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Stefan Freischlad & Kristin Schwidrowski: Lernfördernde Medien im Spannungsfeld der Sichtbarkeit

Zum Verstehen von Internetanwendungen und –diensten ist es notwendig, sichtbare und nicht sichtbare informatische Konzepte und Komponenten für Lernende zugänglich zu machen. Für einen handlungsorientierten Zugang eignen sich dazu interaktive lernförderliche Medien, die eine Verbindung von Makroperspektive und Mikroperspektive ermöglichen. Unter Makroperspektive verstehen wir dabei die Sicht auf ein Informatiksystem1 durch Anwender. Das ist insbesondere die graphische Benutzungsschnittstelle. Unter Mikroperspektive verstehen wir dagegen die detaillierte Sicht auf das Informatiksystem. Dazu gehören die innere Struktur beispielsweise visualisiert durch informatische Diagramme, spezifische Implementierungsdetails, wie sie durch formalisierte Beschreibungen der Programme repräsentiert werden, und verborgene, das heißt für den Anwender nicht sichtbare Komponenten eines Informatiksystems.
 
Der kognitive Zugang zu diesen Systemen ist auf Makroebene nur dann möglich, wenn auch die Mikroebene für Anwender verständlich ist. Ein Informatiksystem strukturiert und ordnet Prozesse und Daten. Diese Details werden vor Anwendern verborgen. Sie arbeiten mit der Benutzungsoberfläche, die hinsichtlich der Integration des Informatiksystems z.B. in den Arbeits- oder Lernprozess optimiert ist und die Komplexität der inneren Struktur des Informatiksystems bewusst nicht widerspiegelt. Darunter verstehen wir das Spannungsfeld der Sichtbarkeit. Hierfür sind lernförderliche Medien unerlässlich, um makroskopische Strukturen und Prozesse durch Sicht auf Verborgenes erklärbar zu machen. Lernfördernde Medien ermöglichen, dass Informatiksysteme durch Lernende zunächst aus einer Makroperspektive simuliert und analysiert werden, bevor die Lernenden die innere Struktur aus der Mikroperspektive damit in Verbindung bringen. Unter lernförderlichen Medien verstehen wir Lehr-Lern-Materialien, die nach Meyer (2003) „eingefrorene“ Ziel-, Inhalts- und Methodenentscheidungen darstellen. Erkenntnisse der Lernpsychologie liefern Ansätze für die methodische Umsetzung. So wird aus dem Konstruktivismus die Bedeutung des entdeckenden Lernens begründet. Erkenntnisse der Fachdidaktik zeigen Zugänge zu konkreten Inhalten der Informatik auf. So zeigt Brinda (2006) auf, wie bei der Gestaltung von lernfördernder Software das Sichtenkonzept zu einem Gesamtbild für die Lernenden führt. Stechert und Schubert (2007) geben einen Rahmen für das Verstehen von Informatiksystemen vor, der insbesondere die Verknüpfung von nach außen sichtbarem Verhalten eines Informatiksystems mit der inneren Struktur erfordert.
 
Bei der Entwicklung von lernfördernden Medien für Inhalte zum Thema Internetworking werden Vorgehensweisen der Informatik im Bidungskontext angewandt. Ausgehend von den Erkenntnissen aus der Durchführung eines E-Learning-Kurses in der beruflichen Weiterbildung und eines Unterrichtsprojektes wurden kognitive Barrieren identifiziert, daraus Anforderungen an lernfördernde Medien abgeleitet und Konzepte für eine Lernsoftware entwickelt. Eine Anforderung an eine Lernsoftware für Internetanwendungen und –dienste besteht darin, einen angemessenen Zugang für das Verstehen der Zusammenhänge zwischen den am Datenaustausch beteiligten Komponenten aufzuzeigen. Dies wird dadurch erreicht, dass Internetanwendungen und -dienste in einem zuvor selbst konstruierten virtuellen Internet simuliert werden. Dazu müssen virtuelle Rechnernetze aufgebaut, konfiguriert und miteinander verbunden sowie Anwendungen auf virtuellen Rechnern installiert und konfiguriert werden. Diese Anforderungen werden in der in Informatikprojekten üblichen Form eines Pflichtenheftes schriftlich fest gehalten.
 
