Computational Thinking zur Vorbereitung auf das Leben

Über das Thema Computational Thinking habe ich mir schon im Vorfeld einige Gedanken gemacht und das Fazit anschließend in ein Paper einfließen lassen.

Abstract

In manchen Aspekten ist das Computational Thinking, dem mathematischen Denken sehr ähnlich. Während das mathematische Denken auf das Beweisen von Zusammenhängen abzielt, handelt es sich bei Computational Thinking eher um das effiziente erzielen von Ergebnissen.

Doch es erhebt sich die Frage, was das Computational Thinking ausmacht, dass es für Schüler und Schülerinnen so bedeutsam ist, was davon im Unterricht verwendet werden soll und vor allem wie es unterrichtet werden kann.

Einleitung und Motivation

Die aktuell treibenden Kräfte der Wissenschaft, Wirtschaft und Industrie sind der Computer und die Informatik.

Neue Erkenntnisse in den Wissenschaften, sei es in der Physik, Chemie, Biologie, Astronomie, Mathematik und oft auch in Geistes- und Humanwissenschaften sind ohne intelligenten Einsatz der Informationstechnologie mit ausgefeilten Algorithmen nicht mehr denkbar. Das zeigt die Bedeutung des Computational Thinkings außerhalb der Informatik.

Für die Schule und das Erlernen durch Jugendliche müssen die Konzepte der Computerwissenschaft mit Hilfe geeigneter Beispiele und Aufgaben altersgerecht aufbereitet werden. Dies ist für alle Altersstufen möglich, altersgerechte Systeme und Software, können das unterstützen.

Im folgenden Paper wird beschrieben wobei es sich bei Computational Thinking handelt, wie man die Kompetenzen des Computational Thinking erwerben kann und welche positiven Auswirkungen dies für Kinder, außerhalb der Schule haben kann wenn Computational Thinking in der Schule eingeführt wird. Computational Thinking ist eine Denkweise die einige Situationen im Leben erleichtert, wenn man beim Prozess der Problemlösung nur einige wenige Schritte befolgt.

Computational Thinking

Bei der Konfrontation mit dem Begriff Computaional Thinking wird in Gedanken oft ein Bild von Computer-Denken oder denken wie ein Computer kreiert. Jedoch darf eines nicht außer Acht gelassen werden: Computational Thinking bedeutet nicht zu denken wie ein Computer, hinter dieser Art zu denken steckt noch einiges mehr.

2.1 Begriffserklärung

Computational Thinking ist der Gedankenprozess, der sowohl die Formulierung eines Problems als auch die Repräsentation der Problemlösung so darstellt, dass sie sowohl von Menschen, als auch von Maschinen, ausgeführt werden könnte.

Der Begriff Computational Thinking ist nicht sehr einfach wortwörtlich zu übersetzen. Jedoch kann unter diesem Begriff eine Art von Problemlösungsorientiertem Denken verstanden werden. Der Prozess des Planens und Erreichens gewisser Ziele, beinhaltet ein bestimmtes Computer-Denken. Wird ein Problem zunächst in überschaubare Teile Segmentiert und darauf folgend eine Lösung entwickelt, die zum bestmöglichen Erreichen eines Zieles führt, dann spricht man von Computational Thinking.

Beispiel: Autokauf

Ich möchte ein Auto kaufen. Mein Problem bei dem angeführten Beispiel ist, dass ich momentan noch zu wenig Geld habe mir ein Auto zu kaufen und ich mich bei Autos gar nicht auskenne. Ich beginne mein Problem in überschaubare Teile zu zerlegen: Geld und ich benötige jemanden der sich gut auskennt. Somit kann ich eine Strategie entwickeln in welcher Zeit ich wie viel Geld sparen kann und wen ich um Hilfe bitten könnte, der mir bei der Wahl des Autos zur Seite steht.

Durch solch eine Problemlösungsorientierte Art zu denken, wird der Lösungsweg präzise behandelt und das Problem wird effizient gelöst.

2.2 Wie funktioniert Computational Thinking?

Computational Thinking wird am einfachsten anhand eines leicht verständlichen Beispiels erklärt. Zunächst muss das Problem formuliert werden. Bestmöglich in der einfachsten Form eine präzise Fragestellung basierend auf einer Problemanalyse. Die Formulierung des Problems besteht aus dem Erkennen der spezifischen Fragestellung.

