Benutzer:Nadine.Bergner/InfoSphere - Schülerlabor Informatik

Dieser Artikel ist im Entstehen und noch nicht Bestandteil der freien Enzyklopädie Wikipedia.

Solltest du über eine Suchmaschine darauf gestoßen sein, bedenke, dass der Text noch unvollständig sein und Fehler oder ungeprüfte Aussagen enthalten kann. Wenn du Fragen zum Thema hast, nimm Kontakt mit dem Autor Nadine.Bergner auf.

Das InfoSphere - Schülerlabor Informatik ist ein außerschulischer Lernort für Schüler und stellt eine Ergänzung zum regulären (Informatik-Unterricht dar. In 32 verschiedenen, altersgerechten Modulen können die Lernenden die unterschiedlichen Bereiche der Informatik kennenlernen oder vertiefen.

Ziele

Das Hauptziel des InfoSphere besteht darin, Schüler im fundierten Umgang mit Technik in unterschiedlichen Aufgabenbereichen zu stärken. Besucher sollen wahrnehmen, dass sie Kompetenzen in Technikanalyse und systematischer Technikgestaltung erwerben und dabei systematisch Methoden der Informatik anwenden können. Es sollen eigene kleine Projekte bearbeitet werden, die unterschiedliche, kreative Lösungen in Teams ermöglichen und überfachliche Handlungskompetenzen fördern. Das InfoSphere ist eines der wenigen Schülerlabore, die sich nicht nur mit den Anwendungen, sondern mit der Informatik im Kern beschäftigen. Es hat das Ziel, Konzepte, Methoden und Werkzeuge der Informatik, die in der der Öffentlichkeit häufig gar nicht wahrgenommen werden, sichtbar und explizit zu machen.

Konzept

Das Schülerlabor steht Schulklassen aller Schulformen und Altersstufen, Informatik AGs und Oberstufenkursen zur Verfügung, um aktuelle Themen zielgruppengerecht zu entdecken, die aufgrund des technischen Aufwands, der personellen Einschränkungen oder der zeitlichen Struktur nicht oder nur schwerlich in der Schule zu behandeln sind. Für interessierte Schülerinnen und Schüler werden außerdem Einzelanmeldungen und Feriencamps angeboten, sodass das Schülerlabor auch unabhängig vom Schulunterricht genutzt werden kann. Immer wieder finden auch Aktionstage wie der FamilyDay „Wie funktioniert das Internet?“ und Lehrerfortbildungen wie beispielsweise „Einstieg in die textuelle Programmierung mit Arduino-Mikrocontrollern“ statt. Die Themen knüpfen an das direkte Lebensumfeld (z.B. Handy-Programmierung, Aufbau eines Informatiksystem, Funktionsweise des Internets) der Schüler an, erweitern das Blickfeld dann auch auf andere faszinierende Inhalte (z.B. visuelle Verschlüsselung, Berechnungsgrenzen der heutigen Computer, Künstliche Intelligenz) und aktuelle Forschungsgebiete der Informatik. Die Integration der außerschulischen Lernmodule in den Unterricht ist ein wichtiges Anliegen. Zwar können die meisten Module auch unabhängig vom Informatikunterricht absolviert werden, eine größere Nachhaltigkeit wird aber durch eine enge Verknüpfung mit dem Schulunterricht erreicht. Für jedes InfoSphere-Modul werden die Kompatibilität zum NRW-Informatiklehrplan dargestellt und interessierten Lehrkräften Möglichkeiten aufgezeigt, wie sich die Themen in den Unterricht integrieren lassen. Neben den informatischen Inhalten vermitteln die InfoSphere-Module auch Medienkompetenzen. Projektergebnisse (und Erlebnisse) werden auf der InfoSphere-Webseite dokumentiert, präsentiert und anderen Schülern zugänglich gemacht. Auf diese Weise können die im Schülerlabor erarbeiteten Themen auch der Außenwelt zugänglich gemacht werden. Besonders interessant ist dies, wenn die Themen später im Schulunterricht wieder aufgegriffen werden. Um die Kluft zwischen Schule und Hochschule zu schließen, können aktuelle, forschungsnahe Themen durch die Kooperation mit verschiedenen Informatik-Lehrstühlen der RWTH Aachen angeboten werden. So erhalten Schüler einen ersten Kontakt in die Welt der Hochschule und können Einblicke in Informatikberufe wie auch ein Studium des Faches gewinnen.

