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Blogbeitrag

‚Computational Thinking’ und Informatik in der Schule in Europa

Das Joint Research Center (JRC) der Europäischen Kommission hat im März 2022 die Studie „Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education“ veröffentlicht, in der die Integration von Computational Thinking’ und Informatik in der Schule in Europa evaluiert wird und Handlungsempfehlungen formuliert werden: Besser ausgebildete Lehrkräfte in Informatik, kontinuierliche Integration von Informatik in die Curricula von der Primar- bis zur Sekundarstufe und eine strukturierte Evaluierung der Integration von Informatik in die Curricula

In den letzten Jahren haben viele europäische Länder ihre Lehrpläne für die allgemeinbildenden Schulen überarbeitet und grundlegende Konzepte der Informatik in die Schulcurricula aufgenommen. Dies hat den Weg für die Entwicklung der Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler im Bereich des Computational Thinking (CT) geebnet. Weitere Impulse in diese Richtung gehen vom Aktionsplan für digitale Bildung 2021-2027 der Europäischen Kommission aus, in dem eine qualitativ hochwertige Informatikausbildung ein Schlüsselelement zur "Verbesserung der digitalen Fähigkeiten und Kompetenzen für die digitale Transformation" ist. Trotz der zunehmenden Akzeptanz gibt es eine Reihe von Problemen und Herausforderungen bei der effektiven Integration von Computerkompetenzen in die verpflichtende Schulbildung.

Nun hat das Joint Reserch Center (JRC) der Europäischen Kommission einen Bericht veröffentlicht, der die Ergebnisse einer Studie der Kommission zum Computational Thinking aus dem Jahr 2016 aufgreift und einen aktualisierten Überblick über die Situation in 22 EU-Mitgliedstaaten und 8 Nicht-EU-Ländern bietet. Im Rahmen der Studie „Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education“  wurde ein breites Spektrum an Fakten zusammengetragen, die durch eine systematische Literaturrecherche, eine Umfrage bei Vertretern der Bildungsministerien, zwei Online-Konsultationsveranstaltungen und eingehenden Fallstudien in neun europäischen Ländern mit halbstrukturierten Interviews mit Experten, politischen Entscheidungsträgern, Schulleitern und Lehrern sowie Fokusgruppen mit Schülern erhoben wurden. Als Gesellschaft für Informatik haben wir uns ebenfalls in diesen Prozess eingebracht.

Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education

Der Bericht erörtert wichtige Entwicklungen in Bezug auf die Integration von CT-Kompetenzen in die verpflichtende Schulbildung in Europa zwischen 2016 und 2021. Er bietet auch eine umfassende Zusammenfassung der Erkenntnisse, einschließlich elf Empfehlungen für Politik und Schulpraxis. Deutschland wurde leider nicht betrachtet, allerdings sind die Einblicke in die übrigen Länder auch sehr aufschlussreich.

Betrachtet man die Situation in den 29 europäischen Ländern, die für diesen Bericht analysiert wurden, so haben 18 EU-Mitgliedstaaten und sieben weitere europäische Länder bereits grundlegende Konzepte der Informatik bis zu einem gewissen Grad in ihren verpflichtenden Lehrplänen für die Entwicklung von CT-Fähigkeiten eingeführt: Österreich/AT, Belgien/BE, Zypern/CY, Griechenland/EL, Spanien/ES, Finnland/FI, Frankreich/FR, Kroatien/HR, Ungarn/HU, Irland/IE, Litauen/LT, Luxemburg/LU, Malta/MT, Polen/PL, Portugal/PT, Rumänien/RO, Schweden/SE, Slowakei/SK, Schweiz/CH, Georgien/GE, Israel/IL, Norwegen/NO, Serbien/RS, Russland/RU und England/UK-ENG.

Darüber hinaus implementiert ein Mitgliedstaat in großem Umfang Pilotmaßnahmen dieser Art: Dänemark/DK. Drei weitere Mitgliedstaaten unternehmen Anstrengungen in dieser Richtung: Tschechien/CZ, Italien/IT, Slowenien/SI. Von den 29 analysierten europäischen Ländern, haben 12 Mitgliedstaaten und fünf andere europäische Länder bereits grundlegende Informatikkonzepte verpflichtend in der Grundschule und in der Sekundarstufe I Schulen eingeführt: AT, EL, FI, FR, HU, LT, LU, MT, PL, PT, SE, SK sowie CH, NO, RS, RU und UK-ENG.

Drei Ansätze zur Integration von Computational Thinking und Informatik in der Schule

Die Positionierung grundlegender Konzepte der Informatik in den gesetzlichen Lehrplänen zur Entwicklung von CT-Fähigkeiten ist von Land zu Land unterschiedlich. Drei verschiedene Ansätze zur Integration werden verfolgt:

  • als fächerübergreifendes Thema – grundlegende CT-Konzepte werden in allen Fächern behandelt, und alle Lehrkräfte sind gemeinsam für die Entwicklung von Computational-Thinking-Fähigkeiten verantwortlich;
  • als Teil eines eigenständigen Fachs – grundlegende CT-Konzepte werden in einem mit der Informatik verbundenen Fach (z.B. Informatik) unterrichtet;
  • in anderen Fächern – grundlegende CT-Konzepte werden in einige Lehrplanfächer integriert (z.B. Mathematik und Technik).

In der Primarstufe wird in der Regel eine Kombination aus diesen drei Ansätzen gewählt. In fünf Ländern (FI, LU, PT, SE und RU) werden CT-Fähigkeiten als Teil eines fächerübergreifenden Themas und innerhalb anderer Fächer entwickelt. In weiteren fünf Ländern (EL, HR, LT, PL, SK) sind CT-Fähigkeiten Teil eines separaten Fachs und werden auch als fächerübergreifendes Thema behandelt. In Zypern schließlich sind die CT-Fähigkeiten Teil eines eigenen Fachs und werden auch in anderen Fächern behandelt. CT-Fähigkeiten werden in drei Ländern (AT, LU, MT) als rein fächerübergreifendes Thema behandelt. Im Grundschulbereich decken Lehrkräfte in ihrer Praxis mehrere Fächer ab, ohne notwendigerweise über Fachwissen in jedem einzelnen Fach zu verfügen. Diese Situation begünstigt die Integration in einer Weise, in der CT-Fähigkeiten als fächerübergreifendes Thema mit einem anderen der Ansätze kombiniert werden.

In der Sekundarstufe I rückt die fachspezifische Spezialisierung in den Vordergrund. Hier werden in 16 Ländern die KV-Fähigkeiten in erster Linie integriert als Teil eines separaten Informatikfachs integriert (AT, EL, HR, HU, IE, LT, LU, MT, PL, RO, SK - und CH, IL, RS, RU, UK-ENG). In sechs Ländern werden sie im Rahmen anderer Fächer behandelt (FI, FR, PT, SE - und GE, NO).

Aus den Fallstudien in neun europäischen Ländern geht hervor, dass sich die grundlegenden Informatik-Konzepte auf die Beziehung zwischen "Algorithmen" und "Programmierung" fokussieren, die altersgerecht verschiedene Ebenen der Komplexität umfassen. Diese Sichtweise auf Computational Thinking wird als Problemlösungskompetenz verstanden, die die Formulierung und Entwicklung der Lösung (Algorithmen) und den Implementierungsprozess (Programmierung) umfasst. Diese Informatik-Konzepte bilden die Grundlage für CT-Fähigkeiten der Schülerinnen und Schüler und ihr wissenschaftsbasiertes Verständnis für die digitalen Welt.

Pädagogische Ansätze zur Vermittlung von Computational Thinking

Im Allgemeinen beinhalten wirksame pädagogische Ansätze zur Entwicklung von Informatikkenntnissen die Arbeit an realen Problemen und die Ermutigung der Schüler, ihre eigenen Programme, Anwendungen, Animationen, Videospiele usw. zu erstellen. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Berücksichtigung von Entwicklungszyklen bei der Programmierung. In der Primarstufe gehören zu den gängigen pädagogischen Ansätzen spielerisches Lernen, Learning by Doing, Lernen aus Fehlern und die Arbeit in kleinen Gruppen. Die Schülerinnen und Schüler werden durch praktische, spielerische Übungen mit programmierbaren Robotern und blockbasierten visuellen Programmierumgebungen an die grundlegenden Informatikkonzepte herangeführt. Durch die Steuerung von Robotern oder die Entwicklung von einfachen Programmen durch eine Abfolge von Anweisungen, werden die Lernenden allmählich von passiven Konsumenten der Technologie zu Gestalter*innen digitaler Objekte.

