Forschungsinteressen

Debugging im Unterricht: Schluss mit Turnschuhdidaktik

Selbstständig Fehler zu finden und zu beheben stellt für Programmieranfängerinnen und Programmieranfänger 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. Debuggen unterscheidet sich dabei von allgemeinen Programmierfertigkeiten und muss explizit gelehrt werden. Darüber hinaus spielen Debugging-Fähigkeiten nicht nur im Programmierbereich eine große Rolle: Debugging ist auch in unserem Alltag allgegenwärtig und Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die explizite Vermittlung von Debugging-Fähigkeiten zu einem Transfer von Debugging-Fähigkeiten über die Programmierdomäne hinaus führen kann. Auch daher wird Debugging vermehrt im Kontext von Computational Thinking diskutiert. 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.

Data und AI 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.

Kollaborative Softwareentwicklung: Smerge

Professionelle Softwareentwicklung wäre ohne Versionskontrollsystem undenkbar: Dadurch werden ganz eigene Möglichkeiten der Kollaboration eröffnet, Datensicherheit hergestellt und die Projekkoordination unterstützt. Ähnliches gilt für den Einsatz von Versionskontrollsystemen (VCS) in der Schule: Kein USB-Stick-Wahnsinn, keine Probleme nach den Ferien wie "Was war denn nochmal meine aktuelle Version", kein "Mein Mitschüler ist krank, ich komme nicht an unseren Code". Allerdings weisen professionelle Werkzeuge wie git eine enorm hpuohe Komplexität auf, die selbst professionellen Softwareentwicklern Probleme bereitet. Mit Smerge haben wir ein Versionskontrollsystem für die blockbasierte Sprache Snap! entwickelt, welches die Vorteile von VCS mit einer intuitiven und einsteigerfreundlichen Nutzung verbindet. Hierdurch können auch Programmieranfänger von den Möglichkeiten eines VCS zur Kollaboration und zum Tinkern profitieren und erlernen dabei ganz intuitiv die genuin informatische Formen der Kollaboration, die diese Werkzeuge ermöglichen (gemeinsam mit Stefan Seegerer).
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Digitale 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 Lehrerbildung 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. Welche Kompetenzen benötigen Lehrkräfte aller Fächer für den Unterricht in der “digitalen Welt”? 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 Kompetenzen für die Gestaltung, aber auch insbesondere das Unterrichten in der digitalen Welt identifiziert und anschließend Konzepte zur zielgruppengerechten Vermittlung dieser Kompetenzen entwickelt und evaluiert. Weitere Informationen...

Quanteninformatik

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 Projekt werden grundlegenden Ideen und Prinzipien, Anwendungsmöglichkeiten und gesellschaftliche Implikationen der Quanteninformatik identifiziert und Unterrichts- und Fortbildungskonzepte entwickelt. Weitere Informationen...

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 Forschungsschwerpunkt werden die 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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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 (gemeinsam mit dem Team von Computingeducation.de).
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Workshops und Vorträge

Auswahl

    2024

  • Informatik in der Grundschule Vortrag, Sachunterricht fachdidaktisch Gestalten, Universität Regensburg, Online, 13.06.2024
  • Lernen über KI für den MINT-Unterricht, Vortrag, Fortbildungsprogramm zu MINT-Themen der ALP Dillingen, Online, 12.06.2024
  • KI-Sommer in der Schule? Hype und Potenzial für den MINT-Unterricht, Vortrag, Schule MIT Wissenschaft Thüringen, Jena, 08.06.2024
  • Informatische Bildung und Grundschule? Vortrag, Profilschulen für Informatik und Zukunftstechnologien, Grundschule Gänselieselstraße, München, 05.06.2024
  • AI in K-12 education, Vortrag, CEPIS Informatics Education Group Mini-conference, Bratislava
  • KI im Informatikunterricht, Vortrag, Treffen der Multiplikatoren und Fachmitarbeiter IT an der Realschule, ALP Dillingen, 16.05.2024
  • Die Welt ändert sich – die Bildung auch?, Paneldiskussion & Workshop, KI-Forum.Schule, Stadttheater Weilheim, 15.05.2024
  • Informatik im Wandel und die Weiterentwicklung informatischer Bildung, Keynote, 6. Tag des Informatikunterrichts, Saarbrücken, 09.04.2024
  • Menschenrechte und KI, Panel, Projektag des Pirkheimer-Gymnasiums, Nürnberg, 12.03.2024
  • Artificial Intelligence and Data Literacy: Current State and Future Prospects in Education, Panel, TrainDL Summit, Berlin, 22.02.2024
  • Bildung im Hype? Lehrkräfte, Schule und Künstliche Intelligenz , Vortrag, Fortbildungstagung für Seminarleiterinnen und Seminarleiter, ALP Dillingen, 21.02.2024
  • Von Bits zu Qubits: Eine Reise in die Welt der Quanteninformatik, Vortrag, Profilschulen für Informatik und Zukunftstechnologie, Online, 01.02.2024
  • KI + RU = ?, Vortrag, Seminarlehrkräfte für ev. Religionslehre, Online, 01.02.2024
  • Vermittlungsansätze und Erfahrungen zur KI-Bildung, Vortrag, AI Education Day@FU, FU Berlin, 18.01.2024

