Mit halbjahresübergreifendem Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt wird in dieser Arbeit ein kontext- und projektorientiertes Modell vorgestellt, das zum einen den zu erwartenden Mangel an grundlegenden Fachkompetenzen bei Schülerinnen und Schülern überbrücken soll. Zum anderen verfolgt es das Ziel, innercurriculare Zusammenhänge zwischen einzelnen Themen an die Lernenden zu vermitteln und damit ein Gesamtverständnis für die Informatik zu ermöglichen.
Trotz der breiten Forderung nach einer Bildungsoffensive im Bereich der Informatik, wird der Stellenwert der informatischen Bildung in der Sekundarstufe I damit immer noch nicht flächendeckend anerkannt. In der Sekundarstufe II sieht es dafür zwar deutlich besser aus. Vor dem Hintergrund der teilweise nichtexistenten informatischen Bildung im Sekundarbereich I stellt sich allerdings die Frage, wie Schülerinnen und Schüler den Einstieg in die anspruchsvollen Kompetenzfelder der Oberstufeninformatik meistern sollen. Wie können sie inhaltlich und kognitiv an ein Fach anknüpfen, zu dem sie aufgrund des fehlenden Bildungsangebots in der Mittelstufe bisher keinerlei Bezüge hatten?
Solange sich die schulische Bildungslage nicht ändert, müssen sich insbesondere Didaktiker und Lehrkräfte dieser Frage stellen. Bis dahin kommt es auf ihre kreativen Ansätze an, die Schülerinnen und Schüler bestmöglich bei der Überwindung dieser Herausforderungen zu unterstützen. Vor allem in Bremen und Hessen müssen Wege gefunden werden, die Lerninhalte der Informatik so aufzubereiten, dass sie optimal von den Schülerinnen und Schülern aufgenommen werden können.
Inhaltsverzeichnis
Teil I – Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
Einleitung
1. Ausgangslage
2. Herleitung des Begriffs Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
2.1 Die Grundlage - Informatik im Kontext
2.1.1 Kontextorientierung in naturwissenschaftlichen Fächern
2.1.2 Kontextorientierung im Informatikunterricht
2.1.3 Informatik im Kontext
2.1.3.1 Chancen von Informatik im Kontext
2.1.3.2 Grenzen von Informatik im Kontext
2.2 Die Ergänzung - Themenübergreifender Unterricht
2.3 Definition Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
3. Vereinbarkeit des Halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts mit den Vorgaben des Kerncurriculums
Teil II – Projektunterricht im Informatikunterricht
4. Begriffsbestimmung Projektunterricht
5. Projektarbeit im Informatikunterricht
5.1 Teamarbeit
5.2 Themenauswahl
5.3 Zusammenfassung
6. Abgrenzung zu Halbjahresübergreifendem Informatikunterricht
Teil III – Mikrocontroller im Informatikunterricht
7. Physical Computing mit Mikrocontroller-Tools
7.1 Mikrocontroller-Tools im Informatikunterricht
7.1.1 Sensor- und Aktorenboards
7.1.2 Vorgefertigte Sensoren- und Aktorenbausteine
7.1.3 Mikrocontrollerboards
8. Arduino-Plattform
8.1 Arduino-Hardware
8.2 Arduino-Software
8.3 Sensoren und Aktoren
8.4 Erweiterungen
8.4.1 Bibliotheken
8.4.2 Shields
8.5 Entscheidung für Arduino
9. Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Arduino
Teil IV – Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt
10. Kriterien für Halbjahresübergreifenden Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt
11. Projektbeispiel – Smart-School-Projekt
11.1 Benutzeroberfläche entwickeln - HTML-Projekt (E.2)
11.2 Webserver einrichten – Internetprotokolle (E.1)
11.3 Funktionen programmieren – Programmierprojekt (E.4)
11.4 Sensordaten verwalten – Webdatenbankprojekt (Q2.3)
11.5 Überprüfung der Kriterien
11.6 Abschlussdiskussion
12. Schlussbemerkung
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit zielt darauf ab, ein kontext- und projektorientiertes Unterrichtsmodell für den Informatikunterricht in der gymnasialen Oberstufe zu entwickeln, das den Mangel an informatischer Vorbildung in der Sekundarstufe I überbrückt und ein ganzheitliches Verständnis für die Disziplin fördert.
- Herleitung eines halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts durch das Konzept "Informatik im Kontext".
- Integration der Projektmethode zur Förderung aktiver Lernprozesse.
- Einsatz von Mikrocontrollern (Arduino) als lehrplankonformer Rahmenkontext.
- Konzeption eines "Smart-School"-Projekts zur praktischen Verknüpfung heterogener Themenfelder.
- Evaluierung der Umsetzbarkeit und Passung zum hessischen Kerncurriculum.
Auszug aus dem Buch
2. Herleitung des Begriffs Halbjahresübergreifender Informatikunterricht
Intuitiv würde man dem Begriff, Halbjahresübergreifender Unterricht, die Eigenschaft zuschreiben, über zeitliche Halbjahresgrenzen hinweg lehren, und inhaltlich keine halbjahresbedingten Abgrenzungen zu machen. Lerninhalte würden also zusammenhängend betrachtet – unabhängig davon, für welches Halbjahr sie im Lehrplan bestimmt worden sind.
