Forschungsinteressen
Debugging im Informatikunterricht
Selbstständig Fehler zu finden und zu beheben, stellt für Programmieranfängerinnen und -anfänger eine große Hürde dar, die 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 möglichst gerecht zu werden. Nur indem Schülerinnen und Schüler befähigt werden, selbstständig und erfolgreich ihre Programmierfehler zu beheben, also zu debuggen, kann diesem Problem der "Turnschuhdidaktik" beigekommen werden. Wie verschiedene Studien zeigen, unterscheidet sich Debuggen dabei von allgemeinen Programmierfähigkeiten und muss daher explizit gelehrt werden. Darüber hinaus spielen Debugging-Fähigkeiten nicht nur im Programmierbereich eine große Rolle: Debugging ist auch in unserem Alltag allgegenwärtig und eine Herangehensweise des Computational Thinking. Dennoch ist Debugging sowohl im Klassenzimmer als auch in der informatikdidaktischen Forschung ein unterrepräsentiertes Thema und es gibt überraschend wenige Studien, Materialien und Konzepte, die sich mit der expliziten Vermittlung von Debuggingfähigkeiten beschäftigen. Folglich sind Anfänger beim Erwerb von Debugging-Fähigkeiten oft auf sich allein gestellt. In diesem Forschungsschwerpunkt wird Debugging aus fachdidaktischer Sicht analysiert, es werden Strategien zur Integration in den Unterricht entwickelt sowie evaluiert und damit eine Didaktik des Debuggens gestaltet.
Innovations in Computing: AI/ML & Data Literacy
In den letzten Jahren hat sich der Umgang mit und die Verarbeitung und Analyse von Daten, z.B. im Kontext von Big Data und maschinellen Lernverfahren, enorm weiterentwickelt – bedingt durch die Transformationsprozesse der Digitalisierung. Die zunehmende Erfassung, Speicherung und automatisierte Verarbeitung und Auswertung von Daten in allen Bereichen menschlichen Lebens hat dabei aber auch enorme Auswirkungen auf Alltag, Gesellschaft und Politik. Jede und jeder benötigt heute Kompetenzen, um Daten kompetent zu speichern, zu nutzen, zu analysieren, aber auch, um Folgen und Auswirkungen auf unsere Gesellschaft abschätzen zu können. Die Vermittlung entsprechender Kompetenzen – sogenannter “Data Literacy” – stellt eine große Herausforderung für Schulen, Hochschulen und Bildung im Allgemeinen dar. Von besondere Bedeutung ist dabei die künstliche Intelligenz als wohl dem emergenten Thema der letzten Jahre. Dabei gilt es, die Lernenden nachhaltig auf das Leben in der digitalen Welt vorzubereiten. Daher ist es zentral, Kompetenzen zu vermitteln, die – unabhängig von aktuellen Technologien und “Hypes” – langfristig zum Verstehen und Gestalten der sogenannten digitalen Welt befähigen. In diesem Forschungsschwerpunkt werden dementsprechend zugrunde liegenden Ideen und Prinzipien identifiziert, die unabhängig von konkreten Technologien oder Anwendungen zeitlich überdauernd sind und so zu einer nachhaltigen Vermittlung beitragen. Diese Ideen und Prinzipien werden forschungsgeleitet in Form von Lehr-Lern-Konzepten für Lernende aufbereitet und evaluiert sowie der Transfer in die Unterrichtspraxis untersucht.
Innovations in Computing: Quantencomputing als Thema informatischer Bildung
Das junge und komplexe Feld der Quantentechnologien gilt als eines der vielversprechendsten Zukunftsthemen und wird zunehmend zur Projektionsfläche für gesellschaftliche Erwartungen und Ängste. Gleichzeitig fehlt es bislang an einer informatikdidaktischen Aufarbeitung des Themengebiets. In diesem Forschungsschwerpunkt werden grundlegenden Ideen und Prinzipien, Anwendungsmöglichkeiten und gesellschaftliche Implikationen der Quanteninformatik identifiziert und Unterrichts- und Fortbildungskonzepte entwickelt.
