Teil I - Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
Einleitung
1. Ausgangslage
2. Herleitung des Begriffs Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
2.1 Die Grundlage - Informatik im Kontext
2.1.1 Kontextorientierung in naturwissenschaftlichen Fächern
2.1.2 Kontextorientierung im Informatikunterricht
2.1.3 Informatik im Kontext
2.1.3.1 Chancen von Informatik im Kontext
2.1.3.2 Grenzen von Informatik im Kontext
2.2 Die Ergänzung - Themenübergreifender Unterricht
2.3 Definition Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
3. Vereinbarkeit des Halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts mit den Vorgaben des Kerncurriculums
Teil II - Projektunterricht im Informatikunterricht
4. Begriffsbestimmung Projektunterricht
5. Projektarbeit im Informatikunterricht
5.1 Teamarbeit
5.2 Themenauswahl
5.3 Zusammenfassung
6. Abgrenzung zu Halbjahresübergreifendem Informatikunterricht
Teil III - Mikrocontroller im Informatikunterricht
7. Physical Computing mit Mikrocontroller-Tools
7.1 Mikrocontroller-Tools im Informatikunterricht
7.1.1 Sensor- und Aktorenboards
7.1.2 Vorgefertigte Sensoren- und Aktorenbausteine
7.1.3 Mikrocontrollerboards
8. Arduino-Plattform
8.1 Arduino-Hardware
8.2 Arduino-Software
8.3 Sensoren und Aktoren
8.4 Erweiterungen
8.4.1 Bibliotheken
8.4.2 Shields
8.5 Entscheidung für Arduino
9. Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Arduino
Teil IV - Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt
10. Kriterien für Halbjahresübergreifenden Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt
11. Projektbeispiel - Smart-School-Projekt
11.1 Benutzeroberfläche entwickeln - HTML-Projekt (E.2)
11.2 Webserver einrichten - Internetprotokolle (E.1)
11.3 Funktionen programmieren - Programmierprojekt (E.4)
11.4 Sensordaten verwalten - Webdatenbankprojekt (Q2.3)
11.5 Überprüfung der Kriterien
11.6 Abschlussdiskussion
12. Schlussbemerkung
13. Literaturverzeichnis
Abbildung 1: Software Life Cycle (nach Schubert & Schwill 2011)
Abbildung 3: Sense Board (nach Greenfoot o.D.)
Abbildung 2: PicoBoard (nach SparkFun Electronics o.D.)
Abbildung 4: PicoCricket -Komponenten (nach Verner & Cuperman 2009)
Abbildung 5: Arduino LilyPad (nach SparkFun Electronics o.D.)
Abbildung 6: Arduino Uno (nach Conrad o.D.)
Abbildung 7: Ethernet Shield (nach Conrad o.D.)
Abbildung 8: Module des Smart-School-Projekts
Erst kürzlich veröffentlichte die Gesellschaft für Informatik (GI) mit dem Informatik-Monitor einen Überblick über informatische Bildung in Deutschland und kommt zum Schluss, dass „auch achtzig Jahre nach Erfindung des Computers und dreißig Jahre nach Gründung des World Wide Webs |.| die Informatik in deutschen Schulen kaum eine Rolle |spielt|“1. Konkret zeigt die Studie, dass Informatikunterricht ab der 5. Klasse nur in vier von 16 Bundesländern angeboten wird, es in neun Bundesländern Informatikunterricht ausschließlich als Wahlpflichtoder Wahlfach gibt und Bremen und Hessen im Sekundarbereich I überhaupt keinen Informatikunterricht anbieten2.
Trotz der breiten Forderung nach einer Bildungsoffensive im Bereich der Informatik - drei Viertel der Bevölkerung fordern Informatik als Schul-Pflichtfach3 -, wird der Stellenwert der informatischen Bildung in der Sekundarstufe I damit immer noch nicht flächendeckend anerkannt. In der Sekundarstufe II sieht es dafür zwar deutlich besser aus (13 Bundesländer bieten Informatikunterricht im Wahlpflichtbereich an; in den restlichen drei Bundesländern ist Informatik sogar verbindliches Fach)4, vor dem Hintergrund der teilweise nichtexistenten informatischen Bildung im Sekundarbereich I stellt sich allerdings die Frage, wie Schülerinnen und Schüler den Einstieg in die anspruchsvollen Kompetenzfelder der Oberstufeninformatik meistern sollen. Wie können sie inhaltlich und kognitiv an ein Fach anknüpfen, zu dem sie aufgrund des fehlenden Bildungsangebots in der Mittelstufe bisher keinerlei Bezüge hatten?
Solange sich die schulische Bildungslage nicht ändert, müssen sich insbesondere Didaktiker und Lehrkräfte dieser Frage stellen. Bis dahin kommt es auf ihre kreativen Ansätze an, die Schülerinnen und Schüler bestmöglich bei der Überwindung dieser Herausforderungen zu unterstützen. Vor allem in Bremen und Hessen müssen Wege gefunden werden, die Lerninhalte der Informatik so aufzubereiten, dass sie optimal von den Schülerinnen und Schülern aufgenommen werden können.
