Forschung und Projekte der Stiftungsprofessur Informatikdidaktik S1

→ Physical Computing
→ Werkzeuge für den Informatikunterricht
→ Außerschulisches Lernen

Physical Computing

Banner Physical Computing

Physical Computing ist die Gestaltung interaktiver Objekte und Installationen und ermöglicht Lernenden, konkrete, greifbare Produkte der realen Welt zu schaffen, die ihrer eigenen Vorstellung entsprechen. Dies kann in der informatischen Bildung genutzt werden, um Lernenden einen interessanten und motivierenden Zugang zu den verschiedenen Themengebieten des Lerngegenstandes in konstruktionistischen und kreativen Lernumgebungen anzubieten. Längere Zeit wurde Physical Computing allerdings, wenn überhaupt, vorrangig in extracurricularen Kontexten unterrichtet. Daher hatte ein Großteil aller Schülerinnen und Schüler keine Gelegenheit, im Rahmen von Schulunterricht selbst gestalterisch tätig zu werden und interaktive Objekte herzustellen.

Dreieck des Physical Computings

Ein Schwerpunkt der Forschungstätigkeit der Professur liegt in der didaktischen Aufbereitung und Vermittlung von Fachinhalten aus den Bereichen Eingebettete Systeme und Robotik im Rahmen von Physical Computing für die informatische Bildung. Dabei sind fachliche sowie allgemein- und fachdidaktische Aspekte ebenso von Bedeutung, wie die Umsetzung, empirische Untersuchung und Evaluation entwickelter Konzepte.

Vorarbeiten diesbezüglich fanden an der Universität Potsdam statt: Ziel der Dissertation von Mareen Przybylla war es, Physical Computing aus informatikdidaktischer Sicht zu klären und sowohl inhaltlich als auch methodisch adäquat für den Schulunterricht in den Sekundarstufen aufzubereiten. Dazu wurden Unterrichtsbeispiele, -aktivitäten, -materialien und -empfehlungen entwickelt, in Schulen eingesetzt und evaluiert. Die Dissertation wurde in englischer Sprache verfasst und ist auf dem Publikationsserver der Universität Potsdam online verfügbar.

Derzeit beschäftigt sich die Professur vor allem mit Konzepten zur Evaluation und Bewertung von Physical-Computing-Projekten im Informatikunterricht.

Werkzeuge für den Informatikunterricht

In der Informatikdidaktik sind Computersysteme sowohl Untersuchungsgegenstand als auch Werkzeuge, die kreatives Lernen und Gestalten ermöglichen. Daher ist die forschungsgeleitete Konzeption und (Weiter-)Entwicklung von Werkzeugen für den Informatikunterricht und die Einbettung dieser in geeignete Unterrichtsszenarien ein wichtiger Schwerpunkt der Arbeit dieser Professur. Bisher lag der Fokus dabei vorrangig auf der Entwicklung von geeigneter Hardware für den Zweck des Physical Computings (ein Aspekt der Tools im obigen Dreieck neben Software und Gestaltungsmaterialien bzw. -werkzeug):

Toolbox für Physical Computing

Informatik ist heutzutage in der Gesellschaft durch interaktive und eingebettete Computersysteme präsenter denn je. Um Schülerinnen und Schülern im Informatikunterricht die Möglichkeit zu geben, im Sinne des «Informatischen Töpferns» unkompliziert solche Objekte zu entwerfen und selbst herzustellen, beschäftigen wir uns mir der Zusammenstellung bzw. Konzeption entsprechender Werkzeuge unter Beachtung der folgenden vier Prinzipien:

  • Einfache Handhabung: Die Lernenden erhalten vorgefertigte Sensoren und Aktoren mit einfachen Steckverbindungen, die kein Hantieren mit losen Litzen oder gar Löten erfordern, sondern sofortiges Experimentieren ermöglichen.
  • Flexibilität und Erweiterbarkeit: Die Komponenten sollten eine flexible Gestaltung interaktiver Objekte ermöglichen. Bei Bedarf soll eine unkomplizierte Erweiterung um zusätzliche Komponenten möglich sein.
  • Black-/Whiteboxing: Komponenten, die für das Verständnis des Sensors oder Aktors irrelevant sind, müssen nicht sichtbar sein, sollen aber bei Bedarf sichtbar werden können.
  • Betonung informatischer Prinzipien: Grundlegende informatische Prinzipien sollen deutlich werden, z. B. das EVA-Prinzip durch optische Trennung der Anschlüsse für Ein- und Ausgabekomponenten (Sensoren/Aktoren).

Verschiedene Vorarbeiten zur (Weiter-)Entwicklung entsprechender Baukästen dienen dabei als Grundlage für die weitere Arbeit in diesem Bereich: My Interactive Garden Toolbox und Arduino Tinkerkit



Programmierumgebung IoT-Snap!

IoT-Snap! ist eine Erweiterung der Programmierumgebung Snap!, die es ermöglicht, Arduino Uno Wifi und Wemos D1 Mikrocontroller Boards kabellos anzusteuern. Snap! bietet standardmäßig die Möglichkeit, HTTP-Zugriffe durchzuführen, dies wird für die WLAN-Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Computer via REST-Schnittstelle ausgenutzt. Dabei werden Programme nicht persistent auf den Mikrocontrollern gespeichert, sondern es läuft eine Firmware, die die dauerhafte Kommunikation sicherstellt - auf diese Weise werden die interaktiven Objekte über IoT-Snap! live programmiert bzw. konfiguriert. Es sind zusätzliche Erweiterungen geplant, beispielsweise zur Integration verschiedenen Datenquellen - auf diese Weise soll IoT-Snap! ermöglichen, das Internet der Dinge im Schulalltag be-greifbar zu machen.

Logo IoT-Snap! Zum Projekt auf GitHub
Zur Testumgebung auf Heroku

Außerschulisches Lernen

Außerschulische Lernorte können verschiedenste Ziele haben und bieten die Möglichkeit, Schülerinnen und Schülern einen Blick über den Tellerrand zu erlauben, vertieftes Wissen zu erlangen oder auch als Schaufenster in die Informatik zu dienen. Gleichzeitig ist mit dem Besuch solcher Ort oft ein hoher motivationaler Faktor verbunden, weswegen wir es uns zum Ziel gesetzt haben, entsprechende Anlaufstelle für Schulklassen der Region zu sein - sei es in Ferienprogrammen, schülergerechten Hackathons, Schülervorlesungen oder Projekten, die direkt an Schulwissen anknüpfen. 

Konkrete Projekte und Termine werden künftig hier veröffentlicht.

07. Mai 2020, Mareen Przybylla

Kontakt

Mareen Przybylla

Mareen Przybylla, Prof. Dr.

Leiterin Stiftungsprofessur Informatikdidaktik S1

T +41 41 859 05 21
mareen.przybylla@phsz.ch

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