Als Verbundprojekt haben wir eine Plattform entwickelt, die an Schulen und Universitäten eingesetzt werden kann, um dort die informatische Kompetenzentwicklung und insbesondere die Entwicklung von Programmierfähigkeiten zu unterstützen.
Die informatische Bildung in Deutschland ist je nach Bundesland unterschiedlich stark an den Schulen verankert (vgl. Gesellschaft für Informatik e.V. 2023) und auch die Inhalte der Studiengänge mit Informatik-Bezug variieren. Deshalb schauen wir uns im Folgenden nicht einzelne Lehrpläne und Curricula an. Stattdessen werfen wir einen Blick auf Kompetenzmodelle für informatische Bildung und wie Coding Labs bei der Erreichung der dort enthaltenen Kompetenzen eingesetzt werden kann. Viel Spaß beim Lesen!
Kompetenzen: Was ist das? Was machen wir damit?
Die hier ausgewählten Modelle beziehen sich auf die Definition des Kompetenzbegriffs nach Weinert, welche oftmals in der erziehungswissenschaftlichen und psychologischen Forschung verwendet wird:
Gerade im Bereich der Informatik ist ein Fokus auf die Kompetenzentwicklung – noch vor der Wissensgenerierung – wichtig, da die Lernenden durch die rapide Veränderung der Gegenstände (Plattformen, technische Entwicklungen) stets mit Neuerungen konfrontiert sind (vgl. Brinda et al. 2008). Informatische Kompetenzen sind somit zentrale Fähigkeiten in einer digitalen Gesellschaft.
Kompetenzmodell für die Schule
Die Gesellschaft für Informatik e.V. (GI) formuliert für den Schulkontext fünf Inhaltsbereiche (Informationen und Daten, Algorithmen, Sprachen und Automaten, Informatiksysteme, Informatik, Mensch und Gesellschaft) und fünf Prozessbereiche (Modellieren und Implementieren, Begründen und Bewerten, Strukturieren und Vernetzen, Kommunizieren und Kooperieren, Darstellen und Interpretieren), die miteinander verzahnt im Unterricht erschlossen werden sollen (vgl. Brinda et al. 2008: 11). Für die Oberstufe kommen noch drei Anforderungsbereiche hinzu, die im Modell vertikal angeordnet sind: Reproduktion, Reorganisation und Transfer, Reflexion und Problemlösung (s. Abbildung 1, Röhner 2016). Hier wird deutlich, dass es nicht sinnvoll ist, den Prozess des Programmierens losgelöst von anderen Anforderungen im Informatikunterricht zu betrachten, da er mit mehreren Kompetenzbereichen verknüpft ist.
Aus dem Modell geht jedoch nicht direkt hervor, wie die Kompetenzen konkret in Lernprozesse übersetzt werden können. Die GI formuliert es wie folgt: “Obwohl hiermit Standards für die Informatik in der Schule vorliegen, müssen sie im Schulalltag noch mit Leben gefüllt werden.” (Brinda et al. 2008: VII). Bevor wir uns jedoch der Frage der Umsetzung widmen, werfen wir zunächst noch einen Blick auf Programmierkompetenzen in der Hochschulbildung.
Kompetenzmodell für die Hochschule
Auf Basis der Arbeiten von Anderson und Krathwohl sowie den Empfehlungen
der GI hat Kiesler (2024) ein Modell für Programmierkompetenzen im
Hochschulbereich formuliert, welches die Dimensionen Wissen (factual,
conceptual, procedual, meta-cognitive) und kognitive Prozesse (remember,
understand, apply, analyze, evaluate, create) verknüpft. Im Bezug zur
Praxis wird vor allem betont, dass die kognitiven Prozesse für das
Erlernen von Programmierkompetenzen in der Lehre häufig unterschätzt und
damit erfolgreiche Lernprozesse erschwert werden (ebd.: 5). Kiesler
betont den kreativen Aspekt der Kompetenzentwicklung und empfiehlt,
diesen schon früh in die Gestaltung des Lernprozesses einzubeziehen
(vgl. ebd.; Zukunft 2016).
Coding Labs meets Kompetenzmodelle
Grundsätzlich können mit Coding Labs alle Aspekte des Programmieren-Lernens abgedeckt werden. Auf der Inhaltsebene bietet sich vor allem der Einsatz in den Bereichen “Informationen und Daten” sowie “Algorithmen” an. Damit verbunden können stets Elemente des Bereichs “Mensch und Gesellschaft” thematisiert werden. Die einzelnen Prozessbereiche können durch entsprechend formulierte Aufgabenstellungen in den Unterricht mit Coding Labs eingebunden werden.
Dank der flexiblen Gestaltungsmöglichkeiten des Bildungsmaterials sind aber auch viele weitere inhaltliche Aspekte des Unterrichts mit Coding Labs vermittelbar. Dies wird durch die Kombination von Python- und HTML-Code sowie die Nutzung von Erweiterungen ermöglicht und ist abhängig vom gewünschten Aufwand und dem Erfahrungslevel der Lehrkräfte. Denkbar ist hier z. B. die Erstellung von Aufgaben zum Thema Datenbanken, Logik oder Automatentheorie.
