Handlungsorientierte Erarbeitung der Installation eines Betriebssystems, exemplarisch dargestellt am Beispiel von Windows XP, im Lernfeld 4 der Klasse E1EA mit Hilfe von VirtualBox

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Fachtheoretische Auseinandersetzung mit dem Thema
1.2 Pädagogische Anforderungen an den Unterricht zur Stärkung der beruflichenHandlungskompetenz der Schüler

2 Didaktische Analyse
2.1 Anthropogene Voraussetzungen der Auszubildenden
2.2 Lehrplanbezug der Unterrichtseinheit
2.3 Einbindung der Unterrichtseinheit in die Grobplanung
2.4 Bedeutung der Inhalte für die Auszubildenden
2.5 Lernziele

3 Planung der Unterrichtseinheit
3.1 Räumliche und technische Voraussetzungen der Schule
3.2 Methoden und Auswahl der Medien
3.3 Lernzielkontrolle

4 Durchführung der Unterrichtseinheit
4.1 Klärung des Handlungszieles
4.2 Erarbeitung der vorbereitenden Maßnahmen zur Installation eines Betriebssystems
4.3 Information, Installation und Konfiguration von Virtuellen Maschinen
4.4 Installation des Betriebssystems Windows XP
4.5 Erstellen der Dokumentation

5 Leistungskontrolle
5.1 Bewertung der Dokumentation
5.2 Klassenarbeit

6 Abschließende Bewertung und Reflexion der Unterrichtseinheit

7 Literaturverzeichnis

8 Abbildungsverzeichnis

9 Anhang
9.1 Zeitverlaufsplan
9.2 Arbeitsblätter
9.3 Bewertungsbogen
9.4 Klassenarbeit
9.5 Exemplarisch ausgewählte Schülerdokumentation

1 Einleitung

1.1 Fachtheoretische Auseinandersetzung mit dem Thema

Virtuellen Maschinen, die von sogenannter Virtualisierungssoftware bereitgestellt werden, werden in der IT-Welt ein immer höherer Stellenwert zugesprochen. Die Software VirtualBox¹ des Softwarekonzerns Sun Microsystem ist solch eine Virtualisierungssoftware.

Eine Virtuelle Maschine bezeichnet einen rein aus Software bestehenden Rechner, der als Prozess auf einem sogenannten Host-Betriebssystem ausgeführt wird. Auf diesem virtuellen Rechner lassen sich wiederum andere Betriebssysteme installieren. Die Virtuelle Maschine, die auf einem physikalisch vorhandenen Rechner installiert ist, wird als Gast bezeichnet. Dabei weiß das Gast-Betriebssystem jedoch nicht, dass es nicht auf einem tatsächlich vorhandenen PC ausgeführt wird und sämtliche Hardware, die es erkennt und steuert, nur von der Virtualisierungssoftware softwarebasiert simuliert wird. ,,Den einzelnen Gast-Systemen wird dabei jeweils ein eigener kompletter Rechner mit allen Hardware-Elementen (Prozessor, Laufwerke, Arbeitsspeicher, usw.) vorgegaukelt." (Wikipedia) Diese Hardwareeigenschaften, wie beispielsweise die Größen von Festplatte oder Arbeitsspeicher, können bei VirtualBox benutzerfreundlich über eine grafische Be-nutzeroberfläche eingestellt werden. Grenzen dieser Einstellung sind nur durch die Grenzen des Host-Rechners gegeben. Es kann demnach nicht mehr Arbeitsspeicher dem Gast zu Verfügung gestellt werden, als der Host auch tatsächlich eingebaut hat. Abzüglich selbstverständlich der Größe, die das Hostbetriebssystem selbst benötigt.