2023

  • Challenges and Solutions: Advancing K-12 CS Teaching Practice through Computing Education Research, Vortrag, School of Social Sciences and Technology, München, 23.11.2023
  • Computing Education in (the digital) Transformation, Vortrag, Kolloqium Fachbereich Informatik der Universität des Saarlandes, Saarbrücken 2.11.2023
  • AI in K-12 Computing Education, Panel-Moderation, ISSEP 2023, Lausanne, 24.10.2023
  • Die KI Module von IT2School -- Künstliche Intelligenz entdecken!, Workshop, STIFT Thüringen, Gotha, 18.10.2023
  • Wie lernt ein Computer?, Workshop, Ferrero Trendcafe 2023, Frankfurt, 16.10.2023
  • Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe I, Workshop, 20. GI-Fachtagung Informatik und Schule (INFOS), Würzburg, 22.09.2023
  • Künstliche Intelligenz im Unterricht – jenseits des "Hypes", Plenarvortrag & Workshop, 20. Landestagung SINUS-Thüringen 2023, Erfurt, 07.09.2023
  • Instaclone - Ein Like für Unterricht mit Social Media, Vortrag, Forum Medienpädagogik der Bayerischen Landeszentrale für neue Medien (BLM), München, 24.07.2023
  • Debugging im Informatikunterricht - eine Herausforderung für Schülerinnen und Schüler wie Lehrkräfte, Hauptvortrag & Workshop, Tag der Informatiklehrerinnen und -lehrer 2023, LMU München, 07.07.2023
  • Informatik in der Grundschule? Vortrag, Sachunterricht fachdidaktisch Gestalten, Universität Regensburg, Online, 26.06.2023
  • KI in der Lehre: Zukunftskonzepte zum New Normal in Hochschule und Schule, Vortrag, Veranstaltungsreihe KI-Transformation in der Hochschullehre, TU Braunschweig, 25.05.2023
  • Data Literacy - Daten als Grundlage der digitalen Welt, Vortrag, ALP Dillingen, Online, 03.05.2023
  • Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht - Kein Hexenwerk!, Workshop, 15. Landestagung der Informatiklehrer*innen in MV, Rostock, 22.04.2023
  • KI und informatische Bildung, Vortrag, Kick-off-Veranstaltung zur Fortbildungsinitiative "Künstliche Intelligenz" des StMUK, ALP Dillingen, 19.04.2023
  • Maschinelles Lernen -- Kein Hexenwerk, Workshop, OpenCampus TUM, 10.03.2023
  • Debugging im Unterricht - eine Herausforderung für Schülerinnen und Schüler wie Lehrkräfte, Workshop, 19. GI-Tagung zur Schulinformatik in Berlin und Brandenburg — IBBB, Berlin, 08.03.2023
  • KI können? – Beispiele aus der Informatik, Vortrag, KI kompetent – 2. Werkstatt im Schulversuch KI@school der Stiftung Bildungspakt, München, 27.2.2023
  • Debugging im Informatikunterricht, Workshop, Landesamt für Schule und Bildung Sachsen, Meißen, 07.02.2023-08.02.2023

