Tagung „Digitale Transformation für Schule und Lehrkräftebildung gestalten“

Konzeptwissen statt Klickpfade! – Informatische Kompetenzen in der allgemeinen Lehrkräftebildung

Chair(s): Denise Schmitz (Bergische Universität Wuppertal, Deutschland), Matthias Kramer (Universität Duisburg-Essen)

Diskutant:in(nen): Maja Brückmann (Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)

Im Kontext von ≫digitalisierungsbezogener≪ Bildung und ≫digitalisierungsbezogener≪ Kompetenzen besteht weitgehend Konsens darüber, dass Lehrkräfte aller Fächer informatische Bildung benötigen, um in der durch Digitalisierung geprägten Welt fundiert unterrichten zu können. So fordern etwa die Kultusministerkonferenz (KMK) und deren Ständige Wissenschaftlicher Kommission (SWK), informatische Bildung in allen Bildungsphasen zu verankern (Sekretariat der KMK, 2022; Ständige Wissenschaftliche Kommission der KMK, 2022), genauso wie die Hochschulrektorenkonferenz (Hochschulrektorenkonferenz, 2022) oder, speziell für die allgemeine Lehrkräftebildung, die Gesellschaft für Informatik (Arbeitskreis Lehrkräftebildung der GI, 2023).

Allerdings stellt die Integration informatischer Bildung in die allgemeine Lehrkräftebildung eine große Herausforderung dar. Gemeinsame Problemstellung dieses Symposiums ist die Frage nach Gestaltungsprinzipien für entsprechende Angebote. Dazu werden verschiedene Perspektiven und Ansätze vorgestellt, diskutiert und zusammengeführt.

Der erste Beitrag nimmt die 1. Phase der Lehrkräftebildung in den Fokus. In der Literatur finden sich viele Hinweise auf eine skeptische und unsichere Haltung vieler Lehramtsstudierender, insbesondere ohne MINT-Hintergrund. In einer eigenen Untersuchung wurden die Einschätzungen von Lehramtsstudierenden zur Relevanz verschiedener Informatik-Grundlagen, ihre Einschätzung der eigenen Kompetenzen und davon ableitbar auch empfundene Defizite erhoben. Es zeigt sich, dass die StudienteilnehmerInnen durchaus Defizite erkennen, also Themen als sehr relevant beurteilen, in welchen sie eine niedrige Einschätzung der eigenen Kompetenzen haben. Sie empfinden insbesondere eher anwendungsbezogenes Wissen als relevant, während die Relevanz von Konzeptwissen, auf welchem dieses Produktwissen nachhaltig und transferierbar aufbauen sollte, in gezielt ausgerichteten Angeboten noch mehr verdeutlicht werden muss.

Die beiden anderen Beiträge fokussieren auf die dritte Phase der Lehrkräftebildung: In den letzten Jahren wurden bereits verschiedene Angebote zur Integration von informatischer Bildung in die allgemeine Lehramtsausbildung an Universitäten entwickelt und beforscht (Arbeitskreis Lehrkräftebildung der GI, 2023). Die Ergebnisse solcher universitären Angebote zeigen eine Reihe von Gestaltungsprinzipien für Kursangebote zur Vermittlung informatischer Bildung speziell für Lehrkräfte in der ersten Phase auf. Doch um einen tatsächlichen Wandel in der Praxis zu erreichen, müssen zusätzlich zu diesen universitären Kursangeboten auch Fortbildungsangebote für bereits im Schuldienst befindliche Lehrkräfte entwickelt werden, die informatische Bildung adressieren. Im Gegensatz zur universitären Ausbildung von Lehrkräften stehen Weiterbildungsangebote für bereits praktizierende Lehrkräfte an Schulen vor anderen Herausforderungen und Problemen.

Im zweiten Beitrag stehen die professionsbezogenen Kompetenzen aller Lehrkräfte im Fokus, d. h. insbesondere auch die außerunterrichtlichen Kompetenzen, die von allen Lehrkräften im Schulalltag benötigt werden und wie diese im Rahmen von Fortbildungen adressiert werden können. Informatische Bildung hilft bei der Analyse der Funktionsweise gegebener Systeme: Zu wissen, wie Computer, Tablets, Smartphones, also Informatiksysteme, Daten verarbeiten, liefert einen wichtigen Beitrag, um eine reflektierte Nutzung solcher Systeme zu ermöglichen. Auf dieser Basis ist dann eine Entscheidung für bzw. gegen ein System möglich. Die Frage, welche Faktoren für eine Verbreitung von Informatik-Fortbildungsmaterialien eher förderlich bzw. hemmend sind, ist Gegenstand des aktuellen Projektes ComeMINT.

