Informatiklehrertag 2020 - leider abgesagt

Dr. Tobias Kohn

University of Cambridge

Keynote: Informatik und Mathematik

Die Informatik wird nur allzu oft als ein Zweig der Mathematik gesehen/behandelt. Gerade im Zusammenhang mit Unterricht kommt immer wieder die Frage auf, ob man denn nicht einfach etwas Programmieren im Mathematikunterricht machen kann und vielerorts wird das auch so praktiziert. Dennoch gibt es einige Grundlegende konzeptuelle Unterschiede zwischen der Mathematik und dem Programmieren. Wo befruchten sich die beiden Gebiete gegenseitig - und wo ist eher Vorsicht angebracht? Dies und anderes wird Sie in diesem Vortrag erwarten.

Simulationen mit Python

Mit Simulationen leistet die Informatik einen entscheidenden Beitrag zur modernen Wissenschaft und Kunst.  So basieren sowohl die Wettervorhersage als auch Computerspiele und Animationsfilme ganz auf Simulationen von physikalischen Phänomenen und Lichtverhältnissen.  Im Unterricht bietet das Thema nicht nur einen motivierenden Einstieg dank der Verknüpfung mit Animationen und Spielen, sondern eben auch ein ideales Fundament, um Prinzipien der Informatik zu diskutieren oder Querverbindungen zur Mathematik und den Naturwissenschaften herzustellen.
Aufbauend auf einfachen Zeichenoperationen in 2D entwickeln wir in diesem Workshop erste Animationen und Spiele in Python und zeigen zum Beispiel auf, wie die Grenzen von Computern und der Berechenbarkeit sichtbar werden.  Der Workshop richtet sich auch an Teilnehmende, die erst wenig Erfahrung mit Python gesammelt haben.

Tobias Kohn ist Informatiklehrer und Wissenschaftler. Nach zehn Jahren Gymnasiallehrertätigkeit in der Schweiz promovierte Kohn und ging in die Wissenschaft. Teil seiner Dissertation war die Entwicklung einer didaktischen Entwicklungsumgebung für Python: TigerJython. Neben Forschung zum Thema Python ist er im Bereich Informatische Bildung aktiv und gibt Workshops.

Ephraim Keinath

Dozent für Informatik und Gesellschaft, Uni Heidelberg

Die Ethik der Informatik

Informatik bestimmt immer mehr unseren Alltag, die gesellschaftliche Relevanz von Informatiksystemen wird dagegen selten explizit ethisch diskutiert. Für eine demokratische Informationsgesellschaft ist es unerlässlich, dass auch LehrerInnen und SchülerInnen ein individuelles Urteilsvermögen und die Reflexionskompetenz über bestehende oder mögliche Informationssysteme erlangen, und über ihren Wert einen fundierten Diskurs führen können.

In diesem Workshop werden nach einer kurzen Einführung in den Begriff der Ethik die für informatische Fälle fruchtbarsten Ethiken in Grundrissen erarbeitet: die Ethiken von Bentham (Utilitarismus), Kant (Deontologie), Rawls (Liberalismus) und Sandel (Kommunitarismus). An mehreren Informatiksystemen werden wir dabei die eigentümlichen Argumentationen exemplarisch diskutieren.

→ Ephraim Keinath, Informatiklehrer und Dozent für Informatik und Gesellschaft, Universität Heidelberg