2022

  • Maschinelles Lernen -- Kein Hexenwerk, Workshop, Unitag TUM, 09.12.2022
  • Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht und darüber hinaus, Workshop, Forum TUMPaed, München, 25.11.2022
  • Informatische Bildung im Wandel?, Vortrag, Festkolloquium Institut für Informatik, Universität Potsdam, 11.11.2022
  • Künstliche Intelligenz im Informatikunterricht, Vortrag, ALP Dillingen, 26.9.2022
  • Turn your smartphone into your own ai-powered personal assistant!, Workshop, Snap!Con 2022, Heidelberg, 5.8.2022
  • Daten lernförderlich nutzen? Potentiale und Grenzen von Künstlicher Intelligenz (in der Schule), Vortrag, Fachtagung KI@school – Schulversuch der Stiftung Bildungspaket Bayern, Hochschule München, 27.7.2022
  • Informatik im Wandel und die Weiterentwicklung informatischer Bildung, Hauptvortrag, Tag der Informatiklehrerinnen und -lehrer Bayern (ILTB) 2022, Online, 1.7.2022
  • Die KI-Module für IT2School, Workshop, Wissensfabrik e.V., Online, 10.5.2022
  • Quantum Computing 101, Vortrag, TUM Quantum Social Lab, 1.4.2022
  • Maschinelles Lernen -- Kein Hexenwerk, Workshop, Unitag TUM, 21.01.2022

2021

  • Spielend KI entdecken!, Workshop, ZSL Digitalkongress 2021, Online, 2.10.2021
  • Reise in die Quantenzeit – Quanteninformatik erleben und verstehen, Workshop, INFOS 2021 - GI-Fachtagung Informatik und Schule, Online, 08.09.-10-09.2021
  • Gemeinsam KI entdecken!, Workshop, INFOS 2021 - GI-Fachtagung Informatik und Schule, Online, 08.09.-10-09.2021

2020

  • Debugging mit Plan - Schluss mit der Turnschuhdidaktik, Workshop, RLFB des MB für die Gymnasien in Niederbayern, Online, 28.09.2020
  • Kollaboration in Programmierprojekten im Informatikunterricht , Workshop, 12. Informatiktag Berlin-Brandenburg 2020, Online, 22.09.2020
  • Collaboration in Programming Projects, Workshop, UK ScratchEd Meetup, Online, 01.05.2020
  • Finde den Fehler! Strategien und Unterrichtshilfen für das Debuggen im Unterricht, Workshop, Fachmedientag Leipzig, Online, 07.07.2020
  • Kein Hexenwerk - Maschinelles Lernen in Snap!, Workshop, 6. Hessischen Junglehrertagung von T3 und MNU, Darmstadt, 07.03.2020
  • Finde den Fehler! Strategien und Unterrichtshilfen für das Debuggen im Unterricht., Workshop, Zentrum für Lehrerinnen- und Lehrerbildung, Erlangen, 14.01.2020

2019

  • Kein Hexenwerk - Maschinelles Lernen in Snap!, Workshop, Zentrum für Lehrerinnen- und Lehrerbildung, Erlangen, 21.11.2019
  • Debugging mit Plan – Schluss mit der Turnschuhdidaktik, Workshop, Google PD Grant, Fulda, 8-10.11.2019
  • SnAIp! - Explore the magic with us, Workshop, Fortbildung für bayrische Realschulreferendare, Erlangen, 10.10.2019
  • commit -m "Smerge – an easy-to-use version control system for Snap!", Demo, Blocks and Beyond 2019, Memphis, 18.10.2019
  • SnAIp! - Explore the magic with us, Vortrag, Snap! Conference 2019 — SnapCon, Heidelberg, 25.09.2019
  • Among Scarabs and Bugs - a live action debugging escape game, Workshop, Snap! Conference 2019 — SnapCon, Heidelberg, 25.09.2019
  • commit -m "Smerge – an easy-to-use version control system for Snap!", Ignite Talk, Snap! Conference 2019 — SnapCon, Heidelberg, 24.09.2019
  • SnAIp! - Explore the magic with us, Workshop, Snap! Conference 2019 — SnapCon, Heidelberg, 23.09.2019
  • Finde den Fehler! Strategien und Unterrichtshilfen für das Debuggen im Unterricht., Workshop, Zentrum für Lehrerinnen- und Lehrerbildung, Erlangen, 09.07.2019
  • Die digitale Welt gestalten - Informatische Bildung in der Grundschule, Workshop , Hermann-Hedenus Grundschule, Erlangen, 02.04.2019
  • Finde den Fehler! Strategien und Unterrichtshilfen für das Debuggen im Unterricht. , Workshop, 17. GI-Tagung zur Schulinformatik in Berlin und Brandenburg — IBBB, Berlin, 21.03.2019

