Veranstaltungsprogramm

Systeme der künstlichen Intelligenz wie DeepL oder ChatGPT erhalten immer mehr Einfluss in den Alltag.

Diese Änderungen werden auch bereits von den ersten Lehrplänen aufgegriffen, die Aspekte der Künstlichen Intelligenz u.A. in den Informatikunterricht integrieren.

Ein Beispiel hierfür ist der bayerische Lehrplan in den Jahrgangsstufen 11 und 13 in denen Neuronen simuliert und der Einfluss der Netzwerkarchitektur (insb. der Anzahl der Neuronen) auf den Lernerfolg neuronaler Netze analysiert werden soll.

Eine besondere Herausforderung des Lehrplan ist die Tatsache, dass er insbeosndere auch für Lernende gilt, die vorher keine Erfahrungen mit textbasierter Programmierung gemacht haben.

Die Verwendung von Programmen zur Visualisierung und Simulation derartiger Netzwerke liegt daher nahe.

Derartige didaktische Programme, die speziell diesen Lehr- und Lernprozess unterstützen sind allerdings noch kaum vorhanden.

Aus diesem Grund stellt diese Arbeit ein Programm vor, dass speziell für die Bedürfnisse dieses Lehrplans entwickelt wurde.

In diesem Praxisbeitrag werden zunächst aus den entsprechenden Lehrplänen die Anforderungen an ein didaktisches Werkzeug identifiziert und daraus Use-Cases für das Programm abgeleitet.

Anschließend wird eine Webanwendung vorgestellt, welche diese Anforderungen erfüllt.

Computational Thinking (CT) wird zunehmend als wichtiger Lerngegenstand angesehen. Ergebnisse der ICILS 2018 zeigen jedoch, dass bei der Ausbildung von CT noch großer Handlungsbedarf in Deutschlang besteht. Ohne flächendeckenden Informatikunterricht gestaltet sich die Förderung von CT allerdings schwierig. Ein möglicher Ansatzpunkt ist daher, ergänzend auch Potenziale für die Förderung von CT innerhalb von anderen Fächern ausfindig zu machen. Da CT eine Denkweise bezeichnet, die benötigt wird, um Probleme strukturiert zu beschreiben bzw. zu lösen, bieten sich insbesondere im Mathematikunterricht Potenziale, CT zu fördern. Anknüpfungspunkte finden sich dabei in Studien zu CT, die sich aber in der Regel auf die Entwicklungsebene beziehen, also die Entwicklung konkreter Unterrichtsmaterialien. Es fehlen empirische Einblicke dazu, wie Lernprozesse tatsächlich verlaufen. Dies wäre wichtig, um auftretende Schwierigkeiten von Lernenden besser zu verstehen und diese gezielt fördern zu können. In einer interdisziplinären Entwicklungsforschungsstudie mit bislang n=12 Lernenden der sechsten Jahrgangsstufe wird daher sowohl untersucht, mit welchen Materialien Lernprozesse zu CT im Mathematikunterricht initiiert und unterstützt werden können, als auch in einer qualitativen Analyse typische Lernverläufe und Hürden rekonstruiert. Erste Ergebnisse dieser didaktischen Rekonstruktion zeigen auf, welche Schwierigkeiten und Potenziale in den Lernprozessen zu CT auftreten können.

Die Begriffe Digitalisierung und Digitaler Wandel prägen unser aktuelles gesellschaftliches Leben. Die damit einhergehenden Veränderungen durchdringen alle Lebensbereiche, so auch den Bildungssektor. Lehrkräfte stehen vor neuen Herausforderungen, um ihren Bildungsauftrag gerecht zu werden. Um diese zu meistern, rückt die Aus- und Weiterbildung von Lehrkräften in den Fokus.

Der Rahmen für die Anforderungen an die „digitale Schule“ und damit das Berufsfeld von Lehrkräften wurden schon in Strategiepapieren der Kultusministerkonferenz von 2016 und einer Ergänzung von 2021 formuliert. Dass der informatischen Bildung dabei eine zentrale Rolle zukommt, wird in der Ergänzung von 2021 „Lehren und Lernen in der digitalen Welt“ besonders deutlich. Die genaue Beschreibung der zu erlernenden Kompetenzen bleibt dabei jedoch aus. So stehen lehrerbildende Institutionen vor der Herausforderung der Konzeption von Studienangeboten, die allen Lehramtsstudierenden gerecht werden.