In der Sekundarstufe I konzentrieren sich die Ansätze auf Problemlösungskompetenzen und logisches Denken, die Förderung der Autonomie der Schüler*innen durch projektbasiertes Lernen, spielbasierte Ansätze, Paarprogrammierung und individuelles Lernen. Der Wert der Fehlersuche als Strategie wird sowohl in der Grundschule als auch in der Sekundarstufe I genutzt, um eine Kultur des Lernens durch Fehler zu entwickeln.

In der Primar- und der unteren Sekundarstufe beruht die formative Bewertung der CT-Fähigkeiten der Lernenden hauptsächlich auf der Beobachtung durch die Lehrkräfte bei der Entwicklung von Projekten und der Lösung von Problemen; Quizspiele (z. B. Informatik-Biber-Aufgaben), Übungen und Umfragen zur Bewertung der CT-Fähigkeiten werden ebenfalls häufig eingesetzt. In der Sekundarstufe I nimmt die summative Bewertung der CT-Fähigkeiten eine wichtigere Rolle ein (z. B. durch Prüfungen und E-Portfolios), und der Schwerpunkt liegt mehr auf der Beherrschung der Programmieraufgaben und dem Verständnis der vorgeschlagenen Lösungen.

Ausgebildete Lehrkräfte, mehr Raum im Curriculum und geeignete Bewertungsmethoden

Diese Lehr- und Bewertungsansätze erfordern jedoch pädagogische und inhaltliche Kenntnisse, die von den meisten Lehrkräften, die an der Umsetzung des Informatikunterrichts auf der Pflichtebene beteiligt sind, erst noch erworben werden müssen. In der gesamten Primar- und Sekundarstufe I haben sich drei große Herausforderungen herauskristallisiert: (1.) Die bei weitem wichtigste ist die Fortbildung und Unterstützung der Lehrkräfte, gefolgt von (2.) der Konkurrenz durch andere Lehrplanprioritäten und (3.) der Einführung geeigneter Bewertungsmethoden. Die wichtigsten politischen Empfehlungen für eine hochwertige Informatikausbildung konzentrieren sich daher auf diese drei entscheidenden Bereiche.

Es sind große Anstrengungen bei der beruflichen Weiterbildung der Lehrkräfte gefordert, um die Lehrenden inhaltlich und pädagogisch weiterzubilden. Dies ist besonders wichtig, da viele Lehrkräfte keine Erfahrung mit dem Informatikunterricht haben. Dementsprechend sind eine Reihe wesentlicher Maßnahmen erforderlich, wie z. B. (i) die Bereitstellung einer qualitativ hochwertigen Ausbildung, die regelmäßige mittel- und langfristige Ausbildungsmaßnahmen erfordert, und (ii) eine qualitative methodische Unterstützung der Lehrkräfte bei der altersgerechten Vermittlung grundlegender Informatik-Konzepte beim Übergang von einer Klassenstufe zur nächsten.

Informatik als obligatorischer Teil der Lehrkräfteausbildung

Die Lehrkräfte müssen Sicherheit im Umgang mit grundlegenden Informatikinhalten und geeigneten, fundierten pädagogischen Ansätzen gewinnen, die der Art und den Anforderungen ihrer Schüler*innen entsprechen. Zu diesem Zweck sollte die berufliche Entwicklung Hand in Hand mit der Aktivierung von Unterstützungsmaßnahmen gehen, wobei der Schwerpunkt auf kollaborativen Peer-Support-Maßnahmen unter Lehrenden liegen sollte, wie z. B. Vernetzung und Austausch von Erfahrungen und konkreten Beispielen. Eine weitere wichtige Maßnahme in dieser Richtung ist der Zugang zu geeigneten, hochwertigen Lernmaterialien, die von verschiedenen Quellen wie Bildungsbehörden, Lehrkräften, Bildungsinitiativen und Verlagen bereitgestellt werden.