Module

Das InfoSphere bietet insgesamt 32 Module für verschiedene Altersstufen. Außerdem werden regelmäßig Specials angeboten.

Grundschule

• Zauberschule Informatik - Ein erster Einblick in die Welt der Informatik
• Alles Informatik, oder was?!? - Eine Reise durch die geheimnisvolle Welt der Daten und Algorithmen
• Zoo-Spaziergang oder Tier-Wettrennen selbst programmieren mit ScratchJR
• Robot Karol aus dem Labyrinth helfen
• Die Suche nach dem verlorenen Schatz - Kryptographie zum Anfassen

Unterstufe

• Open Roberta - Online Roboter programmieren
• Wie funktioniert das Internet?
• Erste App programmieren - Einstieg in den App Inventor
• Reise ins Innere des PCs
• Spielend Programmieren lernen mit Scratch
• Was steckt hinter dem Zebrastreifen? - GTIN- & QR-Codes
• Arduino programmieren mit ArduBlock
• Zoo-Spaziergang oder Tier-Wettrennen selbst programmieren mit ScratchJR
• Robot Karol aus dem Labyrinth helfen
• Die Suche nach dem verlorenen Schatz - Kryptographie zum Anfassen

Mittelstufe

• Die Suche nach dem verlorenen Schatz - Kryptographie zum Anfassen
• Reise ins Innere des PCs
• Spielend Programmieren lernen mit Scratch
• Was steckt hinter dem Zebrastreifen? - GTIN- & QR-Codes
• Feuer löschen mit der Informatik? - Einführung in Graph- und Flussalgorithmen
• InfoSphere goes Android - Erstellung einer App mit Hilfe des App-Inventors
• Klassendatenbank selbst erstellt - Einstieg in die Ideen von Datenbanken
• Suche nach dem kürzesten Weg - Graphalgorithmen zum Anfassen
• Das Internet als Netzwerk entdecken
• Webshop & Co: How to do - Überblick über Web-Technologien
• Vom Widerstand zum Volladdierer - Einstieg in die Technische Informatik
• Eigene Geschichten programmieren mit ALICE
• Informatik enlightened - Was Blumen, Autos und Solarzellen verbindet
• Grün, gelb, rot - Aufbau, Modellierung und Programmierung einer Ampelanlage
• Künstliche Intelligenz – Können Computer wirklich Menschen ersetzen?

Oberstufe

• Eigene Geschichten programmieren mit ALICE
• Informatik enlightened - Was Blumen, Autos und Solarzellen verbindet
• Grün, gelb, rot - Aufbau, Modellierung und Programmierung einer Ampelanlage
• Künstliche Intelligenz – Können Computer wirklich Menschen ersetzen?
• Medienmanipulation – Ein Java-Softwareprojekt für kreative Köpfe
• Newton meets JAVA - Simulation physikalischer Experimente mit Greenfoot
• Smartphone-App zur Fernsteuerung eines Roboters
• „Schiffe versenken“ selbst gemacht - GUI-Programmierung für eine Android-App
• Theoretische Informatik mit Lego - die Lego-Turingmaschine
• Das Haus der Zukunft - Hausautomation mit Mikrocontrollern
• Zelluläre Automaten als Werkzeug zur Simulation in der Biologie und im Straßenverkehr
• Gamecontroller selber bauen - Tiefere Einblicke in die Technische Informatik mittels Mikrocontroller-Programmierung
• Wie kommt das Bild auf den Bildschirm? - Einstieg in die Computergrafik

Feriencamps

In den Schulferien finden mehrtägige Feriencamps zu verschiedenen Themen statt, zum Teil sind hierbei Übernachtungen möglich. Durch die mehrtägige Auseinandersetzung mit einem Themenbereich der Informatik können die Teilnehmerinnen und Teilnehmer nach einer kurzen Einführung ihre eigenen Ideen entwickeln, planen, umsetzen und je nachdem sogar mit nach Hause nehmen. Feriencamps werden bisher zu folgenden Themen angeboten:

• 3D-Druck
• Arduino-Feriencamp für Weltverbesserer

FamilyDays

Als weitere Ergänzung zum regulären Modulangebot finden regelmäßig FamilyDays, also Module für die Familie, statt. FamilyDays werden bisher zu folgenden Themen angeboten:

• Wie funktioniert das Internet?
• Erste App programmieren
• Die digitale Welt entdecken
• Roboter programmieren