In dem vorgestellten Forschungsvorhaben werden Kurse zur informatischen Grundbildung unter Berücksichtigung des berufsspezifischen Kontextes empirisch analysiert und Empfehlungen zur Gestaltung von Programmen abgeleitet. Zentrale Fragen sind: „Gibt es bereits Empfehlungen für die Vermittlung informatischer Grundkonzepte und worin sind diese begründet?“, „Welche Konzepte finden seit Längerem Anwendung in der Praxis?“, und „Lassen sich aufgrund dieser Analyse neue Empfehlungen ableiten?“.

Diese Arbeit befasst sich mit den Einschätzungen von Lehrkräften zu Lehr-Lernpotentialen und Bedenken bei fächerverbindendem MINT-Unterricht. Insbesondere die Fächerverbindung zwischen Mathematik und Informatik steht bei den mit insgesamt sieben Lehrkräften durchgeführten Interviews im Mittelpunkt und wurde durch induktive Kategorienbildung ausgewertet. Die Einschätzungen erfolgten sowohl allgemein auf fächerverbindenden MINT-Unterricht, als auch jeweils auf drei entwickelten und vorgestellten Unterrichtseinheiten.

Aus den 16 identifizierten Lehr-Lernpotentialen seien eine höhere Motivation, eine bessere Visualisierung, eine stärkere Aktivierung und ein besseres Verständnis hervorzuheben.

Eine Überforderung oder fehlendes Fachwissen der Lehrkräfte konnte bei den 12 herausgearbeiteten Bedenken am häufigsten identifiziert werden. Allerdings zeigte sich auch, dass grundsätzliche Bedenken, wie curricularer Zeitmangel oder ein nicht etabliertes MINT-Konzept anhand der konkreten Unterrichtsbeispiele reduziert werden konnten.

Microcredentials sind Zertifikate, die für kleine Lerneinheiten vergeben werden. Sie sind im Hochschulbereich bereits etabliert und ermöglichen es den Lernenden, ihren Wissenserwerb stärker zu individualisieren und den Bildungseinrichtungen, flexibel innovative Lernangebote zur Verfügung zu stellen. Dieser Beitrag thematisiert die Anwendbarkeit von Microcredentials im Bereich der schulischen Bildung.

Algorithmisches Denken ist eine wichtige Voraussetzung für das Erlernen des Programmierens und ermöglicht ein besseres Verständnis der digitalen Umwelt. Konkrete Programme sind letztlich Implementierungen eines Algorithmus in einer bestimmten Programmiersprache. Die abstrakte Natur und das tatsächliche Verständnis von Algorithmen spielen aber oft eine untergeordnete Rolle, wenn das Programmieren mit Hilfe spezifischer Umgebungen und Programmiersprachen erlernt wird. Anstatt die zugrundeliegenden Muster zu erkennen, erwerben die Lernenden hauptsächlich die Fähigkeit, konkrete Probleme in einer konkreten Programmiersprache zu lösen. Es stellt sich daher die Frage, wie abstrakte Algorithmen erfahrbar und verständlich gemacht werden können, um den Transfer des Gelernten auf ähnliche Problemstellungen zu ermöglichen.

In Anlehnung an bereits existierende 2D-Versionen von Robot Karol, einem System, in dem ein Roboter steuerbar und programmierbar ist, sollen die Nutzer:innen in einer VR-Umgebung Aufgaben erfüllen (z.B. bestimmte Objekte in einem spezifischen Muster aneinanderreihen).

Das System und die Methodik, die hier vorgestellt und diskutiert werden, sollen untersuchen, ob der von uns gewählte Ansatz, der im Vergleich zur Desktop-Version von Karol graphischer und weniger syntaktisch arbeitet, zu einer weniger steilen Lernkurve beitragen kann.

Ein weiteres Ziel ist es, zu untersuchen, ob durch die interaktive Erfahrung aus der Ich-Perspektive eine unmittelbarere und authentischere Lernerfahrung ermöglicht werden kann. Durch Tutorials, Wiederholungen, kontinuierliches Feedback und steigende Schwierigkeitsgrade soll zudem ein kontinuierlicher Lerneffekt und eine Motivation der Nutzer:innen zum Weiterlernen erreicht werden.