Als angehender Informatiklehrer, der gleichzeitig selbst einmal in der Situation gewesen war, der Informatik das erste Mal in der 11. Klasse begegnen zu dürfen, ist es mir ein persönliches Anliegen, einen Beitrag dazu zu leisten. Dahingehend soll diese Arbeit der Entwicklung eines Halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts mit Mikrocontroller-Projekt gewidmet sein. Stellvertretend für beide betroffenen Bundesländer nimmt das Unterrichtsmodell dabei Bezug auf die curricularen Vorgaben des Landes Hessen5.
Mit Halbjahresübergreifendem Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt (HIMP) wird ein kontext- und projektorientiertes Modell vorgestellt, das zum einen den zu erwartenden Mangel an grundlegenden Fachkompetenzen bei Schülerinnen und Schülern überbrücken soll. Zum anderen verfolgt es das Ziel, innercurriculare Zusammenhänge zwischen einzelnen Themen an die Lernenden mitzuvermitteln und damit ein Gesamtverständnis für die Informatik zu ermöglichen.
Das zugrundeliegende Unterrichtskonzept wird im ersten Teil aus dem bestehenden kontextorientierten Konzept, Informatik im Kontext (IniK)6, abgeleitet. HIMP bedient sich dabei an den wesentlichen Aspekten der Kernidee und passt es an die angesprochenen Ziele an. Im zweiten Teil der Arbeit wird auf die Projektarbeit als ausgewählte Methode des Unterrichtsmodells eingegangen. Bevor schließlich alle Komponenten zusammengeführt werden, soll Arduino im dritten Teil als ausgewähltes Mikrocontroller-Tools des Projektes vorgestellt und in Bezug auf seinen Einsatz im Informatikunterricht behandelt werden. Im vierten und letzten Teil werden die Kriterien HIMP abschließend zusammengefasst, und anhand des Smart-School-Projektbeispiels die Umsetzbarkeit des Unterrichtsmodells belegt, das umfassende Themenspektrum der Arduino-Plattform demonstriert und eine Reihe von möglichen Themen aus dem hessischen Lehrplan aufgezeigt, die in ein Mikrocontroller-Projekt integriert werden können.
Der hessische Lehrplan für den Informatikunterricht an gymnasialen Oberstufen deckt große Bereiche der Fachwissenschaft ab. Verbindlich vorgeschrieben sind dem Unterricht unter anderem die Themenfelder Internetprotokolle, Grundlagen der Programmierung, Such- und Sortieralgorithmen, Endliche Automaten, Formale Sprachen und Grammatiken7. Für den Leistungskurs sind drei weitere Themenfelder vorgesehen. Die thematische Orientierung des Lehrplans an der akademischen Disziplin ist damit deutlich erkennbar und ergibt in der Folge ein umfangreiches und breitgefächertes Angebot. Zudem birgt sie die Hoffnung, dass dem Anspruch der gymnasialen Oberstufe, seine Schülerinnen und Schüler auf das Studium vorzubereiten, genüge getan wird8.
Neben dem Vorteil, der sich durch eine breite Abdeckung der Informatikwissenschaft erhofft wird, kann es für Schülerinnen und Schüler aber vor allem herausfordernd sein, in so kurzer Zeit ein nachhaltiges Verständnis für die große Menge an verschiedenen Lerninhalten zu entwickeln. Dies bestätigt eine Studie aus Schleswig-Holstein, in der 568 Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe ihre Sicht auf das Schulfach schildern. Mehr als die Hälfte der Befragten gab darin an, dass sie ernsthafte Schwierigkeiten im Informatikunterricht empfänden.9 Dabei muss erwähnt werden, dass Schleswig-Holstein noch zu den Bundesländern gehört, die Informatik ab der 5. Klasse anbieten. Es ist zu erwarten, dass die Zahl der überforderten Schülerinnen und Schüler in Bundesländern mit keinem Informatikangebot in der Mittelstufe noch deutlich höher ist.
Die Schwierigkeit sich die im Kerncurriculum festgeschriebenen Kompetenzen anzueignen, ergibt sich aber nicht notwendigerweise aus der bloßen Menge an Lerninhalten. Schließlich werden in anderen naturwissenschaftlichen Fächern ähnlich komplexe Themen mit vergleichbarem Umfang behandelt. Vielmehr kann ein Grund in der Strukturierung der fachlichen Lerninhalte liegen. Die Gliederung der Themenfelder im hessischen Lehrplan liegt den Lehrkräften nämlich nahe, sie in Form von isolierten, halbjahresspezifischen Lernblöcken an die Schülerinnen und Schüler zu vermitteln10, was für den Einstieg in die Informatik mit Sicherheit als hinderlich zu bewerten ist. Anders als beispielsweise in Deutsch oder Mathematik, mangelt es den meisten hessischen Schülerinnen und Schülern in Informatik an Erfahrungswerten, da viele von ihnen den Informatikunterricht bis zur Oberstufe nie besucht haben. Folglich fehlen ihnen auch die nötigen Grundkompetenzen, um Zusammenhänge zwischen einzelnen Themen - sofern nicht entsprechend aufbereitet - nachzuvollziehen. Werden die Lerninhalte dann auch noch separat eingeführt, stellt die Einfindung in die Lerninhalte mit jedem neuen Thema eine neue Herausforderung dar.
