6. Tag des Informatikunterrichts

Der Jugendwettbewerb Informatik, als jüngstes Angebot der Bundesweiten Informatikwettbewerbe (BWINF), bietet einen Einstieg ins algorithmische Problemlösen - und damit auch ins Programmieren. Für Schülerinnen und Schüler ab der 5. Klasse verwendet der Wettbewerb eine visuelle Programmiersprache, vergleichbar mit Scratch, um den Einstieg in die Welt der Algorithmik zu erleichtern. Der Wettbewerb beginnt jedes Jahr im Frühjahr und geht über 3 Runden.

Über den Wettbewerb hinaus bietet unsere kostenfreie Trainingsplattform auf jwinf.de nicht nur die Möglichkeit, sich gezielt auf den Wettbewerb vorzubereiten, sondern präsentiert auch eine Fülle von Ressourcen, die sich nahtlos in den Unterricht der Sekundarstufe 1 integrieren lassen. Diese Ressourcen schaffen eine Lernumgebung, die nicht nur die Grundlagen der Algorithmen abdeckt, sondern auch den Spaß am Programmieren fördert.

In diesem Workshop möchten wir Ihnen die Vielfalt unseres Trainingsmaterials vorstellen und Ansätze beleuchten, wie Sie die Lehrmittel effektiv in den Unterricht integrieren können.

Der PRIMM-Ansatz stellt einen theoretisch fundierten und praktisch erprobten Ansatz zur Strukturierung von Programmierunterricht dar. Im Workshop wird das Konzept vorgestellt und anhand von Beispielen aus der Unterrichtspraxis (blockbasierte und textuelle Programmierung) veranschaulicht.

Es besteht zudem Gelegenheit, Fragen und Erfahrungen zum Umgang mit dem Lehrplankapitel "Algorithmik und imperative Programmierung" in Klassenstufe 7 des neuen Pflichtfachs Informatik auszutauschen und zu diskutieren.

Das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) durchdringt die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler in vielen Lebensbereichen. Dies betrifft beispielsweise digitale Sprachassistenten oder Smart-Watches, die Bewegungs- und Fitnessdaten aufzeichnen.

 IoT verbindet autonom arbeitende Geräte und Maschinen mit digitalen Plattformen und bildet so die Basis für viele aktuelle Anwendungen.

Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer nehmen das Internet der Dinge als informatisches Konzept wahr und lernen sowohl seine Nutzung als auch seinen Aufbau und das Zusammenwirken seiner Komponenten kennen.

Indem sie selbst mithilfe eines Mikrokontrollers Calliope mini gestaltend tätig werden, lernen sie ihn zu programmieren und dabei mit seinen Sensoren Daten zu messen. Darüber hinaus lernen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer, die gemessenen Sensordaten auszuwerten und sie unter Verwendung eines Internetdienstes zur weltweiten Nutzung zur Verfügung zu stellen.

Das einfache Ziel dieses Workshops ist es, die Implementierung eines Neuronalen Netzes, das die Bilder aus dem MNIST-Datensatz erkennen kann, zu verstehen und dort sinnvoll Parameter zu verändern. Der Weg dahin ist jedoch nicht so einfach. Um die Implementierung zu verstehen, muss man grundlegend damit anfangen, was künstliche Intelligenz ist, was bei Maschinellem Lernen gegeben sein muss, wie ein Neuronales Netz funktioniert und aus welchen Bestandteilen es aufgebaut wird. Dann kann man verstehen, was die einzelnen Codezeilen bedeuten. 

Programmiert wird in Python. Es wird die auf Maschinelles Lernen ausgerichtete OpenSource-Bibliothek PyTorch benutzt. Der Code läuft in einem Jupyter Notebook, das den Teilnehmer*innen zur Verfügung gestellt wird. Das implementierte Neuronale Netz wird für die Bilder der handgeschriebenen Ziffern aus dem MNIST-Datensatz entworfen und damit trainiert.  

