Informatik: Willkommen im Fachportal

Sie möchten Schülerinnen und Schülern die Möglichkeit bieten, einen Blick hinter die Kulissen eines Rechenzentrums zu werfen? Bei einer virtuellen Tour von Amazon können sie dabei die Berufe der Zukunft kennenlernen und erhalten eine Einführung in Cloud Computing, Datensicherheit und Nachhaltigkeit. Informatik- und Berufsorientierung als spannende, virtuelle Tour verpackt: Schulklassen können kostenfrei eine Gruppentour durchführen und in einem spielerischen Wettbewerb antreten, während sie die Technologie und die Berufe der Zukunft erkunden. Auf der Tour erfahren die Schülerinnen und Schüler, wie es die Cloud und die Rechenzentren möglich machen, Filme von überall und zu jeder Zeit zu streamen. Sie lernen die Komponenten eines Computers kennen, erhalten einen Überblick über die Cloud, erfahren wie Daten durch Glasfaserkabel transportiert werden und wie Protokolle den Daten mitteilen, wohin sie gehen sollen. Sie erfahren auch, wie Rechenzentren die Daten sicher und nachhaltig aufbewahren, damit sich niemand Sorgen um das Hochladen der eigenen Daten in die Cloud machen muss. Die Schülerinnen und Schüler lernen zudem, wie Rechenzentren einen natürlichen Prozess nutzen, um Server vor Überhitzung zu schützen, wie Redundanz und Sensoren sicherstellen, dass Daten immer verfügbar sind, wie Cyber- und physische Sicherheitsmaßnahmen die Daten schützen und wie nachhaltige Maßnahmen getroffen werden, um die Umwelt zu schützen. Auf dem Weg dorthin treffen sie Mitarbeitende, die als Rechenzentrumsbetreibende, Lösungsarchitektinnen und -architekten, Betreibende von Rechenzentrumstechnik und Nachhaltigkeitsspezialistinnen und -spezialisten tätig sind. Voraussetzung ist ein eigenes Tablet oder ein eigener Computer. Die Lehrkraft fungiert als Moderatorin. Alternativ können die Lernenden auch selbstständig die Tour durchführen. Informatik- und Berufsorientierung Schülerinnen und Schüler lernen die Berufe der Zukunft kennen, indem sie erfahren, wie die Arbeit bei Amazon Web Services (AWS) und in den Rechenzentren dafür sorgen, jederzeit von überall zu streamen und Daten nachhaltig zu sichern. Die folgenden Informatik-Themen werden während der Tour vorgestellt und in einem realen Kontext erklärt: Algorithmus, Cloud Computing, Sensorik, Effizienz, Datenbank, Qualitätskontrolle, maschinelles Lernen, Hardware und Software. Spielerisch lernen Die unterhaltsame, spielerische Tour ist für alle interessierten Schulklassen kostenlos bei Kahoot! verfügbar. Die Schülerinnen und Schüler können miteinander spielen und dabei etwas über die Technologie und die dazugehörigen Berufe der Zukunft lernen, die dafür sorgen, dass Daten gespeichert werden und für Nutzerinnen und Nutzer auf der ganzen Welt zugänglich gemacht werden. Es ist kein Konto erforderlich. 360 Grad-Touren zu Berufen bei AWS Schülerinnen und Schüler lernen in Videos (360 Grad-Format oder Desktop-Format) zwei Ausbildungsberufe bei AWS kennen – Fachinformatikerin beziehungsweise Fachinformatiker für Systemintegration und Elektronikerin beziehungsweise Elektroniker für Betriebstechnik. Zudem nehmen sie die Auszubildenden mit durch ihren Berufsalltag. Über Amazon Future Engineer Mit dem Programm Amazon Future Engineer (AFE) hat Amazon sich zum Ziel gesetzt, junge Menschen in Deutschland im Bereich der digitalen Bildung zu fördern. Es stärkt die Kompetenz derjenigen, die bisher weniger Chancen haben, digitale Innovationen zu gestalten, weil sie aus sozial schwächeren Familien kommen sowie einen Migrations- und/oder Flüchtlingshintergrund haben. In der Umsetzung arbeitet Amazon mit gemeinnützigen Partnern aus dem Bildungs- und Digitalbereich zusammen. Amazon Future Engineer ist am 11. November 2021 gestartet. Insgesamt hat das Programm über die Partnerorganisationen im Jahr 2023 mehr als 700.000 Lernstunden ermöglicht, über 200.000 Schülerinnen und Schüler erreicht und mehr als 15.000 Pädagoginnen und Pädagogen geschult. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die Berufe der Zukunft kennen, zum Beispiel Rechenzentrumsbetreibende, Lösungsarchitektinnen und -architekten, Betreibende von Rechenzentrumstechnik und Nachhaltigkeitsspezialistinnen und -spezialisten. Außerdem lernen sie in Videos (360 Grad-Format oder Desktop-Format) zwei Ausbildungsberufe bei AWS kennen – Fachinformatikerin beziehungsweise Fachinformatiker für Systemintegration und Elektronikerin beziehungsweise Elektroniker für Betriebstechnik. lernen Komponenenten eines Rechenzentrums kennen. erfahren mehr über Datenschutz, Datensicherheit, Datenverfügbarkeit, Streaming etc. erfahren mehr über Cyber- und physische Sicherheitsmaßnahmen sowie nachhaltige Maßnahmen in einem Rechenzentrum. erfahren mehr darüber, wie Computer, die Cloud und das Internet funktionieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler überprüfen über die Spiel- und Lernplattform Kahoot! ihr Wissen spielerisch und treten mit Klassenkameradinnen und -kameraden in einen spielerischen Wettbewerb.