2018

  • Softwarequalität im Unterricht, Workshop, Zentrum für Lehrerinnen- und Lehrerbildung, Erlangen, 22.10.2018

2017

  • Softwarequalität im Unterricht, Workshop, Zentrum für Lehrerinnen- und Lehrerbildung, Erlangen, 27.11.2017

Publications

2024

  • Elhashamy, H., Abelson, H. & Michaeli, T. (2024). Adapting Computational Skills for AI Integration. In Proceedings of the 36th Conference on Software Engineering Education and Training (CSEET 2024). IEEE (accepted)
  • Gebhart, L. & Michaeli, T. (2024) Informatische Bildung für informierte Nutzungsentscheidungen in digitalen Systemen. In: Zwischen Technokratisierung und Demokratieanspruch, DVPW-Sektion Politikwissenschaft und Politische Bildung. Springer. (in press)
  • Losch, D., Jaschke, S., Michaeli, T., Opel, S., Schmid, U., Seegerer, S. & Stechert, P. (2024). Was alle über Künstliche Intelligenz wissen sollen und wie KI-bezogene Kompetenzen in der Schule vermittelt werden können – weiterführende Überlegungen zum GI-Positionspapier »KI in der Bildung«. In Informatik Spektrum. Springer. (accepted)
  • Jang, W., Hong, G., Michaeli, T. & Kasneci, E. (2024). Exploring Communication Dynamics: Eye-tracking Analysis in Pair Programming of Computer Science Education. In 2024 Symposium on Eye Tracking Research and Applications (ETRA ’24). ACM. (accepted)
  • Furbach, U., Kitzelmann, E., Michaeli, T. & Schmid, U. (2024). Künstliche Intelligenz für Lehrkräfte -- Eine fachliche Einführung mit didaktischen Hinweisen. Springer. (in press)
  • Michaeli, T., Kitzelmann, E., Seegerer, S. & Romeike, R. (2024). Lernen aus Daten. In Künstliche Intelligenz für Lehrkräfte -- Eine fachliche Einführung mit didaktischen Hinweisen. Springer. (in press)
  • Wolter, D., Frese, U. & Michaeli, T. (2024). Robotik. In Künstliche Intelligenz für Lehrkräfte -- Eine fachliche Einführung mit didaktischen Hinweisen. Springer. (in press)
  • Cichalla, A., Gebhardt, L., Michaeli, T. & Romeike, R. (2024). Computer Science for all: Teacher Training for in-service Teachers. In Proceedings of IFIP TC3 Open Conference on Computers in Education (OCCE 24). Springer. (accepted)
  • Cichalla, A., Gebhardt, L., Romeike, R. & Michaeli, T. (2024). Preparing in-service STEM Teachers for Teaching in the Digital World: Towards Design Principles for Professional Development. In Proceedings of IFIP TC3 Open Conference on Computers in Education (OCCE 24). Springer. (accepted)
  • Michaeli, T. (2024). Robot Karol: Eine Grabrede. In Informatische Bildung in Schulen (IBiS) Vol. 2, No. 2. Gesellschaft für Informatik.
  • Jetzinger, F., Baumer, S. & Michaeli, T. (2024). Artifical Intelligence in Compulsory K-12 Computer Science Classrooms: A Scalable Professional Development Offer for Computer Science Teachers. In Proceedings of the 55th ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE 2024). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA.
  • Hartl, A., Starke, E., Voggenreiter, A., Holzberger, D., Michaeli, T. & Pfeffer, J. (2024). Empowering Digital Natives: Instaclone - a Novel Approach to Data Literacy Education in the Age of Social Media. In Proceedings of the 55th ACM Technical Symposium on Computer Science Education (SIGCSE 2024). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA.

2023

2022

2021

2020

2019

2018

2017

Kurzlebenslauf

Prof. Dr. Tilman Michaeli

©Andreas Heddergott
seit 2021 Universitätsprofessor "Didaktik der Informatik", TU München
2020 - 2021 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Didaktik der Informatik, Freie Universität Berlin
2020 Promotion zum Dr. rer. nat. bei Prof. Dr. Ralf Romeike, Zweitgutachterin Prof. Dr. Yasmin Kafai
2017 - 2020 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Didaktik der Informatik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
2017 Erste Staatsprüfung für das Lehramt an Gymnasien
2011 - 2017 Lehramtsstudium für das Lehramt an Gymnasien mit den Fächern Informatik und Wirtschaftswissenschaften, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg