18. GI-Tagung zur Schulinformatik in Berlin und Brandenburg

Programm

Hauptvorträge

1. Hauptvortrag

Deep Learning - Einblicke und Anwendungsbeispiele der KI-Forschung

Tim Landgraf

Deep Learning (DL), ein Bereich der Künstlichen Intelligenz, hat in Wissenschaft und Industrie große Beachtung gefunden. Viele bisher unlösbare Probleme können nun mit Hilfe von tiefen neuronalen Netzen gelöst werden. Neben der klassischen Vielfalt an Beispielen (Bildklassifizierung, natürliche Sprachverarbeitung) bereichert Deep Learning die Werkzeugsätze in vielen Disziplinen. In meinem Labor zum Beispiel verwenden wir DL, um kollektive Systeme zu untersuchen, wie Honigbienen-Kolonien oder Fischschulen. Im Vortrag werde ich einige dieser weniger bekannten Anwendungen von DL vorstellen. Ich werde dann in Kürze zusammenfassen, was neuronale Netze tatsächlich leisten und was maschinelles "Lernen" bedeutet. Reichhaltiges Online-Kursmaterial, Tutorials und Videovorträge machen DL sehr leicht zugänglich. Der meiste Code ist in Hochsprachen wie Python und DL-Bibliotheken geschrieben, die die Lernkurve für DL-Studenten beschleunigen. Zum Abschluss meines Vortrags zeige ich, wie man in wenigen Minuten eine Entwicklungsumgebung einrichtet und mit der Entwicklung von Software auf Basis von DL-Modellen beginnt.

Auch dieser Text wurde mit Hilfe von neuronalen Netzen aus dem Englischen übersetzt: www.DeepL.com/Translator
 

2. Hauptvortrag

Von Innovationen der Informatik zur Weiterentwicklung der informatischen Bildung

Ralf Romeike

KI, Data Science und Embedded Systems – die kontinuierlichen fachlichen Weiterentwicklungen der Informatik bergen bedeutendes Potenzial für didaktische und methodische Neuerungen in der informatischen Bildung. Diese wird im Zuge der Debatte um „Digitale Bildung“ zunehmend als Voraussetzung für ein Verständnis der Digitalisierungsprozesse und -Werkzeuge anderer Fächer anerkannt.

Der Vortrag greift aktuelle Entwicklungen auf und skizziert anhand verschiedener informatikdidaktischer Forschungsprojekte, wie Innovationen der Informatik aufgegriffen werden können, um den Informatikunterricht nachhaltig unter Berücksichtigung der Lehrenden und Lernenden weiterzuentwickeln. Als Zielperspektive sollen Schülerinnen und Schüler Phänomene der "digitalen Gesellschaft" verstehen, sich aber auch gestalterisch mit Informatikkompetenz an ihrer Entwicklung beteiligen können.

Workshops

WS1: Daten – der Kaffeesatz der Informationsgesellschaft

Jens Mönig, Jadga Hügle

„Data Science“ ist als neue Wissenschaft in aller Munde und Daten wird nachgesagt, das Öl des 21. Jahrhunderts zu sein. In diesem Workshop erfahren Teilnehmer*innen, wie mithilfe verschiedener Funktionen in Snap! sinnvolle Informationen aus Daten gewonnen werden können. Außerdem möchten wir zeigen, wie man durch spannende Visualisierungen große Datenmengen greifbarer und verständlicher machen kann. 

Zielgruppe: Sek I/II, ab Klassenstufe 8
Vorkenntnisse: Grundkenntnisse in Snap! sind von Vorteil, aber keine zwingende Voraussetzung.
Links (Webseite, Material): Snap!-Webseite
Vorbereitung: Bitte bringen Sie einen eigenen Laptop mit aktuellem Browser (Firefox oder Chrome) mit. 