Der Aufbau und die Aufrechterhaltung von Kompetenzzentren („school hubs“), die Schulen zur gegenseitigen Unterstützung miteinander verbinden, können dazu beitragen, die Qualität der Informatikausbildung zu verbessern. Es liegt auf der Hand, dass die kontinuierliche Bereitstellung angemessener Finanzmittel erforderlich ist, um eine nachhaltige Fortbildung der Lehrkräfte zu gewährleisten und Anreize für Schulen und Lehrkräfte zu schaffen, sich an der beruflichen Entwicklung zu beteiligen. Langfristig gesehen sollten laut der Studie auch Anstrengungen unternommen werden, um die Integration der Informatik in die Ausbildung von Lehrkräften bzw. das Lehramtsstudium zu ermöglichen – eine Forderung, die auch der Arbeitskreis 'Lehrkräftebildung Informatik' der Gesellschaft für Informatik formuliert hat.

An verpflichtendem Informatik-Unterricht führt kein Weg vorbei

Da die Integration grundlegender CT-Konzepte in den Lehrplan relativ neu ist und daher mit etablierteren Lehrplanprioritäten konkurriert, muss unbedingt sichergestellt werden, dass auf den verschiedenen Entscheidungsebenen des Bildungssystems entsprechende Vorkehrungen getroffen werden. In erster Linie bedeutet dies, dass in den nationalen Lehrplänen angemessener Raum für die Entwicklung der Fähigkeiten der Schüler*innen im Bereich des Computational Thinking geschaffen werden muss, indem eine Mindestanzahl von Stunden für den regelmäßigen Unterricht von CT-Konzepten festgelegt wird.

Die Schulen benötigen eine dauerhafte finanzielle Unterstützung, damit sie Mitarbeiter für die Teilnahme an Weiterbildungsmaßnahmen freistellen können und über die digitale Infrastruktur verfügen, die sie für Aktivitäten wie Programmieren und Robotik im Unterricht benötigen. Wenn CT-Fähigkeiten als fächerübergreifendes Thema positioniert werden, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Verantwortung für die Umsetzung grundlegender CT-Konzepte im Lehrplan klar formuliert und den Lehrkräften zugewiesen wird.

Um die Qualität des Informatikunterrichts zu verbessern und die Entwicklung der CT-Fähigkeiten der Schüler evaluieren zu können, muss der Entwicklung klarer Strategien, die den Lehrkräften bei der formativen und summativen Bewertung helfen, mehr Aufmerksamkeit zu Teil werden. Der JRC-Studie zufolge sollten konkrete Kriterien für die Bewertung der Informatikkenntnisse festgelegt werden, die sowohl die Fähigkeit der Schüler*innen zur Erstellung erfolgreicher Programmierlösungen als auch den Aufbau ihrer Informatikkenntnisse umfassen. Es müssen wirksame formative Bewertungsmethoden eingeführt werden, damit sowohl die Lernenden als auch die Lehrenden während der Unterrichtseinheiten rechtzeitig Feedback erhalten. Das würde zu einer qualitativ hochwertigen Informatikausbildung beitragen.

Eine weitere wichtige Bewertungsmaßnahme ist die Integration der Entwicklung von Informatikkenntnissen in die Abschlussprüfung am Ende der Sekundarstufe I, um die Bedeutung der Informatikausbildung für alle Beteiligten zu verdeutlichen. Diese abschließende Bewertung ist auch für die Gesamtbeobachtung der Entwicklung von Informatikkompetenzen als grundlegendem Bestandteil der Pflichtschulbildung von wesentlicher Bedeutung.