Diesem Problem wird im Folgenden ein alternatives Unterrichtskonzept entgegengesetzt. Im Gegensatz zum konventionellen Ansatz, sollen die informatische Themen des Lehrplans nicht mehr als separate halbjahresspezifische Päckchen an die Schülerinnen und Schüler vermittelt werden, sondern sich zunächst in einem gemeinsamen Kontext wiederfinden, innerhalb dessen die Themen zusammenhängend und interdependent bearbeitet werden können. Der Begriff des Halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts wird im Folgenden ausführlich hergeleitet.
Intuitiv würde man dem Begriff, Halbjahresübergreifender Unterricht, die Eigenschaft zuschreiben, über zeitliche Halbjahresgrenzen hinweg lehren, und inhaltlich keine halbjahresbedingten Abgrenzungen zu machen. Lerninhalte würden also zusammenhängend betrachtet - unabhängig davon, für welches Halbjahr sie im Lehrplan bestimmt worden sind.
Obwohl an dieser Stelle eine allgemeine Vertrautheit mit dem Begriff angenommen wurde, stellt halbjahresübergreifender Unterricht in schuldidaktisch-theoretischer Literatur jedoch kein eigenständig behandeltes Konzept dar. Weder in der Allgemeindidaktik noch in Fachdidaktik wird man zu diesem Begriff fündig. Ähnlich verhält es sich für Begriffe, wie „Themenübergreifender Unterricht“ oder „Themenverbindender Unterricht“, die das gleiche meinen, aber ebenso wenig behandelt sind. Integrativer Unterricht und Ganzheitlicher Unterricht sind dagegen durchaus in der schuldidaktischen Forschung etabliert, beziehen sich aber trotz ihrer semantischen Verwandtschaft zur Idee des halbjahresübergreifenden Unterrichtes auf ganz andere Konzepte - nämlich dem Einbeziehen von Menschen mit Behinderungen bzw. dem Lernen mit allen Sinnen.
Da der Begriff im Wissenschaftskontext somit nicht existent ist, wird für den Zweck des in dieser Hausarbeit vorzustellenden Unterrichtsmodells das Unterrichtskonzept des halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts selbst hergeleitet. Hierzu wird ein bereits bestehendes Konzept zur Grundlage genommen, das noch relativ jung ist und Informatik im Kontext heißt. In seinen Zielen und der allgemeinen Ausrichtung ist Informatik im Kontext der Idee des Halbjahresübergreifenden Informatikunterricht ziemlich ähnlich und eignet sich daher als Grundlage besonders gut. Somit soll zunächst auf die Wesensmerkmale eingegangen werden, um es danach um die notwendigen Aspekte zu ergänzen, die es für die Zwecke des halbjahresübergreifenden Unterrichts bedarf. Zuvor soll noch auf die Entstehung der Kontextorientierung im allgemeinen Schulunterricht und dann im Informatikunterricht eingegangen werden.
Kontextorientierte Unterrichtsansätze an deutschen Schulen sind kein neues Phänomen. Ganz im Gegenteil - schon seit langem stützen sich naturwissenschaftliche Unterrichte auf dieses Konzept. Grund für den Einzug in den Klassenraum ist aber nicht etwa eine sukzessive Entwicklung der Didaktiken, die sich aus theoretischen Erkenntnissen der Wissenschaft ergeben hat, sondern deutliche Bildungsdefizite deutscher Schülerinnen und Schüler, die durch Ergebnisse des internationalen PISA-Vergleichs im Jahr 2000 offenbart wurden11. Insbesondere im Bereich der Problemlöseaufgaben wurden den Lernenden schlechte Leistungen bescheinigt12, woraufhin sich die dringende Frage nach den Ursachen stellte. Da die betroffenen Aufgaben vor allem naturwissenschaftliche Anwendungskompetenzen der Getesteten auf die Probe stellten, wurde insbesondere die Unterrichtsausrichtung in den Naturwissenschaften hinterfragt13. In diesem Zusammenhang kritisierte man unter anderem fehlende Problem- und Anwendungsorientierung in der Kompetenzvermittlung und wertete den bis dato praktizierten Unterricht als nur träges Wissen zur Folge habend14. Entsprechend wurden weitreichende Anpassungen in den Bildungsstandards getätigt. Heute enthalten viele Vorgaben des KMK die Empfehlung zu kontextorientiertem Unterricht.
Die Chemiedidaktik entwickelte in der Folge das Konzept der Chemie im Kontext oder kurz „ChiK“. Es basiert auf den Leitlinien: Kontextorientierung, curriculare Vernetzung und Methodenvielfalt und soll dem festgestellten Desinteresse der Schülerinnen und Schüler am Chemieunterricht15 entgegenwirken. Ziel sei es „den Chemieunterricht nicht nur durch eine einfach systematische Aneinanderreihung einzelner chemische Erkenntnisse zu gestalten, sondern stattdessen die Schülerinnen und Schüler durch Anbindung an Kontexte im hohen Maße zu aktiver Mitarbeit anzuhalten“16. Außerdem bestrebt das Konzept die Adressierung einer möglichst breiten Schülerschaft, den Aufbau eines rationalen Verständnisses im Umgang mit lebensweltlichen Problemsituationen und das Interessewecken an chemischen Fragestellungen17.