Doch wozu können diese Virtuelle Maschinen verwendet werden? Ein häufiges Ein-satzszenario ist im Bereich der Softwarekompatibilität gegeben. Gerade ältere An-wendungsprogramme können bei modernen Betriebssystemen zu Abstürzen führen. Hier bietet sich an, auf eine Virtuelle Maschine ein kompatibles Betriebssystem zu installieren und das Programm dort auszuführen. Aber auch Kosteneinsparungen lassen sich durch den Einsatz von Virtuellen Maschinen erzielen. Webhoster bieten ihren Kunden virtuelle Webserver an. Statt jedem Kunden einen einzelnen teuren Webserver nebst Hardware zu vermieten, der zudem nur geringe Auslastungen auf- weißt, können beispielsweise zehn Kunden jeweils einen eigenen Virtuellen Server auf einem einzigen physikalisch vorhandenen Rechner ausführen. Dies spart neben der Bereitstellung der Hardware auch Stromkosten und lastet zusätzlich die ein-gesetzte Hardware optimal aus.

Bei der Installation eines Betriebssystems auf dem Gast-System wird eine Datei auf dem Host-System erzeugt, welche die Festplatte des Gastes abbildet. Diese Datei kann dann beispielsweise zu Diagnosezwecken weitergegeben werden, unabhängig vom Betriebssystem des Hosts. So gibt es für die im Unterricht verwendete Virtualisierungssoftware VirtualBox Versionen für Windows, OS X, Linux und Solaris.

Einer der Nachteile durch die Verwendung von Virtuellen Maschinen ist, dass diese zusätzliche Systemressourcen des Hosts benötigen. Darüber hinaus werden Programme auf den Gast-Systemen durch die notwendigen Übersetzungen nicht in der Geschwindigkeit umgesetzt, wie wenn diese direkt auf einem gleichwertigen Rechner ausgeführt werden würde.

1.2 Pädagogische Anforderungen an den Unterricht zur Stärkung der beruflichen Handlungskompetenz der Sch il ler

Das Erreichen beruflicher Handlungskompetenz bestimmt den Bildungsauftrag der Berufsschule (Kultusministerkonferenz, 2003, S. 4). Doch was bedeutet „berufliche Handlungskompetenz" uberhaupt?

Im Vorwort des Rahmenlehrplans für den gewählten Ausbildungsberuf wird beruf-liche Handlungskompetenz „verstanden als die Bereitschaft und Fahigkeit des Einzelnen, sich in gesellschaftlichen, beruflichen und privaten Situationen sach-gerecht, durchdacht sowie individuell und sozial verantwortlich zu verhalten" (Kultusministerkonferenz, 2003 S. 4). Sie umfasst dabei die Zieldimensionen:

- Fachkompetenz
- Sozialkompetenz
- Personalkompetenz
- Lern- und Methodenkompetenz

Ein Unterricht, der zum Ziel hat, eben diese berufliche Handlungskompetenz zu stärken muss auch die Aspekte behandeln, die über das reine Erreichen von Fach-kompetenz hinausgeht.

Ein Unterrichtsmodell, das dem Erwerb und der Stärkung beruflicher Handlungs-kompetenz in besonderem Maße Tribut zollt, ist der sogenannte „Handlungs-orientierte Unterricht". „Handlungsorientierter Unterricht ist ein ganzheitlicher und schüleraktiver Unterricht, in dem zwischen dem Lehrer und den Schülern verein-barten Handlungsprodukte die Organisation des Unterrichtsprozesses leiten, sodass Kopf- und Handarbeit der Schüler in ein ausgewogenes Verhältnis zueinander ge-bracht werden konnen." (Meyer, 1987, S. 402)

Wie aus dem Zitat von Meyer ersichtlich, steht am Ende eines handlungsorientierten Unterrichts ein Handlungsprodukt. Dieses Handlungsprodukt ist auch tatsächlich ein Produkt im eigentlichen Sinne. Etwas, dass die Schüler anfassen können. Etwas, dass sie vorher gebaut, programmiert, erforscht oder auf sonst auf irgendeine Art hergestellt haben. Im Fall des hier dokumentierten Unterrichts ist das Handlungs-produkt eine von den Schülern selbst erstellte Bedienungsanleitung, welche die Installation des Betriebssystems Windows XP für einem bestimmten Anwendungs-zweck beschreibt.