Im dritten Beitrag wird das Projekt DigiProMin vorgestellt. Ausgangspunkt hier ist die digitalisierungsbezogene Veränderung der wissenschaftlichen Bezugsdisziplinen und deren Einfluss auf fachliche Bildung. So werden etwa im naturwissenschaftlichen Unterricht mithilfe von Simulationen und Datenanalysen Erkenntnisse gewonnen. Um diese Veränderungen, die sowohl Inhalte wie Künstliche Intelligenz als auch Methode wie Datenanalysen oder Simulationen betreffen, im Unterricht fundiert adressieren zu können, sind informatische Kompetenzen nötig. Angelehnt an das DPACK-Modell (Döbeli Honegger, 2021) werden daher forschungsbasiert digital gestützte Professionalisierungsbausteine zu informatischer Grundbildung für MINT-Lehrkräfte entwickelt und evaluiert (Grundlagen der Digitalisierung im MINT-Fachkontext; Simulation und Modellierung sowie Data Literacy und Künstliche Intelligenz in fachlichen Kontexten).

Im Symposium werden Möglichkeiten der institutionellen Verankerung informatischer Bildung sowie Inhalte und Gelingensbedingungen bzgl. Fortbildungsangeboten diskutiert.

Beiträge des Symposiums

Informatik-Grundlagen für Lehramtsstudierende

Barbara Pampel
Universität Konstanz

Da Studienanfängerinnen und -anfänger meist ohne oder mit nur sehr geringen Informatik-Kompetenzen aus der Schulzeit kommen, sollten diese im Verlauf des Studiums erworben werden. Untersuchungen zeigen allerdings immer wieder eine recht kritische Haltung vieler Lehramtstudierender gegenüber digitalen Medien bzw. insbesondere deren informatischen Grundlagen, zum Beispiel eine, verglichen mit anderen Fachgruppen, geringere Motivation für den Einsatz und damit auch weniger situationsgerechte Nutzung von digitalen Medien (Schmid, Goertz und Behrens, 2017) und tatsächlich auch Kompetenzdefizite im Vergleich zu Studierenden anderer Fachrichtungen, vor allem für Lehramtsstudierende ohne MINT-Fach (Senkbeil, Ihme und Schöber, 2020). Auch schätzen große Teile ihre Kompetenzen als eher niedrig ein (Döbeli Honegger und Hielscher, 2017; Rubach und Lazarides, 2021). Ein ähnliches Bild zeigt sich bei aktiven Lehrkräften. Hier finden Untersuchungen Unsicherheit und Fehlkonzepte (Dengel und Heuer, 2017) bei vielen grundlegenden Informatik-Themen. Auch in Studien, in welchen die befragten Lehrkräfte sich bei der Nutzung digitaler Medien für eigene Lernzwecke, deren technischer Handhabung und der Unterstützung der Kinder noch relativ sicher fühlen, äußern sie den Wunsch nach technischer Unterstützung (Suter u. a., 2019) bzw. mehr Sicherheit bei informatischem Hintergrundwissen (Breiter u. a., 2020). Niederschwellige Angebote und expliziter Praxisbezug an geeigneter Stelle können einer Unsicherheit entgegenwirken und auch dem Einsatz digitaler Medien eher kritisch gegenüberstehende Studierende können zu einer Teilnahme an Wahlmodulen bzw. im Falle einer Pflichtveranstaltung für eine überzeugte Mitarbeit motiviert werden, wenn es gelingt, Themen zu identifizieren, für welche sie selbst Defiziteerkennen. Solche Themengebiete konnten wir durch eine Befragung von Lehramtsstudierenden mit rund 125 Teilnehmenden unserer Hochschule finden (Braun, Seiss und Pampel, 2023b). Durch den Vergleich einer Einschätzung der eigenen Kompetenz und der Einschätzung zur Relevanz für den Lehrberuf lässt sich unter anderem ableiten, in welchen Themenbereichen und Aspekten die Studienteilnehmenden Kompetenz-Defizite sehen. Für eine gegebenenfalls auch fachspezifische Ausrichtung interessante Unterschiede zeigen sich darüber hinaus insbesondere zwischen Studierenden mit mindestens einem mathematisch-naturwissenschaftlichen Fach, dem Fach Informatik oder MINT-freiem Hintergrund.

