Didaktik der Informatik

Als wichtigstes Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz bestimmt Maschinelles Lernen (ML) zunehmend unseren (digitalen) Alltag. Neben Sprachassistenten, Bilderkennung, Produktempfehlungen und KI-basierten Chatbots wird ML inzwischen auch in der Gesundheits- und Finanzbranche sowie in der Landwirtschaft eingesetzt.

In diesem Workshop möchten wir über die Grundlagen des Maschinellen Lernens diskutieren und wie diese in der Sekundarstufe 1 an SchülerInnen vermittelt werden können.

Zum Abschluss besteht die Möglichkeit zum Austausch und zur Diskussion.

In diesem Workshop werden wir uns eine Möglichkeit ansehen, wie der Anfangsunterricht in Python mittels Jupyter Notebooks gestaltet werden kann. Dabei haben wir die Einheiten für die Schüler:innen als Selbstlernkurse angelegt, welche sie aufgrund ihrer Vorkenntnisse mit dem Calliope Mini und Struktogrammen größtenteils eigenständig bearbeiten.

Neben dem Besprechen der eigentlichen Notebooks werden wir von unseren Erfahrungen berichten, die wir in einer ersten Durchführung sammeln konnten.

Wichtige Hinweise:

Für die reibungslose Teilnahme am Workshop bitten wir Sie, ein Notebook mitzubringen auf dem Sie den Editor Visual Studio Code (Downloadlink: https://code.visualstudio.com/Download), sowie Python installiert haben. Die zur Ausführung der Jupyter Notebooks notwendigen Extensions können während des Workshops über das WLAN der Universität nachgeladen werden.

In diesem Workshop werden grundlegende Ideen der Kryptographie, sowohl an historischen Beispielen wie Skytale oder Caesar, als auch mit modernen Beispielen wie RSA erklärt.

Zusätzlich werden verschiedene Schutzziele als Teil einer Sicherheitsstrategie aufgeführt und auch deren Einhaltung mit technischen Hilfsmitteln wie Hash Funktionen oder digitalen Zertifikaten erläutert. Wir zeigen im Anschluss die Methodik mittels interaktiven Challenges, die im Cysec Lab angewandt wird: Hier können Teilnehmer:innen das Gelernte gleich praktisch anwenden und erproben.

Die Challenges richten sich an Schüler*innen ab der 10. Klasse.

CISPA CySec Lab

Sortieren, strukturieren, analysieren, Lösungen für Probleme finden - erfahren Sie in dieser Fortbildung, dass informatische Bildung viel mit diesen Fähigkeiten zu tun hat und auch ohne Computer möglich ist. Sie erforschen Pixelbilder, Geheimbotschaften und entdecken regelmäßige Abfolgen im Alltag.

Die Fortbildung sensibilisiert Sie dafür, Informatik in Alltagssituationen wahrzunehmen. Sie bietet viele Anregungen, um Kinder für informatische Bildung zu begeistern und ihre informatischen Fähigkeiten zu stärken - auch ganz ohne elektronische Geräte. Sie gehen dabei gemeinsam den Fragen nach "Wo begegnet den Kindern Informatik im Alltag?" und "Wie kann ich den Prozess der informatischen Bildung bei Kindern unterstützen?" und erhalten Praxisideen, die Sie ohne Computer in Ihrer Schule ausprobieren können.

In der Fortbildung vermitteln wir Ihnen das Wissen über informatische prozessbezogene Kompetenzen (z.B. Explorieren, Darstellen, Kommunizieren, Strukturieren und Bewerten), Kenntnisse über die Funktionsprinzipien der Datenverarbeitung sowie Grundwissen der Informatikdidaktik, um fördernde Lernumgebungen gestalten zu können.

Der Workshop beschäftigt sich mit einem der frühen Meilensteine der Künstlichen Intelligenz, dem 1957/58 von H. A. Simon, A. Newell und J. C. Shaw entwickelten General Problem Solver (GPS).

Nach einer Einführung in die grundlegenden Ideen des Solvers (wie etwa die Means-End-Analyse sowie die Verwendung einer sogenannten Action Language) entwickeln wir eine vollständige Implementierung in Python, die anschließend an verschiedenen historischen Beispiel-Problemen getestet und analysiert werden soll.