In dieser Unterrichtseinheit lernen Schülerinnen und Schüler der 6. bis 13. Klasse eine "Künstliche Intelligenz" selbst zu programmieren. Die Lernenden bringen ein simuliertes Auto auf dem Calliope Mini dazu, selbstständig zu fahren. Es wird der komplette Zyklus des maschinellen Lernens vermittelt. Künstliche Intelligenz (KI) und damit das Maschinelle Lernen (ML) sind Megatrends in der IT. Selbst wenn der Hype vorüberziehen sollte, wird ML-basierende Software mehr und mehr die "klassische" prozedurale Programmierung ergänzen und ersetzen. Die heutigen "Digital Natives", mit eigenem Smartphone schon ab der Grundschule, sind schon im frühen Alter mit "Alltags-KI/ML" konfrontiert. Nachrichten mittels Social Media, Produktempfehlungen, Internetsuche, Gesichts- und Objekterkennung in Fotoalben, Sprachassistenten wie Siri, Alexa oder Google Assistant, Navigation, Augmented-Reality-Spiele-Apps, Haushaltsroboter und autonom fahrende Autos sind nur ein paar Aufzählungen des breiten KI-/ML-Spektrums. Viele der Lernenden spielen Autorennen in der realen Welt, zum Beispiel in Form eines Seifenkistenrennens oder virtuell mit Autorennspiel-Apps und -Computerspielen. Dementsprechend einfach ist es auch zu vermitteln, was "Autonomes Fahren" bedeutet: Nicht mehr der Mensch steuert das Auto, sondern das "Computer-Hirn" des dann "autonomen" Autos. Daher eignet sich das Szenario "Autonomes Fahren" ganz besonders für eine KI-Unterrichtseinheit. Daran knüpft sich für die Lernenden die naheliegende Frage, wie denn ein "Computer-Hirn" des autonomen Autos lernt, gut Auto zu fahren. Ein Mensch geht in die Fahrschule, aber was macht das autonome Auto? Hier setzt die Unterrichtseinheit an. Die Lernenden lernen, wie sie einem "autonomen Auto” das selbständige Fahren beibringen können. Durch einen Calliope Mini wird das selbstständige Fahren mittels künstlicher Intelligenz programmiert, sodass der Calliope Mini als Auto autonom Hindernissen auf der Straße ausweichen kann. Die Motivation wird dabei durch den Bezug zum "Gaming" zusätzlich erhöht. Benötigte Vorkenntnisse der Lernenden Für die Unterrichtseinheit sind Kenntnisse im Thema "Künstliche Intelligenz" hilfreich, aber nicht notwendig, da das Unterrichtsmaterial entsprechende Folien enthält, die zum Einstieg verwendet werden können. Grundkenntnisse in klassischer prozeduraler Programmierung sind ebenfalls hilfreich, aber nicht notwendig, da das Programmieren mithilfe Künstlicher Intelligenz einen Paradigmenwechsel in der Programmierung darstellt, der eigenständig mithilfe des Unterrichtsmaterials erklärt wird. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrperson benötigt Grundkompetenzen hinsichtlich des Programms Powerpoint – mindestens Level A1 (Einsteigerinnen und Einsteiger). Sie benötigt zudem fortgeschrittene digitale Kompetenzen hinsichtlich der Erstellung und Anpassung digitaler Ressourcen – mindestens Level A2 (Entdeckerinnen und Entdecker). Sie benötigt zusätzliche fachspezifische Kompetenzen hinsichtlich der Basistechnologien Git und Python und hinsichtlich des maschinellen Lernens – mindestens Level B1 (Insiderinnen und Insider). Diese Kompetenzen sind hilfreiche Voraussetzungen, um die Unterrichtseinheit als Lehrperson umsetzen zu können. Didaktisch-methodische Analyse Die Schülerinnen und Schüler können am Beispiel des Unterrichtsmaterials lernen, wie Künstliche Intelligenz auf der Grundlage von Daten programmiert wird. Diese Daten werden in der Unterrichtseinheit von den Lernenden selbst gesammelt. Die Unterrichtseinheit kann in Einzelarbeit (Einzelspiel-Modus) oder Gruppenarbeit (Gruppenspiel-Modus) durchgeführt werden. Die Gruppenarbeit wird aufgrund der weniger aufwändigen Installation und Durchführung für die Unter- und die Mittelstufe empfohlen. In der Gruppenarbeit wird pro Lernenden-Gruppe eine Künstliche Intelligenz trainiert. Hierfür ist eine Basis-Installation der Open Source Software auf einem Lerngruppenrechner erforderlich, damit jede Lerngruppe dort ihre Daten sammeln kann. Die Einzelarbeit ist erst ab der Oberstufe empfohlen und kann optional mit einer Experten-Variante erweitert werden. Die Einzelarbeit bietet den Lernenden umfangreichere Experimentier- und Lernmöglichkeiten zu dem Thema. In der Einzelarbeit kann die Künstliche Intelligenz individuell von jedem Lernenden trainiert werden. Dafür benötigt jeder Lernende mindestens eine Basis-Installation auf einem individuellen Rechner. Die Experten-Variante kann optional mit der Software "Orange" installiert werden, um verschiedene Varianten Künstlicher Intelligenz miteinander vergleichen und darstellen zu können. Je niedriger die Klassenstufe, in der die Unterrichtseinheit durchgeführt wird, desto mehr Unterstützung benötigen die Lernenden, um das Konzept hinter "Daten" zu verstehen, was als das zentrale Konzept in der KI erkannt werden sollte. Die Lehrkraft kann, falls Schwierigkeiten bei der Erkenntnis des Konzepts "Daten" entstehen, mit Analogien aus dem Alltag der Lernenden arbeiten: beispielsweise Daten auf dem Smartphone oder Daten, die entstehen, wenn sie Soziale Medien nutzen oder Daten, die im Internet gespeichert sind. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erlenen die Fachkompetenz des Programmierens einer KI mittels Maschinellem Lernen. erlangen Datenkompetenz. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stärken ihr Verständnis darüber, wie die sozialen Medien funktionieren. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler stärken ihre Sozialkompetenz in der Gruppenarbeit dank des gemeinsamen Ziels, die KI ihrer Gruppe möglichst gut anzulernen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler erschließen Probleme und komplexe Themengebiete zunächst unter Anleitung in der ersten KI-Lernrunde. erschließen Probleme und komplexe Themengebiete eigenständig in der zweiten KI-Lernrunde. übertragen das über KI gewonnene Wissen in andere Bereiche des Alltags. üben sich in kritischem Denken.

