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Informatische Grundkonzepte in Klasse 5 der Realschule – Entwurf und Evaluation von fächerübergreifendem Unterricht

Fundamental concepts of computer science in the fifth grade of intermediate school in Germany – Development and evaluation of interdisciplinary teaching

  • Es ist unbestritten, dass Fähigkeiten im Umgang mit Informatiksystemen immer bedeutender werden. Trotzdem wird immer noch diskutiert, welche Kompetenzen für eine sachgerechte Bedienung von Informatiksystemen notwendig sind und welche entsprechenden Inhalte in der Schule vermittelt werden müssen. Es wird allerdings immer deutlicher, dass nur auf Basis informatischer Inhalte, die die Grundlage jeglicher Art von Informatiksystemen bilden, langfristig anwendbares Wissen aufgebaut werden kann. Wichtig ist, dass sich Schülerinnen und Schüler mit den Konzepten, die sehr abstrakt sein können, möglichst früh auseinander setzen. In einem spiralförmigen Curriculum müssen die Konzepte auf verschiedenen Abstraktionsniveaus wiederholt und vertieft werden. Ein kontinuierlicher Lernprozess ist Voraussetzung für das erfolgreiche Erlernen der informatischen Inhalte. Durch die Einbettung in bereits im Lehrplan vorgesehene Unterrichtsfächer bleibt das informatische Wissen nicht abstrakt sondern wird an Kontexte aus dem Schulalltag gebunden. Durch die Integration in verschiedene Unterrichtsfächer kann die Allgemeingültigkeit der Konzepte verdeutlicht werden. Die Berücksichtigung von fächerübergreifenden informatischen Aspekten führt außerdem zu einer stärkeren Hervorhebung der Gemeinsamkeiten der verschiedenen Fächer. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Unterrichtskonzept entwickelt, in dem informatische Grundkonzepte bereits in der Klassenstufe 5 der Realschule in den Fächern Mathematik, Englisch, Deutsch und Musik vermittelt werden. Zentrale informatische Inhalte des Konzepts sind Algorithmisierung, Automatisierung, Codierung, Datenstrukturen, Modellierung, Objektorientierung, Modularisierung, Hierarchisierung, Abstraktion, Iteration, Rekursion, Programmablaufpläne, Syntaxdiagramme, UML-Klassendiagramme, Hierarchien, Netzwerke, Grammatik, Syntax, Semantik und Funktionen. Diese wurden vier Stunden pro Woche über ein gesamtes Schuljahr hinweg in den vier beteiligten Fächern und fachübergreifend erarbeitet. In einer fünfwöchigen Projektarbeit erstellten die Schülerinnen und Schüler im fächerübergreifenden Unterricht eine multimediale Rittergeschichte und wendeten dabei die informatischen Grundkonzepte an. Die gesamte Arbeit am Computer erfolgte mit Logo-Systemen. Sie bieten als pädagogische Werkzeuge die Möglichkeit, sowohl informatische Grundkonzepte altersgemäß aufzubereiten, als auch Arbeitsumgebungen zu entwickeln, in denen die teilweise theoretischen Konzepte konstruktiv erarbeitet werden können. Die Eignung des Gesamtkonzepts zur Vermittlung der informatischen Grundkonzepte wurde qualitativ auf Basis von Leitfadeninterviews mit Schülerinnen und Schülern und den drei Lehrerinnen, die den Unterricht beobachteten, ermittelt. Es zeigte sich, dass die Schülerinnen und Schüler trotz der teilweise abstrakten informatischen Inhalte, des gleichzeitigen Lernens von Fachinhalten und von informatischen Grundkonzepten, der Umsetzung von Problemlösungen in Logo und des häufig fachintegrativen und fächerübergreifenden Lernens und Arbeitens nicht überfordert waren. Für sie war der kognitiv sehr anspruchsvolle Unterricht nicht schwieriger als der Fachunterricht und sie wünschten sich nach einem Jahr mehrheitlich eine Fortführung des Unterrichts. Die zusätzliche Vermittlung der informatischen Grundkonzepte hatte auch keinerlei negative Auswirkungen auf den Fachunterricht. Alle Fachinhalte der Klassenstufe 5 konnten vermittelt werden. Teilweise unterstützte die Beschäftigung mit den informatischen Grundkonzepten auch das Erlernen der Fachinhalte. Dies war insbesondere im Themenbereich Grammatik der Fall. Der Lernerfolg bezüglich der informatischen Grundkonzepte wurde mit Hilfe eines selbst entwickelten Leistungstests gemessen, der zu Beginn und am Ende des Schuljahrs eingesetzt wurde. Zur Absicherung der Ergebnisse wurden außerdem Arbeitsblätter, Tests und Programme aus dem Unterricht qualitativ ausgewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Schülerinnen und Schüler auch ohne formalen Unterricht zu Beginn des Schuljahrs vereinzelt schon informatische Strategien anwenden können. Nach dem Unterricht steigern sie ihre Leistungen signifikant. Die Verbesserung ist bei den Jungen ausgeprägter als bei den Mädchen. Die Ergebnisse im Leistungstest aber vor allem auch die Auswertung der Unterrichtsmaterialien zeigen, dass Kinder mit einem hohen kognitiven Gesamtleistungsniveau und Stärken im zahlengebundenen und formallogischen Denken bessere Ergebnisse erzielen. Das Unterrichtskonzept scheint also mathematisch stärkere Schülerinnen und Schüler besser zu fördern. Zusätzlich zu den informatischen Grundkonzepten und Fachinhalten werden allgemeine Kompetenzen wie das Vorausdenken, das Strukturieren, das Anwenden von Schemata, das genaue Arbeiten und Strategien zur Bewältigung von Frustrationen erworben.
