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Algorithmische Bildung

 
     
 

Die Initiativgruppe „Algorithmische Bildung“ hält es für dringend erforderlich, Algorithmen zu einem Kernthema der Digitalen Bildung zu machen.

  • Alle digitalen Prozesse, ob sie sich auf Rechner, Netze oder Daten beziehen, werden von Algorithmen gesteuert.
  • Aktuelle Algorithmen, wie mp3, GPS, Page Ranking, RSA-Verschlüsselung , Machine oder Deep Learning haben eine unmittelbare Lebensnähe. Schülerinnen und Schüler haben mit solchen Algorithmen täglich zu tun oder sind von ihnen unmittelbar betroffen.

Langjährige praktische Erfahrungen der Initiativgruppe, z.B. in einschlägigen Seminaren und Sommerschulen, sind der Ausgangspunkt für das hier vorgeschlagene Vorhaben.

 

 

Das Vorhaben

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erprobung von Verfahren für die Lehreraus- und fortbildung, mit denen die Lehrkräfte die Kompetenz erwerben, Schülerinnen und Schülern zentrale Inhalte der Algorithmischen Bildung zu vermitteln. Der Kompetenzerwerb soll weitgehend auf selbst bestimmte und selbst kontrollierte Weise möglich gemacht werden. Deshalb sollen den Pilotgruppen von Lehrkräften digitale Lernmodule (E-Learning) angeboten werden, deren Bearbeitung durch ein eingebettetes Lern-Management System (LMS) selbst bestimmt, verfolgt und ausgewertet werden kann.

 

Kernkompetenzen Algorithmischer Bildung

Als wesentliche Kernkompetenzen der Algorithmischen Bildung und damit als Lernziele einer Aus- und Fortbildung sehen wir

  • Algorithmisches Verständnis: Anhand von Beispielen konkrete Algorithmen verstehen und Schritt für Schritt algorithmische Prinzipien erkennen.
  • Algorithmisches Denken: Algorithmische Prinzipien und Techniken zur Gestaltung von Problemlösungen verwenden. Dabei hat Algorithmisches Denken auch übergeordnete Bedeutung als Methode für Problemanalyse, Lösungsgestaltung, Vorgehensbeschreibung, sowie als Ordnungs- und Strukturierungsmethode.
  • Algorithmische Praxis: Konkrete Algorithmen aus den verschiedensten Bereichen, von Alltagsproblemen bis zu technischen Fragestellungen, anwenden. Übergang zur Programmierung.

Ein wichtiges Ziel ist hier auch die Vermittlung der mathematisch-informatischen Prinzipien des "Maschinellen Lernens" und anderen Algorithmen der KI (Künstliche Intelligenz), weil in diesem Bereich die Missverständnisse aktuell besonders ausgeprägt sind und die Unsicherheit der Öffentlichkeit besonders groß ist. Weiterhin wichtig erscheint uns auch ein (möglichst elementares) Verständnis für die theoretischen – und praktischen - Grenzen der Algorithmik.

 

Bedeutung der Algorithmischen Bildung

Der zentrale Begriff "Algorithmus" ist durch viele problematische Berichte und Artikel in den Medien und massive Missverständnisse in der Öffentlichkeit weitgehend negativ besetzt.

Wie man hier zur Aufklärung beitragen kann, haben wir u.a. in dem Fachartikel "Algorithmen und Big Data als Elemente der Digitalen Bildung und Kultur" und in mehreren Presseartikeln skizziert.

Der Grundgedanke ist, dass "Digitale Bildung" sich nicht darauf beschränken darf, den Schülerinnen und Schülern einen vernünftigen, kompetenten Umgang mit den digitalen Geräten und Medien zu vermitteln, sondern dass auch ein Verständnis für die fundamentalen Methoden und Grundlagen des Digitalen unabdingbar ist.

Inzwischen gibt es eine Vielzahl von Initiativen, Kindern und Jugendlichen Programmiersprachen zu vermitteln, in schulischen Arbeitsgruppen und außerschulischen Projekten, teilweise im Verbund mit industriellen Organisationen. In Ergänzung der algorithmischen Inhalte sind solche Initiativen zu begrüßen, sie bleiben aber formal, wenn sie keine algorithmische Substanz haben.