WS2: Microblocks – Physical Computing neu gedacht

Jens Mönig, Jadga Hügle

Microblocks ist eine neue Programmiersprache inspiriert von Snap! und Scratch, die direkt auf Microcontroller-Boards wie dem micro:bit, Calliope:mini oder NodeMCU läuft. Microblocks ermöglicht dabei die dynamische, parallele und interaktive Programmierung von Snap! mit der Möglichkeit, Projekte ohne Verbindung zum Computer auf dem Board laufen zu lassen. In anderen Worten, Microblocks verbindet das Beste aus beiden Welten: Die Interaktivität und Einstiegsfreundlichkeit interaktiver Blocksprachen mit dem präzisen Timing und der Autonomie klassischer Microcontroller-Programmierung (z.B. Arduino IDE). In diesem Workshop lernt ihr, wie ihr mit Microblocks digitale Instrumente, interaktiven Schmuck, Videospiele oder Messinstrumente nur mit Blöcken programmieren könnt.

Zielgruppe: Primar/Sek I/II, ab Klassenstufe 3
Vorkenntnisse: keine Vorkenntnisse erforderlich
Link: Mikroblocks-Webseite
Vorbereitung: Bitte bringen Sie einen eigenen Laptop mit vorinstallierter Software mit. Achten Sie einige Tage vor dem Workshop auf Installationshinweise hier auf der Webseite oder per E-Mail. 

WS3: Objektorientierte Modellierung (und Programmierung) in Sek I und II

Alexander Schindler

Im Workshop werden grundlegende Methoden und Tools zum Erstellen eines Objektorientierten Modells besprochen und an Beispielen eingesetzt werden. Die Modellierung erfolgt unabhängig von einer Programmiersprache, somit ist es auch als Thema für Schüler geeignet, die Ihre Stärken nicht in der Programmierung haben.Vorkenntnisse sind für den Workshop nicht erforderlich, bitte Stifte mitbringen und wenn möglich einen eigenen Laptop mit  installiertem Dia (Zeichenprogramm für strukturierte Diagramme.) Ein eigener Laptop ist keine zwingende Voraussetzung für den Workshop.

Zielgruppe: Sek I/II

WS4: Programmieren? Leichter, als du denkst! Material für den Programmiereinstieg in der Primar- und Sekundarstufe 1

Robert Czekowski

Informatische Bildung ist zwar nicht mit Programmierkenntnissen gleichzusetzen. Doch die Realisierung zumindest einfacher Algorithmen mit den allgemein gültigen algorithmischen Grundbausteinen, die sich aus den fundamentalen Ideen der Informatik ableiten, gehört unbestritten zu den Kompetenzen einer informatischen Bildung, und das auch schon in frühen Schuljahren.
Die Bundesweiten Informatikwettbewerbe (BWINF) haben mit dem Jugendwettbewerb Informatik (JwInf) einen Wettbewerb für Programmier- bzw. Algorithmik-Einsteiger ins Leben gerufen.  Mit grafischen Programm-Bausteinen werden dort - sprachunabhängig und mit Fokus auf das algorithmische Problem - Aufgaben gelöst.  Auf der Online-Plattform des Wettbewerbs bietet BWINF Übungsaufgaben an, mit dem die zur Teilnahme nötigen Kenntnisse der algorithmischen Grundbausteine erworben werden können.  Auch das von Google Education entwickelte Kursmaterial CS First setzt auf blockbasiertes Programmieren.  Die auf mehrere Wochen angelegten Online-Kurse vermitteln algorithmische Grundlagen u.a. mit Videos und verpacken die Inhalte in verschiedene lebensnahe Themen.  Beide Angebote funktionieren in jedem aktuellen Browser und ohne zusätzliche Hardware.
In diesem Workshop werden CS First und das JwInf-Lernmaterial vorgestellt und praktisch ausprobiert.  Bitte bringen Sie dazu ein eigenes Notebook und einen Kopfhörer mit; auf Tablets sind die Angebote derzeit noch nicht nutzbar.

WS7: Agile Methoden für Projekte im Informatikunterricht

Lennard Kerber

Agile Softwareentwicklung versteht sich als Gegenentwurf zum klassischen Softwareentwicklungsprozess. Dieser Ansatz versucht den Aufwand an Zeit und Ressourcen minimal zu halten. Statt vorher geplante Prozesse streng umzusetzen, wird das bisher Programmierte auf Übereinstimmung mit dem (veränderbaren) Ziel überprüft und optimiert.