Der eigentliche Kompetenzzuwachs entsteht nicht nur aus dem Handlungsprodukt, sondern im Besonderen auch durch den Weg, wie dieses Produkt entstanden ist. Dieser Weg, von Meyer auch als Erarbeitungsphase bezeichnet, ist von Schüler zu Schüler individuell. Die Wissensstruktur, die sich dabei in den Köpfen der Schüler entfaltet, wird hierbei nicht durch die vorgegebene Struktur des Lehrers indoktriniert. Der Schüler kann dabei das Handlungsprodukt anhand von individuellem Vorwissen und eigener Erfahrung, erarbeiten sowie neues Wissen und neue Kompetenzen damit verknüpfen.

Kritiker gehen unter anderem aus diesem Grund dem handlungsorientierten Unter-richtskonzept aus dem Weg. Denn handlungsorientierter Unterricht ist offener, spannender und eben auch risikobehaftet. Als Lehrer ist es nicht möglich 100-prozentig zu garantieren, ob am Ende das Handlungsprodukt herauskommt, das ge-plant war. In diesem Fall muss man als Lehrer „cool bleiben". Die Rolle des Lehrers beim handlungsorientierten Unterricht ist weg vom Wissensvermittler und hin zum Moderator.

Schüler, die erkennen, dass ihr Handlungsprodukt fehlerhaft ist, haben trotzdem etwas gelernt. Etwas ganz Einfaches: „So geht es nicht". Denn auch diese Erfahrung hilft den Schülern dabei, in künftigen ähnlichen beruflichen Situationen richtig zu handeln. „Beim handlungsorientierten Lernen wird der Erkenntnisgewinn nicht nur aus dem Handlungsergebnis bestimmt, sondern ebenso vom Weg und der Losungsmethode." (Ott, 1997, S. 40)

Über all dem schwebt der Begriff der sogenannten „Vollständigen Handlung", der sich durchaus auch als Raster für eine Unterrichtsplanung einsetzen lässt. Hand-lungsorientierter Unterricht bzw. auch jede berufliche Handlung durchläuft immer diese sechs Phasen, die in Abbildung 1 dargestellt sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Zyklus einer vollständigen Handlung (Pampus, 1987, S. 47)

Jegliche Handlung in Schule, Betrieb oder auch im Alltag lässt sich durch dieses Modell beschreiben. Im Folgenden eine Beschreibung der einzelnen Schritte:

- Informieren:

Was soll getan werden? Was ist das Ziel?

- Planen:

Wie geht man vor? Was brauche ich an Informationen?

- Entscheiden:

Fachgespräche mit Ausbilder oder Gruppe: Welchen Weg gehe ich?

- Ausführen:

Ausführen der erforderlichen, selbst geplanten Arbeitsschritte

- Kontrollieren:

Habe ich mein Ziel fach- und sachgerecht erreicht?

- Bewerten:

Was kann ich in Zukunft besser machen?

Von besonderer Bedeutung, wie bereits auch schon angeklungen, ist der letzte Punkt, das Bewerten des eigenen Handelns. Dieser Schritt hilft den Lernenden ähn-liche Handlungen zukünftig besser zu machen und ihre Leistung zu optimieren. Erst wenn alle sechs Punkte durchlaufen sind, kann eine neue Handlung beginnen.

Auch die Leistungsbewertung unterscheidet sich beim handlungsorientierten Unter-richt von der, wie sie bei traditionellen Unterrichtsformen der Fall ist. In der Berufs-schule wird diesem Umstand im Besonderen Rechnung getragen. Neben der Fach-kompetenznote, in der vor allem fachwissenschaftliche Klassenarbeiten berück-sichtigt werden, gibt es darüber hinaus eine Projektkompetenznote. In dieser findet eine Bewertung statt, in wiefern ein Schüler in der Lage ist, gegebene Handlungs-bzw. Arbeitsaufträge fachlich richtig und vor allem auch zielgerichtet zu bearbeiten. Es spielen dort auch Aspekte mit ein, ob der Schüler beispielsweise in der Lage ist in einer Gruppe zu arbeiten, er objektiv seine Arbeit bewerten kann oder gegebene Werkzeuge optimal und fachlich richtig einsetzt.