 

Zur Einschätzung der bildungspolitischen Situation

Auf Bundes- und Landesebene hat die Politik inzwischen erkannt, dass erhebliche Investitionen zur Förderung der Digitalen Bildung dringend erforderlich sind. Die angekündigte Förderung durch Ministerin Wanka mit 5 Mrd. € betrifft allerdings in erster Linie die infrastrukturelle Ausstattung von Schulen. Das Förderkonzept ist so ausgelegt, dass die Ausgestaltung der digitalen Bildungsinhalte jeweils von den Ländern erarbeitet werden soll. Verschiedene Studien (z.B. mmb Institut 2016) zeigen, dass ein wesentliches Hindernis für eine zügige Umsetzung der digitalen Bildungspläne in der in vielen Fällen unzureichenden digitalen Kompetenz der Lehrenden besteht.

 

Solange "Algorithmen" nicht in den "Kernlehrplänen" vorgesehen sind, können sie offiziell allenfalls in Projektwochen oder anderen besonderen Veranstaltungen behandelt werden. Ein wesentliches Hindernis ist auch, dass das Fach Informatik bei weitem nicht flächendeckend unterrichtet wird, in mehreren Bundesländern auch vorerst gar nicht vorgesehen ist. Die Einbettung der algorithmischen Thematik in den Mathematikunterricht wäre von der Sache her in vielen Fällen möglich und sinnvoll, scheitert aber daran, dass der Mathematikunterricht schon jetzt als überladen gilt.

Das entscheidende Problem ist aber, dass es kaum Lehrerinnen und Lehrer gibt, die Erfahrungen mit den aktuellen Algorithmen haben und die Thematik in voller Breite kompetent unterrichten können.

 

Die Phasen des Vorhabens

Die derzeitige Planung des Vorhabens sieht ein Vorgehen in Phasen vor:

  • Experten-Runde zur Ergänzung und Diskussion relevanter Vorhabensaspekte aus verschiedenen Erfahrungsbereichen (Workshop 2. März 2017 Blog Post).
  • Detailkonzepts des Vorhabens : Darstellung des Vorgehens, der Methoden, Zieldefinition. Daraus Projektvorschlag zur Beantragung von Fördermitteln bzw. Sponsorengeldern.
  • Pilotprojekt (Proof of Concept) mit – möglichst repräsentativer - Gruppe von interessierten Lehrkräften aus allen Bildungsstufen. Auswertung und Analysen bzgl. der Fortbildungsmethodik und erster Erprobung im Unterricht, Anpassungen (Laufzeit ca. 1 Jahr).
  • Hauptprojekt mit verschiedenen Lehrer/innen-Gruppen, inkl. Erprobung der Fortbildungsinhalte im Unterricht (Laufzeit ca 3 Jahre). Auswertung, Analysen und (fachspezifische) Anpassungen.
  • Schulische Praxis: Überführung in die allgemeine schulische Praxis (gesamte Bildungskette)

Workshop_Einfuehrung_I.pptx

Einführungspräsentation zum Experten-Workshop

 

Die Initiativgruppe (Stand 01.03.2017)

Dr. Thomas Fabula, InterScience GmbH

Prof. Dr. Tassilo Küpper, Math. Institut, Univ. zu Köln

Michael Langenberg, mlc - e-learning & corporate communications

Dr. Anton Schüller, Fraunhofer SCAI

Prof. Dr. Inge Schwank, Inst. für Mathematikdidaktik, Univ. Köln

Prof. Dr. Holger Simon, Pausanio GmbH

PD Dr. Bernhard Thomas, InterScience GmbH

Prof. Dr. Ulrich Trottenberg, InterScience GmbH, ehem. Institutsleiter Fraunhofer SCAI

Dr. Roman Wienands, Math. Institut, Univ. Köln

 

 
     
     
 
 
     
 

 

 

 

 
     
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