Informatikunterricht gewinnt immer mehr an Bedeutung. Doch wie werden die Konzepte der Informatik gelehrt? Eine Möglichkeit zur Vermittlung der komplexen Inhalte kann ein enaktiver Zugang sein. Doch was wird darunter verstanden? Dieses Poster stellt ein Kategorienschema für enaktive Darstellungen im Informatikunterricht vor.

Die initiale Motivation für das Lernen von Programmierung gestaltet sich aufgrund anhaltender gesellschaftlicher Stereotype insbesondere bei Mädchen besonders schwierig.

Anhand einer Kursevaluation mit 118 Jugendlichen stellt sich die Synthese von Musik und Informatik, bei der grundlegende Programmierkonzepte anhand Musikkompositionen vermittelt werden, als universeller Motivator hervor, der insbesondere bei Mädchen beliebt ist.

Es gibt vielfältige Unterrichtsmaterialien zum Thema Künstliche Intelligenz bzw. Reinforcement-Learning. Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen, wie etwa eine Sehbeeinträchtigung, benötigen eine besondere Umsetzung von Unterrichtsmaterialien. Diese Ausgangslage führt zur Frage, mit welchen Beispielen und Materialien der Unterricht von KI-Algorithmen in der Praxis durchgeführt werden könnte, so dass die Materialien gleichermaßen von Menschen mit und ohne Beeinträchtigung verwendet werden können.

Billingualer Informatikunterricht ist nicht einfach der gleiche Unterricht in einer anderen Sprache. Um systematisch guten bilingualen Unterricht zu entwickeln wird hier das Konzept des Content and Language Integrated Learning (CLIL) für die Informatik angewandt. Der Beitrag gibt einen Einblick in die Umsetzung am Themenfeld „Grundlagen der Algorithmik" für den 11. Jahrgang und stellt die sich daraus ergebenen, schulischen und fachdidaktischen Fragestellungen für die künftige Forschung heraus.

In dieser Posterpräsentation werden zwei kollaborative Lernspiele für Multitouchdisplays im

Kontext des Themenfeldes „Künstliche Intelligenz“ für Schüler:innen der Sekundarstufe I vorgestellt.

Diese erlauben eine spielerische Erkundung der Funktionsweise von Entscheidungsbäumen und dem

Maschine-Learning-Prozess.

Der vorliegende Beitrag beschreibt die Konzeption und Gestaltung sowie die Evaluation eines Lernlabors zum Thema Künstliche Intelligenz (KI). Das aus 25 Stationen bestehende Lernlabor befasst sich mit der Vermittlung von zentralen Konzepten der KI, ebenso wie mit Anwendungen in Alltag, Industrie und Forschung. Zur Konzeption der Lernarrangements wurden zunächst basierend auf der Literatur zentrale Konzepte der KI ausgewählt und im Folgenden im Rahmen von spielerischen Experimenten für die Schüler:innen zugänglich gemacht. Zudem wurden forschungs- und industrienahe Lernstationen in Kooperation mit Experten erstellt. Im Rahmen einer umfassenden Forschungsbegleitung wurden die Prototypen der Stationen mit Schüler:innen getestet und mit deren Feedback verbessert. Zur Evaluation der fertiggestellten Stationen wurde ein Evaluationskonzept erstellt und eingesetzt, dessen Ergebnisse in diesem Beitrag näher beschrieben werden.

Der Themenkomplex Künstliche Intelligenz (KI) gewinnt seit Jahren sowohl in der Wissenschaft Informatik als auch gesamtgesellschaftlich zunehmend an Relevanz. Für ein Grundverständnis der Chancen, Risiken und Grenzen von KI sollten insbesondere die Methoden des Maschinellen Lernens (ML) von Schüler:innen nachvollzogen werden. Dieser Praxisbeitrag stellt das halbtägige Workshop-Konzept „Die intelligente Museumsapp“ vor, mit dem die zentralen Konzepte des ML-Workflow von Schüler:innen der Sekundarstufe I erlernt werden können. Beginnend mit der theoretischen Herleitung der für die informatische Bildung zentralen ML-Konzepte, werden anschließend das Konzept des Workshops und die dazugehörigen Lehr-Lern-Materialien vorgestellt und didaktisch begründet. Im weiteren Verlauf werden die ersten Pilotierung des Workshops beschrieben und reflektiert, woraus sich nötige Verbesserungen ableiten lassen. Schlussendlich werden alternative Anwendungsszenarien aufgezeigt und insbesondere erläutert, wie die Materialien auch im Schulunterricht eingesetzt werden können. Das Konzept „Die intelligente Museumsapp“ bietet eine Möglichkeit im Informatikunterricht der Sekundarstufe I Methoden des ML erlebbar zu machen.

