Experiencing Computer Science · 2020. 8. 4. · Klinkhardt Verlagsbuchhandlung (Bad Heilbrunn) 2008. Futschek, G.: Logo-Like Learning of Basic Concepts of Algorithms - Having Fun

Experiencing

Computer Science

Michael Weigend

Holzkamp-Gesamtschule Witten

WWU Münster

Michael Weigend Informatik erleben

Outline

1. Warming Up

2. What is “Experience”? (Kurt Hahn)

3. Give your brain a hand- LEGO

4. Outdoor-Informatics – Task Design

• Fundamentality and Computational Thinking

• Abstraction

• Metaphors

• Creativity

5.Trying out Indoor Rallye – Creating Tasks

6.Evaluation – Presentation of created tasks

2


Warming Up

3


Groove

4

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Punched_tape.jpg&filetimestamp=20050425170001


Groove

5


2 Erleben

Konstruieren und Erleben im

Informatikunterricht

6

Wurzeln der Erlebnispädagogik Jean Jaques Rousseau (1712-1778): “Natürliche Erziehung” Erzieher arangiert lehrreiche Erlebnisse. Kurt Hahn (1886 -1974) Gründungsdirektor von Salem Outward Bound: Segelturns, Kurzschulen

Tompson Island, Boston, USA Quelle: Youtube


Erlebnisorientiertes Lernarrangement

7

Authentisches Erlebnis Nutzung aller Sinne Außergewöhnliche Situation Draußen Bewegung Gruppenorientiert - kooperativ


Erlebte Algorithmik

Konstruieren und Erleben im

Informatikunterricht

8

Gerald Futschek 2007, 2010

Lösung 1 Erster (links oben): Gib deine Nummer deinem Nachbarn. Die anderen: Warte bis du eine Nummer n von einem Nachbarn bekommen hast. Wenn n kleiner als deine Nummer ist, gib n weiter. Sonst gib deine Nummer weiter.

Problem: Wer hat die kleinste Matrikelnummer?


Bewegung und Körperlichkeit

9

Arithmetik = Bewegung auf der Zahlengeraden Lakoff & Nunez

Denken über Zeit basiert auf Bewegungen Boroditsky, L.; Ramscar, M.; Frank, M. C.: The Roles of Body and Mind in Abstract Thought. 2001


Bewegung

Dr. Schaffer & Mr. Stern: Math Dance

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Erleben versus Konstruieren

Erlebnisorientierung Konstruktionismus (Papert, Resnick) Ereignis Produkt sich bewähren sich entfalten Einmalige Aktion Entwicklungsprozess Geschützter Raum Öffentlichkeit

(cc) by-nc Anita363 on Flickr

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3 Kooperative Übungen mit Lego Serious Play®

Anna-Sophie Trolle Terkelsen

LEGO

Sanduhr

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Die Idee: Give your brain a hand

Bauen Sie ein 3D-Modell, das eine (abstrakte) Idee wiedergibt. Wenn Ihnen nichts einfällt, bauen Sie einfach irgendwas!

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Übung Hardware-Technik erklären

1 Wählen Sie eine der folgenden Fragen: a) Wie werden in einem USB-Stick Daten gespeichert? b) Wie verwandelt eine Digitalkamera ein Bild in Daten? c) Was passiert, wenn eine Festplatte defragmentiert wird? d) Wie funktioniert eine optische Maus?

2 Bauen Sie in drei Minuten eine Lego-Skulptur zu Ihrer Frage. 3 Reihum: Jeder Mitspieler/jede Mitspielerin macht

Folgendes: • Die anderen raten, was Ihre Skulptur darstellt. • Sie erklären Ihre Skulptur.

Psst

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Weitere Fragen Gesellschaftliche Implikationen der Informatik

a) Welchen Einfluss haben Computer im Jahre 2020 auf das

Freizeitleben?

b) Welchen Beitrag können im Jahr 2020 Computer zu Ihrer

Sicherheit beitragen?

c) Wie beeinflussen Computer im Jahre 2020 das Familienleben?

d) Welche Bedrohung geht im Jahre 2020 von Computern aus?