Computational Thinking ist mehr als der vielversprechende neue Trend, der es 2016 noch war. Informatikkonzepte, die der Entwicklung von CT-Fähigkeiten zugrunde liegen, wurden in den letzten Jahren in ganz Europa nach und nach in die Lehrpläne der Primar- und Sekundarstufe I integriert. Diese Integration ist ein deutliches Zeichen dafür, dass die Bildungsministerien die Notwendigkeit erkennen, den Schülerinnen und Schülern eine wissenschaftsbasierte Grundlage zu vermitteln, damit sie die digitale Welt verstehen und darin selbstbestimmt agieren können. Im Zuge der weiteren Entwicklung dieses Prozesses wird die Überwachung und Bewertung der Umsetzung von CT-bezogenen Lehrplänen von entscheidender Bedeutung sein, um Nachweise für die Wirksamkeit der angenommenen Integrationsansätze zu sammeln.

JRC-Studie formuliert elf Handlungsempfehlungen

Es ist allgemein anerkannt, dass Schüler*innen und Studierende digitale Fähigkeiten benötigen, um einerseits ihr Berufs- und Privatleben erfolgreich zu meistern und um andererseits als mündige Bürger*innen im 21. Jahrhunderts agieren zu können. Digitale Kompetenzen werden zunehmend zum Schlüssel für den Zugang zu grundlegenden Dienstleistungen wie der öffentlichen Verwaltung und des Gesundheitswesens, aber auch für die aktive Teilnahme an formellen und informellen gesellschaftlichen Entscheidungsprozessen. Digitale Kompetenzen werden eine Schlüsselrolle spielen, aber sie werden nicht ausreichen. Durch das Erlernen grundlegender Informatikkonzepte und den Erwerb damit verbundener Fähigkeiten im Bereich des Computational Thinking werden Schülerinnen und Schüler in der Lage sein, ein klareres Verständnis dafür zu entwickeln, wie die digitale Welt um sie herum funktioniert. Die Autor*innen der JRC-Studie haben elf Schlüsselempfehlungen für die Bildungspolitik formuliert, die sich vier Bereich zuordnen lassen:

Konsolidiertes Verständnis von Computational Thinking (CT)

  1. Stärkung des Verständnisses von CT als grundlegende Kompetenz von Schülerinnen und Schüler, um diese zu aktiven Teilnehmern in der digitalen Welt zu machen
  2. Nutzung des Potenzials von CT für die Förderung der Problemlösungskompetenz von Schülerinnen und Schülern in verschiedenen Domänen
  3. Stärkung der Synergien zwischen den Akteuren zur Förderung der Qualität der Informatik Bildung

Umfassende Integration von Inhalten zur Förderung von CT-Fähigkeiten in die Lehrpläne

  1. Formulierung einer Strategie zur Einbindung von Inhalten zur Förderung CT-Fähigkeiten in den Lehrplan
  2. Altersadäquate und durchgängige Integration von Computational Thinking von der Grundschule bis zum Ende der allgemeinbildenden Schule

Systemische Einführung - angemessene Unterstützung der Lehrkräfte

  1. Förderung des Angebots an beruflicher Weiterbildung der Lehrkräfte zur Verbesserung des pädagogisch-inhaltlichen Wissens im Bereich Informatik
  2. Ergänzung des Angebots an beruflicher CT-Entwicklung durch eine Reihe von Unterstützungsmaßnahmen (z.B. Förderung kollaborativer Peer-Support-Maßnahmen unter Lehrern, Aufbau von Kompetenzzentren, Zugang zu hochwertigen Bildungsmaterialien)
  3. Priorisierung von Computational Thinking bei Leistungsmessungen als grundlegende Kompetenz

Politische Unterstützung

  1. Sensibilisierung für den Zweck und die Vorteile der Entwicklung von CT-Fähigkeiten in den Lehrplänen
  2. Priorisierung von Maßnahmen zur Förderung der Ausgewogenheit, Inklusion und Chancengleichheit für hochwertige Informatikausbildung
  3. Evaluierung und Erforschung der tatsächlichen Auswirkungen der Integration von Inhalten zur Förderung vonCT-Fähigkeiten in die Lehrpläne

 

Hier ist der gesamte Bericht des Joint Research Centers der Europäischen Kommission Reviewing Computational Thinking in Compulsory Education zu finden. Zum Verhältnis von Computer Science / Informatik zu Computational Thinking vgl. S. 28/29 der Studie.

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