Diese Unterrichtseinheit zum Thema Elektroschrott in anderen Ländern sensibilisiert Schülerinnen und Schüler für die weltweite und in Deutschland illegale Entsorgung von Elektroschrott. Hier erfahren die Schülerinnen und Schüler, dass ein großer Teil des illegal entsorgten Elektroschrotts auf Müllhalden in Afrika landet und dort ein hohes Gesundheitsrisiko für Kinder birgt und deswegen die richtige Entsorgung von Elektroschrott auf dem Wertstoffhof und im Handel so wichtig ist. Die Schülerinnen und Schüler lernen ein Kinderlied aus Afrika kennen und erarbeiten sich anhand eines Erklärtextes Informationen darüber, dass afrikanische Kinder aufgrund der Armut ihrer Eltern gezwungen sind, mit für den Lebensunterhalt der Familie zu sorgen. Die Schülerinnen und Schüler befassen sich mit der Situation der Kinder auf einer der größten Halden für Elektroschrott in Ghana (Globales Lernen) . Sie erfahren, dass die Kinder versuchen, aus weggeworfenen Elektrogeräten und Smartphones die wertvollen Metalle zu isolieren und zu verkaufen. Dabei lernen sie, dass dies mit erheblichen Gesundheitsgefahren verbunden ist. Verknüpfung zu vorangegangenen Einheiten In der vorangegangenen Unterrichtseinheit "Rohstoffe – Woraus besteht eigentlich unser Müll?" , in der es um die wertvollen Inhalte des Elektroschrotts ging, erzeugte das Wissen um die Metalle Silber, Gold und anderer Stoffe in Smartphones eine gewisse Faszination bei den Schülerinnen und Schülern. In dieser Einheit erfahren sie nun, dass unser Elektroschrott das Leben und die Gesundheit armer Kinder in einem anderen Erdteil schwer beeinträchtigt. Nachdem die Schülerinnen und Schüler in Einheit 3 Informationen über das Video "Was hat das Handy mit dem Regenwald zu tun?" erhalten haben, arbeiten die Kinder in dieser Einheit viel mit Textinformationen. Umso wichtiger ist es, dass sie über Musik und Fotos eine weitere inhaltliche Ebene beziehungsweise emotionale Botschaft mit dem Kontext "unser Elektroschrott in anderen Ländern" verbinden können. Über diese Emotionalität entwickeln sie eine gewisse Verantwortungsbereitschaft – sowohl dafür, mit wertvollen Elektrogeräten nicht gedankenlos umzugehen, als auch dafür, wie es Gleichaltrigen in fernen Ländern geht. Diese Einheit nimmt damit Bezug zum Orientierungsrahmen für den Lernbereich Globale Entwicklung im Rahmen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) , der in den folgenden Unterrichtseinheiten breiter aufgefächert wird. Dabei geht es um gemeinsame Verantwortung für eine gute Zukunft für alle Menschen auf diesem Planeten. Schülerinnen und Schüler sollen zentrale Kompetenzen erwerben, zum Beispiel die Fähigkeit zum Perspektivenwechsel und zur Empathie, und lernen, sich als junge Bürgerinnen und Bürger in der Einen Welt zu verstehen. Sensibler Umgang mit dem Thema Kinderarbeit Gleichwohl ist es in dieser Einheit eine wichtige Aufgabe für Lehrpersonen, beim Thema der "Elektroschrott-Kinder" in Accra nicht zu moralisieren bzeziehungsweise den Schulkindern kein schlechtes Gefühl zu machen. Hilfreicher ist es, aufzuzeigen, was jedes Kind tun kann. Dazu dient insbesondere die zuletzt gestellte Frage "Was können wir selbst tun, damit nicht so viel Elektroschrott in Afrika landet?". Diese Frage leitet bereits über zu den nachfolgenden Einheiten, in denen es um Nachhaltigkeit, Reparieren und das richtige Recyclen geht. Die Begriffe "Kinderarbeit/Kinderrechte" werden hier noch nicht ausdrücklich eingeführt, um die Einheit nicht zu überfrachten. Mit Kinderrechten befassen sich die Schülerinnen und Schüler in einer nachfolgenden Unterrichtseinheit. Mehr Sachinformationen erhalten Sie im Dokument "Ablaufplan", siehe Download-Bereich. Fächerübergreifend lernen: Gesang und Tanz aus