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Computer in die Schule – aber wie? - FreiDok - Albert-Ludwigs

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Sonderdrucke aus der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
CHRISTOPH SCHLIER
Computer in die Schule – aber wie?
Originalbeitrag erschienen in:
Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 26 (1973), S. [321]-332
DER MATHEMATISCHE UND NATURWISSENSCHAFTLICHE UNTERRICHT
26. JAHRG., HEFT 6
1. September 1973
Abhandlungen
Computer in die Schule — aber wie?
V011 CHRISTOPH SCHLIER
Zusammenfassung
Es wird versucht, die verschiedenartigen Aufgaben
zu skizzieren, die sich dem Einsatz von Computern in.
der Schule heute stellen. Dieser Einsatz muß sich primär an übergeordneten didaktischen Zielen, sekundär
auch an finanziellen und organisatorischen Bedingungen
orientieren. Danach werden die verschiedenen Klassen
von Computern und die Methoden des Zugangs zu.
ihnen daraufhin untersucht, wie sie zu den obengenannten Aufgaben passen, wobei die Kostenfrage wiederum
eine große Rolle spielt. Im Endergebnis erscheint ein
einziges universelles Computersystem pro Schule keineswegs als die günstigste Lösung. Ebenso muß vor dem
Masseneinsatz von Tischrechnern gewarnt werden, wogegen die Klasse der Minicomputer endlich in das
Bewußtsein der Beteiligten treten sollte.
1. Einleitung
Daß die Schule sich dem Phänomen Computer
nicht entziehen kann, darüber sind sich alle einig.
Weniger klar ist, wie bald Computer in die Schule eindringen sollen oder können, und was man mit ihnen
eigentlich machen soll. Im Gymnasialbereich, den wir
hier in erster Linie im Auge haben, sind die Lehrer der
Mathematik und der naturwissenschaftlichen Fächer
mit diesen Fragen am direktesten konfrontiert, da man
ihnen Sachkenntnis unterstellt. Sie müssen diese jedoch im allgemeinen erst durch viel Selbststudium erwerben. Auch heute findet eine Ausbildung in Informatik [1] (Computer Science) für künftige Mathematikoder Physik-Lehrer praktisch nicht statt, obwohl andererseits Lehrplankommissionen den Informatikunterricht der künftigen Oberstufe vorbereitet haben [2]
oder vorbereiten.
Hinzu kommt, daß zur Planung des Computereinsatzes eine Marktübersicht nötig wäre, die sich der
Lehrer praktisch nicht verschaffen kann. So ist er den
Werbeprospekten cleverer Computerhersteller meist
ohne Alternativen ausgeliefert. Auch der fleißige Leser
vieler Schulzeitschriften bekommt nur ein einseitiges
Bild, das etwa zur Zeit durch eine Welle von Berichten
über den Einsatz von Tischrechnern bestimmt ist
[3 bis 8].
MNU XXVI, 6
In dieser Situation versucht der vorliegende Aufsatz, einen möglichst umfassenden Überblick [9] über
denkbare Einsatzarten des Computers in der Schule
(Kap. 4.) zu geben und damit eine Entscheidungshilfe
in dem unvermeidlichen Kompromiß zwischen dem
didaktisch Wünschenswerten und dem finanziell Möglichen anzubieten. Zwei weitere Kapitel schildern in
der gebotenen Kürze mögliche Zugangsarten zum Computer (Kap. 2.) und mögliche Computertypen (Kap. 3.).
Wer keinerlei Vorkenntnisse über Rechenanlagen hat,
möge sich über Grundlagen und Details in der Literatur informieren [10 bis 15].
Am Schluß wird versucht (Kap. 5.), ein mögliches
System von Prioritäten mit daraus folgenden Konsequenzen für die Planung der Computerversorgung der
Schulen darzustellen. Der Verfasser stützt sich dabei
auf Erfahrungen, die er als Leiter eines Hochschulrechenzentrums gewann, nicht zuletzt aber auf Diskussionen mit Kollegen aus Schule und Hochschulel).
Er ist sich gewisser, notwendig subjektiver Bewertungen bewußt. Nur ein großes Maß an Unterrichtserfahrung mit genügend vielen Systemvarianten kann hier
zu einem Konsensus führen. Zum Glück ist — schon
wegen der technologischen Entwicklung — eine Planung
auf Jahrzehnte heute nicht vonnöten, um so dringender
ist jedoch die Planung der nächsten 3 bis 7 Jahre.
