Neue Lehrmethoden für Informatik - 
Ein Erfahrungsbericht 
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Lehrmethoden der Informatik 
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Massive Open Online Courses
Persönliche Erfahrungen 
■ Universitäre Lehre seit > 10 Jahren 
■ Klassische Lehrveranstaltungen 
■ Aufzeichnung von Vorle...
Hochschullehre
TeleTask 
■ Vorbereitung 
■ Kamera, Mikro, Folienaufzeichnung 
■ Vorlesung 
■ Kamera, Mikro 
■ Nachbereitung 
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TeleTask - Sichtbarkeit 
Kurs „Betriebssysteme 1“ von 2012 
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■ Reguläre Lehrveranstaltung mit Programmieraufgaben 
■ Mangel an Tutoren 
■ Technischer Wildwuchs 
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„Parallel Programming Concepts“ 
■ 6 Wochen Kurs 
■ 60 - 90 Minuten pro Woche 
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MOOC - Voraussetzungen 
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OpenHPI 
„Parallel Programming Concepts“ 
■ Knappe zeitliche Planung 
■ 2 Wochen Vorlauf, Bezug auf Feedback 
■ 90 Minuten...
OpenHPI 
Quiz 
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OpenHPI 
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TeleTask, Submit, OpenHPI 
■ Internet als Lehrplattform 
■ Flexibilität und Spaß für Studenten 
■ Sichtbarkeit und Aufwand...
Schülerkolleg
Schülerkolleg 
Sekundarstufe I (Klasse 7 - 10) 
Modul 1 Modul 2 Modul 3 
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Einsteiger 
(Gruppe Rot) 
Informatik 
ohne St...
Schülerkolleg 
Informatik ohne Stecker 
■ Spielerische Vermittlung der Grundlagen der Informatik 
■ Wie kann ein Computer ...
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Informatik ohne Stecker 
■ Adaption aus verschiedenen Quellen 
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■ Asymmetrische Verschlüsselung 
■ Prinzip der Einwegfunktionen 
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■ Neue Lehrmethoden für Informatik 
■ Internet-basierte Vorlesung und Programmierübungen 
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Neue Lehrmethoden für Informatik - Ein Erfahrungsbericht

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Ein kurzer Erfahrungsbericht zum Einsatz moderner didaktischer Mittel bei der Informatikausbildung für Schüler und Studenten.

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Neue Lehrmethoden für Informatik - Ein Erfahrungsbericht

  1. 1. Neue Lehrmethoden für Informatik - Ein Erfahrungsbericht ! Dr. Peter Tröger, Fachgebiet Betriebssysteme und Middleware Schule trifft Uni im Wissenschaftsjahr 2014
  2. 2. Lehrmethoden der Informatik 2
  3. 3. Unterdessen … 3 Massive Open Online Courses
  4. 4. Persönliche Erfahrungen ■ Universitäre Lehre seit > 10 Jahren ■ Klassische Lehrveranstaltungen ■ Aufzeichnung von Vorlesungen in TeleTask ■ Submit - System für Programmierübungen ■ OpenHPI MOOC Kurs ■ „Parallel Programming Concepts“ ■ ~ 6500 internationale Teilnehmer in 2013 ■ 6 Wochen ■ Schülerkolleg ■ „Informatik ohne Stecker“ seit 2010 ■ „Natürliches Programmieren“ (M.Sc. Frank Feinbube) 4
  5. 5. Hochschullehre
