Workshops - 2. Schweizer Tag für den Informatikunterricht

Sie können zwei Workshops besuchen, einen um 14:00 und einen um 16:00 Uhr. Die Workshops werden entsprechend dem Eingang der Anmeldung zugeteilt, so dass alle Teilnehmer nach Möglichkeit ihre zwei gewünschten Workshop besuchen können. Die Teilnahme eines Workshops ist auf 25 Personen beschränkt. Bei grossem Interesse wird ein Workshop zweimal durchgeführt. Bitte geben Sie uns bei der Anmeldung in jedem Fall vier unterschiedliche Workshop-Präferenzen an.


Workshop 1: Magische Informatik
Anbieter: Uli Kiesmüller, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (DE)
Jahrgangsstufen: ab 13 Jahren bis zum Schulabschluss
Vorbereitung/
Mitbringen:
Bitte bringen Sie nach Möglichkeit ein Set mit 52 Karten mit, z.B. fränzösische Karten (Pokerkarten).
Unterlagen: workshopstiu.zip, kiesmueller-magische_informatik_ws.ppt

Immer wieder begeistern Mentalisten mit Gedankenlese- und Vorhersagekunststücken ihr Publikum. Viele der hierbei gezeigten Kartentricks beruhen auf Prinzipien der Informatik oder lassen sich z. B. mit Hilfe von Algorithmen aus der Informatik hinsichtlich Ihrer Funktionsweise erläutern. Im Workshop werden „Mentalisten-Kunststücke“ gezeigt, deren Hintergrund verschiedenen Bereichen der Informatik entstammt. Die Bandbreite erstreckt sich hierbei von Grundlagen des binären Zahlensystems, über Algorithmen und Beweistechniken bis hin zu Nachrichtenübermittlung und Software-Engineering. Die Teilnehmenden erhalten sowohl eine Erläuterung der Funktionsweise der Tricks als auch Hinweise zur effektvollen Aufführung. Jeder studiert während des Workshops ein bis zwei Kartenkunststücke selbst ein und kann deren Aufführung auch gleich erproben. Zu allen einstudierten Tricks werden ausführlich die Hintergründe aus dem Bereich der Informatik erläutert und Einsatzmöglichkeiten für verschiedene Themengebiete des Informatikunterrichts aufgezeigt. Alle Kartenkunststücke eignen sich sowohl als motivierende Unterrichtseinstiege als auch zur Vertiefung bestimmter Lerninhalte.

Workshop 2: Ohne Computer, nur mit Stift und Papier - Informatik spielend entdecken
Anbieter: Renate Thies, Cusanus Gymnasium Erkelenz (DE)
Jahrgangsstufen: ab dem 1. Schuljahr, Sekundarstufe 1 und 2

Die Teilnehmer des Workshops „Ohne Computer, nur mit Stift und Papier - Informatik spielend entdecken“ werden einen Ansatz der Didaktik der Informatik, informatische Inhalte ohne Informatiksysteme zu vermitteln, kennenlernen.

Der Schwerpunkt des Workshops wird dabei auf der Verwendung einzelner Module aus dem Buch „Computer Science Unplugged“ liegen. Mit Hilfe dieses Materials soll Lernenden die Möglichkeit eröffnet werden, lösgelöst von Informatiksystemen, grundlegende informatische Inhalte zu entdecken. Dabei „erleben“ die Lernenden viele Inhalte, indem sie selbst Teil des informatischen Problems werden und in spielerisch angeleiteten Sequenzen in unterschiedlichen Arbeitsformen interagieren.

Die Autoren des Buches Computer Science Unplugged, Tim Bell, Ian H. Witten und Mike Fellows möchten mit diesem Material zum einen bereits jungen Lernenden einen Einblick in die Informatik geben und zum anderen die Vorstellung „Informatiker arbeiten nur mit dem Computer“ korrigieren.

Neben einer theoretischen Vorstellung der grundsätzlichen Idee, die das Material verfolgt, werden die Teilnehmer in diesem Workshop verschiedene Module selbst erproben, indem sie diese selbst bearbeiten.