Informatische Bildung als Grundlage digitaler Bildung
Die Wissenschaft Informatik ist die maßgebliche Triebkraft der sogenannten digitalen Transformation. Für unsere Gesellschaft führt diese Transformation zu grundlegenden Veränderungen in der Art und Weise, wie wir kommunizieren, Technologie nutzen, arbeiten oder Informationen sammeln. Dies wirft die Frage auf, welche “digitale” und damit informatische Bildung und Kompetenzen jeder Mensch für einen mündigen Umgang und eine aktive Mitgestaltung dieser Veränderungen benötigt. Insbesondere für die Lehrkräftebildung im Kontext der Digitalisierung stellt dies eine besondere Herausforderung dar, ist die Debatte um digitale Bildung in der Schule doch oftmals von “digitalen Medien” oder Technologien dominiert. Um Phänomene der Digitalisierung (etwa digitale Geschäftsmodelle oder ethische Auswirkungen von künstlicher Intelligenz) angemessen im Unterricht adressieren zu können, werden entsprechende informatische Kompetenzen als Grundlage benötigt. In diesem Forschungsschwerpunkt werden daher einerseits relevante informatische Kompetenzen für die Gestaltung, aber auch insbesondere das Unterrichten in der digitalen Welt identifiziert und andererseits Konzepte zur zielgruppengerechten Vermittlung dieser Kompetenzen entwickelt und evaluiert.
Übergreifend: Lehr-Lern-Werkzeuge für den Informatikunterricht
Der Einsatz von Werkzeugen ist zentraler Bestandteil von Informatikunterricht und damit auch traditionell Gegenstand informatikdidaktischer Forschung. Im Unterschied zu anderen Disziplinen stellen diese Werkzeuge in der Informatik dabei nicht nur Lernmedium, sondern oftmals auch den eigentlichen Lerngegenstand dar. Ziel meiner Forschung ist dabei die Konzeption, Entwicklung und Erprobung entsprechender Werkzeuge sowie Konzepten für deren Einsatz im Unterricht. Im Gegensatz zu den “Educational Technologies” steht dabei klar die fachdidaktische Perspektive im Vordergrund. Basierend auf meinen Forschungsschwerpunkten entwickle und untersuche ich Werkzeuge im Kontext kollaborativer Programmierung (Smerge), KI (SnAIp) oder Data Literacy (Instaclone).
Übergreifend: Transfer und partizipative Weiterentwicklung von Informatikunterricht
Der Transfer von Forschungsergebnissen in die Schulpraxis stellt, gerade vor dem Hintergrund des jungen Schulfachs, essentielle Aufgabe und Forschungsgebiet in der informatischen Bildung dar. Weiterhin ist eine große Anzahl neuer Akteure im Informatikunterricht zu verzeichnen, etwa Lehrkräfte ohne grundständiges Lehramtsstudium Informatik oder Lehrkräfte an Schulformen, an denen Informatik bislang kaum eine Rolle spielte (z. B. Primar- oder Mittelschulen). In diesem Schwerpunkt werden Gelingensbedingungen verschiedener partizipativer Transferformate zur Weiterentwicklung und Professionalisierung von Informatikunterricht untersucht. Als konkreter Ansatz wird die OER-Zeitschrift "Informatische Bildung in Schulen (IBiS)" als das zentrale Organ für Informatiklehrkräfte gestaltet.
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Übergreifend: Für Informatik begeistern!
Informatik macht Spaß – und bietet eine Vielzahl an Kontexten, die
Möglichkeiten eröffnen, um kreativ und gestalterisch tätig zu
werden. Damit Jung und Alt genau diese Begeisterung für Informatik
spüren können, haben wir eine Vielzahl an Outreach-Aktivitäten und
Projekten im Angebot. Im Rahmen von verschiedenen regionalen wie
internationalen Events können die Teilnehmerinnen und Teilnehmer
etwa ihren eigenen Schmuck programmieren und am 3D-Drucker
ausdrucken, ihre Kleidung mit Hilfe von Microkontrollern, Sensoren
und Aktoren "smart" machen oder aber gruselige Spinnenroboter über
den Friedhof schicken, um Süßigkeiten einzusammeln.
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