2. Der Zugang zum Computer
Es ist klar, daß die Art, wie man mit dem Computer
»spricht«, man sagt heute die »Kommunikation des
Menschen mit der Maschine«, von erheblicher didaktischer Relevanz ist. Darum wollen wir vor der Besprechung des Rechnereinsatzes über Zugangsmöglichkeiten sprechen. Wir unterscheiden als Alternative:
den unmittelbaren Zugang über Tastaturen oder
Ähnliches,
den mittelbaren Zugang über Datenträger, z. B.
Lochkarten.
In beiden Fällen können die Eingabegeräte in der Nähe
des Rechners stehen oder über längere Leitungen
') Dafur sei insbesondere den Herren H. Eoos, A. FRICK, R. GOETZ, K.
HAEFNER und H. PRADE gedankt.
21
322
26. JAHRG., HEFT 6
(> 100 m) an ihn angeschlossen sein, im letzteren Fall
spricht man von Datenfernübertragung (s. u. unter 2.3).
2.1 Unmittelbarer Zugang des Benutzers zum
Rechner bedeutet, daß der Benutzer seine Eingabe»daten« oder -»befehle« durch Tastaturen, Schalter oder
Ähnliches festlegt. Im Rechner muß dabei ständig ein
Programm laufen, das die Eingabe auf Zulässigkeit
(sonst Fehlerausgabe) und Bedeutung prüft, d. h. auf
»Syntax« und »Semantik«. Vom Rechner wird erwartet,
daß seine Reaktion auf die Eingabe »sofort«, d. h. in
höchstens einigen Sekunden, erfolgt, dazu ist neben
anderem notwendig, daß der Benutzer das Ausgabegerät (alphanumerische Anzeige, Bildschirm oder
Druckwerk) vor den Augen hat. Die Kombination von
alphanumerischer Tastatur und Druckwerk oder Bildschirm, angeschlossen an einen nicht unmittelbar benachbarten Rechner, wird Datenstation oder Terminal genannt, ihre häufigste Realisierung ist ein Fernschreiber.
Von interaktivem oder Dialog-Betrieb spricht man,
wenn der Rechner so programmiert ist, daß der Benutzer in ständigem Hin und Her zwischen Eingabe
und Rechnerantwort seine Probleme lösen kann. Höhere Programmiersprachen, die für Dialogbetrieb eingerichtet sind, heißen Dialogsprachen, ihre wichtigste für
die Schule ist BASIC [16 bis 19].
Die für die Schule wichtigsten Fälle des unmittelbaren Zugangs zum Rechner werden im folgenden aufgeführt:
a) Benutzung von Großrechnern oder Kleinrechnern (zur Definition vgl. Kap. 3.) in einer Dialogsprache über Terminals. Der Rechner kann in der
Nähe stehen oder über Fernleitungen angeschlossen
sein; im letzteren Fall ist es wichtig, auch das, was hinter dem Terminal vorgeht, im Unterricht genügend
ausführlich zu behandeln, um einer Mystifizierung des
Computersystems entgegenzuwirken.
b) Benutzung von Tischrechnern 2 ) mittels ihrer
Funktionstastaturen. Hier wird eine Buchstabenfolge,
z. B. S, I, N oder S, T, 0, bzw. ein Begriff, hier
»Sinus« oder »Store«, durch das Niederdrücken einer
Taste ausgedrückt. Auch die zulässigen Folgen solcher
Tasteneingaben stellen eine formale (Programmier-)
sprache dar 3 ), deren Brauchbarkeit keineswegs bei
jedem Tischrechner gleich gut ist. Hier fehlen weitgehend die Untersuchungen, insbesondere auch solche
mit formalen Hilfsmitteln (vgl. aber [5, 6]).
c) Noch unmittelbarer wird man einen Zugang
nennen, bei dem der Benutzer die Konsolschalter eines
Rechners bedient, der Schalter und Tasten zum Starten
des Betriebs und zur Fehlersuche hat ( jedoch keine
Funktionstastatur), wie es bei Klein- und Großrechnern üblich ist. Hier können die Register und Speicherplätze des Rechners einzeln beschrieben und ausge2) Wir nennen Tischrechner Tischrechner und nicht Kleinrechner, wie es
leider oft geschieht, vgl. Kap. 3.
3) Schon mein Tischrechnerchen Hewlett-Packard 35 protestiert, wenn ich
arc log eintippe.
1973
lesen werden, und die Ergebnisse von Einzelschritten
sind zugänglich. Falsche Bedienung in formaler Hinsicht gibt es nicht mehr, jede unsinnige (semantisch
falsche) Bedienung hat ihre (oft üble) Folge. Trotzdem
möchte man für Lehrzwecke diese Möglichkeit der
Demonstration nicht missen (s. u. im Kap. 4.).