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4 Outdoor-Informatik – Aufgabendesign

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CS Unplugged, Image Compression, www.youtube.com

Was ist das Problem?


Fundamentalität

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Fundamentalität

18 Nationalbibliothek Amsterdam 2012


Fundamentale Ideen der Informatik

Vertikalkriterium: Fundamentale Idee kann auf verschiedenen intellektuellen Niveaus vermittelt werden. Bruner 1960, Schwill 1993

Divide and Conquer a) Teile ein Problem b) Löse Teileprobleme c) Kombiniere Teillösungen

zu Gesamtlösung

Quicksort Schule, Hochschule

Kindergarten, Primarschule


Fundamentale Fähigkeiten der Informatik

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Grundlegende Fähigkeiten – Facetten allgemeiner Intelligenz z.B. Thurstone

Definieren „Computational Thinking“ Wing 2009, Elkner/…, Royal Society

Jeder sollte sie beherrschen (repräsentieren Allgemeinwissen) Sie sind Teil von „Bildungsstandards“ (Bildungskanon) Sind oft nur schwer als Teil der Informatik zu erkennen Frage: Inwieweit repräsentieren die Aufgaben der heutigen Rallye eigentlich Informatik?


Abstraktion

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Graph als Beispiel einer Abstraktion

G = (V, E) Was wird ignoriert? • Absolute Position der Orte (Knoten) • Länge der Wege (Kanten) • Form der Wege • Winkel zwischen Wegen

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Visualisierung eines Graphen

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Kodierungen

An der Bruchsteinwand an der Südwestseite sind mehrere Objekte mit folgender Struktur: (0, 1, 0, 0, 1, 0)

Welche Funktion haben sie?

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Kodierungen

(0,1,0,0,1,0)

Lösung: Schutz vor Einbruch

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Komplexe Aggregate

bisel = (Beton, Holz, Holz, Holz, Holz)

basel = (Beton, Metall)

busel = (basel, Beton)

bosel = (bisel, bisel, bisel, bisel, busel)

Finde ein bosel. Welche Funktion hat es?

(Beton,

Holz, Holz,Holz, Holz)

Lösung: Sitzgruppe

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Objekte finden und fotografieren

Finde möglichst viele Objekte mit dieser Struktur: b = (a for in i in range(n))

c = (b, b)

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Metaphorische Erklärungen in der Naturwissenschaft

„Das Universum ist ein Glas voller Geleebohnen“

April

2010 28


Metaphorische Erklärungen in der Naturwissenschaft

29

Beispiel aus Andreas Huber: Metaphorik und Handeln. Diss. 2005, S.49

Die Invasion der Killer begann Ende der Sechzigerjahre. Damals wechselten die ersten Kommandos westwärts über den Atlantik und nahmen Quartier in den Metropolen des amerikanischen Kontinents…


Konzeptuelle Metaphern

Quelldomaine

Zieldomäne

Lakoff & Johnson 1980, Lakoff & Nunez 1998

Stack (Last-in-first-out)

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Metaphern und Abstraktion

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Torreano et al. [4] suggest that a metaphorical term is a prototype of a category. Therefore the metaphorical meaning is more abstract (less specific) than the literal meaning. Based

1) “The dog flew across the yard.”

2) “The rumor flew across town.”

“The dog flew across the yard.”

“The rumor flew across town.”

Torreano, L. A., Cacciari, C. & Glucksberg, S.: When Dogs Can Fly: Level of Abstraction as a Cue to Metaphorical Use of Verbs. In: METAPHOR AND SYMBOL, 20(4), 259--274 (2005)

abstrakter

Wörtliche Bedeutung von “fliegen” a) schnell b) physische Bewegung c) in der Luft sein


Metaphern erfinden

Neun Billardkugeln sollen in ein dreieckiges Loch gestoßen werden. Aber Luis kann mit zwei Stößen nur vier Kugeln einlochen. Wie sieht das aus? Junge, 11 Jahre