Ebenso sei es Ziel der Physik im Kontext („piko“) Schülerinnen und Schüler auf motivierende Weise von den Themen des Physikunterrichts zu überzeugen18. Ausgehend von der Prämisse: "ein fachlicher Inhalt kann immer nur in einem für Schülerinnen und Schüler relevanten Kontext gelernt werden"19 orientiert sich piko an sogenannte "sinnstiftende Kontexte"20, sodass Schülerinnen und Schüler erkennen mögen, inwiefern sie in ihrem Leben von Bedeutung sein können. Dadurch soll ein motivierteres und erfolgreicheres Lernen physikalischer Kompetenzen ermöglicht werden.
Während Kontextorientierung in Physik und Chemie bedeutet, dass naturwissenschaftliche Inhalte von ihrem rein fachlichen Bezug losgelöst werden und vielmehr die Lebensrealität der Schülerinnen und Schüler den Ausgangspunkt des Unterrichts bestimmen, sind Fachinhalte der Biologie und ihr lebensweltlicher Kontext schon vom Wesen her stark miteinander verwoben. Duske führt folgende fachspezifische Themen und Beispielkontexte an,>und verdeutlicht, dass es in der Biologie vergleichsweise schwer fällt zwischen Inhalten und Kontexten zu unterscheiden.21
- Chemie - Inhalt: Säuren, Kontext: Haushaltsreiniger
- Physik - Inhalt: Berechnungsgesetze, Kontext: Brillen
- Biologie - Inhalt: Humanbiologie, Kontext: menschlicher Körper
Nichtsdestotrotz oder gerade deswegen entstand in Anlehnung an die geforderte Kontextorientierung in den Bildungsstandards das Äquivalent für den Biologieunterricht, Biologie im Kontext (bik).
Es ist somit erkennbar, dass die drei Fächer Chemie, Physik und Biologie durchaus verschiedene Kontextprogramme mit unterschiedlichen Zielsetzungen für ihre Unterrichte hervorbrachten. Es lässt sich trotzdem eine große Schnittmenge feststellen - so eint z.B. alle, dass sie fachliche Basiskonzepte in schülerrelevante Kontexte einbetten und hierdurch Lerninhalte von der aktuellen Situation der Schülerinnen und Schüler ausgehend vermitteln.
Auch im Informatikunterricht ist die Orientierung an schülerrelevanten Fragestellungen kein komplett neuer Ansatz. Anfang der 1980er Jahre praktizierten Lehrkräfte den sogenannten anwendungsorientierten Unterricht und setzen erstmals die gezielte Orientierung an Anwendungsbereichen der Informatik im schulischen Kontext um22. Der Bezug der Schülerinnen und Schüler zu den Themen der Informatik bzw. ihre Betroffenheit dazu spielte dabei die zentrale Rolle und gab die Ausrichtung des Unterrichts vor23. Der anwendungsorientierte Unterricht entwickelte sich mit der Zeit aber immer mehr zu einem reinen Anwendungsunterricht, der sich darauf beschränkte, den Umgang mit gängigen Computer-Programmen zu erlernen. Er wurde daraufhin abgeschafft und gilt seither als gescheitert24.
In der Folge bedurfte es einem neuen Ansatz, der die Schülerinnen und Schüler auf der einen Seite dort abholt, wo sie sich mit ihren Kompetenzen situativ befinden. Auf der anderen Seite musste der Unterricht den fachlichen Inhalten der Informatik treu bleiben, und nicht, wie im Beispiel der Informatischen Grundbildung (ITG), nur solche Kompetenzen vermitteln, die unmittelbare Relevanz für die Lebensrealität der Schülerinnen und Schüler zu haben scheinen. Offensichtlich geschah es auf der Grundlage eben dieser zwei wesentlichen Anforderungen, dass Koubek und seine berlinisch-brandenburgische Arbeitsgruppe zuletzt das kontextorientierte Unterrichtskonzept, Informatik im Kontext, entwickelten. In der Beschreibung des Projekts erkennen sie die Wichtigkeit der inhaltlichen Orientierung des Schulfachs an der Fachwissenschaft entsprechend an. Gleichzeitig appellieren sie dafür, sinnstiftende Kontexte in angemessenem Maße im Unterricht mitzuberücksichtigen.25
Anlass für die Einbeziehung solcher Kontexte sehen sie insbesondere in der „Kluft zwischen fachlichen Lernzielen, der Strukturierung des Unterrichts und den Interessen, Erwartungen und der Motivation der Schülerinnen und Schüler“26. Informatische Konzepte auf Kosten fehlender Kontextualisierung wissenschaftlich komplex und fachlich exakt zu unterrichten betrachten sie entsprechend kritisch. Darin verberge sich, ihres Erachtens nach, der Grund für die fehlende Freude der Schülerinnen und Schüler am Fach27.