Im schulischen Kontext finden diese Methoden bisher kaum Anwendung, obwohl sie in der Praxis bereits große Verbreitung haben. Der Workshop soll in die Denkweise agiler Methoden einführen und eine an die Anforderungen von Unterricht angepasste Version der wichtigsten Methoden vorstellen sowie in einem kleinen Unterrichtsprojekt erfahrbar machen. 

WS8: Physical Computing im Informatikunterricht am Beispiel einer interaktiven LEGO-Stadt

Mareen Przybylla, Andreas Grillenberger

Physical Computing ist das kreative Gestalten und Entwickeln interaktiver Objekte und Installationen. Interaktive Objekte kommunizieren über Sensoren (z.B. Lautstärkemesser, Helligkeitssenoren) und Aktoren (z.B. Servomotoren, LEDs) mit Menschen und der “analogen Welt”. Thematisch bieten sich zahlreiche Anknüpfungspunkte zu eingebetteten Systemen, Robotik, Cyber-Physischen Systemen und Ubiquitous Computing - allesamt Technologien die in enger Verbindung mit Schlagwörtern wie dem "Internet of Things" oder "Industrie 4.0" eine Rolle spielen. Physical Computing ermöglicht Lernenden, konkrete, greifbare Produkte der realen Welt zu erschaffen, die ihrer eigenen Vorstellung entstammen und die sie mit Stolz anderen vorführen und mit ihnen diskutieren können. Dieser Ansatz passt perfekt zum konstruktionistischen Lernen, welches das Erschaffen persönlich relevanter Artefakte als Kernidee fokussiert. Im Workshop lernen Sie verschiedene geeignete Hard- und Software sowie beispielhafte Ansätze zur Umsetzung im Unterricht kennen. Sie werden anhand von Beispielen verschiedene Möglichkeiten erkunden, wie die Informationsverarbeitung in eingebetteten Systemen und deren Interaktion mit der physischen Welt im Unterricht thematisiert werden können. Schließlich werden Sie das Zusammenspiel von Sensoren, Aktoren und Mikrocontrollern selbst erproben und eigene kleine Projekte erstellen, die sich zu einer interaktiven LEGO-Stadt zusammenfügen lassen.

Zielgruppe: Sek I/II

Links: 

• Fachdidaktische Hintergründe zum Projekt wurden auf der INFOS-Tagung 2017 vorgestellt:https://dl.gi.de/bitstream/handle/20.500.12116/4322/paper.pdf 
• Unterrichtsmaterial wird im Anschluss den Workshop unter folgendem Link bereitgestellt: http://www.physicomp.de/unterrichtsmaterial/ 

Vorbereitung: Wir werden Ihnen für die Arbeit im Workshop einen Laptop mit vorinstallierter Software zur Verfügung stellen. Sollten Sie auf einem eigenen Gerät arbeiten wollen, können Sie die Software vor Ort installieren.

WS9: Finde den Fehler! Strategien und Unterrichtshilfen für das Debuggen im Unterricht.

Tilman Michaeli

Das Finden und Beheben von Fehlern stellt für Programmieranfänger eine große Hürde dar, die auch im Informatikunterricht oftmals zu Frustration und gar zu Abneigung führen kann. Mitunter wird dies auch zu einer großen Herausforderung für die unterrichtende Lehrkraft, die von Schüler-PC zu Schüler-PC eilt und versucht, allen Schülerinnen und Schülern möglichst gerecht zu werden.

In diesem Workshop werden Ansätze und Materialien vorgestellt, die den Schülerinnen und Schülern relevante Kompetenzen für einen selbstständigen und zielgerichteten Umgang mit Fehlern vermitteln. Dazu gehören eine systematische Vorgehensweise statt trial-and-error sowie unterschiedliche Debuggingstrategien. Anhand unterrichtspraktischer Beispiele werden verschiedene Unterrichtsaktivitäten ausprobiert.