Workshop 3: Von Datenbanken zur objektorientierten Modellierung - Schritt für Schritt
Anbieter: Jan Vahrenhold, TU Dortmund (DE)
Jahrgangsstufen: ab dem 9. Schuljahr, Anfangsunterricht Informatik

Der Workshop stellt einen erprobten Ansatz vor, die Einführung in die objektorientierte Modellierung durch die Betrachtung der Modellierung in Datenbanksystemen vorzubereiten. Im Unterschied zu anderen Ansätzen wird so die zeitgleiche Einführung von objektorientierter Modellierung und der Programmierung in einer objektorientierten Programmiersprache vermieden. Aus den bisherigen Erfahrungen zeigt sich, dass dieser Ansatz zu einer vertieften Verständnis grundlegender Begriffe der Objektorientierung sowie einer klareren Trennung von Modellierung und Implementierung führt. Der Ansatz ist konzeptionell nicht an eine bestimmte Programmiersprache gebunden, die Beispielsequenz zeigt jedoch, wie eine Fortsetzung auf Basis der Programmiersprache Java und der BlueJ-Umgebung durchführbar wäre.

Workshop 4: Informatik erLeben – Informatik spielerisch erLeben
Anbieter: Ernestine Bischof und Roland Mittermeir, Universität Klagenfurt (AT)
Jahrgangsstufen: Acht- bis Zehnjährige

Für viele Kinder und Jugendliche ist der Computer eine Black-Box, mit der man zwar verschiedene Anwendungen ausführen kann, die aber aufgrund ihrer internen Komplexität nicht durchschaubar und somit auch nicht interessant ist. Mit Informatik erLeben versuchen wir diese Motivationsbarriere zu durchbrechen, indem Jugendliche selbst die Rolle von elementaren Bauteilen übernehmen und so etwa als Team die Vorgänge innerhalb einer CPU simulieren. In anderen Einheiten übernehmen sie die Rolle von Datenwerten oder von Variablen, die durch jemanden, der die Rolle des Prozessors übernimmt, etwa zu Suchbäumen angeordnet werden. Im Workshop besprechen wir die Motivation hinter diesem Ansatz und zeigen das Altersspektrum von Kindern und Jugendlichen, für die wir exemplarische Unterrichtseinheiten ausgearbeitet haben. Lehrpersonen können auch selbst in die Rolle von Jugendlichen schlüpfen und dabei den Unterschied zwischen einem in einer höheren Programmiersprache oder Pseudocode vorgestellten Algorithmus und den bei Exekution dieses Algorithmus am Rechner bewirkten – hier durch das Rollenspiel der Jugendlichen physisch erfahrbar gemachten – Abläufen erkennen.

Workshop 5: Programmierunterricht mit Scratch in der Primarschule
Anbieter: Bernd Gärtner, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: 5. und 6. Schuljahr
Vorbereitung/
Mitnehmen:
Es wird empfohlen, einen eigenen Laptop mitzunehmen.
Bitte vorgängig Scratch installieren: http://scratch.mit.edu.

Scratch ist eine neue visuelle Programmiersprache, die seit 2007 am Massachusetts Institute of Technology speziell für Kinder entwickelt wird. Bei Scratch wird das Programm nicht eingetippt, sondern mittels Drag-and-Drop aus farbigen Blöcken zusammengebaut. Der Befehlssatz von Scratch orientiert sich dabei an der Erfahrungswelt der Kinder, was die Sprache sehr intuitiv benutzbar macht. Für Kinder auf den ersten Blick attraktiv ist die Möglichkeit, beliebige Bilder und Klänge in Scratch-Programme einzubinden. Selbstentwickelte Programme können auf der Scratch-Webseite veröffentlicht und dadurch mit anderen geteilt werden.