Und tatsächlich ergibt eine Studie, dass abstraktes Arbeiten, ohne Bezug zu spannenden lebensweltlichen Themen, bei Lernenden grundsätzlich eher auf Ablehnung trifft28. Unterrichtliche Tätigkeiten, die nah am Leben der Lernenden sind, würden hingegen als besonders positiv von erlebt29.
Daraus ergebe sich für den Informatikunterricht das klarerkennbare Ziel, lebensweltliche, motivierende Kontexte als Ausgangspunkt zu nutzen, aus denen heraus Lernende fachspezifische Inhalte, Methoden und Kompetenzen extrahieren und erlernen können30. Zu diesen Zwecken basiere Informatik im Kontext auf den folgenden drei Prinzipien31:
1) Orientierung an Kontexten
Ein Kontext sei eine „Menge von lebensweltlichen Themen bzw. Fragestellungen, die von den Schülerinnen und Schülern als zusammenhängend geordnet werden und die dadurch sinnstiftend auf deren Handlungen wirken“32. Es handle sich dabei also um verschiedene individuellen Handlungsrahmen, die alle in einem Kontext vereint werden. Entscheidend für die Schlüssigkeit eines Kontextes, das heißt, ob ein Kontext auch als zusammenhängender Handlungsrahmen nachvollziehbar ist oder nicht, sei hierbei die Beurteilung durch Schülerinnen und Schüler.
Ein schülerkonformer Kontext könne beispielsweise das Thema „Chatbots“ sein, da es den Lernenden aus der Science-Fiction oder im Zusammenhang mit privatem Chatten bekannt sei. Es umfasse einen bestimmten thematischen Rahmen, der von Schülerinnen und Schülern als zusammenhängend nachvollzogen werden könne und per Definition ein geeigneter Kontext für den Unterricht ist.
Der Kontext dient folglich als Ausgangspunkt des Unterrichts. Hierbei werden passende Lerninhalte aus dem Kerncurriculum in den Kontext eingeordnet und auf diese Weise den Lernenden nähergebracht. Ein solcher Lerninhalte wäre beim Thema Chatbots, beispielsweise die Geschichte der KI33. Dass die ausgewählten Kontexte einen klaren Bezug zur Lebensrealität der Schülerinnen und Schüler haben oder für die Gesellschaft zumindest eine hohe Relevanz aufweisen, sei hierbei für einen schülermotivierenden Effekt von entscheidender Bedeutung34. Engbring und Pasternak werden bezüglich der Eignung von Kontexten für den Informatikunterricht noch konkreter und formulieren neben Lebensweltbezug drei weitere Kriterien. Kontexte müssen demnach potentiell erlebbar, zeitstabil und ihre Komplexität erfassbar sein35.
Ein Kontext sei dann potentiell erlebbar, wenn Schülerinnen und Schüler in ihrer aktuellen Lebensphase oder mit absehbar hoher Wahrscheinlichkeit in einer zukünftigen Lebensphase mit ihm in Berührung kommen werden; als Beispiel wird hier das Online-Banking angeführt, das sie früher oder später beträfe36.
Gleichzeitig sollten nur solche Kontexte für den Unterrichtszweck gewählt werden, die auch in einigen Jahren noch relevant und damit zeitstabil sind37. Entsprechend mache es keinen Sinn Kontexte zu wählen, die erst kürzlich entstanden und bezüglich ihrer Langlebigkeit noch nicht einzuschätzen sind. Das Kriterium der Zeitstabilität ist unverkennbar an die fundamentalen Ideen der Informatik von Schwill angelehnt, welche u.a. fordern, dass sich informatische Unterrichtscurricula nicht an den neusten Erkenntnissen der Wissenschaft orientieren sollen38.
Schließlich leiten sie das Kriterium der erfassbaren Komplexität aus dem Scheitern des anwendungsorientierten Ansatzes ab. Dieser endete damit, dass „vielfach die Beschäftigung mit fertigen Computer-Anwendungen im Vordergrund“39 stand. Um dieses Schicksal von IniK abzuwenden, müssten Unterrichtsentwürfe, zum Zwecke einer angemessenen Komplexität stets durch Kompetenzen begründet werden, die in den Bildungsstandards für Informatik erwähnt sind40. Dieses Kriterium findet sich schließlich auch im zweiten Prinzip von Koubek, Schulte, Schulze und Witten wieder.
2) Orientierung an Standards für die Informatik in der Schule
Die Autoren von Informatik im Kontext bekennen sich im nächsten Prinzip ihres Konzepts zur Orientierung an den von der Gesellschaft für Informatik (GI) erarbeiteten Grundsätzen und Standards für die Informatik in der Schule, wodurch jeder Entwurf, der auf IniK basiere, erst durch Verweis auf in den Standards festgehaltene Kompetenzen legitim sein soll41.