Darüber hinaus zeigt sich, dass Lehrangebote sich bemühen sollten, die Zusammenhänge zwischen den theoretischen Grundlagen, die als vermeintlich nicht besonders relevant eingeschätzt werden, und den eher anwendungsbezogenen, darauf aufbauenden Aspekten aufzuzeigen, welche die Studierenden wiederum als durchaus relevant beurteilen. Letztendlich ist angesichts der sich rasant weiter entwickelten Anwendungen nur grundlegendes Konzeptwissen wirklich nachhaltig, auch wenn Nutzer genau dieses eher scheuen und lieber schnell ans Ziel der konkreten Einsatzszenarien und detailliert beschriebenen Verwendung (≫Klickpfade≪) kommen möchten. Unter Lehramtsstudierenden und Lehrkräften aller Fächer sollte ein Bewusstsein dafür geschaffen werden, dass es langfristig sinnvoller ist, Konzeptwissen aufzubauen, welches den Einstieg in vielfältige Neuerungen und innovative Anwendungen erleichtert und den Umgang damit sicherer und versierter macht.

Auf der Basis dieser Erkenntnisse wurde eine Lehrveranstaltung für Lehramtsstudierende (Braun, Seiss und Pampel, 2023a) an der Universität Konstanz weiterentwickelt. Als Wahlmodul passt diese nicht in den Studienplan aller Studierenden, konkurriert mit Seminaren zu anderen wichtigen bildungswissenschaftlichen Themen und ist bisher noch nicht verpflichtend im Curriculum verankert. Daher wurde zusammen mit Mitarbeitenden aus dem QLB-Projekt Edu 4.0 ein noch niederschwelligeres Angebot ausgearbeitet: Als Teil eines offenen Selbstlernangebots zur Förderung grundlegender Kompetenzen zum Einsatz digitaler Medien in der Hochschullehre sowie im Schulunterricht wurden interaktive digitale Selbstlerneinheiten zu einem Modul Informationstechnologie und Medien zusammengestellt, welche eine Auswahl von Informatik-Grundlagen für den Einsatz digitaler Medien vermitteln. Sie stehen als OER-Materialien nicht nur Studierenden zur Verfügung, sondern werden, z. B. auch im Rahmen des Projektes MINT-ProNeD, Lehrkräften empfohlen, nachdem wir auch hier immer wieder großer Skepsis und Scheu gegenüber dem Einsatz von Informatik-Systemen begegnet sind, besonders der Sorge, unvorbereitet an die Grenzen des eigenen Wissens zu stoßen und bei technischen Problemen nicht reagieren zu können. Ob aus diesen Modulen noch ein strukturiertes Fortbildungs-Angebot für Lehrkräfte entwickelt wird, ist derzeit noch offen.

Informatische Kompetenzen im Lehrkräfte-Alltag

Torsten Brinda¹, Ira Diethelm², Matthias Kramer¹, Denise Schmitz³
¹Universität Duisburg-Essen, ²Carl von Ossietzky Universität Oldenburg, ³Bergische Universität Wuppertal, Deutschland