2.2 Der mittelbare Zugang zum Computer erfolgt
über Datenträger. Im Schulbetrieb kommen hierfür
nur die billigeren (sowohl im Hinblick auf das Beschreiben wie auf das Lesen) in Frage, also z. B. nicht
Magnetbänder. Üblich sind:
a) Lochstreifen, heute normalerweise im internationalen 8-Kanal-Code. Zur Herstellung braucht man
eine Lochstreifenstanze (meist mit Fernschreiber gekoppelt) [20], zum Lesen braucht der Rechner einen
Lochstreifenleser. Vorteil des Lochstreifens : der Preis,
Nachteil : für große Datenmengen schlechte Handhabung, für die Schule entscheidender : die Tatsache,
daß das Gelochte nicht lesbar ist.
b) Lochkarten : Im kommerziellen Bereich der
wichtigste Datenträger, daher in jedem populären
Computerbuch besprochen. Wegen der hohen Kosten
(> 18000,— DM) für einen einzigen Lochkartenstanzer scheidet die übliche Lochkarte für die Schule aus,
möglich sind dagegen vorgestanzte Lochkarten, deren
Löcher nur noch mit einer Nadel oder einem Bleistift
herauszudrücken sind : IBM »Port-a-Punch« System.
Die Kosten betragen hier etwa 40,— DM für das
Gerät (notfalls geht es ohne) und 1 bis 2 Dpf pro Karte.
Außerdem muß der Computer einen Kartenleser haben, was nur bei Großrechnern selbstverständlich ist.
Als billige Lösung kommen Kartenleser in Frage, die
ein fernschreiber-kompatibles Ausgangssignal abgeben [21]. Zu beachten ist, daß es neben dem üblichen
Kartenformat (12 Zeilen, 80 Spalten) auch andere
Formate gibt, u. a. bei den Kartenlesern der Tischrechner (z. B. Compucorp).
c) Markierungskarten : Hier wird die Karte nicht
gelocht, sondern in vorgedruckten Feldern mit einem
weichen Bleistift angestrichen. Jedes Gerät, um den
Datenträger zu kennzeichnen, entfällt, so daß wir hier
für Schulzwecke eine ideale Methode des Zugangs über
Datenträger sehen. Auch die Markierungsleser sind
neuerdings erschwinglich, allerdings bisher nur bei
einem Lieferanten [22].
d) Magnetkarten und Magnetbandkassetten sind
zwar als solche billig und als Zwischenspeicher auch
interessant, kommen aber als primäre Datenträger für
unseren Zweck nicht in Frage, da sie durch den Computer selbst beschrieben werden müssen. Es ist auch
nicht zu erwarten, daß ein genügend billiger Tastaturauf-Magnetbandkassette-Umsetzer kommen wird.
2.3 Alle Eingabegeräte können theoretisch per
Datenfernübertragung an den Rechner angeschlossen
werden, praktisch kommt dies für Fernschreiber- oder
Bildschirm-Terminals und für damit gekoppelte Loch-
Abhandlungen
karten- und Markierungsleser in Frage. Von Fernübertragung spricht man allerdings noch nicht, wenn diese
Geräte nur in einem gesonderten Raum stehen, Leitungslängen bis etwa 150 m sind meist unschädlich. Bei
größeren Entfernungen müssen der Computer und die
Datenstation über sogenannte Modems an die Leitungen angepaßt werden, deren Kosten je nach Übertragungsgeschwindigkeit 4000 bis 30000,— DM pro
Paar betragen. (Für Schulzwecke ist Telegrafiegeschwindigkeit von 10 Zeichen/sec und damit die
kleinste Summe meist ausreichend.) Hinzu kommen
die Leitungskosten: öffentliche Leitungen der Post ab
20,— DM/(km • Monat), weniger in Nebenstellennetzen, wie sie der Schulträger unter Umständen zur
Verfügung hat.
Datenfernübertragung dürfte in der nahen Zukunft erheblich zunehmen und dabei sicher auch billiger werden, jedenfalls die Gerätekosten. Ihre Wirtschaftlichkeit im Gesamtsystem hängt von den spezifischen Rechnerkosten für den angezielten Aufgabenbereich ab und kann nicht pauschal beurteilt werden.
3. Computertypen
Im Vorbeigehen wollen wir noch einen Blick auf
die Computer selbst werfen, die Diskussion über ihre
Brauchbarkeit folgt später. Obwohl die Grenzen nicht
scharf zu ziehen sind, scheint folgende Typeneinteilung
für alles Weitere sinnvoll zu sein:
Großrechenanlagen,
Kleinrechner (englisch: minicomputer),
Tischrechner (englisch: desk top calculator),
Modellrechner für Lehrzwecke.