Beispielsweise beim Backen eines Kuchens. In diesem Fall ist das die Erkenntnis, das der Zuckerguss erst zum Schluss über den zubereiteten Kuchen gegossen werden kann.

Darauf folgend wird die Lösung repräsentiert. Dies beinhaltet eine Darstellung basierend auf einer Kombination von Text und Diagrammen. In dem gegebenen Beispiel ist die Repräsentation ein Kuchenrezept, also die detaillierte Beschreibung von zeitlichen Abläufen und Arbeitsschritten um diesen Kuchen gemäß des Rezeptes zu backen.

Anschließend darauf, folgt die Ausführung und Bewertung der Lösungsrepräsentation. Die Lösung wird ausgeführt, während der Kuchen gebacken wird und schlussendlich kann beim Verzehr des Kuchens, die Lösung bewertet werden.

2.3 Wieso braucht man Computational Thinking

Computational Thinking führt zu vielen Zielen, dieses Paper jedoch fokussiert auf folgende Aspekte:

Delegation und Automation: Die Repräsentation einer Lösung kann dazu benutzt werden, einen Arbeitsprozess entweder an andere Personen oder an einen Computer zu delegieren. Das Kuchenrezept, wenn es präzise und verständlich genug ist, kann von beliebigen Personen in einen Kuchen umgesetzt werden. Auch ein Computerprogramm ist eine Lösungsrepräsentation. Ein sehr einfaches Beispiel einer Automation ist die von einer Benutzerin programmierte Aufzeichnung einer Fernsehsendung.

Wissenserwerb: Der allgemeine Computational-Thinking-Prozess ist iterativ, das heißt dieser wiederholt sich ständig. Computational Thinking erwirkt beim aktiven Wissenserwerb eine ideale Verschmelzung der Fähigkeiten von Menschen und Computern.

Die CSTA betont auch, dass Computational Thinking folgende Kompetenzen fördert:

· Vertrautheit im Umgang mit Komplexität

· Beständigkeit im Bearbeiten von schwierigen Problemen

· Toleranz für Mehrdeutigkeit

· Fähigkeit offene Fragestellungen zu behandeln

· Fähigkeit zum Kommunizieren und im gemeinschaftlichen Problemlösen

Auswirkungen auf die Gesellschaft

Aufgrund der zunehmenden Importanz und Relevanz der Informationstechnologien sowohl im Alltag als auch in der Arbeitswelt wird klar und deutlich gezeigt, welche Rolle die Informatik heutzutage spielt. Das Zeitalter der Digitalisierung ist fortgeschritten und auf den intelligenten Einsatz von Maschinen und Computern in den verschiedensten Spaten kann nicht mehr verzichtet werden. Mit der Digitalisierung kam die Menschheit einen Schritt weiter nach vorne. Neue Berufe sowie neuartige Ausbildungsmöglichkeiten wurden damit geschaffen und die Sprache des Computers ist international verbreitet. So viele positive Aspekte die Digitalisierung auch mitbringen mag, gibt es auch einige Nachteile. Betrachtet man den Mathematikunterricht in den Schulen ist der Taschenrechner oder eine hilfreiche Software wie beispielsweise GeoGebra essentiell um den Unterricht gemäß des Lehrplans, gestalten zu können. Dass sich die Menschheit allgemein an diese rechnerischen Hilfsmittel gewöhnt hat, ist kein Geheimnis. Jedoch wird das Kopfrechnen nach und nach vernachlässigt. Dies hat zur Folge, dass die einfachsten Rechnungen in den Taschenrechner eingegeben werden um schneller zu einer Lösung zu gelangen oder einfach um auf Nummer sicher zu gehen, dies führt dazu, dass die Menschheit die Grundrechnungsarten verlernt. Betrachtet man diesen Aspekt, ist dieser kontraproduktiv gegenüber dem Computational Thinkings. Bei Computational Thinking geht es zwar Grundlegend darum, auch mit dem Computer arbeiten zu können, lässt sich die ganze Arbeit jedoch von diesem erledigen, ohne dass Menschliche Gehirn dafür zu benötigen, spricht man zwar von technologie Einsatz aber nicht mehr von Computational Thinking.