Die Tätigkeiten von Lehrkräften im schulischen Alltag können zum größten Teil den Bereichen Unterrichten, Erziehen, Beurteilen und Innovieren zugeordnet werden (Sekretariat der KMK, 2022). Innerhalb dieser Tätigkeiten treten fortlaufend Situationen auf, in denen informatische Kompetenzen mindestens einen hilfreichen Beitrag leisten können. Wird bspw. von Lehrkräften verlangt, dass sie ≫digitale Technologien für die Zusammenarbeit und eigene Professionalisierung einschließlich ihrer Vor- und Nachteile≪ kennen (Sekretariat der KMK, 2022, S. 15), so scheint es zumindest hilfreich, wenn die für die Zusammenarbeit zu verwendenden Werkzeuge daraufhin untersucht werden, wie und wo diese die anfallenden Daten verarbeiten. Diese informatische Sichtweise kann Entscheidungen für oder gegen Werkzeuge sinnvoll unterstützen. Der Arbeitskreis Lehrkräftebildung der Gesellschaft für Informatik hat analog zu dem oben genannten Beispiel Empfehlungen für Informatikkompetenzen für alle Lehrkräfte formuliert, die anhand der KMK-Bereiche strukturiert sind (GI 2023). In den Empfehlungen werden anhand der von der KMK geforderten Kompetenzen (Sekretariat der KMK, 2022) Handlungsbeispiele sowie konkrete informatische Kompetenzen beschrieben, die von einer fiktiven Lehrkraft Kim in ihrem Berufsalltag ausgeführt werden. Die genannten Kompetenzen werden außerdem mit Bereichen der GI-Bildungsstandards (Gesellschaft für Informatik e. V., 2008) sowie des Gemeinsamen Referenzrahmens Informatik (GeRRI) (Röhner u. a., 2020) in Verbindung gesetzt. Ähnlich zur Arbeitsweise des GI-Arbeitskreises sind auch die Mitarbeitenden der Community of Practice (CoP) Informatische Grundbildung/Digitalisierung als Lerngegenstand des Projektes Communities of Practice NRW für eine innovative Lehrkräftebildung (ComeIn) (Brinda u. a., 2023) vorgegangen. In der CoP wurde ein modulares Konzept zur informatischen Bildung für alle Phasen der Lehrkräftebildung inkl. konkretem Material entwickelt. Anhand verschiedener Bildungsdokumente (z. B. KMK Strategie zur ≫Bildung in der digitalen Welt≪ (Sekretariat der KMK, 2016)) wurden neun Veranstaltungsmodule entwickelt, die flexibel in allen Phasen der Lehrkräftebildung eingesetzt werden können. In den Modulen werden mithilfe von Situationen aus dem Lehrkräftealltag informatische Themen motiviert, zu denen Lehrkräfte Kompetenzen entwickeln sowie mit praktischen Übungen vertiefen können. Ein Beispiel für ein solches Modul ist das Modul ≫Digitale Selbstverteidigung≪ bei dem anhand der Situation einer Phishing-Mail informatische Themen wie bspw. Authentifizierungsmethoden und deren Schwächen, aufkommende Daten im Internet und deren Auswirkungen oder Schadsoftware und dem Schutz vor diesen angesprochen werden. Dadurch wird z. B. die Kompetenz ≫Risiken und Gefahren in digitalen Umgebungen kennen, reflektieren und berücksichtigen≪ (Sekretariat der KMK, 2016, S. 17) adressiert, indem die Funktionsweise von Netzwerken aufgezeigt wird und die daraus resultierenden Auswirkungen auf das Tracking von Daten bei der Nutzung von Internetdiensten von den Teilnehmenden des Moduls erprobt wird. Einzelne der im Projekt ComeIn entwickelten Veranstaltungsmodule sowie Fortbildungen zum Material IT2School (Riefling, Fandrich und Diethelm, 2020), das Informatik-unterrichtende Lehrkräfte adressiert, werden im Projekt ComeMINT auf Gelingensbedingungen untersucht sowie hinsichtlich fächerübergreifenden Aspekten (z. B. Bildung für nachhaltige Entwicklung und Inklusion) weiterentwickelt. Ähnlich zum ersten Beitrag dieses Symposiums konnte bereits in Erprobungen des ComeIn-Materials festgestellt werden, dass Personen aller Phasen der Lehrkräftebildung konkrete Produkthandhabung gegenüber Konzeptwissen bevorzugen, wenngleich dieses spezifische Produktwissen schwerer auf neue Umgebungen transferierbar ist. Insofern stellt der exemplarische Einbezug konkreter Produkte aus dem Alltag der Lehrkräfte bei gleichzeitiger Vermeidung einer Produktschulung bereits eine Gelingensbedingung dar.

Gestaltungsprinzipien für Fortbildungen zu informatischer Grundbildung für praktizierende Lehrkräfte

Luisa Gebhardt¹, Anika Cichalla², Ralf Romeike², Tilman Michaeli¹
¹Technische Universität München, ²Freie Universität Berlin