2 Didaktische Analyse

Der Unterricht filr die E1EA findet im Blockunterricht von je zweiwöchiger Dauer statt. In der dokumentierten Unterrichtseinheit waren die Schiller im zweiten Block an-wesend, der vom 16.11.-27.11.2009 dauerte. Die dokumentierten Stunden fanden am 16.11. (2h) sowie am 19.11. (4h) statt. Zusätzlich fand am 26.11. noch eine Klassenarbeit statt, in der Inhalte aus dieser Unterrichtseinheit ebenfalls Teil der Fragestellungen waren.

2.1 Anthropogene Voraussetzungen der Auszubildenden

Die 15 Schiller der E1EA sind ausschließlich männlichen Geschlechts im Alter zwischen 16 und 20 Jahren. Ein Schiller besitzt einen Hauptschulabschluss, zwei Schiller die Allgemeine Hochschulreife sowie zwei Schiller die Fachhochschulreife. Alle anderen Schiller sind Besitz des mittleren Bildungsabschlusses, wobei ein Schiller diesen an der zweijährigen Berufsfachschule Elektrotechnik (2BFE), die anderen an einer Realschule erworben haben.

Die beiden Schiller mit der Fachhochschulreife haben zuvor das 1BK2EEG ab-solviert und somit bereits die Berufsschulabschlussprilfung zum Elektroniker Fach-richtung Energie- und Gebäudetechnik gemacht. Zusammen mit dem Schiller aus der 2BFE haben alle drei schon zuvor diese Schule besucht, und zusätzliche die Inhalte von Lernfeld vier bereits kennengelernt.

Alle Schiller kommen aus der unmittelbaren Region und sind keiner Minderheit zu-gehörig. Sprachschwierigkeiten sind nicht zu erwarten.

Bis auf drei Schiller sind alle beim gleichen Ausbildungsbetrieb unter Vertrag.

2.2 Lehrplanbezug der Unterrichtseinheit

Im Lernfeld vier des Ausbildungsberufes Elektroniker filr Automatisierungstechnik („Informationstechnische Systeme bereitstellen") finden sich folgende Bezuge:

- „Die Schillerinnen und Schiller installieren und konfigurieren informations-technische Systeme sowie aufgabenbezogen Standard- und anwendungs-spezifische Software und wende diese an.
- Die Schülerinnen und Schiller dokumentieren und präsentieren die Arbeits-abläufe und -ergebnisse zur Bereitstellung von informationstechnischen
Systemen. Dazu setzen sie Software zur Textgestaltung, Tabellengestaltung, grafischen Darstellung und Presentation ein." (Kultusministerkonferenz, 2003, S. 12)

Darüber hinaus finden sich in den Standards zur Umsetzung der neu geordneten Elektroberufe für Lernfeld vier unter dem Inhalt Betriebssysteme die Punkte:

- 4.4.1: Aufgaben eines Betriebssystems benennen.
- 4.4.2: Installation und Konfiguration durchführen.

2.3 Einbindung der Unterrichtseinheit in die Grobplanung

Vor dieser Unterrichtseinheit wurde die Klasse lediglich sechs Stunden im Lernfeld vier unterrichtet. In diesen wurde folgender Inhalt vermittelt:

- Daten und Informationen
- EVA-Prinzip
- Darstellung von Informationen (binäres und hexadezimales Zahlensystem)
- Betriebssysteme
- Aufgaben
- Prozessmanagement
- Dateisysteme

Anschließend an die dokumentierte Unterrichtseinheit folgt direkt eine Kurzeinheit zur Gegenüberstellung aktueller Betriebssysteme. Dies alles wird mit einer Klassenarbeit abgerundet.

Im Anschluss daran folgen die Themen „Hardware" sowie „Anwendungssoftware", die parallel unterrichtet werden.