  6. 6. TeleTask ■ Vorbereitung ■ Kamera, Mikro, Folienaufzeichnung ■ Vorlesung ■ Kamera, Mikro ■ Nachbereitung ■ Schneiden nach Themen ■ Kodierung, Upload ■ Teilnehmer ■ 50% - 80% anwesend ■ Zeitoptimierung ■ Prüfungsvorbereitung ■ Sichtbarkeit im Internet 6
  7. 7. TeleTask - Sichtbarkeit Kurs „Betriebssysteme 1“ von 2012 7
  8. 8. Submit ■ Reguläre Lehrveranstaltung mit Programmieraufgaben ■ Mangel an Tutoren ■ Technischer Wildwuchs 8
  9. 9. Submit 9 Students Submit Web Server Test Machines Test Machines Test Machines
  10. 10. Submit ■ Triviale Schnittstelle für Studenten ■ Unterstützung für Gruppenabgabe ■ Policy statt Programmierung ■ Kontrast zu Moodle ■ Automatische Validierung ■ Entpacken und Übersetzen ■ Ausführung durch Überwachungsskript ■ Erwartete Ausgaben ■ Beobachtetes Verhalten ■ Feedback vor der Abgabefrist ■ Erweiterter Testlauf nach Abgabefrist ■ Bewertung ? 10 Students Submit Web Server Test Machines Test Machines Test Machines
  11. 11. Ein Trend … codeacademy.com 11 code.org
  12. 12. OpenHPI „Parallel Programming Concepts“ ■ 6 Wochen Kurs ■ 60 - 90 Minuten pro Woche ■ Einheiten von 10 - 15 Minuten ■ Selbsttest via Quiz nach jeder Einheit ■ Wochentest via Quiz (bewertet) ■ Abschlussklausur via Quiz (bewertet) ! ■ Nutzerforum ■ eMail Hilfesystem ■ direkte eMail ! ■ 1 Dozent, 2 Doktoranden, 2 Studenten 12
  13. 13. MOOC - Voraussetzungen 13
  14. 14. OpenHPI „Parallel Programming Concepts“ ■ Knappe zeitliche Planung ■ 2 Wochen Vorlauf, Bezug auf Feedback ■ 90 Minuten Material ■ 1 Vormittag Aufzeichnung (eingespieltes Team) ■ 1 Woche inhaltliche Vorbereitung (Folien, Testfragen, Review) ■ Gleichbleibende Problematik wie in allen Kursen ■ Fachliche Qualität der Videos / Folien ■ Länge der Videobeiträge ■ Stringente inhaltliche Planung ■ Eindeutigkeit der Testfragen - „Re-Grading“ ■ Stil im Forum 8,0 % 6,0 % 4,0 % 2,0 % 0,0 % 0 2 4 6 8 1012141618202224 daytime
  15. 15. OpenHPI Quiz 15
  16. 16. OpenHPI Quiz 16
  17. 17. TeleTask, Submit, OpenHPI ■ Internet als Lehrplattform ■ Flexibilität und Spaß für Studenten ■ Sichtbarkeit und Aufwand für Dozenten ■ ‚Rufschädigung‘ wird überschätzt ■ Technischer Aufwand wird unterschätzt ■ Lebenslanges Lernen wird real ■ Tendenziell höhere Qualität ■ Praxiserfahrung (für Dozenten) wichtig ■ Online - Videos ersetzen Vorlesung ? Online - Programmierübungen ersetzen Laborarbeit ? ■ Faszinierende Skalierbarkeit ■ Persönliche Interaktion bleibt essentiell, reflektiert in Noten ■ Ergänzung statt Ersatz 17
  18. 18. Schülerkolleg
  19. 19. Schülerkolleg Sekundarstufe I (Klasse 7 - 10) Modul 1 Modul 2 Modul 3 19 Einsteiger (Gruppe Rot) Informatik ohne Stecker Natürliches Programmieren Phidgets und Etoys Fortgeschrittene (Gruppe Blau) Mobile Roboter Modellierung 3D - virtueller Welten Internetsuche und Google Page-Rank
  20. 20. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker ■ Spielerische Vermittlung der Grundlagen der Informatik ■ Wie kann ein Computer so schnell suchen? ■ Warum kann der gleichzeitig Chinesisch und Deutsch? ■ Auf welche Weise kann ein Computerfax Bilder übertragen? ■ Warum ist im Internet nie besetzt? ! ■ Keine Computer ■ Keine Programmierung ! ■ Anwendung des Wissens bei „natürlicher Programmierung“ 20