3) Methodische Vielfalt
Das dritte Prinzip von IniK spricht sich gegen monotone Unterrichtsmethodik aus und fordert eine abwechslungsreiche, schülerzentrierte Gestaltung der Lerneinheiten. Die Autoren betonen, dass die Ausrichtung von IniK nach lebensweltlichen Bezügen damit nicht nur inhaltlich erfolgen, sondern auch „die Möglichkeit der stärkeren Partizipation der Schüler berücksichtigen“42 soll.
Spätestens seit Informatik im Kontext schafft es der kontextorientierte Unterrichtsansatz somit auch in die informatische Bildung und findet bisher weite Anerkennung in der Didaktik. Doch welche Vorteile kann IniK tatsächlich bieten und wie muss das Konzept erweitert werden, um den Ansprüchen der Idee von halbjahresübergreifendem Informatikunterricht zu genügen? Im Folgenden sollen die Chancen und nachher die Grenzen von IniK diskutiert werden.
Um eine Steigerung der Motivation von Schülerinnen und Schülern im Fach zu erreichen, ist Informatik im Kontext danach ausgelegt fachlichen Inhalt mit lebensweltlichen Kontexten zu verknüpfen - das ist das wesentliche Unterscheidungsmerkmal zu anderen Ansätzen der informatischen Didaktik. Ausgehend von einem Thema, wie „Chatbots“, welches die Lernenden aufgrund der Relevanz für ihren Alltag erwartungsgemäß als interessant empfinden, wird sich erhofft, dass sie auch den Prozess der Aneignung fachlicher Kompetenzen motivierter erleben.
Für das Fach Informatik gibt es zwar noch keine betreffenden Studien, jedoch belegen Forschungsergebnisse für kontextorientierte Unterrichtskonzepte anderer naturwissenschaftlicher Fächer, dass tatsächlich ein Zusammenhang zwischen kontextorientiertem Unterricht und gesteigerter Schülermotivation besteht. So ergibt eine Befragung von Schülerinnen und Schülern zur Interessantheit und Relevanz des Chemieunterrichts, „dass Lernende in Salters Projekten (kontextorientierter Unterrichtsansatz aus England) vor allem die Bezüge zur außerschulischen Lebenswelt ansprachen“43. Schülerinnen und Schüler der Vergleichsgruppe werteten den Chemieunterricht hingegen als überhaupt nicht relevant für sie44.
Ähnliches zeigt auch eine Umfrage, die sich auf das kontextorientierte Unterrichtskonzept für den Physikunterricht bezieht. Während das Interesse anderer Schülerinnen und Schüler über den gleichen Untersuchungszeitraum deutlich abgefallen ist, konnte das Interesseempfinden der Lerngruppe mit Physik im Kontext konstant gehalten werden45.
Zuletzt bestätigen auch Studien aus dem Fach Biologie, dass eine schülerorientierte Kontextualisierung im Unterricht einen positiven Effekt auf die Motivation der Lernenden hat. Todt und Götz finden heraus, dass das Interesse der Schülerinnen und Schüler am Thema Gentechnik zunimmt oder abnimmt, je nachdem, in welchem Kontext es im Unterricht behandelt wird. So beschäftigten sich Schüler lieber mit Gentechnik, wenn es im Rahmen des Kontexts geringerer Umweltbelastung unterrichtet wird, als wenn der Kontext z.B. „Veränderung von Nutzpflanzen zur Krankheitsresistenz“ ist.46
Forschungsergebnisse über alle drei Fächer hinweg zeigen somit nachweislich, dass der kontextorientiere Unterrichtsansatz einen positiven Effekt auf die Motivation der Schülerinnen und Schüler haben kann. Dass auch Informatik im Kontext das Potential hat das Interesse der Lernenden zu steigern, scheint daher nur schlüssig.
Damit könne IniK gelingen, zumindest eines der beiden gesetzten Ziel dieser Arbeit zu erreichen. Dem Mangel an fachwissenschaftlichen Basiskompetenzen, der sich für hessische Schülerinnen und Schüler aufgrund der fehlenden Informatikbildung in der Sekundarstufe I ergibt, setzt Informatik im Kontext ein Konzept entgegen, das den Lernenden erlaubt ihre Kompetenzdefizite über geeignete Kontextualisierung zu überbrücken. Dort, wo Schülerinnen und Schülern zuvor ohne fachliches Vorwissen jeglicher Bezugspunkt zu den informatischen Themen der Oberstufe fehlte, bietet ihnen kontextorientierter Informatikunterricht eine Lernsituation, an der sie mit ihren Erfahrungen aus der alltäglichen Lebenswelt anknüpfen können.
Was IniK hingegen nicht notwendigerweise gelingt - da es dies auch nicht explizit anstrebt-, ist es, Zusammenhänge einzelner Themen des Lehrplans an die Schülerinnen und Schüler mitzuvermitteln. Dadurch, dass jedes zu behandelnde Themenfeld mit seinem eigenen Kontext umrahmt wird, verstärkt sich die Verkapselung der Themen, die durch die Gliederung im Kerncurriculum ohnehin schon besteht. Folglich geschieht die Betrachtung der fachlichen Inhalte und die Erlernung inhaltsbezogener Kompetenzen ausschließlich innerthematisch. So werden zwar stets die lebensweltlichen Erfahrungen der Lernenden in den Lernprozess einbezogen, jedoch bleiben die Beziehungen zu bereits erlernten und künftig zu erlernenden Lerninhalten des Informatikunterrichts unberücksichtigt.