Es ist bedauerlich, daß die international einigermaßen klare Bezeichnung Kleinrechner (»minicomputer«) von interessierter oder uninformierter Seite in
Deutschland häufig auf Tischrechner angewandt wird.
Wir machen ausdrücklich auf unsere Definition aufmerksam, welche Tischrechner mit Funktionstastaturen nicht als Kleinrechner bezeichnet.
Die folgenden Erläuterungen sind nur stichwortartig,
sie können die Lektüre eines Buches über Rechenanlagen (z. B. [10 bis 15]) keineswegs ersetzen. Im übrigen
zählen wir nur typische und für das Weitere relevante
Eigenschaften auf.
3.1 Großrechner
Kosten: 0,5 bis 30 Millionen DM; Speicherhierarchie aus Primärspeicher (3 • 10 5 bis 3 • 10 6 bytes)
und Sekundärspeicher (bis 10 9 bytes als Plattenspeicher,
mehr auf Magnetband) ; alle Arten von Peripheriegeräten möglich, ebenso Fernübertragung, jedoch ist
z. B. die Lochstreifeneingabe unüblich und sehr teuer;
323
klimatisierte Räume notwendig. Der Betriebsablauf
wird durch ein Betriebssystem genanntes Programm gesteuert und von Operateuren überwacht. Meist laufen
mehrere Programme gleichzeitig, auch in verschiedenen Programmiersprachen. Der Zugriff über Datenstationen ist in den heutigen Rechenzentren noch relativ
selten und teuer.
3.2 Kleinrechner
Kosten : 20 bis 500 Tausend DM; bei den kleineren
nur eine Speichersorte, z. B. 4 oder 8 • 10 3 Worte zu
16 bit, bei den größeren eine Speicherhierarchie aus
z. B. 24 • 10 3 Worten Primärspeicher und 10 6 Worten
Sekundärspeicher; typische Peripherie: Fernschreiber
und Lochstreifengeräte; Markierungsleser leicht möglich, ebenso Bildschirm und X-Y-Schreiber; Klimatisierung nur bei sehr großen Systemen notwendig. Der
Betriebsablauf wird nur bei den kleinsten Systemen
nicht von einem Betriebssystem gesteuert. Ein dauernd
anwesender Operateur ist oft nicht notwendig, z. B.
wenn nur Fernschreiber und/oder Markierungsleser
angeschlossen sind, doch können »Systemzusammenbrüche«, die einen Neustart des Rechners erfordern, im
allgemeinen nicht von den Benutzern behoben werden.
Für manche Kleinrechner existieren MehrbenutzerBetriebssysteme, die zur Zeit allerdings noch in allen
Fällen auf eine Programmiersprache (BASIC für 8, 16
oder 32 Benutzer) beschränkt sind. Der für die Schule
so wichtige Anschluß von Markierungslesern ist in
diesen Betriebssystemen noch nicht ausreichend berücksichtigt.
Kleinrechner (mehr darüber z. B. in [23]) haben
grundsätzlich alle Eigenschaften der Großrechner, sind
aber einfacher gebaut. Das ist möglich auf Kosten der
Geschwindigkeit komplexer Funktionen (z. B. Gleitkomma-Arithmetik), auf Kosten fehlender Parallelabläufe (etwa von Ausgabe und Rechenoperationen)
und durch Verzicht auf Ausbaufähigkeit des Gesamtsystems. Die Geschwindigkeit einfacher Befehle (z. B.
»Hole vom Kernspeicher«) gibt derjenigen der Großrechner nicht viel nach.
Die bei uns herrschende Unkenntnis über Kleinrechner ist historisch verständlich. Nicht die Großfirmen, die jeder kennt, sondern kleine unabhängige
Produzenten in den USA entwickelten diesen Rechnertyp, der als »Prozeßrechner« in Labors und bei Automatisierungsaufgaben weithin eingesetzt wird. Erst
später wurde von einigen Firmen [24] der Schulsektor
als Markt erkannt, unter anderem durch Anbieten der
obengenannten Mehrbenutzer-BASIC-Systeme. Noch
etwas anders verlief die deutsche Entwicklung der
»mittleren Datentechnik«, die Rechner hervorgebracht
hat, die so sehr auf den kaufmännischen Bereich zugeschnitten sind, daß sie für die Schule vorläufig uninteressant sind. Für keinen dieser Rechner gibt es meines
Wissens einen BASIC-Compiler.
324
26. JAHRG., HEFT
3.3 Programmierbare Tischrechner
Kosten : 3 bis 50 Tausend DM ; Speicher : 2 bis
einige 10 3 Befehle, in der oberen Preisklasse Magnetkarte oder Magnetbandkassette als Sekundärspeicher;
charakteristisch ist die Eingabe über Funktionstastaturen, daneben Lochstreifen, Lochstreifenkarten, Lochkarten, Markierungskarten, Magnetkarten; Ausgabe
über etwa 12 stelliges Druckwerk oder Ziffernanzeige,
unter Umständen X-Y-Schreiber möglich.
