuft man nicht Gefahr, sich in kurzlebigen produktespezifischen Details zu verlieren. Allerdings reicht es nicht aus, in einem Themengebiet einfach möglichst alle fundamentalen Ideen zu identifizieren. In Abhängigkeit der Zielgruppe können grundlegende Konzepte eines Themas für den Unterricht sehr relevant, aber auch vollkommen belanglos sein. Im Datenbank-Unterricht mit Zielpublikum „Anwender“ spielen die Normalformen bei relationalen Datenbanken keine Rolle, für künftige Datenbankentwickler hingegen schon. Es ist Aufgabe der Lehrperson aus den fundamentalen Ideen diejenige Teilmenge zu wählen, welche für die Zielgruppe von Bedeutung ist. Ein Blick in die vergangenen zehn Jahre zumindest des gymnasialen Informatikunterrichtes lässt vermuten, dass dieser bewussten Auswahl in der Vergangenheit zu wenig Beachtung geschenkt wurde. Wir plädieren dafür, dass auch im Informatikunterricht ausgehend von den fundamentalen Ideen eines Themengebietes vermehrt eine zielgruppengerechte Auswahl getroffen wird. Auch die Rahmenbedingungen wie Schultypus, zukünftiges Tätigkeitsgebiet der Lernenden, zur Verfügung stehende Unterrichtszeit und Infrastruktur sollten in die Auswahl der Lernziele einfliessen. Abbildung 2 zeigt das von uns in der Lehrerausbildung in den letzen Jahren eingesetzte Vorgehensmodell. Die Leitideen legen einen Bezugsrahmen fest. Sie begründen einerseits die Ausgangslage, warum etwas überhaupt gelehrt werden soll. Andererseits halten sie als Konsequenz daraus fest, was gelernt werden soll und schliessen so gewisse Themen aus. Die Leitideen zeigen den Schülern die Relevanz eines Themas auf und ordnen das Thema in einen grösseren Kontext ein. Die Leitideen berücksichtigen das Zielpublikum und führen damit zur Auswahl der fundamentalen Ideen für einen bestimmten Unterrichtskontext. Die Dispositionsziele stehen zwischen der eher allgemein formulierten Leitidee und den fundamentalen Ideen einerseits und den operationalisierten Lernzielen andererseits. Sie dienen als Brücke zwischen diesen unterschiedlichen Ebenen und beschreiben angestrebtes Verhalten, beispielsweise die Bereitschaft, beim Programmieren den Programmcode aussagekräftig zu dokumentieren.