  21. 21. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker ■ Adaption aus verschiedenen Quellen ■ „Computer Science Unplugged“ ■ „Computer Science & Engineering for K-12“ ■ „Children and technology“ ■ Diverse K-12 Programme ■ Modul 1 - Binärsystem, Zeichen- und Bildkodierung, Kompression, Fehlerkorrektur ■ Modul 2 - Suchen und Sortieren ■ Modul 3 - Programminstruktionen, Zustandsautomaten ■ Modul 4 - Routing, Leitungsvermittlung, Paketvermittlung ■ Modul 5 - Verschlüsselung, Datensicherheit ■ Kooperation mit Lehrern (Fr. Handke, Fr. Thomae) 21
  22. 22. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 22 Informatik ohne Stecker Worksheet Activity: Kid Fax Übungsblatt: Kinder-Fax The first picture is the easiest and the last one is the most complex. It is easy to make mistakes and therefore a good idea to use a pencil to colour with and have a rubber handy! Das erste Bild ist das einfachste Bild, das letzte das Schwierigste. Verwende am besten einen Bleistift und einen Radiergummi ! 4, 11 4, 9, 2, 1 4, 9, 2, 1 4, 11 4, 9 4, 9 5, 7 0, 17 1, 15 6, 5, 2, 3 4, 2, 5, 2, 3, 1 3, 1, 9, 1, 2, 1 3, 1, 9, 1, 1, 1 2, 1, 11, 1 2, 1, 10, 2 2, 1, 9, 1, 1, 1 2, 1, 8, 1, 2, 1 2, 1, 7, 1, 3, 1 1, 1, 1, 1, 4, 2, 3, 1 0, 1, 2, 1, 2, 2, 5, 1 0, 1, 3, 2, 5, 2 1, 3, 2, 5 6, 2, 2, 2 5, 1, 2, 2, 2, 1 6, 6 4, 2, 6, 2 3, 1, 10, 1 2, 1, 12, 1 2, 1, 3, 1, 4, 1, 3, 1 1, 2, 12, 2 0, 1, 16, 1 0, 1, 6, 1, 2, 1, 6, 1 0, 1, 7, 2, 7, 1 1, 1, 14, 1 2, 1, 12, 1 2, 1, 5, 2, 5, 1 3, 1, 10, 1 4, 2, 6, 2 6, 6 Für nicht-kommerzielle Lehrzwecke frei verwendbar und kopierbar. Rückmeldungen, Kritik und Lob bitte an unplugged@troeger.eu. A letter “a” from a computer screen and a magnified view showing the pixels that make up the image !"#$"#!# %"#!# !"#%# &"#!"#$"#!# &"#!"#$"#!# !"#%# The same image coded using numbers # # # # # # # # # # # #
  23. 23. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 23 Sorting Networks activity use chalk to mark out this network on a court.
  24. 24. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 24
  25. 25. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 25 Informatik ohne Stecker Übungsblatt: Wie ein Computer funktioniert - Anzeige Hallo Anzeige ! Deine Aufgabe ist es, auf Anweisung der CPU einen Punkt zu zeichnen. Finde dazu die passende Spalte für den übergebenen X-Wert und die passende Zeile für den übergebenen Y-Wert. Zeige das Bild nicht deinen Gruppenpartnern, so lange die CPU ihre Anweisungen noch nicht abgearbeitet hat ! Für nicht-kommerzielle Lehrzwecke frei verwendbar und kopierbar. (C) cse4k12.org Rückmeldungen, Kritik und Lob bitte an unplugged@troeger.eu. Informatik ohne Stecker Übungsblatt: Wie ein Computer funktioniert - CPU Hallo CPU ! Dein Job als Central Processing Unit (CPU) ist es, das folgende Programm auszuführen und den anderen Komponenten zu sagen, was sie zu tun haben. Mathematische Kommandos („Addiere 5 mit X“) sollten an die ALU geschickt werden. Zeichenkommandos („Zeichne x,y“) sollten an die Anzeige geschickt werden. Dafür musst du zunächst die ALU um die aktuellen Werte für X und Y bitten, und diese dann an den Bildschirm übergeben. Addiere 5 zu X Addiere 3 zu Y Zeichne (x,y) Addiere 1 zu X Addiere 3 zu Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 3 von X