Zugl.: Siegen, Universiẗat, Diss., 2003.

Siegen, Universiẗat, Diss., 2003.

Kassel, Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2007 / Hergestellt on demand

Zugl.: Siegen, Univ., Diss., 2009

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtsmodell zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen für die Sekundarstufe II vorgestellt. Der Bedarf wird u. a. damit begründet, dass Informatiksysteme zu Beginn des 21. Jahrhunderts allgegenwärtig sind (Kapitel 1). Für Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen sind diese in ihrer Einheit aus Hardware, Software und Vernetzung anhand ihres nach außen sichtbaren Verhaltens, der inneren Struktur und Implementierungsaspekten zu analysieren. Ausgehend vom Kompetenzbegriff (Kapitel 2) und dem Informatiksystembegriff (Kapitel 3) erfolgt eine Analyse des fachdidaktischen Forschungsstandes zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen. Die Ergebnisse lassen sich in die Bereiche (1) Bildungsziele, (2) Unterrichtsinhalte, (3) Lehr-Lernmethodik und (4) Lehr-Lernmedien aufteilen (Kapitel 4). In Kapitel 5 wird die Unterrichtsmodellentwicklung beschrieben. Den Zugang zu Informatiksystemen bildet in der vorliegenden Dissertationsschrift das nach außen sichtbare Verhalten. Es erfolgt eine Fokussierung auf vernetzte fundamentale Ideen der Informatik und Strukturmodelle von Informatiksystemen als Unterrichtsinhalte. Es wird begründet, dass ausgewählte objektorientierte Entwurfsmuster vernetzte fundamentale Ideen repräsentieren. In Abschnitt 5.4 werden dementsprechend Entwurfsmuster als Wissensrepräsentation für vernetzte fundamentale Ideen klassifiziert. Das systematische Erkunden des Verhaltens von Informatiksystemen wird im Informatikunterricht bisher kaum thematisiert. Es werden Schülertätigkeiten in Anlehnung an Unterrichtsexperimente angegeben, die Schüler unterstützen, Informatiksysteme bewusst und gezielt anzuwenden (Abschnitt 5.5). Bei dieser Lehr-Lernmethodik werden das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen, im Sinne einer Black-Box, und das Wechselspiel von Verhalten und Struktur bei vorliegender Implementierung des Systems als White-Box analysiert. Die Adressierung schrittweise höherer kognitiver Niveaustufen wird in die Entwicklung einbezogen. Unterstützend wird für das Unterrichtsmodell lernförderliche Software gestaltet, die vernetzte fundamentale Ideen in Entwurfsmustern und das Experimentieren aufgreift (Abschnitt 5.6). Schwerpunkte bilden im Unterrichtsmodell zwei Arten von lernförderlicher Software: (1) Die Lernsoftware Pattern Park wurde von einer studentischen Projektgruppe entwickelt. In ihr können in Entwurfsmustern enthaltene fundamentale Ideen der Informatik über ihren Lebensweltbezug im Szenario eines Freizeitparks analysiert werden. (2) Als weitere Art Lernsoftware werden kleine Programme eingesetzt, deren innere Struktur durch ausgewählte Entwurfsmuster gebildet und deren Verhalten direkt durch die darin enthaltenen fundamentalen Ideen bestimmt wird. Diese Programme können durch die Experimente im Unterricht systematisch untersucht werden. Mit dem Ziel, die normative Perspektive um Rückkopplung mit der Praxis zu ergänzen, werden zwei Erprobungen im Informatikunterricht vorgenommen. Diese liefern Erkenntnisse zur Machbarkeit des Unterrichtsmodells und dessen Akzeptanz durch die Schüler (Kapitel 6 und 8). Exemplarisch umgesetzt werden die Themen Zugriffskontrolle mit dem Proxymuster, Iteration mit dem Iteratormuster und Systemzustände mit dem Zustandsmuster. Der intensive Austausch mit Informatiklehrpersonen in der Kooperationsschule über Informatiksysteme und Kompetenzentwicklung sowie die Durchführung von zwei Lehrerfortbildungen ergänzen die Beobachtungen im unterrichtlichen Geschehen. Die erste Unterrichtserprobung resultiert in einer Weiterentwicklung des Unterrichtsmodells