Tansania "Simama Kaa" ist ein beliebtes und bekanntes Kinderlied und Bewegungsspiel aus Tansania. Es wird in der ostafrikanischen Sprache Swahili gesungen. Der Liedtext von Simama Kaa beschreibt die Bewegungen des Spiels. Die Kinder stehen auf, sie setzen sich hin, sie hüpfen und laufen im Kreis oder auf der Stelle. Das gemeinsame Singen des Kinderliedes dient als emotionale Brücke (Identifikation) zu den Gleichaltrigen im Erdteil Afrika, die unter Inkaufnahme schwerer gesundheitlicher Belastungen den Elektroschrott nach verwertbaren Komponenten durchsuchen. Das gemeinsame Singen entlastet aber auch beim Verarbeiten der durchaus bedrückenden Informationen. In dieser Einheit werden die Kinder durch Material und gezielte Fragen dazu angeregt, das Thema Elektroschrott in anderen Ländern und unsere Verantwortung dafür zu reflektieren. In unterschiedlichen Settings hören sie einander zu, überlegen gemeinsam und diskutieren. Der für manche Kinder sicher anspruchsvolle Erklär-Text ist in unterschiedlich lange Absätze unterteilt und kommt den unterschiedlichen Vorlesekompetenzen ein wenig entgegen. Das reflektierte Gespräch der eigenen Eindrücke und die Auseinandersetzung mit den Sachinformationen haben hier einen hohen Stellenwert. Deshalb wird empfohlen, nach jedem vorgelesenen Absatz ein kurzes Unterrichtsgespräch einzuplanen. Idealerweise gelingt es den Lehrkräften, auch stille oder schwächere Schülerinnen und Schüler zur Beteiligung zu ermutigen. Das Aufgabenblatt kann auch in Einzelarbeit erarbeitet werden, denn nicht jedes Kind arbeitet gerne in einer Gruppe. Manchen Kindern tut es auch gut, sich der Atmosphäre der großen Gruppe/Klasse hin und wieder zu entziehen; deshalb wird empfohlen, dass Kinder sich auch außerhalb des Raumes dem Aufgabenblatt widmen dürfen. Fachliche und methodische Kompetenzen Die Schülerinnen und Schüler geben ein kriteriengestütztes Feedback zu den Ergebnissen von Hausaufgaben. üben sich im Vortragen eigener Arbeitsergebnisse. lernen in einem kindgerechten Ansatz die umwelt- und geopolitischen Dimensionen der Entsorgung von Elektroschrott kennen. können die gesundheitlichen Gefahren des Verbrennens von Elektroschrott benennen und erfassen. erarbeiten sich anhand eines längeren Informationstextes Sachinformationen. Kompetenzen bezogen auf die Kernkompetenzen des Orientierungsrahmens Globale Entwicklung Die Schülerinnen und Schüler entnehmen und verarbeiten Informationen über die Lebensverhältnisse von Kindern und ihren Familien aus anderen Ländern aus bereitgestellten Informationsquellen. (4.1.2. Erkennen: Informationsbeschaffung und -verarbeitung) analysieren an Beispielen den Wandel der Lebensverhältnisse von Kindern unter Berücksichtigung der sozialen und wirtschaftlichen Gegebenheiten. (4.1.2 Erkennen: Analyse des globalen Wandels) berücksichtigen bei Lösungsvorschlägen zu problematischen Lebensverhältnissen die zugrunde liegenden Rahmenbedingungen und Wertvorstellungen. (4.1.2 Bewerten: Perspektivenwechsel und Empathie) bilden sich eine eigene Meinung zu Konfliktfällen: Was sind die Ursachen? Was ist ungerecht? Was wäre fair? (4.1.2. Bewerten: Kritische Reflexion und Stellungnahme) entwickeln Ansätze für eigenes umweltgerechtes Verhalten (4.1.2. Handeln: Handlungsfähigkeit im globalen Wandel) Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler halten sich in reflektierenden Gesprächen an Gesprächsregeln der Gruppe. präsentieren sich durch die Vorstellung eigener Arbeitsergebnisse (oder die anderer) fachlich angemessen vor einer Gruppe. sind fähig, einander zuzuhören. können das gemeinsame Singen als verbindendes Gruppenerlebnis wertschätzen. entwickeln Empathie für Kinder, die außerhalb ihres eigenen soziokulturellen Umfeldes leben.