Die digitale Transformation verändert nicht nur unseren Alltag, wie wir miteinander kommunizieren und Technologien einsetzen, sondern auch die Wissenschaft, für die sich neue Inhalte, Methoden und Werkzeuge ergeben. Grundlage und Triebkraft dieser digitalisierungsbezogenen Veränderungen ist die Informatik. So bearbeiten beispielsweise die Bioinformatik, Geoinformatik oder die Medizininformatik forschungsbereich-spezifische Fragestellungen mit Hilfe von Methoden der Informatik (Riedel u. a., 2008). Diese Entwicklung beschränkt sich jedoch nicht auf diese sogenannten ≫Bindestrich≪-Informatiken. So werden Methoden wie Simulation und Datenanalyse (inkl. Verfahren der KI) als drittes und viertes Standbein der Wissenschaft bezeichnet und in allen Wissenschaftsdisziplinen (vgl. etwa auch die Digital Humanities) zur Erkenntnisgewinnung genutzt (Tolle, Tansley und Hey, 2011). Diese Veränderung in den Bezugswissenschaften beeinflusst auch die jeweiligen Fächer an Schulen. Beispielsweise werden im Unterricht Simulationen zur Wettervorhersage erstellt oder Daten eines Experimentes zur Erarbeitung des zugrundeliegenden physikalischen Gesetzes ausgewertet. Um diese digitalisierungsbezogenen Veränderungen analysieren, aufgreifen und im Fachunterricht angemessen adressieren zu können (vgl. DPACK-Modell (Döbeli Honegger, 2021)), benötigen Lehrkräfte aller Fächer entsprechende informatische Kompetenzen (Seegerer, Michaeli und Romeike, 2023). Während entsprechende Angebote zur Integration grundlegender informatischer Konzepte in der universitären Lehrkräfteausbildung bereits existieren und verschiedene Gestaltungsprinzipien identifiziert wurden (siehe z. B. Seegerer, Michaeli und Romeike (2023)), muss insb. auch die dritte Phase der Lehrkräftebildung mit ihren speziellen Anforderungen in den Blick genommen werden. So müssen begrenzten zeitlichen Kapazitäten, die Ortsgebundenheit und die unterschiedliche Motivation der Lehrkräfte bedacht werden. Aufgrund dieser unterschiedlichen Rahmenbedingungen der universitären Lehrkräfteausbildung und Fortbildungen für bereits praktizierende Lehrkräfte unterscheiden sich die Gestaltungsprinzipien und Erfolgsfaktoren für Angebote stark. In diesem Beitrag berichten wir aus dem DigiProMIN-Projekt und unserem Ansatz, informatische Grundbildung in der dritten Phase zu verankern. Unter Berücksichtigung der spezifischen Bedürfnisse der Zielgruppe Lehrkräfte entwickeln wir in einem Design Based Research Ansatz Fortbildungsangebote für Lehrkräfte der Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (MIN). Die Zielsetzung des Projekts ist es, Gestaltungsprinzipien für solche Angebote zu identifizieren. Im Rahmen des Online-Fortbildungsangebots erwerben MIN-Lehrkräfte informatische Grundkenntnisse im Kontext ihrer Fächer niederschwellig und selbstständig. Dazu ist das Fortbildungsangebot in drei Module unterteilt: Das Grundmodul führt in die Grundlagen der Digitalisierung sowie Codierung ein. Aufbauend auf diesem Modul können die teilnehmenden Lehrkräfte zwischen zwei, voneinander unabhängigen Aufbaumodule auswählen. Das erste Aufbaumodul erklärt Grundlagen der Modellierung und Simulation im fachlichen Kontext, während das zweite Aufbaumodul Data Literacy und Künstliche Intelligenz (KI) in Bezug auf die Fächer der Lehrkräfte vermittelt. Zur initialen Gestaltung der Module haben wir auf die Gestaltungsprinzipien aus der universitären Lehrkräfteausbildung zurück gegriffen und diese an die bereits identifizierten, spezifischen Bedürfnisse von Lehrkräften an Schulen bezüglich Fortbildungen angepasst (Cichalla u. a., 2024): Die Module vermitteln möglichst reduziertes Konzeptwissen und stellen unter Zuhilfenahme gängiger Tools den Bezug dieser informatischen Konzepte zu den Fächern der jeweiligen MINT-Lehrkraft her. Zusätzlich bieten die Aufbaumodule Ideen für die Integration der gelernten Inhalte in den eigenen Unterricht und verweisen auf existierende Beispiele für die Unterrichtspraxis. Mithilfe von Transferaufgaben und dem asynchrone Austausch im Rahmen der Fortbildung mit anderen Teilnehmenden werden die gelernten Inhalte reflektiert. Die Fortbildungsmodule, sowie die zugrunde liegenden Gestaltungsprinzipien werden mittels Design Based Research in mehreren Durchläufen evaluiert und weiter an die spezifischen Bedürfnisse der praktizierenden Lehrkräfte angepasst. Anhand erster Ergebnisse aus dieser Evaluation werden wir in unserem Beitrag Gestaltungsprinzipien und Erfolgsfaktoren, wie informatische Grundbildung für praktizierende Lehrkräfte gelingen kann, vorstellen und diskutieren.

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