Tischrechner sind nicht als verkleinerte Großrechner, sondern als verbesserte Addiermaschinen entwickelt worden. Ihre Software beschränkt sich auf
häufig gebrauchte Anwenderprogramme (z. B. für
Statistik), die einzige Programmiersprache ist durch
die Tasten festgelegt. Zwischen den verschiedenen
Rechnern bestehen dabei große Unterschiede, sowohl
was die Bequemlichkeit der Codierung angeht, wie auch
in bezug auf den Umfang der Syntax, z. B. in der
Klammerbehandlung. »Höhere« Programmiersprachen
stehen nicht zur Verfügung [25].
Die wiederum keineswegs einheitliche Geschwindigkeit der Tischrechner liegt im allgemeinen weit unter
denen von Kleinrechnern, nicht zuletzt durch die Benutzung von seriellen Dezimal-Rechenwerken.
3.4 Modellrechner
Kosten : 5 bis 30 Tausend DM. Sie werden gebaut, nicht um sie für die praktische Datenverarbeitung
irgendwelcher Art einzusetzen, sondern um die Prinzipien der Computerstruktur und das Arbeiten mit
Computern zu lehren. Es sind also Lehrmodelle ähnlich dem Dampfmaschinenmodell in der Physiksammlung. Als solche können sie im Befehlsvorrat, in der Wortlänge und Speichergröße und in der Art der Bedienung
eingeschränkt sein. Auch Geschwindigkeit ist nicht vonnöten. Dagegen sollte Aufbau und Bedienung besonders
übersichtlich sein.
Die heute auf dem Markt befindlichen Modellrechner [26] befriedigen alle nicht ganz. Unter anderem
sind ihre Befehlsmengen alle ein bißchen ad hoc herausgesucht, man kann an ihnen weder einen Minimalsatz noch typische Befehlsvorräte demonstrieren.
Nichtsdestoweniger werden Modellrechner für einen
Informatik-Unterricht in der Schule eine immer größere Bedeutung gewinnen, da Rechnerstruktur sicher
nur an einem guten Modell angemessen gelehrt werden
kann (s. u. S. 326f.). Als einzige Alternative bietet sich
ein Simulator an, der Anzeigen und Bedienungselemente
eines Modellrechners auf einer Konsole vereint, aber
zur Durchführung der Operationen an einen Kleinrechner angeschlossen wird. Ein solcher Simulator,
MORE, wurde in [27] beschrieben. Für ihn spricht ein
Kostenvorteil, da ein Kleinrechner leicht Dutzende von
Simulatoren bedienen kann, und das Simulationskonsol
wesentlich billiger als ein kompletter Modellrechner ist.
6, •
1973
Auch hier dürfte die Zukunft weiter entwickelte Geräte
bringen.
4. Einsatzmöglichkeiten des Computers in der
Schule
Auf dem Hintergrund der oben gegebenen Sachinformation möchten wir nun die Einsatzarten des Computers im Schulunterricht der Reihe nach besprechen.
Im Gegensatz zur öffentlichen Meinung, die den
Computer meist mit »Verwaltung« assoziiert und zur
pädagogischen Literatur [28, vgl. a. 29, 30], die in
Deutschland von Computern überwiegend im Zusammenhang mit computerunterstütztem Unterricht
(CUU) spricht, möchten wir als zunächst gleichberechtigte Einsatzarten die folgenden unterscheiden:
Computer als Rechenmaschine,
Computer als Lehrgegenstand (»Informatik«),
Computer als Lehrmedium (»CUU«),
Computereinsatz in der Schulverwaltung.
Daß dabei Mischformen auftreten, soll uns nicht stören.
4.1 Der Computer als Rechenmaschine
Hier sind die Fälle gemeint, in denen der Computer als Hilfswerkzeug zum Lösen von numerischen
und logischen Aufgaben dient, die selbst in irgendeinem, keineswegs computerbezogenen Zusammenhang des Unterrichts, der Unterrichtsvorbereitung oder
der Unterrichtsauswertung stehen. Der Computer löst
hier andere Rechenhilfsmittel (Logarithmentafel, Rechenstab, Addiermaschine) ab, erspart manche
sinnlose »schriftliche« Rechnerei und vergrößert den Bereich der praktisch in der Schule berechenbaren Dinge
nicht zuletzt auch in das Gebiet der nichtnumerischen
Algorithmen hinein. Hier ein paar Beispiele [31 bis 35,
s. a. 19] :
1) Einmalige längere Rechnungen mit »krummen«
Zahlen oder Ausdrücken, wie sini/1 — 1n2. Wenn sie
in eingekleideten Aufgaben vorkommen, sind sie ohne
Rechenmaschine sehr fehlerträchtig und stellen sinnlose Rechenarbeit dar, wenn man sie etwa mit der
Logarithmentafel löst.
