Modellierung informatischer Anforderungen und Fähigkeiten

Für das junge Schulfach Informatik existieren meist nicht empirisch sondern fachlich begründete Kompetenzmodelle, die einen Sollzustand beschreiben. Bislang fehlen Ansätze, die den Istzustand modellieren und einen Bezugsrahmen liefern, in dem informatikspezifische Anforderungen von Aufgaben und die korrespondierenden Fähigkeiten von Schülern darstellbar sind. In dieser Arbeit wird eine Methodik erprobt, ein solches Strukturmodell auf empirisch-analytischem Weg zu gewinnen. Das Modell soll sichtbar machen, welche Dimensionen das System kognitiver Anforderungen und Fähigkeiten aufspannen, die charakteristisch für die Informatik in der Sekundarstufe sind.
Als umfangreiches Untersuchungsmaterial stehen die Aufgaben und Schülerantworten des Online-Wettbewerbs Informatik-Biber zur Verfügung, der jährlich mehrere Tausend Teilnehmer aller Schularten und Jahrgangsstufen der Sekundarstufe verzeichnet, Mädchen wie Jungen. Davon ausgehend, dass neben dem Fachinhalt kognitive Kriterien wie der Abstraktionsgrad oder die Lernzielstufe die Aufgabenschwierigkeit bestimmen, wird ein Katalog informatikspezifischer Merkmale erstellt. In einer Expertenbefragung werden die Wettbewerbsaufgaben nach den Merkmalen klassifiziert.
Eine Clusteranalyse der Aufgaben arbeitet vier Typen heraus: Wiedergabe, Verständnis, Anwendung und Problemlösung, die als Anforderungsdimensionen interpretiert werden. Weiter führt die Idee, dass ein Schüler, der etwa abstrakte Aufgaben löst, die Fähigkeit besitzt, mit Abstraktion umzugehen. Die Aufgabenmerkmale werden mit den Antwortmustern der Teilnehmer zu Merkmalsmustern verknüpft. Faktorenanalysen dieser Muster berechnen Faktoren, die als Fähigkeitsdimensionen interpretiert werden. Hier tritt die Datenproblematik zutage, die darin besteht, dass die Merkmale bereits im Aufgabensatz nur in bestimmten Kombinationen vorkommen. Sie sind konfundiert.
So ist das Ergebnis der Aufgabenanalyse ein fundierter Entwurf eines mehrdimensionalen Anforderungsmodells. Der Ertrag aus der Analyse der Schülerantworten und Merkmalsmuster ist zunächst ein Vorgehensbericht, der auch die Konfundierung thematisiert, die die Gültigkeit des Fähigkeitsmodells in Frage stellt. Um die Fähigkeitsdimensionen zu überprüfen, wird ein Leitfaden für weitere Iterationen der Modellentwicklung erstellt, der die gezielte Aufgabenkonstruktion emp fiehlt.

Teammitglieder

Dr. rer. nat.

Position:
ehem. Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Prof. Dr. Torsten Brinda

Prof. Dr.

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Publikationen

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  • Hansky, S.; Schlüter, K.; Brinda, T.: Typical Errors of Learners in Informatics Tasks of the International Bebras Contest. In: Ifip (Hrsg.): Proceedings of the IFIP Working Conference "ICT and Informatics in a Globalized World of Education". 2011. BIB DownloadDetails
  • Schlüter, K.: Eine Studie zu den Merkmalen der Aufgabenschwierigkeit am Beispiel eines Informatik-Schülerwettbewerbs. Erster Teil: Aufgabenklassifizierung. In: Koerber, B. (Hrsg.): Zukunft braucht Herkunft - 25 Jahre "INFOS - Informatik und Schule". Köllen, Bonn 2009, S. 181-192. BIB DownloadDetails

    Als erster Schritt einer Studie mit dem Ziel, den Kompetenzanspruch von Informatik-Aufgaben zu modellieren, wurde im Rahmen einer Umfrage unter Informatik-Didaktikern an Schulen und Universitäten eine Klassifizierung der Aufgaben eines Informatik-Schülerwettbewerbs für die Sekundarstufe erarbeitet. In diesem Artikel werden die Auswertungsmodalitäten und die Ergebnisse beschrieben, auf deren Basis im weiteren Verlauf der Studie die relevanten Kriterien der Aufgabenschwierigkeit bestimmt und kategorisiert werden.