Vorkenntnisse in Programmierung sind notwendig. Es müssen keine Vorkenntnisse in Python sein. Vorwissen in Künstlicher Intelligenz oder Maschinellem Lernen sind nicht nötig. Das Thema des Workshops eignet sich für Informatikleistungskurse.

Workshop des InfoLabs zur Implementierung eines neuronalen Netzes zum MNIST-Datasets mit Folien und Links.

In dem Workshop wird ein Selbstlernkurs vorgestellt und durchgeführt, welcher aus Main Missions und Side Missions besteht. In den Main Missions werden die Grundlagen verschiedener Codierungen (z.B. ASCII, Morse, Eierschalencode, Winkeralphabet, ...) vorgestellt, die wiederum in Side Missions vertieft werden können.

Programmiersprachenkenntnisse sind nicht erforderlich und werden auch nicht vermittelt.

Auf unserer digitalen Spurensuche erklären wir warum Datenschutz nicht nur DSGVO bedeutet und was beispielsweise ein Handyfoto an Informationen zur Verfügung stellt. Dabei klären wir die Fragen: wer sammelt Daten, wie werden sie genutzt und wie kann ich sie schützen?

In unserem interaktiven Workshop werden Grundlagen rund um Metadaten und Datennutzung mit praktischen Challenges verknüpft und Schnittstellen zu anderen Cybersicherheitsthemen aufgezeigt. Damit zeigen wir wie die Thematik für Schüler:innen interessant aufbereitet werden kann und warum eben der Schutz unserer Daten nicht nur mit einem Häkchen getan ist.

Der Workshop wird angeboten vom CySec Lab des CISPA Helmholtzzentrum für Informationssicherheit.

Objektorientierte Modellierung und Programmierung ist im Programmierunterricht der Oberstufe fest verankert. Im Rahmen der Einführungsveranstaltung in die Programmierung im Lehramtsstudium Sek I ist das Projekt „Zoo-Simulator“ entstanden. Am Beispiel des Alltags im Zoo können verschiedene Aspekte von OOP auf natürliche Art und Weise erkundet werden.

Der Workshop gibt einen Einblick in das Projekt und motiviert die Teilnehmerinnen dazu selbst Ideen zur Erweiterung der Simulation um spezifische (Unterrichts-)Inhalte zu sammeln.

Der Informatik-Escape-Room führt entlang einer spannenden Geschichte durch die Themen, die im Lehrplan Informatik für Klasse 8 stehen: Kryptologie, Datenbanken, Programmierung. Durch das Lösen von Aufgaben lassen sich Schlösser öffnen, hinter denen die Geschichte weitererzählt wird und sich weitere Aufgaben stellen. Die beiden Protagonisten der Geschichte, Lena und Charly, beginnen ihre Verbrecherjagt diesmal auf Hawaii und müssen wieder auf unerwartete Wendungen reagieren. Geeignet ist der Escape-Room für Schüler*innen aller Schulformen am Ende der 8. Klasse.

In diesem Workshop können die Teilnehmer*innen den Escape-Room zuerst in Teams selber spielen. Danach steht Zeit zur Verfügung, um über die ausgewählten, informatischen Themen und deren Umsetzung in Rätselform zu reden und Feedback zu sammeln.

Schulklassen können das InfoLab Saar besuchen und den Informatik-Escape-Room dort spielen.  Ein Escape-Room für die Lehrplaninhalte für Klasse 7 wurde auf dem 5. Tag des Informatikunterrichts 2023 vorgestellt. Ein Escape-Room für die Lehrplaninhalte Informatik in Klasse 9 ist geplant.

*** English version below ***

Um in der heutigen digitalen Gesellschaft erfolgreich zu sein, sind rechnerisches Denken und grundlegende Programmierkenntnisse unerlässlich. Diese steigende Nachfrage hat zu einem Anstieg verschiedener Programmierparadigmen und Plattformen geführt. In der Grund- und Mittelstufe werden häufig blockbasierte visuelle Programmierplattformen, z. B. Scratch und Hour-of-Code eingesetzt. Ab der Mittel- bis Oberstufe gewinnen textbasierte Programmierplattformen, z. B. auf Basis von Python an Bedeutung. Beim Übergang zwischen diesen Programmierparadigmen und Plattformen kann der Fortschritt jedoch durch die Variabilität der Programmierkonzepte und Übungen behindert werden.