Modulablauf

Die folgenden Beispiele sollen den üblichen Ablauf eines Moduls im Schülerlabor InfoSphere demonstrieren und gleichzeitig einen Einblick in die Themenvielfalt geben:

Zauberschule Informatik - Ein erster Einblick in die Welt der Informatik (Grundschule)

Das Modul wird unter dem Thema der Zauberei durchgeführt, da dieses viele der Kinder im Grundschulalter begeistert und es den Anschein hat, dass auch viel Zauberei in einem Computer steckt. In dem Modul sollen die Schüler ohne Vorwissen an informatische Konzepte (u. a. Binärzahlen, Fehlererkennung und Optimierung) herangeführt werden, indem sie verschiedene Informatiktricks selbst erarbeiten und das dahinterstehende (informatische) Konzept durchdringen. Dazu wird gezielt immer darauf eingegangen, wie das neu Erlernte mit dem Computer, Tablet oder Smartphone in Zusammenhang steht.

Nach der Begrüßung der Schüler wird ein kurzer Ausblick über den Ablauf gegeben und im Anschluss werden von den Kindern Zauberstäbe gebastelt. Danach wird ein Zaubertrick (mit Hilfe von Binärzahlen Gedanken lesen) zur Motivation gezeigt. Jetzt startet das eigentliche Modul. Es gibt sieben verschiedene Stationen, von denen eine Auswahl von fünfen von den Kindern in Gruppenarbeit bearbeitet wird und die sich jeweils mit unterschiedlichen informatischen Konzepten befassen. Nach jeder Station erhalten die Schüler einen Stempel auf ihren Zauberausweis und steigen damit einen Rang auf. Im Anschluss erfolgen eine kurze Zusammenfassung und Feedbackrunde, bevor die Kinder als Informatik-Zaubermeister das InfoSphere verlassen.

Reise ins Innere des PCs (Unterstufe/Mittelstufe)

Das Modul "Reise ins Innere des PCs" gibt den Schülern einen Einblick in den Aufbau von informationsverarbeitenden Systemen, insbesondere von Computersystemen. Dabei steht durch das selbstständige Auseinanderschrauben eines Computers das praktische Entdecken und Ausprobieren im Vordergrund.

Die Schüler arbeiten in Gruppen zusammen und werden anhand eines Moodle-Kurses (am Laptop) durch das Modul geleitet. Durch ein anfängliches Quiz wird das EVA-Prinzip (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) als das grundlegende Arbeitsprinzip von Informatiksystemen und die von Neumann-Architektur als Grundlage von Computersystemen erarbeitet. Anschließend bearbeiten die Schüler in ihrer Gruppe eins von fünf möglichen Szenarien, die jeweils eine alltägliche Situation am Computer. Tablet oder Smartphone als Ausgangssituation beschreiben. Anhand dieser Szenarien erfahren die Schüler, wie der Computer auf Eingaben in bestimmten Situationen reagiert und was eigentlich alles passiert, bevor die Ausgabe auf dem Monitor erscheinen kann. Die Szenarien sind dabei so aufgebaut, dass Schritt für Schritt erläutert wird, wie der Computer auf eine Eingabe reagiert, welche Hardwarekomponente dann jeweils genutzt wird und wie diese Bauteile zusammenarbeiten, damit irgendwann die richtige Ausgabe angezeigt wird. Anhand dieses Datenverlaufs durch den Computer bauen die Schüler die jeweiligen Hardwarekomponenten aus und lernen durch die gegebenen Informationen technische Bauteile eines Informatiksystems zu identifizieren und ihre Funktion zu erkennen. Dabei haben die einzelnen Szenarien jeweils ein anderes Bauteil als Schwerpunkt. Die Schüler erstellen parallel Präsentationen zu „ihren“ Bauteilen, sodass sie diese am Ende ihrer Klasse vorstellen können. Als optionale Sicherung gibt es einen Wettbewerb, bei dem Informationen zu den Bauteilen wiederholt werden.