Obwohl an dieser Stelle eine allgemeine Vertrautheit mit dem Begriff angenommen wurde, stellt halbjahresübergreifender Unterricht in schuldidaktisch-theoretischer Literatur jedoch kein eigenständig behandeltes Konzept dar. Weder in der Allgemeindidaktik noch in Fachdidaktik wird man zu diesem Begriff fündig. Ähnlich verhält es sich für Begriffe, wie „Themenübergreifender Unterricht“ oder „Themenverbindender Unterricht“, die das gleiche meinen, aber ebenso wenig behandelt sind. Integrativer Unterricht und Ganzheitlicher Unterricht sind dagegen durchaus in der schuldidaktischen Forschung etabliert, beziehen sich aber trotz ihrer semantischen Verwandtschaft zur Idee des halbjahresübergreifenden Unterrichtes auf ganz andere Konzepte - nämlich dem Einbeziehen von Menschen mit Behinderungen bzw. dem Lernen mit allen Sinnen.
Da der Begriff im Wissenschaftskontext somit nicht existent ist, wird für den Zweck des in dieser Hausarbeit vorzustellenden Unterrichtsmodells das Unterrichtskonzept des halbjahresübergreifenden Informatikunterrichts selbst hergeleitet. Hierzu wird ein bereits bestehendes Konzept zur Grundlage genommen, das noch relativ jung ist und Informatik im Kontext heißt. In seinen Zielen und der allgemeinen Ausrichtung ist Informatik im Kontext der Idee des Halbjahresübergreifenden Informatikunterricht ziemlich ähnlich und eignet sich daher als Grundlage besonders gut. Somit soll zunächst auf die Wesensmerkmale eingegangen werden, um es danach um die notwendigen Aspekte zu ergänzen, die es für die Zwecke des halbjahresübergreifenden Unterrichts bedarf. Zuvor soll noch auf die Entstehung der Kontextorientierung im allgemeinen Schulunterricht und dann im Informatikunterricht eingegangen werden.
Zusammenfassung der Kapitel
Teil I – Halbjahresübergreifender Informatikunterricht: Herleitung und theoretische Begründung eines neuen Unterrichtsmodells auf Basis des Konzepts "Informatik im Kontext" zur Überbrückung curricularer Lücken.
Teil II – Projektunterricht im Informatikunterricht: Analyse der Projektmethode als strukturgebendes Element für einen fachwissenschaftlich orientierten, pädagogisch wertvollen Unterricht.
Teil III – Mikrocontroller im Informatikunterricht: Einführung in das Physical Computing und Begründung, warum die Arduino-Plattform als ideales Werkzeug für schülerorientierte Projekte dient.
Teil IV – Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt: Praktische Demonstration des Konzepts anhand des "Smart-School"-Projekts und Überprüfung der theoretischen Kriterien.
Schlüsselwörter
Informatikunterricht, Halbjahresübergreifender Unterricht, Informatik im Kontext, Projektunterricht, Physical Computing, Arduino, Smart School, Schulinformatik, Kerncurriculum, Kontextorientierung, Bildungsstandards, Informatikdidaktik, Software Life Cycle, Webserver, Webdatenbank.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines didaktischen Modells namens "Halbjahresübergreifender Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt", um informatische Bildung in der Oberstufe trotz bestehender Defizite in der Mittelstufe effektiv und motivierend zu gestalten.
Welche Themenfelder werden in der Arbeit besonders hervorgehoben?
Die zentralen Themenfelder sind die didaktische Einbettung von Informatik in lebensweltliche Kontexte, die Anwendung der Projektmethode und der Einsatz von Mikrocontroller-Technik zur Verknüpfung isolierter Lehrplaninhalte.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Ziel ist es, ein Modell zu schaffen, das die Kompetenzdefizite hessischer Schülerinnen und Schüler aufgreift und informatische Themen durch ein gemeinsames, motivierendes Rahmenprojekt zusammenhängend und tiefgreifend vermittelt.
Welche wissenschaftliche Methode wird für das Unterrichtsmodell verwendet?
Das Modell basiert auf dem Konzept "Informatik im Kontext" (IniK) sowie einer schülerspezifisch adaptierten Version des "Software Life Cycle"-Modells, die beide in ein strukturiertes Projektunterrichtsmodell integriert wurden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung des Halbjahreskonzepts, die Analyse der Projektarbeit unter pädagogischen Aspekten, die technische Einführung der Arduino-Plattform sowie die praktische Umsetzung eines Smart-School-Projekts.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die inhaltliche Ausrichtung?
Die Arbeit ist geprägt durch Begriffe wie Kontextorientierung, Physical Computing, ganzheitliches Kompetenzgefüge und eine strukturierte Vernetzung von Lehrplanmodulen wie Webserver-Einrichtung und Datenbankverwaltung.
Warum wird speziell das Smart-School-Projekt zur Demonstration gewählt?
Das Smart-School-Projekt wurde gewählt, weil es als "Smart Home" lebensweltlich hochrelevant ist und sich modular in technische Module (HTML, Internetprotokolle, Programmierung, Datenbanken) zerlegen lässt, die der Lehrplan in verschiedenen Halbjahren vorsieht.
Welchen Stellenwert nimmt die Arduino-Plattform in diesem Konzept ein?
Arduino dient als zentrales Medium des "Physical Computing", das durch seine Open-Source-Natur und leichte Handhabung sowohl Hardware- als auch Softwarethemen niederschwellig und praxisnah miteinander verbindet.
Wie gelingt die Vereinbarkeit mit dem vorgegebenen Kerncurriculum?
Das Modell verknüpft die formalen Themenfelder des Curriculums durch den roten Faden eines langfristigen Projekts, wobei die methodische Freiheit innerhalb der Einführungs- und Qualifikationsphase genutzt wird, um die fachliche Reihenfolge schlüssig in den Projektverlauf zu integrieren.
- Arbeit zitieren
- Nouaim Al Hahbare (Autor:in), 2021, Informatikunterricht mit Mikrocontroller-Projekt im Gymnasium. Grundlagen und Kriterien, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1317216