2) Wiederholte Rechnungen (Schleifen, Iterationen), wie sie beim Tabellieren von Funktionen, Auswerten von Labordaten und Tests, statistischen Berech.nungen und mathematischen Problemen (z. B. Nullstellenermittlung, Gleichungen mit mehreren Unbekannten) auftauchen können.
3) Numerische Demonstrationen, z. B. über die
Konvergenz einer Reihe, die Berechnung des Kreisinhalts durch Folgen von Polynomen oder einfache
Simulationen, z. B. mehrstufiger radioaktiver Zerfall,
eindimensionale Diffusion (random walk).
4) Komplexere Berechnungen (auch Simulationen),
wie sie vielleicht in Arbeitsgemeinschaften oder Jahres-
Abhandlungen
arbeiten durchgeführt werden können, z. B. WahlHochrechnungen, Probleme der linearen Optimierung,
Bahnberechnungen von Satelliten in höherer Nähe-.
rung. Hierhin gehören auch Programme, die der Lehrer z. B. zur Testauswertung schreiben könnte.
Diese Beispiele sind, wie man sieht, nach steigenden
Anforderungen an die Rechenleistung des Computers
geordnet. Da jedoch fast stets die Rechengeschwindigkeit eines Tischcomputers ausreichen wird, ist die
Brauchbarkeit verschiedener Computertypen durch die
didaktischen Anforderungen an Bedienung und Zugänglichkeit bestimmt und nicht durch die Rechenleistung.
Für Beispielgruppe 1 braucht der Rechner nicht
einmal programmierbar zu sein. Es genügt ein Rechner,
der über eine Funktionstastatur oder den »Calculator
Mode« einer höheren, dialogfähigen Programmiersprache (z. B. BASIC) arithmetische Ausdrücke mit
Standardfunktionen und möglichst auch Klammern
verarbeiten kann. Wichtig ist die Zugänglichkeit : der
Rechner muß möglichst in der Klasse und jedenfalls im
Schulgebäude leicht zugänglich sein. Zugänglichkeit
bedeutet weiterhin, daß das Programmieren nicht in
Assemblersprache oder in einer der primitiven Tastatursprachen älterer Tischrechner erfolgen darf.
Für die Beispielgruppen 2 bis 4 muß der Rechner
speicherprogrammierbar sein. Da er hier nur ein Hilfswerkzeug ist, wird das eigentliche Problem — das je
nachdem im Auffinden des Lösungsansatzes, in der
Algorithmierung oder einfach im Wert des Ergebnisses
liegen kann — verstellt, wenn die Programmierung
nicht in einer höheren Programmiersprache erfolgt.
Der Lehrer, der die Schüler in Assemblersprache programmieren lassen muß oder auf die primitiven Sprachen angewiesen ist, die die Funktionstastaturen der
meisten heutigen Tischrechner anbieten, wird immer
wieder vor der Frage stehen, ob der notwendige Programmieraufwand die durch den Computer gewonnene
Einsicht wert ist. (In Einzelfällen wird er dann vielleicht nur noch selbst programmieren und das bloße
Ergebnis vorführen, der Rechner wird vollends zur
black box.) Man wird also fordern müssen, daß der
Rechner BASIC (oder ALGOL oder FORTRAN u. a.)
»versteht«, oder wenigstens eine Annäherung an diese
Sprachen (wie etwa der Hewlett-Packard Rechner
9820).
Sollen die Schüler häufig selbst programmieren, so
muß die Möglichkeit bestehen, Programme (z. B. zu
Hause) vorzufabrizieren und sie über Datenträger in
den Rechner einzugeben. Hierfür kommen Markierungskarten, vorgestanzte Lochkarten (»port-a-punch«
von IBM u. a.) oder Lochstreifen (allerdings, da es eines
Streifenlochers bedarf, nur für die Herstellung innerhalb der Schule) in Frage.
Weniger wichtig, aber auch bedenkenswert ist die
Frage, welche Ausgabemöglichkeit der Computer für
325
die Demonstration der Ergebnisse im großen Kreis hat.
Großziffernanzeigen und Bildschirme sind wünschenswert, sie können allerdings auch durch einen Fernsehmonitor ersetzt werden. (Und schließlich kann man
auch ohne große Einbuße die Ergebnisse an die Tafel
abschreiben lassen.)