Mithilfe dieser spielerisch gestalteten Unterrichtsmaterialien zum Thema Selbstwertgefühl und Körperbewusstsein lernen Schülerinnen und Schüler schon in der Grundschule, ihr eigenes Selbstvertrauen zu stärken, indem sie Bodytalk (also das Sprechen über Aussehen und Körper) verstehen und warum es nicht guttut, sich mit anderen zu vergleichen. Darüber hinaus befassen sie sich mit dem Thema Mobbing und Hänseleien und lernen so einen wertschätzenden Umgang mit sich selbst und anderen gegenüber zu entwickeln. Ziel der Grundschul-Workshops ist das Erlernen und Entwickeln von Strategien , mit denen die Schülerinnen und Schüler ein positives Körpergefühl stärken und sich vor negativen Einflüssen schützen können. Dies geschieht anhand von zwei spielerisch gestalteten Unterrichtseinheiten und anhand von kindgerechten Videos und Comicanimationen zu den Themen Körpervertrauen sowie Mobbing und Hänseleien: Unterrichtseinheit Körpervertrauen (drei Blöcke je 45 Minuten) In dieser Unterrichtseinheit stellen die Grundschülerinnen und -schüler Grundregeln für ein respektvolles Verhalten auf, bevor sie das Konzept des Körperbewusstseins kennenlernen. Sie finden heraus, wie das Vergleichen mit anderen , sowohl persönlich als auch in den Medien, negative Folgen haben kann, indem ihnen "Schönheitsideale" sowie "gesunde Ideale" nähergebracht werden. Sie lernen die Auswirkungen von Bodytalk (= das Sprechen über Aussehen und Körper) durch verschiedene altersgerechte, verständliche Kurzvideos kennen und befassen sich mit ihren eigenen Gefühlen und Erfahrungen zum Thema "sich mit anderen zu vergleichen". Unterrichtseinheit Mobbing und Hänseleien (drei Blöcke je 45 Minuten) In dieser Unterrichtseinheit finden die Grundschülerinnen und -schüler spielerisch heraus, was Körpervertrauen und Selbstbewusstsein sind und wie sie dies erreichen und erhalten können. Die Schülerinnen und Schüler erforschen mithilfe von Arbeitsblättern und Rollenspielen die Funktionen des Körpers und lernen, wie die Fokussierung darauf, wie sie sich fühlen und was ihr Körper kann, ihr Selbstvertrauen stärken kann. Die Schülerinnen und Schüler werden in das Thema Mobbing und Hänseleien eingeführt und setzen sich insbesondere mit dem Thema Mobbing aufgrund von Gewicht auseinander. Dabei untersuchen sie auch den Zusammenhang zwischen Mobbing und Körperbewusstsein. Das Körperbewusstsein ist definiert als die Gedanken, Gefühle und Verhaltensweisen gegenüber dem eigenen Körper. Die Forschung zeigt, dass Körperunzufriedenheit zur Entwicklung ungesunder Verhaltensweisen bei Kindern und Erwachsenen beiträgt. Es ist wahrscheinlicher, dass Menschen ungesunde Dinge tun, um ihr Gewicht und ihre Körperform zu kontrollieren, wenn sie sich mehr auf das Aussehen als auf die Körperfunktionalität konzentrieren. Es gibt viele Faktoren, die bei Kindern zu Körperunzufriedenheit führen können. Einige dieser Faktoren sind Körperbilder in den Medien und von Prominenten, Druck von Familie und Freundinnen und Freunden, ein bestimmtes Aussehen anzustreben, sowie Hänseleien und Mobbing von Gleichaltrigen. Alle Gespräche über den Körper oder den Körpertyp (auch positive Aussagen) können zu negativen Gefühlen gegenüber dem eigenen Körper führen. Die Forschung zeigt auch, dass Eltern und Lehrkräfte die Möglichkeit haben, das Körperbewusstsein junger Menschen zu stärken, etwa indem sie Kindern dabei helfen, sich der Faktoren bewusst zu werden, die ihr Selbstbild negativ beeinflussen. Kinder sind gesünder, wenn sie sich der emotionalen und körperlichen Veränderungen bewusst sind, die während ihrer Entwicklung auftreten. Sie haben mehr Selbstvertrauen, wenn sie ihren sich verändernden Körper akzeptieren können. Forschungen haben ergeben, dass das Selbstvertrauen in den eigenen Körper mit unterstützenden Beziehungen wächst anstatt durch die, die auf Konkurrenz oder Vergleichen basieren. Regelmäßige Gespräche über diese Themen ermutigen Kinder, sich mit Gleichaltrigen zu identifizieren und sich mit ihnen zu verbinden, anstatt sich mit anderen zu vergleichen . Deshalb wurden diese Unterrichtsmaterialien entwickelt, mit denen speziell Grundschülerinnen und Grundschüler (Klasse 4 bis 5) durch verschiedene spielerische Einzel-, Paar, und Gruppen-Übungen lernen, die Funktionen ihres Körpers zu erforschen. Anhand von kindgerechten Videos und Comicanimationen erkennen sie, wie die Fokussierung darauf, wie sie sich fühlen und was ihr Körper kann, ihr Selbstvertrauen stärken kann. Die Schülerinnen und Schüler werden in das Thema Mobbing und Hänseleien eingeführt mit dem Schwerpunkt auf Mobbing aufgrund von Gewicht. Dabei untersuchen die Schülerinnen und Schüler den Zusammenhang zwischen Mobbing und Körperbewusstsein. Weitere didaktisch-methodische Hinweise Weitere Hintergrundinformationen, Tipps zur Unterrichtsvorbereitung sowie didaktisch-methodische Hinweise zu jeder einzelnen Unterrichtsstunde finden Sie in den entsprechenden Leitfäden der beiden Unterrichtseinheiten (siehe Download). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reflektieren aktiv den Einfluss gesellschaftlich normierter Schönheitsideale, wie sie auch in den (sozialen) Medien zuhauf repräsentiert werden. hinterfragen die gesellschaftlich normierten Schönheitsideale und üben, sich von dem in den Medien dargestellten vermeintlichen Ideal zu lösen. erkennen gesellschaftlich geprägte Stereotypen und hinterfragen diese kritisch. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erwerben Medienkompetenz und erforschen, in welchem Umfang Schönheitsideale in der Werbung und in den sozialen Medien oftmals ein unrealistisches Bild wiedergeben. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein ausgeprägteres Selbstwertgefühl gegenüber ihrer eigenen Identität sowie der ihrer Mitmenschen um sie herum. werden ermutigt, ihre Individualität zu finden und stolz auf sie zu sein. werden sensibilisiert, Mobbing und Hänseleien zu erkennen und sie bewusst zu vermeiden, um andere nicht zu verletzen – und miteinander wertschätzend umzugehen.