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An der Pyramide stehen vier Leute. Dann fließt etwas aus der Pyramide und sie laufen weg. Junge, 10 Jahre

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Frau Müller gibt Waschpulver in das Becken. Die Bakterien werden weniger. Wie sieht das aus? Junge , 9 Jahre

Boy, 9 years

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Metaphorisches Denken

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Finde auf dem Weg ein Objekt mit ähnlicher Struktur


Metaphorisches Denken – um die Ecke gedacht

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Finde auf dem Weg etwas mit einer Struktur, die dem Fragezeichen entspricht


Kreativ sein mit gefundenen Materialien

„Land Art“ von Andy Goldsworthy

Andy Goldsworthy's sheepfolds near Crook in the Lake District in the winter of 2006. "fold1". (cc) by DaveBleasdale on flickr

Objekt im Stil von Andy Goldsworthy (cc) 2007 by-nc-nd SkeenaValleyGirl on flickr

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Stelle mit Dingen, die im Wald herumliegen, eine Binärzahl dar!

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1100111


5 Rallye um Schloss Hohenfeld

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Draußen Rallye: Aufgaben ausprobieren und beurteilen Eigene Aufgabe entwickeln Drinnen Lösungen zu den Aufgaben Eigene Aufgaben präsentieren


Literatur

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Boroditsky, L.; Ramscar, M.; Frank, M. C.: The Roles of Body and Mind in Abstract Thought. 2001 Arnold, R.; Reichert, R.; Hartmann, W.: Entdeckendes Lernen im Informatikunterricht.

INFOS 2005 Proceedings, S. 197-206. Birnthaler, M. (Hrsg.): Praxisbuch Erlebnispädagogik, Stuttgart 2010. Fischer, T.; Ziegenspeck, J. W.: Erlebnispädagogik: Grundlagen des Erfahrungslernens. Julius Klinkhardt Verlagsbuchhandlung (Bad Heilbrunn) 2008. Futschek, G.: Logo-Like Learning of Basic Concepts of Algorithms - Having Fun with Algorithms. In:"Proceedings of the 11th European Logo Conference, Eurologo 2007 - 40 Years of Influence on Education", (2007), ISBN: 978-80-89186-20-4; Online verfügbar unter http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-inf_4696.pdf. Gallenbacher, J. Abenteuer Informatik. IT zum Anfassen. Spektrum Akademischer Verlag 2006. Holstermann, N. & Bögeholz, S.: Interesse von Jungen und Mädchen an naturwissenschaftlichen Themen am Ende der Sekundarstufe I. In Zeitschrift für Didaktik der Naturwissenschaften; Jg. 13, 2007. Papert, Seymour; Harel, Idit: Constructionism. Ablex Publishing Corporation 1991. Resnick, M.. Rethinking Learning in the Digital Age. In: The Global Information Technology Report: Readiness for the Networked World, herausgegeben von G. Kirkman. Oxford University Press 2002. Jean-Jacques Rousseau: Emile oder Über die Erziehung. Stuttgart: Reclam 1976. Simon, Beth & Cutts, Quintin: Peer Instruction: A Teaching Method to Foster Deep Understanding. In: Communications of the ACM. 55/2 2012, S. 27-29. Weigend, M.: Indiana Jones im Informatikunterricht – die Suche nach Strukturen als Erlebnis. MWS 2012, S. 65-76. Wing, J. M.: Computational Thinking. Communications of the ACM 2006, Bd. 49, Nr. 3, S. 33–35. Ziegenspeck, J.: Erlebnispädagogik: Entwicklungen und Trends. In: Spektrum Freizeit, 1996, 18. Jahrgang Heft 1, S. 51 -58. Ziegenspeck, J. ; Berthold, M.: Der Wald als erlebnispädagogischer Lernort für Kinder. 2002

http://publik.tuwien.ac.at/files/pub-inf_4696.pdf



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Experiencing Computer Science · 2020. 8. 4. · Klinkhardt Verlagsbuchhandlung (Bad Heilbrunn) 2008. Futschek, G.: Logo-Like Learning of Basic Concepts of Algorithms - Having Fun