In Anbetracht der zu bewältigenden Herausforderungen, die sich durch die zuvor geschilderte Situation für viele Schülerinnen und Schüler im Informatikunterricht ergeben, sind durch fehlende Berücksichtigung der innercurricularen Themenzusammenhänge folgende Nachteile zu erwarten:
Den Schülerinnen und Schülern bleibt die Erschließung des Gesamtkonzepts Informatik verwehrt:
Mit IniK betrachten Schülerinnen und Schüler den Lerninhalt stets innerhalb seines spezifischen lebensweltlichen Kontextes. Die Kontextualisierung aller Themen birgt den Nachteil, dass die Grenzen zu anderen Themen des Curriculums verstärkt werden - seien sie inhaltlich noch so nah verwandt. Betrachte man jedes Thema in seinem themenspezifischen Kontext, gestaltet sich die Untersuchung der Zusammenhänge zu anderen Themen, die wiederum in ihren eigenen Kontext eingebettet sind, schwer. Dabei sind gerade die Verknüpfung einzelner Themen des Curriculums miteinander und die Einordnung der Themenbereiche in einen themenumfassenden Gesamtzusammenhang die entscheidenden Schritte, um ein Verständnis vom Gesamtkonzept Informatik zu entwickeln.
Zusammenhänge zwischen themenspezifischen Kompetenzen können nicht optimal genutzt werden:
Werden die Zusammenhänge zwischen einzelnen zu behandelnden Themen für Schülerinnen und Schüler nicht klar ersichtlich, so können sie die erworbenen Kompetenzen nicht in idealem Maße dazu nutzen sich neue Kompetenzen, die auf den bereits erworbenen gründen oder zum Teil auf den gleichen Grundlagen basieren, anzueignen. Zudem bleibt auch das Potential des durch Kombination der einzelnen Themen entstehenden Kompetenzzuwachses unausgeschöpft.
Eine Vielzahl an Lernbereichen fällt weg:
Schließlich hat die separate Kontextualisierung der einzelnen Themen ohne nachfolgende Zusammenführung zur Folge, dass viele spannende Fragestellungen, die direkte Relevanz für lebensweltliche Bereiche der Lernenden aufweisen, unbeachtet bleiben. Themen und Kompetenzen lassen sich nur schwer kombinieren, gegenseitig erweitern, oder miteinander vergleichen, wenn sie nach ihrer ausführlichen im spezifischen Kontext situierten Betrachtung noch zu dekontextualisieren sind, ein neuer „gemeinsamer Nenner“ gefunden und eingeführt werden muss, um erst dann zusammenhängende Fragestellungen behandeln zu können.
Unterrichtskonzepte des Fachs Informatik dürfen themenübergreifende Zusammenhänge damit keineswegs vernachlässigen, denn zu groß sind die Nachteile, die sich für Schülerinnen und Schüler ergeben. Gerade in Hinblick auf die informatische Bildungssituation in Hessen muss jede Gelegenheit genutzt werden, unterstützende Lernsituationen zu schaffen. Dazu gehört neben themenspezifischen Unterstützungsschwerpunkten, wie sie die Informatik im Kontext durch Einführung der Kontexte anstrebt, auch eine sinnstiftende Gesamtstruktur des Unterrichts mit themenübergreifendem Wesen, das durch Vernetzung der Kompetenzen schlüssig und durch und durch sinnvoll erscheint.
Letzteres soll mit der Ergänzung einer zusätzlichen Komponente erreicht werden, die im Folgenden mit dem Begriff, Themenübergreifender Unterricht, umschrieben wird.
Heinz Muckenfuß, Physiker und Pädagoge, der den kontextorientierten Unterrichtsansatz im Physikunterricht maßgeblich mitbeeinflusste, merkt an:
„Die curriculare Grundstruktur des Physikunterrichts muß fachliche Kompetenzen, relevante Inhalte, lebenspraktische Bedeutsamkeit und darauf bezogene außerfachliche Fähigkeiten zu einem tragfähigen Gesamtkonzept verknüpfen.“47
und weist darauf hin, dass in der Vermittlung einzelner Themenfelder keineswegs die Physik als großes Ganzes verloren gehen darf. Schließlich seien physikalische Begriffe, Sätze und Gesetze erst dann zu verstehen, wenn sie in einen Gesamtzusammenhang gebracht werden. Einzelne Rahmenkontexte dürften somit nicht „als isolierte Elemente fungieren, sondern zu einem Gesamtcurriculum führen |...|“48, das den Aufbau eines „Kompetenzgefüges“ anstrebe49, welches den Lernenden einen themenübergreifenden Gesamtorientierungsrahmen biete.