Die Einbindung von Coding Labs in den Unterricht
Zur Unterstützung bei der Unterrichtsgestaltung gibt es verschiedene Modelle und Vorgehensweisen. Um die relevanten Fragen für diesen Prozess hervorzuheben, nutzt Kerres (2021) die Lasswell-Formel (Abbildung 2).
Abbildung 2: Rahmenmodell des didaktischen Designs (Kerres 2021: 74)
Welche dieser Fragen können in Bezug auf Coding Labs reflektiert werden? Wie auch schon in der Empfehlung der GI formuliert, können Informatiksysteme im Unterricht auf unterschiedlichen Ebenen betrachtet werden und gleichzeitig “Medium, Werkzeug und Inhalt des Lernens” sein (Brinda et al. 2008: 8).
Coding Labs kann…
- als Unterrichtsinhalt gesehen werden. Die Plattform als Ganzes und einzelne Bestandteile können thematisiert werden. Zum Beispiel: Was sind Jupyter Notebooks? Wie können solche und andere Plattformen genutzt werden? Was ist eine Programmiersprache? Wie arbeiten die einzelnen Elemente zusammen? Was ist die Shell und wie kann sie benutzt werden?
- als Werkzeug gesehen werden, womit gelernt werden kann. Tutorials können erstellt werden, die durch Einbettung von Fotos, Videos und Podcasts, Lerninhalte multimedial vermitteln. Code kann gelesen, ausgeführt, geschrieben, korrigiert werden.
- für die Lernorganisation genutzt werden. Die zeitliche und räumliche Flexibilität bietet viele Gestaltungsmöglichkeiten.Durch die textbasierte Programmierung und die Popularität der Sprache gibt es viele Anknüpfungspunkte an andere Umgebungen und die Möglichkeit des Austauschs in externen Foren.
Vorschläge, wie eine Einbindung von Coding Labs in den Unterricht aussehen kann, finden Sie in unserem Downloadbereich und in den Links unter diesem Beitrag. Um deutlich zu machen, wie das Kompetenzmodell der GI in der Praxis angewendet werden kann, haben wir eine Übungsaufgabe für die Oberstufe aus den GI-Richtlinien mit Coding Labs umgesetzt. Außerdem gibt es eine Übersicht über die im Rahmen einer Digital Learning Journey in Coding Labs umsetzbaren Methoden. Darüber hinaus haben wir in den Readme-Dateien der von uns erstellten Einführungskurse jeweils angegeben, welche Lernthemen darin abgedeckt und welche Kenntnisse vorausgesetzt werden.
Fazit
Eine geeignete Plattform für die informatische Kompetenzentwicklung zu finden, ist gar nicht so einfach. Das Projekt Coding Labs möchte eine Plattform bereitstellen, welche die Lernprozesse in der Schule und der Hochschule unterstützen kann. Im Rahmen dieses Artikels haben wir das Potenzial unserer Plattform, bei diesen Prozessen zu unterstützen, in Bezug auf gängige Modelle für Informatik-Kompetenzen untersucht. Abschließend lässt sich sagen, dass mit Coding Labs einige konkrete Inhaltsbereiche einfach adressiert werden können, andere jedoch nicht direkt umsetzbar sind. Durch die Kombination aus Python- und HTML-Code können allerdings einfach und flexibel Materialien in Form von Jupyter Notebooks auf Coding Labs erstellt werden, welche eine große Bandbreite von Inhalten abdecken und unterschiedliche kognitive Prozesse anstoßen können. Dies geschieht eingebettet in den größeren sozialen Kontext des Unterrichts bzw. der universitären Lehre.
- Brinda, T.; Fothe, M.; Friedrich, S.; Koerber, B.; Puhlmann, H.; Röhner, G. & Schulte, C. (2008): Grundsätze und Standards für die Informatik in der Schule – Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe I. https://doi.org/10.18420/REC2008_052.
- Gesellschaft für Informatik e. V., Hrsg. (2023): Zur Situation des Informatikunterrichts in Deutschland, Oktober 2023, https://informatik-monitor.de/2023-24 Stand: 14.06.2024.
- Kerres, M. (2021): Didaktik: Lernangebote gestalten. Münster New York: Waxmann. https://doi.org/10.36198/9783838557182.
- Kiesler, N. (2024): Modeling programming competency, Springer eBooks, https://doi.org/10.1007/978-3-031-47148-3.
- Klieme, E. & Hartig, J. (2008): Kompetenzkonzepte in den Sozialwissenschaften und im erziehungswissenschaftlichen Diskurs. In Prenzel M, Gogolin I, and Krüger H-H (eds), Kompetenzdiagnostik: Zeitschrift für Erziehungswissenschaft. Wiesbaden: VS Verlag für Sozialwissenschaften, 11–29. https://doi.org/10.1007/978-3-531-90865-6_2.
- Röhner, G. (2016): Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe II (Januar 2016). https://doi.org/10.18420/REC2016_057.
- Weinert, F. (2001): Vergleichende Leistungsmessung in Schulen – eine umstrittene Selbstverständlichkeit, in: Weinert Franz E. (Hrsg.), Leistungsmessungen in Schulen, Beltz, Weinheim, S. 17-31.
- Zukunft, O. (2016): Empfehlungen für Bachelor- und Masterprogramme im Studienfach Informatik an Hochschulen. Bonn: Gesellschaft Für Informatik e.V.