Am Schluß dieses Abschnitts möchten wir begründen, warum die Schule auf den Computer als Rechner
nicht verzichten kann. Zunächst einmal ist er ein Hilfsmittel, das bald jedermann im Beruf zur Verfügung
stehen wird, da kann die Schule nicht zurückstehen.
Wichtiger noch scheinen uns jedoch die zusätzlichen
Einsichten zu sein, die er vermitteln kann (vgl. die
Beispiele unter 3), und die manchen Lehrer schonveranlaßt haben, ihn in Unter- oder Mittelstufe zu benutzen.
Schließlich bietet er heute in jeder Altersstufe eine zusätzliche Motivation, die die Schule gut gebrauchen
kann, ein Effekt allerdings, der sicher nicht über Jahrzehnte vorhält.
4.2 Der Computer als Lehrgegenstand
Bildungspolitisch — um das hehre Wort einmal zu
gebrauchen — sehen wir hier den wichtigsten Grund,
Computer in die Schule einzuführen. Die allgemeine
»Computergläubigkeit« der Bevölkerung kann nur abgebaut werden, wenn ein merklicher Bruchteil der-‘
selben wenigstens prinzipiell verstanden hat, wie das
Ding funktioniert. Die Schule wird daher dahin kommen müssen, wenigstens einen Abglanz der Informatik
(Computer Science) zu lehren, und das kann nicht
nur heißen : Boolesche Algebra. Wir formulieren zunächst zwei verschiedene Stufen der Lehre über den
Computer:
1) Programmieren, d. h. die Formulierung eines
Algorithmus für eine (einfache) praktische Aufgabe und.
die Umsetzung desselben in ein syntaktisch und semantisch richtiges, in einer höheren Programmiersprache
geschriebenes Programm, ist eine Fertigkeit, die in
wenigen Jahren so allgemein benötigt werden wird,
daß sich die Schule ihrer Lehre nicht entziehen kann.
Programmieren in dem hier gemeinten Umfang ist
nicht schwer, daher keineswegs ein Stoff für die Hochschule. Es ist eine Fertigkeit wie die, einen Zinseszins
auszurechnen oder eine englische Zeitung zu lesen, die
beide, obwohl nicht übermäßig »wissenschaftlich«, ohne
an ihrer Notwendigkeit zu zweifeln, im Gymnasium
gelehrt werden.
Programmieren heißt hier selbstverständlich, in
einer Sprache wie BASIC oder ALGOL programmieren. Assemblerprogrammieren ist in diesem Zusammenhang überflüssig. Die Anforderungen an den Rechner sind daher teilweise dieselben wie schon im vorigen
Abschnitt. Nötig ist : (a) das Vorhandensein einer höheren Programmiersprache und (b) ein Zugang zum Rech-
ner mit kurzer Umschlagzeit. Das letztere bedeutet entweder die Existenz mehrerer Datenstationen für Dialog-
betrieb pro Klasse (interaktive Programmentwicklung)
26. JAHRG., HEFT 6
326
oder eine Eingabemöglichkeit über Datenträger, verbunden mit schneller Ausgabe des Ergebnisses (»SofortStapelbetriebe). Nur auf diese Weise wird die Forderung erfüllt, schnell darüber zu entscheiden, ob ein
Programm richtig ist. Lange Umschlagzeiten müssen
zu Frustration der Schüler führen. Wichtig sind schließlich (c) die Programmierhilfen, die dem Programmierer
im Hinblick auf fehlerhaftes Programmieren geboten
werden.
2) Informatik (Computer Science, »Rechnerkunde«)
sollte unseres Erachtens ein eigenständiges Schulfach
neben Mathematik und Physik werden (vgl. [2, 36 bis
38]). Aber auch, wer nicht so weit gehen wollte, sähe
sich mit der Tatsache konfrontiert, daß hier Begriffsbildungen entstanden sind, welche nicht nur ein technisches Gerät, den Computer, hervorgebracht haben,
das unsere Welt einschneidend verändert, sondern welche auch in zunehmendem Maße in unser Weltbild
eindringen wie diejenigen der modernen Physik und
Biologie und es heute mitbestimmen. Daher wird sich
die Schule der Aufgabe, die Grundbegriffe der Informatik zu vermitteln, nicht länger entziehen können,
was inzwischen in Lehrplänen für die Reform-Oberstufe einen ersten Niederschlag gefunden hat.
Ziel des Informatikunterrichts muß zunächst das
Verständnis derjenigen Begriffsbildungen sein, mittels
derer die Wissenschaft sich bemüht, Datenstrukturen
und Strukturen datenverarbeitender Maschinen in den
Griff zu bekommen. Wir glauben, daß Begriffe wie
»Automat«, »formale Sprache« mindestens in der gymnasialen Oberstufe ihren Platz haben sollten — mit
Boolescher Algebra allein ist wenig gewonnen.