Das Poster stellt eine unplugged Aktivität vor, in der grundlegende Konzepte großer Sprachmodelle anhand eines didaktisch reduzierten, auf einer Markow-Kette basierenden Modells vermittelt werden. Als Text-Korpus werden Märchen der Gebrüder Grimm verwendet. Die Aktivität wurden auf fünf Workshops mit 45 (angehenden) Lehrkräften erprobt.

Das Poster stellt ein Forschungsvorhaben in der Informatikdidaktik vor, das Simulationen und informatisches Modellieren zur vertieften Erkenntnisgewinnung im Rahmen von komplexen Themen im MINT-Bereich an allgemeinbildenen Schulen untersucht.

Die Lowcode Robotics Platform OpenRoberta Lab wurde um Bausteine zur Programmerierung von Perzeptronen erweitert. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, dass Kinder die Grundprinzipien des maschinellen Lernens als Generalisierung über Beispiele direkt umsetzen und interaktiv explorieren können.

Angesichts der zunehmenden Verbreitung von „KI-Systemen“ auch im Bildungsbereich und der damit verbundenen Besonderheiten in technischer, aber auch in anwendungsorientierter und gesellschaftlich-kultureller Hinsicht im Vergleich zu den bisher im Kontext von „Digitalkompetenz“ hauptsächlich diskutierten Informatiksystemen ergeben sich neue Anforderungen an Lehrkräfte. Bislang gibt es nach unserem Kenntnisstand kaum Arbeiten, welche das neue KI-bezogene Anforderungsfeld und die Bedeutung der informatischen Grundbildung in diesem Zusammenhang unter dem Aspekt der allgemeinen Professionalisierung von Lehrkräften aufklären. Die vorliegende Arbeit nähert sich dem Thema theoretisch: Zunächst begründen wir die Notwendigkeit eines separaten Bereichs „AI-K“ der „KI-bezogenen Digitalkompetenzen für Lehrkräfte“ und lokalisieren diesen Bereich im „DPACK-Modell“ von Beat Döbeli Honegger. Anschließend charakterisieren wir deduktiv die Bereiche „AI-PK“ (allgemeine „pädagogische KI-Kompetenz“), „AI-CK“ (fachliche KI-Kompetenz) und „AI-PACK“ (fachdidaktische KI-Kompetenz) und illustrieren diese mit beispielhaften Kompetenzzielen.

„AI-PACK“ ermöglicht eine strukturierte Beschreibung und Beforschung der Anforderungen an „KI-Bildung“ für Fachlehrkräfte, einschließlich der Rolle der informatischen Grundbildung in diesem Zusammenhang. Schließlich besprechen wir das Modell kurz im Kontext möglicher überfachlicher (Fort-)Bildungsangebote zu „KI-Kompetenz“ und gehen dabei auf die Relevanz informatischer Bildung sowie einige KI-spezifische informatikdidaktische Forschungs- und Entwicklungsaufgaben ein.

Der Beitrag stellt den aktuellen Stand des Vorhabens der Erfassung fachdidaktischer (Forschungs-)Formate in den Forschungs- und Praxisbeiträgen der Informatikdidaktik dar. Hierbei

wird kurz der Hintergrund der Forschungsfrage erläutert, die Arbeiten zum Begriff bzw. Ansatz

fachdidaktisches Forschungsformat vorgestellt und die Forschungsmethodik beschrieben. Das Poster zeigt das aktuelle Kategoriensystem und die Auflistung fachdidaktischer (Forschungs-)Formate der Informatikdidaktik.

In diesem Poster werden vier Video-Vignetten vorgestellt, die typische Lehrer-Schüler-Interaktionen beim Debugging im Informatikunterricht zeigen. Sie ermöglichen (angehenden) Lehrkräften die Analyse kritischer Ereignisse und eine Reflexion, wie Schülerinnen und Schüler zielführend bei der Behebung von Programmierfehlern unterstützt werden können.