Schulpraktische Umsetzung

Ziel dieses Full Papers ist es, den Begriff Computational Thinking in den Alltag der Menschheit einzuführen und dies funktioniert am besten, wenn man die Denkweisen der Kinder bereits in der Schule in die richtige Bahn lenkt, welche gezielt zum Computational Thinking führt. Doch wie wird das in der Praxis umgesetzt? Eine Form der Umsetzung wäre das Programmieren lernen. Für viele Kinder und Jugendliche mag Programmieren abschreckend wirken, da es oft kompliziert und schwierig erscheint. Doch prinzipiell werden während des Programmierens, Probleme gelöst. Man kann den Informatikunterricht in der Schule so gestalten, dass Programmieren spielerisch gelernt wird. Beispielsweise mit Scratch.

Scratch ist eine visuelle Programmiersprache für Kinder und Jugendliche, welche von Informatiklehrer/Innen sehr gerne für den Unterricht verwendet wird, mit dem Ziel diese mit den Grundkonzepten der Programmierung vertraut zu machen.

Eine weitere mögliche Strategie um Computational Thinking in den Schulen einzubringen wäre der Biber der Informatik.

Auf dieser Internet Plattform können Schülerinnen und Schüler vorzugsweise im Alter von acht bis zwanzig Jahren, jedes Jahr an einem Wettbewerb teilnehmen und auf diese Weise spielerisch in die Computerwelt eintauchen. Die Teilnahme des Wettbewerbs ist online und findet nur zwischen der 3. Und 13. Schulstufe statt. Die verschiedenen Aufgaben, welche der Biber der Informatik zur Verfügung stellt, bieten einen guten Einstieg für bestimmte Informatikthemen, die mithilfe der Biber-Aufgabenhefte, gefestigt werden. Die Fragen werden in Form von Rätseln gestellt und bieten somit einen spielerischen Einstieg in die Informatik und fördern durch immer wieder auftauchende Problemstellungen das Problemlösungsorientierte Denken. Die Aufgaben des Bibers gibt es in fünf verschiedenen Kategorien und Altersstufen, wobei davon eine Kategorie für die Volksschule, zwei Kategorien für die Unterstufe und ebenfalls zwei für die Oberstufe zu finden sind. Des Weiteren gibt es bei den verschiedenen Aufgaben drei Schwierigkeitsstufen wobei je nach Schwierigkeitsgrad unterschiedlich viele Punkte gutgeschrieben oder abgezogen werden.

Mit solch spielerischen Methoden können Kinder völlig unterbewusst, jegliche Kompetenzen des Computational Thinkings erlernen und diese im privaten Leben weiterverwenden.

Ein Beispiel für den Unterricht

Das Unterrichtsbeispiel, welches ganz oben, rechts auf der Seite zu sehen ist, ist eine Aufgabe des Biber der Informatik-Wettbewerbs von 2019, für die 7. Und 8. Schulstufe.

Das Ziel dieser Aufgabe ist es, die Teller mit so wenigen Arbeitsschritten wie möglich richtig einzuordnen. Prinzipiell spiegelt diese und noch viele andere Aufgaben des Bibers der Informatik, die Kompetenzen des Computational Thinkings wieder.

Schülerinnen und Schüler sollen anhand solcher Aufgaben lernen, wie Probleme effizient gelöst werden.

Fazit

Bei Computational Thinking geht es nicht darum zu denken wie ein Computer, sondern mit dem Computer zu denken. Man kann sich vorstellen, dass Computational Thinking eine Denkweise ist, die den Computer als Instrument verwendet um die eigenen Denkprozesse zu unterstützen. Computational Thinking wird geschult indem immer wieder neue Problemstellungen gelöst werden und dies ist bereits in den ersten Schulstufen oder sogar im Kindergarten möglich einzuführen, um die Denkweisen der Kinder in eine Problemlösungsorientierte Bahn zu lenken.

Referenzen

Jeannette Wing: Computational thinking. Communications of the ACM, 49(3), 33-35, 2006.

Scratch: https://scratch.mit.edu

Biber der Informatik: www.ocg.at/biber, international: www.bebras.org.

CSTA Computational Thinking Task Force: https://csta.acm.org/Curriculum/sub/CompThinking.html