In diesem Einführungsworkshop erlernen die Schülerinnen und Schüler anhand des Miniroboters Ozobot die Funktionsweise eines Computersystems sowie Grundkenntnisse des Codierens und Programmierens. "Roboter" faszinieren meistens. Das wird zur Motivation für eine Unterrichtseinheit genutzt, die ein Kompetenzbereiche übergreifendes Projekt umfasst. Die Organisation erfolgt als Workshop. Diese Groblernziele werden verfolgt: am anschaulichen Modell – dem Miniroboter Ozobot – grundlegend die Funktionsweise eines Computersystems zu betrachten, das Verhältnis von Menschen und Maschine zu beleuchten, Digitalisierung auf der Altersstufe der Schülerinnen und Schüler verständlich zu machen und auf elementarer Ebene in "Codierung" und "Programmierung" einzuführen. Als weiteres ausdrückliches Ziel wird die Umsetzung von weitgehend selbsterarbeitendem und teambezogenem Lernen angestrebt. Die Unterrichtseinheit ist in drei Blöcke gegliedert. Block 1 ist ein sachinhaltlicher und pädagogischer Vorspann für die Lehrpersonen beziehungsweise Workshopleitenden. Die Blöcke 2 und 3 beschreiben den Unterrichts-/Workshopablauf. Die unterschiedlichen Methoden, Sozialformen und insbesondere Medien stehen teilweise zur Wahl. Davon hängt ab, welche Ausstattung und welche Materialien im Workshop benötigt werden. Insofern stellt das Material keine "schlüsselfertige" Vorlage dar, sondern es muss gegebenenfalls eine zusätzliche Ausstattung hinzugenommen werden. Der Miniroboter als der Lehr- und Lerngegenstand Nahezu alle Schülerinnen und Schüler der Altersstufe haben Zugang zum Smartphone, Tablet oder ähnlichen digitalen Endgeräten und tätigen damit Problemlösungen. Zumeist setzen sie – was zweckdienlich ausreicht – mechanisch angelerntes Bedienerwissen ein. Der Workshop zielt auf verstehendes, systematisches und planvolles Problemlösen . Bewusst wird nicht versucht, das eingeschliffene Anwenden aufzubrechen und auf eine neue Stufe heben zu wollen. Sondern das Vorwissen wird abgeholt und genutzt, der eigentliche Lerninhalt aber über den neuen, sehr anschaulichen und motivierenden Zugang mit dem Miniroboter vermittelt. Das lässt sich bereits auf einfachem Niveau bis zum Verständnis von Algorithmen und elementarer Programmierung führen. Fachübergreifende Fragestellungen lassen sich gut integrieren. Die zugehörigen Materialien sind – dem Workshopverlauf folgend – in drei Blöcke gegliedert, die als PDF-Dateien zum Download zur Verfügung stehen: Block 1 – Einführung für Lehrpersonen/Workshopleitende, Ausstattung, Materialien Block 2 – Einstieg Block 3 – Erarbeitung und Anwendung, mit Ergebnissicherung Vorkenntnisse Von den Schülerinnen und Schüler werden keine konkreten Vorkenntnisse erwartet, sondern zumeist vorhandene und dabei sehr unterschiedliche Vorkenntnisse werden erfasst und sinnvoll integriert. Die Einführung in die Programmierung beginnt von Grund auf. Eine Ausnahme besteht, wenn über Medien Vorwissen erkundet und Quizze zur Lernsicherung genutzt werden. Dann sollten die Schülerinnen und Schüler diese Programme bereits kennen und nutzen können. Didaktische Analyse In Block 1 (Einführung durch Lehrkraft) wird der Inhalt der Unterrichtseinheit unter didaktischem Blickwinkel näher ausgeführt und erläutert. Methodische Analyse Unterrichtsmethoden und Sozialformen werden wie in jedem guten Unterricht zielführend eingesetzt und gewechselt, auch um die Motivation aufrecht zu erhalten. Darüber hinaus haben sie eine inhaltliche Bedeutung. Die starke Fokussierung auf Selbstlernen, das Team und eine Gemeinschaftsarbeit am Ende führt bereits auf eine in der heutigen IT-Berufs- und Arbeitswelt gängige Arbeitsorganisation hin. Sie ist davon geprägt, dass komplexe Vorhaben zerlegt und arbeitsteilig bearbeitet werden, was entsprechend organisiert wird (zum Beispiel in agilen Projekten). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen und verstehen die grundlegende Funktionsweise eines Roboters und kennen Beispiele für die Anwendung von Robotern. können kritisch reflektieren, dass der Robotereinsatz Vorteile bringen und Gefahren bergen kann. wissen, dass sich Digitalisierung und Technik rasant weiterentwickeln und können die Begriffe Automatisierung und Miniaturisierung grundlegend einordnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verstehen im Kern die Funktion eines Algorithmus und können Algorithmus, Programm und Codierung grundlegend unterscheiden. können zu einem einfachen Algorithmus die Befehlsfolge für den Ozobot erstellen und umsetzen/aufmalen (den Ozobot "visuell programmieren"). haben ein planvolles Vorgehen eingeübt, das sie bei ihrem Weiterlernen in anspruchsvollere Programmieraufgaben als Prinzip übernehmen können. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können selbstgesteuert und auch voneinander lernen. sind fähig zu zweit und/oder in kleinen Gruppen zu kommunizieren und zu arbeiten. können gemeinsam durch arbeitsteiliges Vorgehen eine Gesamtaufgabe lösen.