Prof. Dr. Bernhard Essliner, Dr. Nils Kopal

Universität Siegen

Digitale Werkzeuge für Kryptologie im Unterricht
Wir alle sind täglich Konsumenten von Kryptologie. Damit kann man seine Daten sicher speichern (bspw. mit VeraCrypt) oder sicher übertragen (OpenPGP oder S/MIME beim Mailen; OTR bei Messengern wie WhatsApp; HTTPS in Browsern), damit werden Passworte sicher abgelegt, aber auch Verfahren analysiert und gebrochen.
Im Workshop wird das freie Open-Source-Lernprogramm CrypTool 2 (CT2) vorgestellt, und wie man damit in einem Computer-unterstützten Unterricht die Schüler selbst experimentieren lassen kann und die Verfahren spielerisch und interaktiv zugänglich macht (https://www.cryptool.org/de/ct2-downloads).
Wir verweisen dazu nur kurz auf die Theorie und die Anforderungen aus den Lehrplänen, und zeigen dann sinnvolle Aufgaben dazu mit CrypTool (etliche der Aufgaben sind nur für Ihre Unterlagen bestimmt, da wir nicht alle im Workshop durcharbeiten können). Außerdem haben wir sehr ausführlich aktuelle Arbeiten und Webseiten zusammengestellt, die gut beschreiben, wie man Kryptologie als spannende Anwendung des Mathematik- oder Informatik-Unterrichts einsetzen kann.
Die gezeigten Algorithmen und Protokolle kann man im Mathematik- und Informatik-Unterricht in beiden Sekundarstufen vermitteln (wir konzentrieren uns aber eher auf den Unterricht der Oberstufe (Klasse 11 und 12) als auf den Unterricht im IMP-Profil (Schüler Klasse 8-10).
Die Teilnehmer sollen auf den eigenen Laptops mitarbeiten (ausgestattet vorzugsweise mit dem Betriebssystem Windows). Die benötigte Software und die Kursunterlagen werden im Internet frei zur Verfügung gestellt.

Bernhard Esslinger ist Professor für IT-Sicherheit und Kryptologie. Er leitet das Projekt CrypTool (www.cryptool.org), zu dem neben dem oben genannten Download-Programm CT2 auch Online-Programme (CTO), Schülerkrypto-Veranstaltungen und ein dauerhafter Krypto-Wettbewerb (MTC3) gehören.

Nils Kopal ist PostDoc an der Uni Siegen und forscht im Bereich der Kryptoanalyse (u.a. zur Entschlüsselung realer klassischer Dokumente im europäischen DECRYPT-Projekt und mittels Machine Learning). Er ist außerdem der Projektleiter von CrypTool 2.

Bundesweite Informatikwettbewerbe

Gesellschaft für Informatik

Algorithmen mit Blockly und dem Jugendwettbewerb Informatik
Mit "Blockly" lassen sich Umgebungen zum visuellen Programmieren (à la Scratch) erstellen.  Die Blockly-Standardumgebung enthält alle algorithmischen Grundbausteine, einschließlich Variablen und Funktionen, die für den Aufbaukurs in Klasse 7 und das Wahlfach in Klasse 8 relevant sind.  Auch der Umstieg auf eine textuelle Programmiersprache (Klasse 9) wird unterstützt.

Wir zeigen, wie die Blockly-Standardumgebung installiert und genutzt und wie dabei die Menge der zur Verfügung stehenden Programmierbausteine aufgabenspezifisch angepasst werden kann.
Dies nutzt der Jugendwettbewerb Informatik (JwInf) aus, dessen Runden 1 und 2 als Online-Format mit Blockly realisiert sind. In den kompakten algorithmischen Aufgaben des JwInf kommen sogar kontextspezifische Bausteine zum Einsatz.  Wir präsentieren den Wettbewerb und die Wettbewerbsplattform, mit ihrem „Programmierkurs“ für Einsteiger und Übungsaufgaben.  So liefert der JwInf sowohl Material zum Thema „Algorithmen“ (Klassen 7 und 8) als auch eine Möglichkeit, die im Unterricht erworbenen Kompetenzen im Wettbewerb zu erproben.

Ein Beitrag der Bundesweiten Informatikwettbewerbe

Katja Bach

bob3.org

BOB3 – Ein kleiner Roboter zum selber bauen & Programmieren lernen

Von blinkenden LEDs zur drahtlosen Kommunikation: BOB3 ist ein kleiner Roboter, der in Kombination mit digitalen Mikrolerneinheiten und begleitenden OER-Lernmaterialien einen Einstieg in die Programmierung bietet. Die zugehörigen Lehrmaterialien orientieren sich an den Eckpunkten des KMK-Strategiepapiers zur‚Bildung in der digitalen Welt‘. Für Lehrkräfte bietet ein Lernstandskontroll-Modul eine Übersicht über die Lernfortschritte der Schüler. Mit einem Klausurmodul können eigene Klausuren durchgeführt werden.