Vorausgesetzt werden lediglich grundlegende Python-Kenntnisse. Der Workshop beinhaltet eine Einführung in funktionale Sprachelemente.

a) Digitales Schulbuch: inf-schule.de
b) Lernstrecken auf inf-Schule mit dem Calliope zu externe Sensoren
c) IoT mit dem Calliope

• Aufbau des Internets (Modell) und Beschreibung der wichtigen Bestandteile
• Planspiel „Wie funktioniert das Internet?“
• Teilnehmer erhalten ein kurze Einführung in die Simulationssoftware Filius
• Anschauliche Betrachtung von Internetdiensten mithilfe vorbereiteter Filius-Datei:
  • DNS
  • E-Mail-Client, E-Mail-Server
  • Webbrowser (Client), Webserver
  • Green-IT

Benötigte Software der Teilnehmer (kein iPad) auf Windows, Linux oder Mac:

• www.lernsoftware-filius.de herunterladen
• aktuelle Java Runtime Environment

3D-Druck erfreut sich im Hobbybereich wie auch in der Industrie immer größere werdenden Interesses. Auch in den Schulkontext halten 3D-Drucker seit einiger Zeit Einzug. Innerhalb kurzer Zeit kann individuell gestaltbares Lehr-/Lernmaterial in großen Stückzahlen hergestellt werden. 

Zum Druck von Objekten werden zunächst 3D-Modelle erzeugt. Neben bekannten Anwendungen wie Tinkercad oder Fusion360 gibt es die Möglichkeit, solche Modelle durch Programmierung zu erzeugen.

In diesem Workshop wird die Programmiersprache OpenSCAD zunächst vorgestellt. OpenSCAD ist Open Source Software und folgt im Gegensatz zu anderen ähnlichen Konzepten dem funktionalen Programmierparadigma. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer erzeugen anschließend eigene Objekte, die nacch der Veranstaltung gedruckt werden können.

Im Workshop stelle ich meine in der Praxis erprobten Beispiele und das Material zur didaktisch reduzierten Einführung der Konzepte des objektorientierten Modellierens und Programmierens vor.

In Computerspielen finden sich schülernah Strukturen zum Nachahmen und damit zum einfachen Einstieg in erste OO-Modellierungen (mit UML), die mit ein paar Reduzierungen motivierend sogar in einer OO-Programmiersprache (am Beispiel Java) zu realisieren sind. Durch sukzessive Erweiterung des OO-Modells lassen sich die wichtigsten OOPM-Konzepte und -Begriffe erarbeiten und einüben (Klassen, Objekte, Attribute, Methoden, einfache Assoziationen, Aggregationen und Vererbungsstrukturen).

Der Workshop richtet sich an Informatiklehrer der Sek-I und II. Ich bitte darum, dass die Workshopteilnehmer einen Laptop mitbringen und darauf im Vorfeld die Software BlueJ installieren.

Gerade an der Gemeinschaftsschule bedarf es ansprechender und motivierender methodischer und didaktischer Wege, um den SuS das Fach Informatik (speziell: das Programmieren) nahezubringen. Unserer Meinung nach wird das nur gelingen, wenn wir dabei so nahe an der Lebenswelt der SuS sind wie möglich.

Da Computer- und Handyspiele einen hohen Stellenwert bei den Jugendlichen haben, haben wir nach Möglichkeiten gesucht, informatisches Denken/Denkstrukturen beim Programmieren spielerisch zu vermitteln. Dabei sind wir auf eine interessante Anzahl von analogen und digitalen spielerischen Angeboten gestoßen. Die möchten wir  gerne interessierten Lehrkräften vorstellen. Die Spanne wird von Brettspielen über programmierbare Robotermäuse bis hin zu Coding mit den „Angry Birds“ und den „Raving Rabbids“ reichen.

Das Angebot wird sich hauptsächlich an Lehrkräfte der 7./8. Klasse an Gemeinschaftsschulen richten, wobei die meisten Angebote durchaus auch Luft nach oben haben, was den Schwierigkeitsgrad angeht.

Beschreibung folgt

Der Arduino ist ein Mikrocontroller, der nicht nur mit wenigen und einfachen Befehlen programmiert werden kann, sondern durch die Hardwarenahe Programmierung viele Schüler und Schülerinnen schnell begeistert.

Ohne jegliche Vorkenntnisse lassen sich bereits in kürzester Zeit die unterschiedlichsten Hardware-Projekte realisieren - Vom Ansteuern "einfacher" Leuchtdioden (LEDs) bis hin zu Elementen der Aktorik, Sensorik und Robotik. Mithilfe vorimplementierter Funktionen können unzählige Bauteile programmiert und durch den Aufbau des Entwicklerboards auch problemlos, ohne tiefere Kenntnisse aus dem Bereich Elektronik, angeschlossen werden.

Der Workshop bietet einen praktischen Einstieg in die Welt des Mikrocontrollings, mit dem später einzelne Unterrichtseinheiten bis hin zu monatelangem Experimentieren mit dem Arduino umgesetzt werden können. Auf Wunsch werden auch fortlaufende Kurse (für Schüler*innen und Lehrkräfte) angeboten.

Mehr Informationen zum Arduino bei der "Ideenschmiede Dominik".