Informatik Enlightened - Was Blumen, Autos und Solarzellen verbindet (Mittelstufe/Oberstufe)

In diesem Modul befassen sich die Schüler mit verschiedenen Einsatzmöglichen von Arduino-Mikrocontrollern in der Informatik. Die Jugendlichen erfahren wie unsichtbares Licht beim Einparken helfen kann, wie man damit Geschwindigkeiten messen kann und wie ein Farbthermometer funktioniert. Hierzu werden insgesamt fünf Stationen angeboten, die jeweils in Zweiergruppen bearbeitet werden sollen. Die Schüler lernen wie Daten mittels Lichtsignalen übertragen werden und bauen mithilfe eines Mikrocontrollers und dazugehörigem Steckbrett selbstständig unterschiedliche Schaltungen auf und programmieren anschließend den Mikrocontroller entsprechend. Es wird zunächst eine Einführungsstation angeboten, die neben einer Einführung in textuelle Programmierung, den Umgang mit einem Mikrocontroller und dem Steckbrett erläutert. Anschließend suchen sich die Gruppen eine der weiteren Stationen (Geschwindigkeitsmessung, Einparkhilfe) aus und bearbeiten diese. Zum Schluss werden die Ergebnisse der einzelnen Gruppen vorgestellt und auf Probleme oder Besonderheiten eingegangen.

Lehrerfortbildungen

Das InfoSphere bietet, über das Angebot für Schüler hinaus, außerdem Fortbildungen für interessierte Lehrkräfte.

• Lehrerfortbildung: Einstieg in die textuelle Programmierung mittels Arduino
• Arduino-Fortbildung als Online-Kurs
• Fortbildung zum Thema grafische App-Entwicklung
• Informatik an Grundschulen (für Grundschullehrkräfte)

Teilnahme und Anmeldung

Die Teilnahme an den Angeboten des InfoSphere ist für Schüler in der Regel kostenlos und kann entweder im Klassen- bzw. Kursverband oder privat erfolgen. Wenn der Besuch im Rahmen einer Schulveranstaltung erfolgt, können die Wahl des Moduls und Termins bei der Anmeldung abgestimmt werden. Für den privaten Besuch stehen mehrmals im Monat Termine an Wochenenden oder Feiertagen zur Auswahl, an denen wechselnd, Module angeboten werden. Zusätzlich gibt es mehrtägige Angebote in den Ferien (Eigenkostenanteil für Verpflegung & Unterkunft).

Entstehung

Das InfoSphere - Schülerlabor für Informatik ist im Rahmen der Dissertation von Nadine Bergner an der RWTH Aachen konzipiert und umgesetzt worden. Im Juni 2009 wurde der Antrag auf Förderung als zdi-Schülerlabor beim Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen gestellt und im selben Jahr bewilligt. Im nächsten Jahr wurden Ideen gesammelt und dann die ersten 8 Module im Rahmen der Fachdidaktik Informatik an der RWTH Aachen entwickelt. Im Juli 2010 fand die feierliche Eröffnung als eines der beiden ersten Schülerlabore der RWTH Aachen statt. Ab dem Herbst 2010 begann die Testphase der Module und der reguläre Betrieb des Schülerlabors startete im Februar 2011. Im Sommer 2016 verlegte das InfoSphere seinen Standort und zog ins Informatikzentrum der RWTH Aachen auf der Hörn um.

Auszeichnungen

• 2015: Gewinner des CodeWeekAwards
• 2016: Gewinner des CodeWeekAwards

Literatur

• N. Bergner: Wie die Informatik sich selbst sieht und wie sie gesehen wird. In C. Leicht-Scholten, U. Schroeder (Hrsg.): Informatikkultur neu denken - Konzepte für Studium und Lehre Integration von Gender and Diversity in MINT-Studiengängen. Springer-Verlag, Heidelberg, 2014. ISBN 978-3-658-06021-3
• N. Bergner: Konzeption eines Informatik-Schülerlabors und Erforschung dessen Effekte auf das Bild der Informatik bei Kindern und Jugendlichen. Dissertation, Aachen, 2015. (Onlineressource bei der RWTH)
• N. Bergner, J. T. Holz, U. Schroeder: InfoSphere: An Extracurricular Learning Environment for Computer Science. In M. Knobelsdorf, R. Romeike (Hrsg.): Proceedings of the 7th Workshop in Primary and Secondary Computing Education. ACM, New York, USA, 2012; S. 26–33. ISBN 978-1-4503-1787-0 (Onlineressource bei der RWTH)

Weblinks

• Schülerlabor – Projektwebsite bei der RWTH Aachen
• Regina Brinkmann: IT für I-Dötzchen. Deutschlandfunk, 19. November 2016, Audio)
• Informatik-Test an Grundschulen. RP-online, 14. August 2015
• Nur bedienen ist zu wenig. Süddeutsche Zeitung, 24. November 2015
• Programmieren im Labor – Informatik für Grundschüler. „Leonardo“ in WDR 5 vom 20. Juni 2016 (Mediathek), ab Minute 00:47:50)