Im Workshop wird das Lernkonzept, die Lernmaterialien und konkrete Unterrichtseinheiten besprochen. Anschließend programmieren die TeilnehmerInnen BOB3 und testen alle Materialien. Bob wird zum Freundschaftstester, zum Reaktionsspiel, zur Alarmanlage oder auch zum Parkassistenten. Angefangen bei ersten Programmierschritten lernen die SuS einzelne Aktionen zu programmieren, erzeugen einfache Sequenzen, erlernen das Prinzip der Verzögerung, programmieren LED-Blinklicht-Varianten, experimentieren mit Farbkonstanten und lernen Funktionen mit Parametern kennen. Die folgenden Lernmodule vermitteln weitere Inhalte aus den Bereichen Kontrollstrukturen, Sensoren und Funktionen.

Es werden keine Vorkenntnisse benötigt.

Katja Bach, BOB3.org

Jens Mönig et al

SAP University Alliance

Ich hab' mein Herz in Monte Carlo verloren

Dieser Workshop richtet sich an interessierte Lehrpersonen der Sekundarstufe I der Fachrichtungen Mathematik (Stochastik) oder Informatik, sowie an interessierte aller Fachrichtungen, die an Digitalisierung interessiert sind
Wie können wir den Flächeninhalt von unregelmäßigen Formen ermitteln, und dabei auch noch Spaß haben? Wir malen mit Snap! Freihandfiguren - z.B. ein Herz oder eine Gitarre - und lassen es anschließend zufällig mit virtuellen Farbtropfen beregnen, um uns nach dem Gesetz der Großen Zahl eine zunehmend genaue Vorstellung von seiner Fläche zu verschaffen. Dabei lernen wir auf spielerische Weise das informatische Konzept eines sublinearen Zeit-Algorithmus kennen, eines der Grundprinzipien, mit dem Computer heute riesige Datenmengen (Big Data) bewältigen. Ganz nebenbei können wir damit auch noch krass-coole Bildeffekte generieren! Und was hat das alles mit Monte Carlo zu tun? Wir werden es auflösen...

Dieser Workshop eignet sich für Anfänger der Sekundarstufe I. Es sind keine Vorkenntnisse erforderlich.

Das Geheimnis des Hundeblicks

Dieser Workshop richtet sich an Lehrpersonen der Sekundarstufe II mit den Fachrichtungen Biologie, Informatik, Kunst, Mathematik.

Hunde können so süß gucken! Aber was sehen sie wirklich, und wie sehen sie uns? Wir lernen, wie "sehen" funktioniert, und was Trichromaten von Dichromaten unterscheidet. In Snap! programmieren wir die Webcam unseres Laptops so, dass wir damit so sehen können, wie Hunde - und farbenblinde Menschen (!) - es tun. Dabei lernen wir das RGB Farbsystem und den Aufbau von Rastergrafiken kennen. Wir verwenden Funktionen höherer Ordnung (MAP), um große Datenmengen in Echtzeit zu transformieren (live-Video). Anschließend erfinden wir unsere eigenen Fantasietiere und programmieren, wie sie sehen können, z.B. die Schwarz-Weiß-Seher, die Andy-Warhols, die Alles-Negativ-Seher und die Rosa-Brillen-Schlangen.

Dieser Workshop eignet sich für die Sekundarstufe II. Es sind keine Vorkenntnisse erforderlich.

→ Jens Mönig ist Erfinder und Entwickler von SNAP! und kreiert im Auftrag der SAP seit vielen Jahren Workshops für Kinder, Fortbildungen für Lehrkräfte und Events rund um SNAP! Für die Universität Berkeley hat er das Informatikmodul Beauty and Joy of Computing für Studierende nicht-informatischer Fächer entwickelt, das ebenfalls auf der intutiven Programmierumgebung basiert.