    Volltext

  • Schlüter, K.; Brinda, T.: The Attributes of Task Difficulty in Informatics in Secondary Education - First Results of an Empirical Study. In: Acm (Hrsg.): Proceedings of the 2009 ACM SIGCSE Annual Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education (ITiCSE 2009, Paris). ACM Press, New York 2009, S. 357-357. BIB DownloadDetails

    In the poster, the first results of an empirical study in progress are presented. The study is directed to modeling the competence requirements of tasks in informatics. Initially the focus is on the relevance of a catalog of criteria affecting the task difficulty, where relevance is supposed to mean the practicability as well as the interrelation between criteria and competence requirements.

    Full text in the ACM Digital Library

  • Schlüter, K.: Je schwieriger die Aufgabe, desto klüger der Kopf?. In: Brinda, T.; Fothe, M.; Hubwieser, P.; Schlüter, K. (Hrsg.): Didaktik der Informatik - Aktuelle Forschungsergebnisse - 5. Workshop der GI-Fachgruppe "Didaktik der Informatik". Köllen, Bonn 2008, S. 77-86. BIB DownloadDetails

    Ausgehend von der Annahme, dass die Schwierigkeit einer Aufgabe den Kompetenzanspruch bestimmt, wird ein Denkansatz zur Entwicklung eines Kompetenzmodells der Informatik in der Sekundarstufe vorgestellt. Anhand von Aufgabenbeispielen werden die charakterisierenden Schwierigkeitsmerkmale herausgearbeitet. Aus den Merkmalen werden die Dimensionen des Modells konstruiert. Erste Schritte der Umsetzung des Vorhabens anhand empirischer Daten eines aktuellen Informatik-Schülerwettbewerbs werden diskutiert.

    Volltext

  • Schlüter, K.; Brinda, T.: From exercise characteristics to competence dimensions - exemplified by theoretical computer science in secondary education. In: Ifip (Hrsg.): Proceedings of the Joint Open and Working IFIP Conference on ICT and Learning for the Net Generation - LYICT 2008. 2008. BIB DownloadDetails
  • Schlüter, K.; Brinda, T.: Characteristics and Dimensions of a Competence Model of Theoretical Computer Science in Secondary Education. In: Acm (Hrsg.): Proceedings of the 13th Annual Conference on Innovation and Technology in Computer Science Education (ITICSE 2008, Madrid). ACM Press, New York 2008, S. 367-367. BIB DownloadDetails
  • Schlüter, K.; Brinda, T.: Auf dem Weg zu Bildungsstandards für Konzepte der Theoretischen Informatik in der Sekundarstufe. In: Schubert, S. (Hrsg.): Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis - INFOS 2007. Köllen, Bonn 2007, S. 283-294. BIB DownloadDetails

    Die Konzepte der Theoretischen Informatik (TI) sind ebenso fundamental wie abstrakt und anspruchsvoll in der Vermittlung. Zur Orientierung der Lehrenden in der Sekundarstufe bedarf es daher in besonderem Maße konkreter Bildungsstandards für die TI. In dieser Arbeit wird ein Ansatz zur Gewinnung von Kompetenzen und Kompetenzstufen als Bausteine eines Kompetenzmodells der TI entwickelt. Exemplarisch werden unterrichtsrelevante Fachinhalte strukturiert dargestellt, Kompetenzziele und Aufgaben formuliert und ein Konzept zur Unterscheidung von Niveaustufen der TI-Kompetenz vorgestellt.

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  • Puhlmann, H.; Brinda, T.; Fothe, M.; Friedrich, S.; Koerber, B.; Röhner, G.; Schulte, C.: Grundsätze und Standards für die Informatik in der Schule. Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe I. Empfehlungen der Gesellschaft für Informatik e. V. erarbeitet vom Arbeitskreis "Bildungsstandards". In: LOG IN, Jg. 28 (2008) Nr. 150. BIB DownloadDetails
  • Brinda, T. (Hrsg.): Informatische Bildung an der Realschule. Themenheft der Zeitschrift LOG IN. LOG IN 28 (2008), Nr. 150/151, 2008. BIB DownloadDetails
  • Brinda, T.; Mägdefrau, J.: Zur Gestaltung der informatischen Bildung an Realschulen. Eine kriterienorientierte Betrachtung. In: LOG IN, Jg. 28 (2008) Nr. 150, S. 10-16. BIB DownloadDetails

Vorträge

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  • Schlüter, K.: Aufgabenschwierigkeit und Kompetenzdimensionen - Bildungsstandards der Theoretischen Informatik - Eingeladener Vortrag; Didaktik-Kolloquium der Fachgruppe Didaktik der Informatik udn E-Learning der Universität Siegen, 12.06.2008, Universität Siegen, Siegen.