Zielgruppe: Sek I/II. Voraussetzung für den Workshop sind grundlegende Programmierkenntnisse in einer objektorientierten Programmiersprache, vorzugsweise Java.
Links: Webseite mit Materialien 
Vorbereitung: Bitte bringen Sie einen eigenen Laptop mit installiertem JDK mit.

WS10: InstaHub: Datenbanken für soziale Netzwerke entwickeln

Julian Dorn

Sie suchen eine Möglichkeit, den Lernbereich Datenbanken spannend und unterhaltsam zu vermitteln? Dann ist InstaHub.org genau das Richtige für Sie!

Jeder Schüler wird Datenbankadministrator für ein eigenes, voll funktionsfähiges soziales Netzwerk InstaHub. Das Themengebiet Datenbanken wird hier für die Schüler in sehr motivierender Weise unterrichtet. Schwerpunkte sind SQL-Befehle, das Modellieren von Datenbanken und Datenschutz. SchülerInnen lernen am Beispiel eines sozialen Netzwerks alles über Datenbanken. Zusätzlich können sie personalisierte Werbung ausliefern und Benutzer tracken.

Durch diesen technischen Einblick wird es möglich, dass sich SchülerInnen wirklich fundiert mit der Bedeutung von persönlichen Daten und Datenbanken auseinandersetzen können.

InstaHub kann als Motivation in einer Doppelstunde oder als Rahmenbeispiel über ein ganzes Schulhalbjahr verwendet werden. Der Vorgänger von InstaHub heißt friendzone und wurde 2017 mit dem Unterrichtspreis der Gesellschaft für Informatik ausgezeichnet.

Mehr Informationen und eine Demo finden Sie auf der unten verlinkten Webseite.

Zielgruppe: Sek I/II, ab 10. Klasse geeignet. Keine Vorkenntnisse erforderlich, aber es muss während des Unterrichts SQL behandelt werden. 

Links: 

• Webseite: https://instahub.org/
• Dokumentation und Aufgaben: https://wi-wissen.github.io/instahub-doc-de/ 

Vorbereitung (Notwendige Installationen, etc.): Bitte bringen Sie einen eigenen Laptop mit aktuellem Browser (Firefox, Chrome, Opera, Safari) mit. 

WS11: Informatik in der Grundschule / Primarstufe

Haus der kleinen Forscher

In diesem Workshop lernen Sie Möglichkeiten zur Anbahnung von informatischen Denk- und Handlungsweisen bei Kindern in der Primarstufe kennen, um schon früh ein Verständnis für Informatik zu ermöglichen. Dabei steht das Ziel im Vordergrund, Kinder dabei zu unterstützen, ein Bewusstsein zu entwickeln, Informatiksysteme selbst gestalten zu können. Die Stiftung Haus der kleinen Forscher hat sich gemeinsam mit nationalen und internationalen Expertinnen und Experten der Informatikdidaktik auf den Weg gemacht, ein bundesweites Angebot für informatische Bildung im Elementar- und Primarbereich zu entwickeln.

WS12: AI Unplugged - Wir ziehen Künstlicher Intelligenz den Stecker

Stefan Seegerer, Annabel Lindner

Aufgrund seiner großen Bedeutung in Medien, StartUp-Welt und der Digitalstrategie der Bundesregierung wird das Thema Künstliche Intelligenz (KI) auch für die Schule zunehmend relevant, denn 50% der Deutschen wissen nicht, was KI ist.

Damit das nicht so bleibt, erleben Sie in dieser Fortbildung eine Sammlung verschiedener Unplugged Aktivitäten rund um KI. Unplugged stellt Aktivitäten bereit, die Ideen und Konzepte der Informatik ohne Computer ergründen. Es geht darum, Informatikkonzepte enaktiv zu begreifen. Der Workshop umfasst fünf Aktivitäten, mit denen Sie der Künstlichen Intelligenz zugrundeliegende Ideen zielgruppengerecht vermitteln können. Zudem werden Ansätze gezeigt, um gesellschaftliche Fragen der KI zu diskutieren.