zu Informatiksystemen und Kompetenzentwicklung (Kapitel 7). Darin erfolgt eine Fokussierung auf das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen und eine Verfeinerung der Perspektiven auf innere Struktur und ausgewählte Implementierungsaspekte. Anschließend wird die zweite Unterrichtserprobung durchgeführt und evaluiert (Kapitel 8). Am Schluss der Forschungsarbeit steht ein in empirischen Phasen erprobtes Unterrichtsmodell. / In the 21st century, informatics systems are ubiquitous. Therefore, the author presents an educational model for competencies with respect to informatics systems (Chapter 1). To achieve such competencies at upper secondary level, observable behaviour, internal structure and implementation aspects of informatics systems have to be analysed by students. Based on a definition of the terms competency (Chapter 2) and informatics system (Chapter 3), the state of the art in Didactics of Informatics is investigated. In the national and international scientific work, (1) educational objectives, (2) themes and subject matters, (3) teaching and learning methods, as well as (4) educational means and media are identified (Chapter 4). In Chapter 5 the development of the educational model is described. The approach to competencies with respect to informatics systems concentrates on the observable behaviour of the systems. We focus on networked fundamental ideas of informatics as a quality factor and structural models of informatics systems. Selected object-oriented design patterns represent networked fundamental ideas. In Section 5.4 design patterns as knowledge representations of fundamental ideas are classified. Systematic exploration of informatics systems is uncommon in informatics education at upper secondary level. Therefore, students' activities are developed according to educational experiments to enable students to use systems consciously (Section 5.5). Systematic exploration puts students in a position to analyse the observable behaviour as a black box. Given the source code and documentation of a system, experimenting with such a system relates behaviour to its internal structure. Succeeding cognitive processes are also considered in this approach. To support learning, software was developed, which emphasises fundamental ideas in design patterns and enables experimenting (Section 5.6). There are two kinds of learning software: (1) The learning software Pattern Park was developed by a student project group. In the software fundamental ideas within design patterns can be understood through a real-life analogy in the context of a theme park. (2) As a second kind of learning software we use small programs, whose internal structure is built by selected design patterns. Their observable behaviour depends on networked fundamental ideas of informatics. These programs can be analysed systematically by students. Aiming at complementing the normative perspective with concrete learning processes, two classroom practice projects were conducted. These offered results with respect to feasibility of the educational model and acceptance by the students (Chapter 6 and 8). Exemplarily, access control by Proxy design pattern, iteration by Iterator design pattern, and states of systems by State design pattern were chosen. Cooperation with teachers and conduction of teacher training workshops complement observations within the classroom projects. The first classroom project resulted in a refinement of theory to foster competencies with respect to informatics systems (Chapter 7). In particular, perspectives on informatics systems were elaborated. Afterwards, a second classroom project was conducted and evaluated (Chapter 8). In conclusion of the research project, there is an empirically tested educational model to foster competencies with respect to informatics systems.