2.4 Bedeutung der Inhalte für die Auszubildenden

Auch wenn die Ausführungen im Rahmenlehrplan sowie in den Standards keine Vor-gabe machen, welches Betriebssystem, aus der Vielzahl der auf dem Markt erhält-lichen Betriebssysteme, zu verwenden ist, ergibt sich jedoch anhand der beruflichen Aufgaben des Elektronikers für Automatisierungstechnik die Tendenz hin zu Windows XP. Wie bereits in den anthropogenen Voraussetzungen der Schüler be-schrieben, sind so gut wie alle Auszubildenden beim gleichen Ausbildungsbetrieb unter Vertrag. Dieser Betrieb setzt zur Prozessautomatisierung Geräte der Siemens

S7-Reihe ein. Zur Programmierung dieser Geräte wird die Entwicklungsumgebung Simatic Manager verwendet. Diese Entwicklungsumgebung ist derzeit lediglich unter Windows XP lauffähig.

Nun ist es so, dass die Auszubildenden sehr häufig diese Software auch zuhause für Übungszwecke einsetzen. Je nach installiertem Betriebssystem auf den Rechnern der Schüler ist der Simatic Manager dort nicht lauffähig. Unter Verwendung einer Virtuellen Maschine wird es den Schülern möglich gemacht, unabhängig des auf dem Privatrechner installierten Betriebssystems, den Siemens Simatic Manager zu ver-wenden.

2.5 Lernziele Richtziel:

- Die Schüler können das Betriebssystem Windows XP auf einer Virtuellen Maschine installieren.

Grobziele:

- Die Schüler können die Funktionsweise einer Virtuellen Maschine be-schreiben.
- Die Schüler können die Einsatzmöglichkeiten von Virtuellen Maschinen nennen.
- Die Schüler können das Programm VirtualBox installieren.
- Die Schüler können das Programm VirtualBox nach Vorgabe konfigurieren.
- Die Schüler können Windows XP einsprechend einer Arbeitsanweisung konfigurieren.
- Die Schüler können ihre Arbeit mithilfe eines Textverarbeitungsprogramms dokumentieren.

Feinziele:

Kognitiv:

- Die Schüler können das Internet zu Recherche bestimmter Sachverhalte ge-zielt nutzen.

- Die Schüler können einen Sachverhalt im Plenum fachlich korrekt präsentieren.
- Die Schüler können gemeinsam im Plenum fachlich korrekt über Virtuelle Maschinen diskutieren.
- Schüler können gemeinsam Kriterien für eine Dokumentation aufstellen.
- Die Schüler können über Probleme bei der Installation und Konfiguration von VirtualBox fachlich richtig berichten.
- Die Schüler können Stolpersteine bei der Konfiguration von VirtualBox nennen.
- Die Schüler können Einträge in der Windows-Registy ändern.
- Die Schüler können eine Partition mithilfe der Datenträgerverwaltung erstellen.
- Die Schüler können Informationen kreativ darstellen.

Affektiv:

- Die Schüler können ihre eigenen Fähigkeiten objektiv einschätzen.
- Die Schüler können gemeinsam in Gruppen zielgerichtet arbeiten.
- Die Schüler können ihren Wissenszuwachs objektiv einschätzen.

Psychomotorisch:

- Die Schüler können ein Plakat gestalten.

3 Planung der Unterrichtseinheit

3.1 Räumliche und technische Voraussetzungen der Schule

Die Unterrichtsräume, in denen der Unterricht stattfindet, sind, zumindest was die für den Unterricht benötigten Geräte angeht, baugleich. Es handelt sich dabei um die Technologielabore für das Fach Elektrotechnik. Beide Räume sind zweigeteilt. In einer Hälfte kann klassischer Theorieunterricht durchgeführt werden, während sich im hinteren Teil des Zimmers Schülerarbeitsplätze befinden, die mit PC und diversen anderen elektrotechnischen Laborgeräten ausgestattet sind, welche aber für diesen Unterricht nicht relevant sind.