  • It is indisputable that the ability to work with computers becomes more and more important. However, the research community is still discussing, which skills help to cope with computer systems and which contents should be taught at school. But it is commonly accepted that only fundamental concepts of computer science can form the basis of a long-term knowledge. It is very important that students understand the particularly abstract concepts very early. The concepts of computer science have to be repeated and enlarged at different class levels so that a continuous learning process is possible. The integration of computer science into different subjects helps to overcome the difficulty of learning abstract theories. The concepts get connected to different contexts and their universal usage becomes more obvious. In this thesis a concept was developed to teach fundamental concepts of computer science in different school subjects to students aged ten or eleven. The subjects involved were Mathematics, English, German and Music. Algorithms, automation, coding, data structure, modelling, object-orientation, modularisation, building hierarchies, abstraction, iteration, recursion, flowcharts, syntax diagrams, UML class diagrams, hierarchies, nets, grammar, syntax, semantics and functions were taught four lessons per week for an entire school year. At first the students worked on very small problems to gradually learn the different fundamental concepts of computer science and the programming concepts. After eight months they started to work in an interdisciplinary project of five weeks. They created a multimedia story of a family of knights. By this time they used the concepts and the programming techniques they had already learned. The classes took place across the subject boundaries. During the complete school year the students only worked with Logo systems. Logo offers, as a pedagogical tool, the possibility to teach computer science concepts very early and to develop microworlds in which students can work with the theoretical concepts of computer science. To evaluate the concept of teaching fundamental concepts of computer science in connection with topics of different subjects qualitative research methods were used. Guided interviews were conducted with six students and with their teachers of Mathematics, English, German and Music. It can be shown that fundamental concepts of computer science can be taught within other school subjects. The students learned the subject matters along with the computer science contents, expressed solutions of problems in Logo and learned across subject boundaries. The students actually didn't realise any difference concerning the difficulty between the classes with or without integration of the computer science concepts. The majority of the students expressed a desire to continue this sort of classes. The additional teaching of computer science concepts also has no negative impact on Mathematics, English, German and Music. All the compulsory subject contents were maintained. Sometimes the fundamental concepts even supported the learning of subject matters. This was most obvious in language classes with focus on grammar. A test developed in the research project was used to measure the success of the learning. The test was performed at the beginning and the end of the school year. In addition worksheets and Logo programs were qualitatively evaluated to support the results of the test. Without formal teaching some students were already applying computer science strategies at the beginning of the school year. The increase of the effort of all students is significant. But the performance enhancement of the boys is much more obvious than that of the girls. The test results together with the materials created during the lessons show that students with higher cognitive abilities and higher mathematical skills perform better. The teaching concept seems to primarily support those types of students. Besides learning the concepts of computer science and the subject matters the students gained competences in thinking ahead, workload structuring, using patterns, working precisely and dealing with frustration.

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Metadaten
Author:Birgit Wursthorn
URN:urn:nbn:de:bsz:93-opus-27437
Advisor:Herbert Löthe
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Publishing Institution:Pädagogische Hochschule Ludwigsburg
Granting Institution:Pädagogische Hochschule Ludwigsburg, Fakultät für Kultur- und Naturwissenschaften
Date of final exam:2006/05/18
Release Date:2006/07/18
Year of Completion:2006
Tag:Didaktik der Informatik; Unterrichtskonzept; fächerintegrierter Informatikunterricht; informatische Grundkonzepte
computer science education; fundamental concepts of computer science; interdisciplinary teaching; teaching method
GND Keyword:Didaktik; Fächerübergreifender Unterricht; Informatikunterricht; LOGO
To order the print edition:26236638X
Faculties:Fakultät für Kultur- und Naturwissenschaften / Institut für Mathematik und Informatik
DDC class:300 Sozialwissenschaften / 370 Erziehung, Schul- und Bildungswesen
Licence (German):License LogoCreative Commons - Namensnennung-Nicht kommerziell-Keine Bearbeitung