Gleiches muss auch für den Informatikunterricht gelten, denn die Ausgangslage ist hier ähnlich. Erst durch die Zusammenführung der einzelnen Kompetenzen und ihre Einordnung in den Gesamtkontext, werden Lernende dazu befähigt die verschiedenen curricular vorgegebenen Lerninhalte der Informatik als ganzheitliches Konstrukt zu verstehen. Bleiben die Themen hingegen isoliert und separat voneinander betrachtet, ist die Bildung eines Gesamtverständnisses für Informatik schwer formbar. Doch wie kann die konzeptionelle Zusammenführung der Lerninhalte auf Grundlage der Informatik im Kontext gelingen?
Halbjahresübergreifender Informatikunterricht soll an dieser Stelle als Lösung vorgestellt werden. Anders als im Konzept von IniK suggeriert, soll halbjahresübergreifender Informatikunterricht die Themen des Curriculums nicht separat Kontextualisieren, sondern einen gemeinsamen Kontext finden, der möglichst viele Themen gleichzeitig einrahmt. Dieser themenübergreifende Rahmenkontext habe den gleichen Anspruch, wie der durch IniK eingeführte themenspezifische Kontext, nämlich aus dem Erfahrungshorizont der Schülerinnen und Schüler zu sein und damit ihre Lernmotivation zu steigern. Gleichzeitig ermöglicht die Vereinigung mehrerer Themen unter einem Kollektivkontext ihre direkte Verknüpfung miteinander und gibt zudem eine Ordnung an, wie die Themen zueinander in Beziehung stehen könnten. Bezüglich des herzuleitenden Begriffs des halbjahresübergreifenden Unterrichts führt uns dies zu folgender Definition.
In der Summe stellt Halbjahresübergreifender Informatikunterricht, wie er im Rahmen dieser Arbeit interpretiert wird, einen Unterricht dar, der gemäß den Prinzipien von Informatik im Kontext zu gestalten ist, wobei für möglichst viele Themen ein gemeinsamer Kontext eingesetzt wird. Die Einbettung verschiedener Themen des Curriculums in einen gemeinsamen Rahmenkontext, unabhängig davon für welches Halbjahr die Themen vorgesehen sind, bezweckt die Hervorhebung der Zusammenhänge zueinander und hat in Anlehnung an den Orientierungsrahmen von Muckenfuß die Bildung eines ganzheitlichen „Kompetenzgefüge[s]“50 zum Ziel.
Lerninhalte des Informatikunterrichts sind im hessischen Kerncurriculum grundsätzlich bestimmten Kurshalbjahren zugeordnet. In den einführenden Erläuterungen des Kerncurriculums heißt es dazu: „Die Themenfelder bieten die Möglichkeit - im Rahmen der Unterrichtsplanung didaktisch-methodisch aufbereitet - jeweils in thematische Einheiten umgesetzt zu werden“51. Es ist somit naheliegend einzelne Themen halbjahresabhängig separat und unabhängig voneinander zu unterrichten. Halbjahresübergreifender Unterricht ist daraus erstmal nicht ableitbar.
[...]
1 Schwarz, Hellmig, Friedrich (2020), S. 3
2 Vgl. Schwarz, Hellmig, Friedrich (2020), S. 8
3 Vgl. Bitkom (2021)
4 Vgl. Schwarz, Hellmig, Friedrich (2020), S. 7
5 Vgl. Hessisches Kultusministerium (2016)
6 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009)
7 Vgl. Hessisches Kultusministerium (2016), S. 26-27
8 Vgl. KMK (2021), S. 5
9 Vgl. Barthel (2011), S. 118
10 Vgl. Hessisches Kultusministerium (2016)
11 Vgl. Duske (2017), S. 19
12 Vgl. Duske (2017), S. 19
13 Vgl. Duske (2017), S. 19
14 Vgl. Duske (2017), S. 19
15 Vgl. Huntemann, Paschmann, Parchmann & Ralle (1999), S.191
16 Huntemann, Paschmann, Parchmann & Ralle (1999), S.192
17 Vgl. Huntemann, Paschmann, Parchmann & Ralle (1999), S.191
18 Vgl. Duit (2010), Piko-Brief 5, S. 1
19 Duit (2010), Piko-Brief 5, S. 1
20 Duit (2010), Piko-Brief 5, S. 1
21 Vgl. Duske (2017), S. 23
22 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.104
23 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 270
24 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 271
25 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 268
26 Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 269
27 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 269
28 Vgl. Elster (2006), S.3
29 Vgl. Elster (2006), S.3
30 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.122
31 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 271
32 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 272
33 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 277
34 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 272
35 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.122
36 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.122
37 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.122
38 Vgl. Schwill (1993), S. 1
39 Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 270
40 Vgl. Engbring, Pasternak (2010), S.123
41 Vgl. Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 274
42 Koubek, Schulte, Schulze & Witten (2009), S. 275
43 Duske (2017), S. 25
44 Vgl. Duske (2017), S.25
45 Vgl. Duit (2007), S.622
46 Vgl. Todt & Götz (1998), S. 9
47 Muckenfuß (1995), S. 269
48 Muckenfuß (1995), S. 271
49 Muckenfuß (1995), S. 211
50 Muckenfuß (1995), S. 211
51 Hessisches Kultusministerium (2016), S.17