Elektronik-Chips sind aus unserem Alltag kaum noch wegzudenken, in fast jedem Gerät findet man sie inzwischen. Diese Unterrichtsreihe beleuchtet modular die Anfänge und die Entwicklung, erläutert das Mooresche Gesetz und wagt einen Blick in die Zukunft. Das Material kann zur Vorbereitung für den "INVENT a Chip"-Wettbewerb verwendet werden. #inventachip Die Elektronik hat unsere Lebens- und Arbeitswelt grundlegend verändert. Computer, Haushaltsgeräte, Unterhaltungselektronik – überall werden dafür elektronische Schaltungen benötigt. Dabei kommt den Chips (auch ICs genannt) eine Schlüsselfunktion zu. Doch wie hat alles angefangen und sich entwickelt? Und warum entwickeln Firmen immer mehr spezielle Chips, während andererseits die Mikrocontroller ihren Siegeszug fortsetzen? Was beschreibt das Mooresche Gesetz und behält es auch in Zukunft seine Gültigkeit? Dies sind nur einige Fragestellungen, die im ersten Teil dieser Reihe beantwortet werden sollen. Dabei werden die elektronischen Bauteile immer kleiner. Das schont nicht nur die Ressourcen, es macht auch immer leistungsfähigere Chips möglich, die sogar weniger Energie benötigen als ihre Vorgänger. Doch es gibt da auch Grenzen, die die Physik setzt. Später soll es auch um das Design eines Chips auf einem FPGA gehen. Dafür gibt es eine ganz eigene Programmiersprache, die die Hardware beschreibt und nicht die Software. Ein kleiner Schnupperkurs soll erste Einblicke gewähren. Auch die Nachhaltigkeit im Bereich Mikroelektronik wird beleuchtet, denn viele stromsparende Geräte enthalten nicht weniger, sondern mehr Elektronik, die uns beim Einsparen von Wasser, Strom und Rohstoffen hilft. Zuletzt soll noch ein Blick in die Zukunft gewagt werden. Die Verbindung von Mensch und Maschine ist ein Forschungsfeld der Zukunft. Ergänzend zu den modular einsetzbaren Arbeitsblättern finden Sie hier noch interaktive Übungen , um das Gelernte zu festigen und zu vertiefen. Der zweite Teil dieser Unterrichtsreihe erscheint voraussichtlich im März 2023. Das Thema Mikroelektronik ist sowohl in der Alltagswelt als auch in der Schule von erheblicher Bedeutung. Ob im Smartphone, Computer, Tablet, im Fernseher oder der Unterhaltungselektronik – überall ist Mikroelektronik zu finden. Wie diese grundlegend aufgebaut ist und wie sie sich entwickelt haben und sich entwickeln werden, sind spannende Themen. Vorkenntnisse für die Reihe sind nicht erforderlich. Die Arbeitsblätter können im Unterricht auch einzeln und in beliebiger Reihenfolge eingesetzt werden. Die Themen sind an der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler orientiert. Die Neugierde, wie denn das eigene Smartphone oder Tablet aufgebaut ist, lässt sich leicht wecken. Die interaktiven Übungen fragen das erworbene Wissen in spielerischer Weise ab. Besonders interessierte Schülerinnen und Schüler können die weiterführenden Links nutzen. Die Lehrkräfte benötigen keine weitreichende Vorbereitung. Die Themen lassen sich mit den Arbeitsblättern auch selbst erarbeiten. Für die interaktiven Übungen wird ein Internetzugang und ein Internetbrowser benötigt. Die Arbeitsblätter selbst können sowohl digital als auch in Papierform im Unterricht eingesetzt werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen den Unterschied zwischen analog und digital. verstehen, warum unsere Welt immer "digitaler" wird. lernen, was "integrierte Schaltungen" sind. erörtern das Mooresche Gesetz. bekommen einen Einblick in die Leistungsfähigkeit moderner Chips. lernen den Unterschied zwischen ASIC und Mikrocontroller kennen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen Videos als Informationsquelle. vertiefen ihr Wissen mit interaktiven Übungen . Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler reflektieren ihre Alltagswelt, die von der Mikroelektronik geprägt wird. recherchieren im eigenen Lebensumfeld. simulieren eine Teamentscheidung in einer fiktiven Firma.