WS13: Spielebasierte Lernszenarien zur Sensibilisierung für Informationssicherheit

Frauke Prott, Denis Edich

In diesem Workshop werden die im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt „Gendersensible Studien- und Berufsorientierung für den Beruf Security Spezialistin (Security)“ der Technischen Hochschule Wildau entwickelten analogen, spielebasierten Lernszenarien zur Steigerung des Informationssicherheitsbewusstseins von Schülerinnen und Schülern der siebten bis neunten Klasse vorgestellt und durchgespielt. In den Lernszenarien werden zu wichtigen Themen der Informationssicherheit (z. B. Passwörter, Bildrechte, Phishing, Verschlüsselung) Erfahrungen und Wissen ausgetauscht sowie ein umsichtiges Verhalten in einer zunehmend digitalisierten Welt eingeübt.  Der Workshop gibt ebenso Gelegenheit, das Berufsbild Informationssicherheit durch die im Projekt „Security“ entwickelte Berufsbildbroschüre und erstellten Rollenvorbilder-Porträts von Frauen, die im Bereich Informationssicherheit arbeiten, besser kennenzulernen.

Die im Projekt entwickelten Materialien (spielebasierte Lernszenarien, Berufsbild-Broschüre, Rollenvorbilder-Porträts) können spätestens ab Ende August 2019 kostenfrei von Schulen ausgeliehen werden. Der Workshop informiert über diese Möglichkeiten der weiteren Nutzung der Projektergebnisse. Weiter Informationen: security.wildau.biz

Zielgruppe: Sek I

WS14: Fall 181120 - Ein Krimi-Rätselspiel für den Informatikunterricht

Robin Engel

Fall 181120 ist ein neues kooperatives Rätselspiel der Universität Potsdam. Ähnlich einem Live-Escape-Game stehen die Schülerinnen und Schüler in Gruppen vor der Herausforderung, einen mit Rätseln gespickten Kriminalfall um einen Hackerangriff zu lösen. So prüfen und vertiefen sie auf spielerische Weise ihre informatischen Kenntnisse.

In diesem Workshop spielen und diskutieren Sie das Spiel. Außerdem erhalten Sie eine Kurzanleitung zum Nachbau.

Zielgruppe: Sek I/II, ca. ab Klassenstufe 10 (hilfreiche Vorkenntnisse: Algorithmische Grundstrukturen und Variablenkonzept – Sequenz, bedingte Anweisung, Schleifen; Zahlensysteme – insbesondere Umwandlung von Dezimal- in Binärzahlen)
Link: https://www.cs.uni-potsdam.de//room-x/files/Fall181120/
Vorbereitung: Bitte schauen Sie sich die Materialien vor dem Workshop höchstens oberflächlich an, damit Sie sich nicht den Spielspaß verderben.

WS15: Crypto-Messenger am Beispiel der Signal-App

Andreas Gramm, Helmut Witten

Kryptographie spielt eine entscheidende Rolle in der vertraulichen Kommunikation über das Internet. Neben zahlreichen Vorschlägen, klassische kryptographische Verfahren im Informatikunterricht zu erarbeiten, gibt es auch Vorschläge, das vergleichsweise moderne asymmetrische RSA-Verfahren zu erarbeiten. Doch bereits im Jahr 2009 empfahl die NSA, Verschlüsselung im Internet bis 2020 von RSA auf Elliptische-Kurven-Kryptographie umzustellen (Elliptic Curve Cryptography, abgekürzt ECC). ECC wird heute in Crypto-Messengern wie Signal aber auch WhatsApp oder Skype eingesetzt und hat sich als neues Verfahren zur Verschlüsselung und Signierung elektronischer Dokumente durchgesetzt.

Aufgrund der Enthüllungen von Edward Snowden im Jahr 2013 hat sich in der unabhängigen Krypto-Szene verständlicherweise das grundsätzliche Misstrauen gegenüber Empfehlungen von Regierungsseite verstärkt. Dieses Misstrauen gilt aber nicht der ECC, sondern den für den Einsatz empfohlenen Kurven. Die regierungsunabhängigen Kryptologen Dan Bernstein und Tanja Lange haben in ihren Projekt zu sicheren Kurven eine große Zahl von Kurven unter dem Aspekt der Sicherheit geprüft und einige vorgeschlagen, die sich inzwischen in der Praxis als Quasi-Standard durchgesetzt haben und bei vielen Crypto-Messengern wie Signal verwendet werden [1].