Um diesen Übergang zu erleichtern, haben wir eine neue webbasierte Programmierplattform entwickelt, um die Python-Programmierung in einer spielerischen und visuellen Umgebung zu erlernen. Diese Plattform kombiniert die spielerischen Elemente blockbasierter visueller Programmierumgebungen mit der Python-Programmiersprache. Der Lehrplan beginnt mit grundlegenden Konzepten wie Schleifen und Bedingungen in Python und behandelt anschließend fortgeschrittenere Konzepte wie Variablen und Funktionen. Daher könnten Lehrer  diese Plattform nutzen, um den gesamten Lehrplan für die Grund-, Mittel- und Oberstufe abzudecken. Dieser Workshop zielt darauf ab, Lehrer mit der Plattform vertraut zu machen und ihre Wirksamkeit beim Unterrichten der Python-Programmiersprache in einer spielerischen und visuellen Umgebung zu demonstrieren.

Der Workshop ist für die Teilnahme eines breiten Spektrums von Lehrkräften von der 4. bis zur 10. Klasse relevant. Wir bieten praktische Programmiersitzungen auf unserer webbasierten Plattform an, damit sich die Teilnehmer damit vertraut machen und sie problemlos in ihre Klassenzimmer integrieren können. Für praktische Programmiersitzungen im Workshop wird ein Laptop benötigt.

*** English Version ***

Computational thinking and basic programming skills are essential for everyone to thrive in today's digital society. This increasing demand has led to a surge in various programming paradigms and platforms. On the one hand, block-based visual programming platforms, e.g., Scratch and Hour-of-Code, are popularly used at elementary and middle school levels. On the other hand, text-based programming platforms, e.g., based on Python, become more relevant from middle to high school levels. However, as students and teachers transition across these programming paradigms and platforms, progress can be impeded by the variability in programming concepts and exercises. 

To bridge this gap, we have developed a new web-based programming platform to learn Python programming in a playful visual environment. The platform combines the playful elements of block-based visual programming environments with Python programming. The curriculum starts from basic concepts, like loops and conditionals in Python, and then covers more advanced concepts, like variables and functions in Python. Thus, this platform could be useful for teachers in covering the entire programming curriculum for elementary, middle, and high school levels. This workshop aims to familiarize teachers with the platform and demonstrate its effectiveness in teaching Python programming in a playful visual environment. 

The workshop is relevant for participation by a broad set of teachers, ranging from classes 4 to 10. We will offer hands-on programming sessions on our web-based platform so that participants can become familiar with and readily use it in their classrooms. Participants should bring a laptop for hands-on programming sessions in the workshop.

Die gesellschaftliche Relevanz des Themas Künstliche Intelligenz (KI) nimmt in jüngster Zeit rasant zu. So hat KI nicht mehr nur in Science-Fiction-Filmen Einzug gehalten, sondern begegnet uns beim Online-Shopping, in Sprachassistenzsystemen, bei ethischen Überlegungen zum autonomen Fahren oder bei maschinellen Übersetzungen.

In diesem Workshop werden praxiserprobte, niederschwellige und handlungsorientierte Ansätze zur Vermittlung grundlegender Ideen und Prinzipien der KI erkundet, die Schülerinnen und Schüler befähigen, die digitale Welt zu verstehen und mitzugestalten. Der Workshop richtet sich an alle Lehrkräfte, die KI - mit oder ohne Vorerfahrungen - selbst in ihrem Unterricht greifbar machen wollen.

Computing Education. Computer science explained.

In dem Workshop wird eine Lernaufgabe vorgestellt und teilweise durchgeführt, in welchem die Grundlagen der drahtlos-Kommunikation mittels Bluetooth erarbeitet werden.