Das Ziel dieser Arbeit war es eine möglichst frei skalierbare Version der Lazarus-IDE zu entwickeln. Diese soll es dem versierten Lehrer ermöglichen, eine auf seine didaktischen Intentionen und die Leistungsfähigkeit seiner Schüler angepasste Lazarus-Version zu installieren und im Unterricht zu verwenden. Hierfür ist zunächst eine theoretische Analyse der Entwicklungsumgebung Eclipse vorgenommen worden. Weiterhin wurde untersucht, welche didaktischen Anforderungen prinzipiell an eine schulische Entwicklungsumgebung zu stellen sind. Auf Basis dieser Untersuchungen sowie durch gezielte Befragung von Fachlehrern sowie Experten sind die Anforderungen an eine solche IDE verifiziert und diese schließlich implementiert worden.

Diss. phil.-hist. Bern. / Literaturverz.

Das Ziel dieser Arbeit war es eine möglichst frei skalierbare Version der Lazarus-IDE zu entwickeln. Diese soll es dem versierten Lehrer ermöglichen, eine auf seine didaktischen Intentionen und die Leistungsfähigkeit seiner Schüler angepasste Lazarus-Version zu installieren und im Unterricht zu verwenden. Hierfür ist zunächst eine theoretische Analyse der Entwicklungsumgebung Eclipse vorgenommen worden. Weiterhin wurde untersucht, welche didaktischen Anforderungen prinzipiell an eine schulische Entwicklungsumgebung zu stellen sind. Auf Basis dieser Untersuchungen sowie durch gezielte Befragung von Fachlehrern sowie Experten sind die Anforderungen an eine solche IDE verifiziert und diese schließlich implementiert worden.

Die Masterarbeit stellt die Entwicklung und Anwendung des interdisziplinären High-Fidelity-Prototyps, PiaPi dar. Basierend auf der 'Research through Design' Methode kombiniert der Prototyp LEGO, Musik und Licht, um die Mensch-Computer-Interaktion zu fördern. Eine qualitative Studie zeigt, dass der Prototyp Testpersonen dazu motiviert, kreativ zu interagieren, Neugier weckt und dabei Berührungsängste abbaut. Zur wissenschaftlichen Einordnung wurden Elemente der HCI mit Forschung zu Spaß und Spiel kombiniert. Besonderes Augenmerk liegt auf dem potenziellen Einsatz des PiaPi als Projekt für den fächerübergreifenden Unterricht an Schulen. Dafür wurden in der Entwicklung verschiedene Aspekte der Pädagogik und Didaktik wie des Informatikunterrichts, Ganztagsangeboten und des fächerübergreifenden Unterrichts berücksichtigt. Im Rahmen der Arbeit wurde mit dem PiaPi ein Prototyp entwickelt, der für die Weiterentwicklung zum Projekt im Rahmen des Informatikunterrichts an Schulen nachweislich geeignet ist.:Inhalt Abkürzungsverzeichnis iv Abbildungsverzeichnis v Tabellenverzeichnis vii Anhang viii 1. Einleitung 1 1.1 Idee und Motivation 1 1.2 Ziel der Arbeit 2 1.3 Forschungsstand 3 1.4 Aufbau der Arbeit 4 2. Wissenschaftliche Grundlagen 5 2.1 Technische und methodische Grundlagen 5 2.1.1 Research through Design 6 2.1.2 Prototypen 8 2.1.3 Mini-Computer Raspberry Pi 12 2.2 Theoretische Grundlagen 14 2.2.1 Spiel und Vergnügen in der Mensch-Computer-Interaktion 15 2.2.2 Visualisierung von Ton 18 2.2.3 Informatik und Schule 23 Informatik an (Grund-)Schulen 23 Fächerübergreifender Unterricht 26 Ganztagsangebote und Ganztagsschulen 27 2.3 Verwandte Projekte 29 2.3.1 Der LEGO-Zug im Museum 29 2.3.2 Das LEGO-Mikroskop - “Hands on” by Yuksel Temiz 33 3. Konzept und Umsetzung des Prototypen 36 3.1 Idee und Entwurf 36 3.1.1 Die Idee 36 3.1.2 Variante A 37 3.1.3 Variante B 41 3.2 Elektrotechnische Umsetzung 43 3.2.1 Aufbau und Funktionen 43 3.2.2 Bauteile des PiaPi 45 Der Raspberry Pi 45 Die Tasten 48 Die LEDs 51 Die IMU 52 3.3 Entwicklung und Implementierung der Software 53 3.3.1 Überblick des Software-Ablaufs 53 3.3.2 Initialisierung und Klassen 54 3.3.3 Vom Tastendruck zum Ton 57 3.3.4 Es werde Licht 59 4. Methodik der Nutzer:innenstudie 60 4.1. Usability Testing 60 4.2 Qualitative Interviews 63 5. Nutzer:innenstudie zum PiaPi 67 5.1 Testung und qualitatives Interview 67 5.2 Auswertung der Studie 71 5.2.1 Interaktion mit dem PiaPi 72 5.2.2 Emotionen der Tester:innen 73 5.2.3 Bewertung der Designbesonderheiten 75 5.2.4 Anwendungsvorschläge und Bewertung der Konzeptidee 76 5.3. Herausforderungen und Erkenntnisse 78 6. Fazit und Ausblick 81 Literaturverzeichnis 86 Selbstständigkeitserklärung 91