Subtrahiere 1 von Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 2 von X Subtrahiere 2 von Y Zeichne (x,y) Addiere 4 zu X Subtrahiere 2 von Y Zeichne (x,y) Addiere 2 zu X Addiere 2 zu Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 3 von X Addiere 4 zu Y Zeichne (x,y) Addiere 1 zu X Zeichne (x,y) Subtrahiere 2 von X Zeichne (x,y) Subtrahiere 2 von X Subtrahiere 2 von Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 1 von Y Zeichne (x,y) Addiere 6 zu X Zeichne (x,y) Addiere 1 zu Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 2 von X Zeichne (x,y) Subtrahiere 3 von X Addiere 1 zu Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 4 von Y Zeichne (x,y) Addiere 4 zu X Zeichne (x,y) Subtrahiere 3 von X Addiere 1 zu Y Zeichne (x,y) Subtrahiere 2 von Y Zeichne (x,y) Addiere 1 zu X Zeichne (x,y) Addiere 4 zu Y Zeichne (x,y) FERTIG ! Für nicht-kommerzielle Lehrzwecke frei verwendbar und kopierbar. (C) cse4k12.org Rückmeldungen, Kritik und Lob bitte an unplugged@troeger.eu. Informatik ohne Stecker Übungsblatt: Wie ein Computer funktioniert - ALU Hallo ALU ! Dein Job als Arithmetic Logical Unit (ALU) ist es, einfache Additionen und Subtraktionen auf X und Y im Auftrag der CPU durchzuführen. Zusätzlich arbeitest du noch als Speicher für die aktuellen Werte von X und Y, damit dich die CPU jederzeit danach fragen kann. Fülle die Tabelle mit den Werten. Die initiale Belegung ist 0. Für nicht-kommerzielle Lehrzwecke frei verwendbar und kopierbar. (C) cse4k12.org Rückmeldungen, Kritik und Lob bitte an unplugged@troeger.eu.
  26. 26. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 26 How the Internet Works Network Diagram Pp 1 Jj 3 2 Gg Kk 5 4 6 11 12 13 10 9 8 7 Aa Cc Bb Dd Ee Ff Hh Ii Ll Mm Nn Oo Router Nr.1 IP Adresse Hauptroute Ersatzroute 74.*.*.* I J 87.*.*.* D G 192.*.*.* G J 198.*.*.* H - 199.*.*.* J G 208.*.*.* G J Von: 87.143.46.82 (du) An: 74.125.39.105 (google.de) „Bitte sende mir die Webseite mit der Adresse http://www.google.de/“ google.de 74.125.39.105 google.de 74.125.39.105
  27. 27. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 27
  28. 28. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker ■ Asymmetrische Verschlüsselung ■ Prinzip der Einwegfunktionen ■ Multiplikation großer Primzahlen vs. Primfaktorzerlegung ■ Öffentlicher Schlüssel aus privaten Schlüssel abgeleitet (Pärchen) ■ Umgekehrt nicht effizient berechenbar ■ Public Key - Digitales ‚Schloss‘ ■ Private Key - Digitaler ‚Schlüssel‘ ■ Analogie hinkt ■ Kinder verstehen trotzdem die Grundidee 28 Sender Empfänger Sender Empfänger
  29. 29. Schülerkolleg Informatik ohne Stecker 29
  30. 30. Zusammenfassung ■ Neue Lehrmethoden für Informatik ■ Internet-basierte Vorlesung und Programmierübungen ■ Sofortiges Feedback statt Abgabe-Kontrolle-Rückgabe Zyklus ■ Eigene Online-Materialien ■ Hoher initialer Aufwand, technische Umgebung muss stimmen ■ Leichte Wiederverwendung ■ Informatik ohne Stecker ■ Spielerische Wissensvermittlung, bringt trotzdem solide Ergebnisse ■ Immer gute Ergänzung zu klassischen Methoden, kein Ersatz http://www.hpi.de/open-campus/schuelerakademie.html http://www.troeger.eu/unplugged 30 https://www.tele-task.de

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