Dr. Daniel Jungblut

Gymnasium Walldorf

IMP Klasse 8: Minigolf-Simulation mit Scratch

„Die Schülerinnen und Schüler können ein kleines Softwareprojekt (zum Beispiel ... Simulation) unter Anleitung durchführen.“ ... (Bildungsplan IMP 8)

Die Unterrichtseinheit „Minigolf-Simulation mit Scratch“ knüpft an die im Fach Informatik in Klasse 7 gelegten Grundlagen der Programmiung an. Dabei werden wichtige Inhalte wiederholt und gemäß des Bildungsplans für IMP in Klasse 8 vertieft bzw. neu eingeführt. Es werden hierbei fast alle inhaltsbezogenen Kompetenzen des Bereichs „Algorithmen“ sowie vielfältige prozessbezogene Kompetenzen berücksichtigt und darüber hinaus die drei Fächer Informatik, Mathematik und Physik auf sinnvolle Weise verbunden.

Nach einem kurzen Impulsvortrag über die Unterrichtseinheit, haben die Teilnehmer des Workshops die Möglichkeit das Selbstlernskript und die Erklärvideos selbstständig zu erkunden, um somit eine eigene Minigolf-Simulation zu programmieren. Hierzu ist die Mitnahme eines eigenen Laptops sowie Kopfhörern erforderlich.

→ Dr. Daniel Jungblut, Informatiklehrer am Gymnasium Walldorf

Gerhard Röhner

Studienseminar Darmstadt

Der Java Editor als Unterrichtswerkzeug

Der Java-Editor wird seit 20 Jahren für den Einsatz im Informatikunterricht der Schule entwickelt und bietet daher viele didaktisch reflektierte Funktionen. In der integrierten Entwicklungsumgebung können Konsolen- und GUI-Programme geschrieben werden, wobei man durch Codevervollständigung und Struktogramme unterstützt wird. Mit dem Klassenmodellierer lassen sich Klassen modellieren. Im UML-Fenster kann man Objekte von Klassen erzeugen und deren Methoden zum Testen aufrufen. Durch die interaktive Arbeit mit Klassen und Objekten erschließen sich die Schülerinnen und Schüler leicht die grundlegenden Konzepte der Objektorientierung. Insbesondere lassen sich damit höherer Datenstrukturen wie Listen und Bäume hervorragend behandeln. Mit dem GUI-Designer können ganz einfach GUI-Oberflächen erstellt werden, mit denen man modellierte Fachklassen verwenden kann. Sequenzdiagramme können händisch modelliert oder im Debugger bzw. bei der Arbeit mit Objekten automatisch aufgezeichnet werden.

Im Workshop wird anhand erprobter Beispiele die Arbeit mit dem Java-Editor zum Thema objektorientierte Modellierung gezeigt. Die Teilnehmer bringen zum Workshop bitte ein Laptop mit installiertem und aktuellen Java JDK und Java-Editor (javaeditor.org) mit.

→ Gerhard Röhner, Entwickler des JavaEditors und Fachleiter für Informatik am Studienseminar Darmstadt

Andreas Woitzik

Universität Freiburg

Quanteninformation in der Schule

Die Quanteninformation bildet ein aktuell stark beforschtes Feld. Groß sind die Erwartungen, die das Schlagwort Quantencomputer in Industrie und Gesellschaft auslösen. Wir werfen einen Blick auf die wichtigsten Eigenschaften der Quanteninformation im Vergleich zum herkömmlichen Boolschen Pendant: zum Beispiel anhand der Nichtkopierbarkeit von allgemeinen Quantenzuständen. Zusätzlich geben wir einen kurzen Einblick in die aktuellen Entwicklungen der Forschung im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung. Ziel des Vortrags ist es, dazu zu motivieren, die Quanteninformation als alternativen Informationsträger im Informatikunterricht zu betrachten. Dazu wird eine Unterrichtseinheit von vier Doppelstunden vorgestellt, die im Mai 2018 am Faust Gymnasium in Staufen in einem vierstündigem Informatikkurs gehalten wurde.