Für Lehrpersonen ist Scratch ein sehr gutes Hilfsmittel, um Kindern auf spannende und sehr natürliche Weise grundlegene Konzepte der Computerprogrammierung zu vermitteln. In diesem Workshop wird ein Semesterkurs "Scratch" vorgestellt, der mit einem Zeiteinsatz von 45-60 Minuten pro Woche durchgeführt werden kann. Damit eignet sich der Kurs besonders für den Freifachbereich und die Begabtenförderung, aber auch für den regulären Unterricht, z.B. als motivierende Ergänzung des Mathematikunterrichts.

Workshop 6: Problembasiertes Prüfen im Informatikunterricht: mehr als nur Notengebung?
Anbieter: Markus Dahinden und Lukas Fässler, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: 9. – 13. Schuljahr

Das Messen von ICT- und Programmierkompetenzen ist im Informatikunterricht eine didaktische Herausforderung: Sollen die Schülerinnen und Schüler während einer mehrstündigen Prüfung eine Problemstellung bearbeiten oder gibt es andere, effizientere Wege? Misst man mit der Prüfung überhaupt das, was man zu messen glaubt? Wie zuverlässig ist das Prüfungsresultat?

In diesem Workshop möchten wir anhand konkreter Beispiele aus dem Unterricht aufzeigen, wie wir an der ETH und an Mittelschulen ICT- und Programmierprüfungen durchführen, welche nicht nur der Notengebung dienen, sondern auch quantifizierbare Aussagen zur Qualität der Prüfung und des Unterrichts liefern können. Wir werden das Prinzip der Fehlermatrix erläutern und aufzeigen, welche Aussagen aus den Schwierigkeitsindizes und den Trennschärfen getroffen werden können.

Workshop 7: Individualisierte Einführung ins Programmieren mittels elektronischer Tutorate
Anbieter: Lukas Fässler, ETH Zürich (CH), Stefan Rubin, Kantonsschule Enge (CH) und Barbara Scheuner, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: 9. – 13. Schuljahr

Eine nachhaltige Programmiereinführung auf Mittelschulstufe sollte neben einer Reihe allgemeiner Programmierkonzepte (Variablen, Datentypen, Kontrollstrukturen, Arrays, Methoden, Grafische Objekte) auch Programmierpraxis und algorithmische Denkweisen vermitteln, auf welchen später im Ergänzungsfach oder Studium aufgebaut werden kann. Dieser Workshop zeigt, wie diese anspruchsvolle Anforderung im Programmierunterricht auf Mittelschulstufe im Rahmen eines ein- bis zweisemestrigen Kurses umgesetzt werden kann. Die allgemeinen Grundlagenkonzepte werden schrittweise in einer Reihe aufeinander aufbauender Unterrichtsmodule zunächst durch das Programmieren kleinerer Programme eingeführt und anschliessend in grösseren Programmen (Simulationen, Spiele, etc.) selbständig umgesetzt. Dabei wird stark auf das Verständnis der Konzepte sowie deren Verknüpfung mit dem zuvor gelernten fokussiert. Um die Konzepte individualisiert und direkt am Computer einzuführen, kommen als Instruktionsmedium elektronische Tutorate (E.Tutorials®) zum Einsatz, die an der ETH Zürich für verschiedene Programmiersprachen (TurboPascal/Delphi, Java, Visual Basic) entwickelt wurden. Die E.Tutorials® stehen nach dem Workshop für den Einsatz an öffentlichen Bildungsinstitutionen kostenlos online zur Verfügung.

Workshop 8: Eine für Schüler zugängliche Einführung in das Konzept der Public-Key-Kryptographie
Anbieter: Lucia Keller, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: 10. – 13. Schuljahr

Die Public-Key-Kryptographie ist in den letzten Jahren an den Schulen sehr populär geworden. Gerade weil Public-Key-Kryptosysteme allgegenwärtig sind, ist dieses Thema sehr attraktiv für die Schülerinnen und Schüler.

Dass Kryptosysteme existieren, bei welchem die privaten Schlüssel vor dem Übermitteln der Nachricht nicht geheim ausgetauscht werden müssen, ist faszinierend. Zu verstehen, weshalb der Schlüssel zum Verschlüsseln sogar öffentlich gemacht werden kann, ist aber nicht einfach.