Alle PCs sind ins Schulnetzwerk eingebunden und verfügen über folgende Hardwareausstattung:

- Pentium IV / 2,6 GHz
- 1 GB Arbeitsspeicher
- 160 GB Festplatte (30 GB Partition — voll belegt / 130 GB nicht partitioniert)

Als Betriebssystem kommt Windows XP zum Einsatz. Besonderer Beachtung ge-bührt der Einbindung der Rechner in das Schulnetzwerk. Alle Rechner stellen beim Hochfahren Verbindung mit einem sogenannten „Self-Healing-Network" (SHN) auf. Vorteil dieses Netzwerkes ist, dass jeder Rechner beim Start sein Betriebssystem mit einem Betriebssystemimage, das auf einem Server bereitgestellt ist, synchronisiert. Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass jeder Benutzer sicher sein kann, dass das System funktioniert, alle Programme ordnungsgemäß installiert sind und funktionieren. Treibt ein Benutzer Unfug am Rechner, so ist dieser nach dem Neu-start behoben. Nicht zu vergessen ist auch, dass dieses System zur Vermeidung von Systemausfällen aufgrund von eingeschleppter Schadsoftware vorteilhaft ist.

Für diesen speziellen Unterricht ist das SHN-System mit Vorsicht zu genießen. Muss aus irgendeinem Grund der Rechner neu hochgefahren werden, so ist alle bisher gemachte Arbeit verloren.

Die Installation des Betriebssystems auf der virtuellen Maschine erfolgt auf einer virtuellen Festplatte. Einer Datei mit einer Größe von ca. 1,2 GB nach Abschluss der Installation. Diese Datei muss von den Schülern auf die noch leere 130 GB große Partition gespeichert werden. Diese Partition ist nach Neustart des Rechners ge- löscht, selbst wenn man die automatische Synchronisierung mit dem Betriebssystemimage umgeht.

3.2 Methoden und Auswahl der Medien

Mit der Zielsetzung, den Unterricht handlungsorientiert zu gestalten, wird dieser Unterricht in erster Linie schüleraktiv gestaltet. Quasi von Beginn an arbeiten die Schüler in Partner- bzw. Gruppenarbeit. Da die meisten Schüler bisher keinen Kontakt mit dem beruflichen Bildungswesen hatten, ist es besonders wichtig die Schüler langsam an die handlungsorientierte Arbeitsweise in der Berufsschule hinzu-führen. Es wird daher nicht von den Schülern verlangt, dass sie bereits selbstständig nach dem Schema der vollständigen Handlung das Handlungsziel erreichen.

Zu Beginn der Stunde, als Motivation, steht eine kurze Präsentation des Lehrers, in der er kurz eine Virtuelle Maschine demonstriert. Außer zur Klärung der jeweiligen Arbeitsaufträge ist dies die einzige Stelle, in der auf die Sozialform Lehrervortrag zurückgegriffen wird. Es obliegt also den Schülern, die Inhalte der Unterrichtseinheit mitzugestalten.

Man kann den durchgeführten Unterricht in fünf aufeinander aufbauende Einheiten einteilen. Diese lauten wie folgt:

1. Klärung des Handlungsziels.
2. Erarbeiten der vorbereitenden Maßnahmen zur Installation eines Betriebs-systems.
3. Informationen, Installation und Konfiguration von virtuellen Maschinen.
4. Installation des Betriebssystems Windows XP.
5. Erstellen der Dokumentation.

Diese fünf Einheiten werden im nächsten Kapitel bei der Betrachtung der Unter-richtsdurchführung zur Orientierung weiter verwendet.

Als Methode, zur Erarbeitung der vorbereitenden Maßnahmen zur Installation eines Betriebssystems, wird Mindmapping verwendet. Um in diesem Punkt möglichst flexibel agieren zu können, wird das Mindmap rechnergestützt erstellt.

Der nächste Punkt, in dem besondere Methoden eingesetzt werden, ist bei der Informationsfindung über Virtuelle Maschinen. Jeweils in Vierergruppen sollen sich die Schüler, mit Hilfe von Leitfragen, die Funktionsweise dieser erschließen.

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¹ http://www.virtualbox.org