→ Andreas Woitzik hat ein Informatik- und Physik-Lehramtsstudium abgeschlossen, diese Unterrichtseinheit mit Schülern erprobt und ist nun Doktorand an der Universität Freiburg

Prof. Dr. Bernhard Esslinger, Nils Kopal

Universität Siegen

Digitale Werkzeuge für Kryptologie im Unterricht

Wir alle sind täglich Konsumenten von Kryptologie. Damit kann man seine Daten sicher speichern (bspw. mit VeraCrypt) oder sicher übertragen (OpenPGP oder S/MIME beim Mailen; OTR bei Messengern wie WhatsApp; HTTPS in Browsern), damit werden Passworte sicher abgelegt, aber auch Verfahren analysiert und gebrochen.

Im Workshop wird das freie Open-Source-Lernprogramm CrypTool 2 (CT2) vorgestellt, und wie man damit in einem Computer-unterstützten Unterricht die Schüler selbst experimentieren lassen kann und die Verfahren spielerisch und interaktiv zugänglich macht (https://www.cryptool.org/de/ct2-downloads).

Wir verweisen dazu nur kurz auf die Theorie und die Anforderungen aus den Lehrplänen, und zeigen dann sinnvolle Aufgaben dazu mit CrypTool (etliche der Aufgaben sind nur für Ihre Unterlagen bestimmt, da wir nicht alle im Workshop durcharbeiten können). Außerdem haben wir sehr ausführlich aktuelle Arbeiten und Webseiten zusammengestellt, die gut beschreiben, wie man Kryptologie als spannende Anwendung des Mathematik- oder Informatik-Unterrichts einsetzen kann.

Die gezeigten Algorithmen und Protokolle kann man im Mathematik- und Informatik-Unterricht in beiden Sekundarstufen vermitteln (wir konzentrieren uns aber eher auf den Unterricht der Oberstufe (Klasse 11 und 12) als auf den Unterricht im IMP-Profil (Schüler Klasse 8-10).

Die Teilnehmer sollen auf den eigenen Laptops mitarbeiten (ausgestattet vorzugsweise mit dem Betriebssystem Windows). Die benötigte Software und die Kursunterlagen werden im Internet frei zur Verfügung gestellt.

→ Bernhard Esslinger ist Professor für IT-Sicherheit und Kryptologie. Er leitet das Projekt CrypTool (www.cryptool.org), zu dem neben dem oben genannten Download-Programm CT2 auch Online-Programme (CTO), Schülerkrypto-Veranstaltungen und ein dauerhafter Krypto-Wettbewerb (MTC3) gehören.

→Nils Kopal ist PostDoc an der Uni Siegen und forscht im Bereich der Kryptoanalyse (u.a. zur Entschlüsselung realer klassischer Dokumente im europäischen DECRYPT-Projekt und mittels Machine Learning). Er ist außerdem der Projektleiter von CrypTool 2.

Prof. Dr.Bernhard Standl

PH Karlsruhe

Informatikunterricht Quo Vadis

Die Informatik ist in unserer Gesellschaft allgegenwärtig; dennoch entspricht das öffentliche Bild der Informatik meist nicht der Realität. Schon längst ist die Informatik eine breit gefächerte, moderne Disziplin, die in fast allen Lebensbereichen aller Bürgerinnen und Bürgern täglicher Bestandteil ist. Umso wichtiger ist der reflektierte und verantwortungsvolle Umgang mit den sogenannten digitalen Artefakten, den Gegenständen, die Konzepte der Informatik als Grundlage haben. Die langlebigen Konzepte aus der Informatik erklären und begründen eine allgemeinbildende Kenntnis dieser. Die Schüler*Innen von heute gestalten unsere Gesellschaft von morgen. Deshalb muss das Fach Informatik ernsthaft im Pflichtschulbereich integrativer Bestandteil über alle Schulstufen sein.

→ Jun.Prof. Dr. Bernhard Standl, PH Karlsruhe, Didaktik der Informatik

Urs Lautebach

Seminar für Lehrerbildung Freiburg

Machine Learning im Informatikunterricht

//tba

→Urs Lautebach ist Fachberater Informatik am RP Freiburg, Fachseminarleiter am Studienseminar Freiburg und Informatiklehrer am Faust-Gymnasium Staufen