Im Rahmen einer studentischen Projektgruppe wurde an der Universität Siegen eine solche Lernsoftware mit dem Schwerpunkt Strukturen im Internet entwickelt. Aus dem Grobentwurf, der Teil des Pflichtenheftes ist, wurden verschiedene Module spezifiziert, die arbeitsteilig umgesetzt wurden. Besondere Bedeutung kommt dabei der graphischen Benutzungsschnittstelle zu, weil durch sie die Makro- und Mikroperspektive auf die zu untersuchenden Informatiksysteme ermöglicht wird. Die Arbeit in Gruppen erfordert von den Studierenden, dass ihre Ideen in der Gruppe reflektiert und umgesetzt werden. Es ist nicht ausreichend, sich ausschließlich mit den informatiktypischen Themen wie dem Entwurf und der Programmierung auseinander zu setzten, sondern die Untersuchung der verborgenen Prozesse und Strukturen ist unabdingbar. Es wird von Studierenden ein hohes Maß an Analysefähigkeit in fachfremden Domänen erwartet.
 
Die prototypische Umsetzung der Lernsoftware begegnet den oben beschriebenen Anforderungen durch vier Sichten: Mit der Netzwerkansicht wird die graphische Darstellung des Internetaufbaus aus verschiedenen Komponenten wie Rechner und Swith umgesetzt. Die Anwendungssicht ermöglicht es, dass die graphische Benutzungsschnittstelle verschiedener Programme – z. B. E-Mail-Programm und -Server – genutzt wird, um die Simulation der Abläufe zu starten. Eine Nachrichtensicht zeigt dazu den Datenaustausch zwischen Rechnern und Programmen an. Mit einer Quelltextsicht ist es außerdem möglich, eigene Anwendungen zu konstruieren oder zu manipulieren. Das nach außen sichtbare Verhalten der Internetanwendungen wird somit durch die Anwendungssicht dargestellt. Netzwerksicht und Nachrichtensicht setzen die Einsicht auf die innere Struktur um. Die Quelltextsicht ermöglicht zusätzlich einen noch tieferen Einblick in charakteristische Implementierungsdetails.
 
Ein Lehr-Lern-Szenario zum E-Mail-Versand wird mit der Software folgendermaßen umgesetzt. Ein bereits konfiguriertes Rechnernetz mit vier Rechnern wird bereitgestellt und durch die Lernenden geöffnet. Die Lernenden installieren auf zwei der virtuellen Rechner einen E-Mail-Server und starten sowohl einen Prozess für die Entgegennahme von E-Mails, als auch einen Prozess für den Abruf von Nachrichten aus dem persönlichen Postfach. In den zwei Servern wird jeweils ein Benutzerkonto eingerichtet. Anschließend installieren die Lernenden auf den zwei übrigen virtuellen Rechnern ein E-Mail-Programm und richten dort jeweils eines der Benutzerkonten ein. Danach ist es möglich, Nachrichten  zwischen den E-Mail-Programmen auszutauschen und den dabei statt findenden Datenaustausch zu beobachten. Damit wird deutlich, wie der Versand von E-Mails mit verschiedenen Protokollen zwischen zwei Personen abläuft.
 
Digitale lernfördernde Medien erweitern durch Interaktivität und die damit verbundene Rückmeldungen zu Handlungen die Möglichkeiten für Lernende im Lehr-Lern-Prozess eigenständig aktiv zu werden und auch abstrakte Konzepte für entdeckendes Lernen am Gegenstand zugänglich zu machen. Damit werden bekannte Erfahrungen mit Internetanwendungen mit verborgenen Strukturen und Prozessen verbunden. Die Erkenntnisse aus der beschriebenen Lernsoftware werden in einem neuen Softwareprojekt mit dem Schwerpunkt Informationssichrheit reflektiert.
 

Anmerkung


1 „Als Informatiksystem bezeichnet man die spezifische Zusammenstellung von Hardware, Software und Netzverbindungen zur Lösung eines Anwendungsproblems“ (Duden Informatik, 2007, S. 314). 
 

Literatur

  • Brinda, T. (2006) Discovery Learning of Object-Oriented Modelling with Exploration Modules in Secondary Informatics Education, Springer Science, Educ Inf Technol (2006) 11: 105-119.
  • Duden Informatik (2006) Fachlexikon für Studium, Ausbildung und Beruf. Dudenverlag, Mannheim, 2006.
  • Meyer, H. (2003) Unterrichtsmethoden I: Theorieband, Cornelsen Scriptor, Berlin.
  • Stechert, P.; Schubert, S. (2007) A Strategy to Structure the Learning Process Towards Understanding of Informatics Systems, in Proceedings of IFIPConference “Informatics, Mathematics and ICT (IMICT2007): A golden triangle". Boston, USA.