In diesem Workshop werden wir den praktischen Einsatz von Crypto-Messengern am Beispiel der Signal-App vorstellen. Basierend auf einem von Dan Bernstein und Tanja Lange 2014 auf dem 31. CCC-Kongress in Hamburg vorgestellten einfachen Weg zur Einführung von ECC [2] wollen wir gemeinsam die Frage diskutieren, ob und ggf. ab welcher Altersstufe sich dieser Weg auch im Informatikunterricht beschreiten lässt.

[1] vgl. http://safecurves.cr.yp.to

[2] https://media.ccc.de/v/31c3_-_6369_-_en_-_saal_1_-_201412272145_-_ecchacks_-_djb_-_tanja_lange#t=30

Zielgruppe: Sek I/II

WS16: Data Mining: Vermittlung grundlegender Datenkompetenzen am Beispiel von Datenanalyse und Vorhersage

Andreas Grillenberger

Datenkompetenzen sind heute nicht mehr nur für Informatiker relevant. Stattdessen spielen diese in allen Lebensbereichen eine wichtige Rolle. Jeder produziert heute große Mengen an Daten, die meist von großen Konzernen verarbeitet und analysiert werden. Gleichzeitig fällt es jedoch oft schwer, einzuschätzen, welchen Wert Daten überhaupt haben und was mit diesen geschehen kann. 

Um einen grundlegenden Einblick in die Welt der Datenanalyse und Vorhersage zu geben, wird im Workshop, neben den theoretischen Grundlagen und der Einbettung in ein Datenkompetenzmodell, ein in der Schule erprobtes Beispiel vorgestellt und gemeinsam erprobt, bei dem Schülerinnen und Schüler selbst grundlegende Datenanalysen durchführen und somit einen ersten Eindruck von deren Mächtigkeit, aber auch von den Grenzen bekommen. Das Unterrichtsmaterial wird den Teilnehmerinnen und Teilnehmern im Nachgang zur Verfügung gestellt.

Voraussetzungen:

Um das Werkzeug ausprobieren zu können, wird ein eigener Laptop mit dem vorinstallierten Werkzeug “Orange 3” (http://orange.biolab.si) benötigt (ggf. ist eine Partnerarbeit im Workshop natürlich möglich).

WS17: Übergreifende Themen Demokratiebildung und Verkehrserziehung im Informatikunterricht an den Beispielen Wahlverfahren und Ampelsteuerung

Michael Abend, Axel Mosch

Im diesem Workshop werden zwei Unterrichtsmodule des Fachset Informatik der iMint-Akademie zu den übergreifenden Themen des neuen Rahmenlehrplans vorgestellt. Die Konstruktion einer Ampelsteuerung mit Hilfe des Arduinos bezieht sich auf Verkehrserziehung. Zum Thema Demokratiebildung wird der Bezug von Wahlverfahren zur Informatik hergestellt.

WS18: Roboterprogrammierung mit VEX Robotics

Enrico Drubba, Stefan Sonntag

In dem Workshop wird eine fächerübergreifende Unterrichtsreihe (Informatik-Mathematik) als Programmiereinstieg für die 9. Klasse vorgestellt.  Eine Auswahl an Aufgaben wird in der Gruppe bearbeitet, Roboter werden programmiert und die gewonnenen Eindrücke gemeinsam besprochen. Die gesammelten Erfahrungen und die Hand-outs von erprobten Unterrichtsmaterialien sollen die Anwendung im eigenen Unterricht erleichtern.

Aussteller

• Dr. Kaiser Systemhaus GmbH
• Brick'r'knowledge; Michael Knieling
• Time for kids
• Bundeswettbewerb Informatik
• CoderDojos
• Christiani GmbH (Lego)
• Haus der kleinen Forscher
• Room X (Uni Potsdam)
• Turing Bus (GI)