Das Ziel dieses Workshops ist es, den Weg zur Public-Key-Kryptographie für die Schülerinnen und Schüler zugänglicher zu machen. Mit einfachen Kandidaten für Public-Key-Kryptosysteme werden den Lernenden die wichtigen Grundkonzepte für den Aufbau und die Sicherheit von Public-Key-Kryptosystemen beigebracht. Dafür braucht man fast keine mathematischen Vorkenntnisse. Insbesondere kann man die Zahlentheorie am Anfang noch weglassen. Nach dieser Einführung verstehen die Schülerinnen und Schüler die Grundkonzepte der Public-Key-Kryptographie, und sie sind gut darauf vorbereitet, zahlentheoretische Public-Key-Kryptosysteme, wie zum Beispiel RSA, kennenzulernen.

Workshop 9: Die klassischen Verschlüsselungsverfahren von Caesar bis zur Enigma
Anbieter: Björn Steffen, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: 10. – 13. Schuljahr

Die historische Entwicklung der Kryptographie bietet einen didaktischen roten Faden anhand dessen die klassischen Kryptosysteme eingeführt werden können. Die Entstehung der Kryptosysteme war durch ein ständiges Ringen zwischen den Entwicklern und den Kryptoanalytikern geprägt, laufend den jeweiligen Kontrahenden zu übertrumpfen.

In diesem Workshop werden einige klassische Kryptosysteme vorgestellt und gezeigt wie diese im Laufe der Geschichte immer sicherer wurden. Analog dazu hat sich auch der Sicherheitsbegriff stetig weiter entwickelt. Wir werden aber nicht nur die Funktionsweise der Kryptosysteme betrachten, sondern auch anhand von Beispielaufgaben deren Kryptoanalyse untersuchen.

Die klassische Kryptographie führt nicht nur die wesentlichen Begriffe ein, sondern legt wichtige Grundsteine, um später die modernen Kryptosysteme zu studieren.

Workshop 10: Programmierunterricht an der Primarschule: Fachdidaktische Herausforderungen und konkrete Erfahrungen
Anbieter: Giovanni Serafini, ETH Zürich (CH)
Jahrgangsstufen: Acht- bis Zwölfjährige
Vorbereitung/
Mitbringen:
Es wird empfohlen, einen eigenen Laptop mitzunehmen.
Bitte vorgängig die englische Version von XLogo installieren: http://xlogo.tuxfamily.org.
(Java muss auf dem rechner installiert sein.(JRE>1.5.0_08): http://www.java.com/de/download/)

Die Erziehung zum algorithmischen Denken ist das wichtigste, übergeordnete Lernziel der Informatik. Algorithmisch zu denken lernt man, indem man für ein gegebenes Problem eine automatisch auszuführende Lösungsanleitung konstruiert, kritisch hinterfragt und präzise beschreibt, also nicht zuletzt indem man diese programmiert. Algorithmisches Denken gehört im 21. Jahrhundert zur allgemeinen Bildung und soll auf allen Schulstufen gefördert werden.

Am Ende der 60er erfand am Massachusetts Institute of Technology der Erziehungswissenschafter, Mathematiker und Informatiker Seymour Papert die Programmiersprache Logo. In Logo geht es darum, eine Schildkröte auf dem Bildschirm zu bewegen und geometrische Muster zu zeichnen. Die Kinder lernen dabei auf spielerische und dennoch fundierte Art und Weise die Grundlagen der Programmierung. Im Rahmen dieses Workshops wird ein erprobter Zugang zum Programmierunterricht in Logo vorgestellt und gezeigt wie, anhand eines Kerns von wenigen wesentlichen Programmierbefehlen, die Kinder lernen, selber neue, mächtigere Befehle zu entwickeln.

Es werden Lernmaterialien, konkrete Erfahrungen und Reflexionen hervorgehoben, die exemplarisch belegen, dass Programmieren auf keinen Fall zu schwierig für Kinder im Primarschulalter (weder für Jungen noch für Mädchen) ist. Der Workshop wird mit ausgewählten Informationen zum historischen Kontext der Entstehung von Logo ergänzt.