Diese Lernumgebung bietet eine interaktive Einführung in das Perzeptron und einfache neuronale Feed-Forward-Netzwerke. Sie erzählt eine Geschichte über einen Anwendungsfall für Klassifikation, in die mehrere Aufgaben eingebettet sind. Künstliche Intelligenz ist an vielen Stellen völlig alltäglich geworden. Meistens sind diese Systeme aber nur Black-Boxen in unserem Alltag und es fällt schwer, mehr über die Funktionsweise herauszufinden. Gleichzeitig sind die Themen, wenn man sie unterrichtlich behandeln möchte, mathematisch zu anspruchsvoll für den Schulunterricht, sodass nur ein oberflächlicher Zugang zur eigentlichen Funktionsweise möglich ist. Genauso ist das Umsetzen von existierender Software in eigenen Programmen zwar im Unterricht möglich, aber nur für leistungsstarke Lerngruppen. Zur Lernumgebung gelangen Sie über den Link am Ende dieser Seite. Das "KI-Labor" bietet Möglichkeiten, mit dem eigenen digitalen Endgerät maschinelles Lernen erfahrbar zu machen. Es gibt verschiedene Themenbereiche und Lernumgebungen, in denen selbstständig mit den Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Technologien experimentiert werden kann. Zur Ausführung der verschiedenen Umgebungen wird lediglich ein moderner Webbrowser benötigt. In dieser Unterrichtseinheit geht es um die Funktionsweise von einfachen neuronalen Netzen (sogenannte "Feed-Forward"-Netzwerke), beginnend mit dem einfachsten dieser Netze – dem Perzeptron. Als Anwendungsfall wird die Klassifikation von Obst anhand ausgewählter Features gewählt. Die Lernumgebung erzählt dazu eine interaktive Geschichte, in die verschiedene Aufgaben eingebettet sind. So muss zunächst das Perzeptron per Hand optimiert werden, das heißt die verschiedenen Modellparameter (Gewichte) passend gesetzt werden. Im Sinne des productive failure wird die Aufgabenstellung dann so erweitert, dass eine sinnvolle Klassifikation mit dem Perzeptron nicht länger möglich ist, dennoch sollen auch hier wieder Parameterwerte gefunden werden. Im nächsten Schritt wird das Perzeptron dann zu einem neuronalen Netz mit einer Zwischenschicht erweitert. Hier gestaltet sich die Parameteroptimierung sehr mühsam, sodass abschließend das Verfahren des automatischen Trainings durch den Backpropagation-Algorithmus als sinnvolle Ergänzung thematisiert wird. Die Einheit eignet sich im Fach Informatik als Einführung in eine Unterrichtseinheit zu maschinellem Lernen (speziell zu neuronalen Netzen) oder auch als fachlicher Anknüpfungspunkt für eine Einheit in einem anderen Fach, wenn es beispielsweise um ethische oder wirtschaftliche Fragen der KI geht. Wird die Einheit im Fach Informatik eingesetzt, so liegen sinnvolle Schwerpunkte auf der grundsätzlichen Funktionsweise von Klassifikatoren als EVA-System (Features als Eingabe, Klassen gegebenenfalls mit Sicherheit als Ausgabe), dem Aufbau von Perzeptren und Feed-Forward-Netzwerken sowie dem Training eines Netzwerks. Hier ist es denkbar, diese auch nochmal außerhalb der Lernumgebung selbst zu programmieren. Die interaktive Geschichte führt über einen konkreten Anwendungsfall in die Funktionsweise von neuronalen Netzen als Klassifikatoren ein. Durch die schrittweise Hinführung und einfach gestaltete Aufgaben, die letztlich durch Experimentieren gelöst werden können, bietet die Geschichte einen Rahmen für eine Unterrichtseinheit. Die behandelten Themen können und sollen im begleitenden Unterricht von der Geschichte abstrahiert und tiefergehend beleuchtet werden. Es ist dabei möglich, einen mathematischen Ansatz zu wählen und die Berechnungen des Perzeptrons in den Vordergrund zu stellen. Genauso ist es möglich, einen informatischen Ansatz zu verfolgen und ein Perzeptron nochmals als Programmieraufgabe umzusetzen. Das ist zum Beispiel auch als Einschub zwischen den beiden oben dargestellten Stunden möglich. Die Erweiterung des Perzeptrons zu vollständigen Feed-Forward-Netzwerken erfolgt aus den Beschränkungen des Perzeptrons direkt im Kontext des Anwendungsfalls der Geschichte. Es wird dabei auch erlebbar, dass die händische Einstellung bereits eines sehr einfachen solchen Netzes nicht sinnvoll gelingt und es automatisierte Lösungen dafür gibt. Diese können im geeigneten Kontext (zum Beispiel Informatik im vertiefenden Bereich der Sekundarstufe II) im Anschluss auch thematisiert und gegebenenfalls programmiert werden. Andernfalls bleibt ein phänomenologischer Ausblick, der etwa durch die Lernumgebung zur Handschrifterkennung des KI-Labors ergänzt werden kann, um die Möglichkeiten größerer Netzwerke zu behandeln. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen (nach dem DigCompEdu Modell) Die Lehrenden sollten in der Lage sein, die Lernumgebung selbst verwenden können. Dafür bietet es sich an, dass sie sich im Vorfeld genau mit den Möglichkeiten auf Aufgaben der Geschichte beschäftigen, um auch für Rückfragen zur Verfügung zu stehen (2.1 Auswahl digitaler Ressourcen). Zudem müssen sie sicherstellen, dass die Lernumgebung – im Sinne der digitalen Teilhabe und gegebenenfalls unter Verwendung assistiver Technologien – von allen Lernenden genutzt werden kann (5.1 Digitale Teilhabe). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erklären, wie ein Perzeptron eine Ausgabe berechnet. analysieren den Einfluss von Parametern in einem Feed-Forward-Netzwerk. erklären wie Features für die Klassifikation eingesetzt werden. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen und verstehen Funktionsweisen und grundlegende Prinzipien der digitalen Welt. erkennen und formulieren algorithmische Strukturen in genutzten digitalen Tools. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren in der Gruppe über informatische Themen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die gewonnen Ergebnisse und Erkenntnisse kritisch. erschließen Probleme und komplexe Themengebiete mithilfe von Gestaltungskompetenzen eigenständig.