Daneben muß die Frage, wieso eine elektrische
Anordnung aus Transistoren, Dioden, Widerständen
usw. wie sie der Computer darstellt, rechnen kann,
wenigstens im Prinzip beantwortet werden. Das
schließt einiges Sachwissen über Rechneraufbau einschließlich der Kenntnis einer einfachen Maschinensprache ein. Will man einen derartigen Unterricht
nicht völlig abstrakt aufbauen, was ihn, wie die »Kreidephysik« beweist, sehr erschweren würde, so muß neben
einem Bausteinsystem zur Demonstration der Schaltalgebra [39] ein Rechner zur Verfügung stehen, der
eine einfache und offenliegende Struktur hat und sehr
direkt (über Schalter und Tasten, mit der Möglichkeit,
Einzelschritte zu beobachten) zugänglich ist.
Die Forderung der offenliegenden Struktur schließt
Tischrechner für diesen Zweck praktisch aus, die des
direkten Zugangs, Großrechner. Kleinrechner sind derzeit geeignet, es ist jedoch zu erwarten, daß ihr blackbox-Charakter in den nächsten Jahren zunimmt. Heute
schon brauchbar, aber noch zu teuer, sind Modellrechner [26], hier müßte allerdings die Industrie noch
einiges tun, um didaktisch und ökonomisch besser
vertretbare Lösungen zu entwickeln.
Auf einem derartigen Informatik-Lehrgang aufbauend sollten in der Schule Fragen der gesellschaft-
•
1973
lichen Relevanz unkontrollierter Computeranwendung
und philosophische Probleme (z. B. der Computer als
Modell des Menschen) besprochen werden. Dies geschieht zwar ohne Rechner, wir erwähnen es jedoch,
weil wir derartige Diskussionen für wirkungslos halten,
wenn nicht vorher ein ausreichendes Verständnis des
Rechners selbst vorhanden ist.
Das Thema »Computer als Lehrgegenstand« zeigt
somit zwei Aspekte, die etwas verschiedene Anforderungen an das Gerät stellen. Die Fertigkeit, den Computer zu gebrauchen, sollte in der Form gelehrt werden,
in der sie später benutzt wird: das heißt, als höhere
Programmiersprache. Diese steht dann auch gleichzeitig
für die Anwendungen zur Verfügung.
Das Verständnis des Computers als Datenverarbeitungsmaschine wird nur erreicht, indem die Rückführung komplexer Strukturen und Vorgänge auf einfache einsichtig gemacht wird. Exemplarische Computerbenutzung zu diesem Zweck verlangt kleine,
durchsichtig strukturierte, direkt zugängliche Rechner.
4.3 Der Computer als Lehrmedium
Hier müssen wir uns mit verschiedenen Formen
des computerunterstützten Unterrichts (CUU), eines
Sonderfalls des »objektivierten« Unterrichts befassen.
Der Computer ist dabei entweder (zusammen mit
einem Ein-Ausgabegerät für Dialogverkehr) alleiniges
Lehrmedium, oder er steuert weitere audiovisuelle
Medien (Projektion, Film, Tonband).
Im Gegensatz zu den beiden bisher besprochenen
Bereichen des Computereinsatzes in der Schule existiert
auch in Deutschland eine weite Literatur über CUU
[nur eine Auswahl ist 28 bis 30, 42 bis 47]. Unser Ziel
kann nur eine Klassifizierung im Hinblick auf die Forderungen sein, die die verschiedenen Spielarten des
CUU an den Computer stellen.
1) Computerunterstütztes Üben (»drill and practice«). Hier handelt es sich nicht darum, Lehrtexte darzubieten, sondern nur Übungsmaterial, seien es
Rechenaufgaben, deren Lösungsmethode vorher gelehrt wurde, seien es Vokabeln, deren Übersetzung verlangt wird. Ein Einsatz ähnlich dem Sprachlabor ist
denkbar. Da das Material, welches dem Schüler angeboten wird, wenig strukturiert ist, sind die Lehrprogramme einfach (sie können z. B. in BASIC geschrieben werden), und ein kleiner Rechner kann leicht viele
Schüler versorgen. Für Schulen, die einen Kleinrechner
haben, scheint hier ein einfacher, erster Zugang zum
computerunterstützten Lehren zu liegen, der über die
auch sonst gebrauchten Fernschreiber oder Sichtgeräte
hinaus keine Investitionen verlangt. Solche Programme
können auch den Lehrer von Aufgaben entlasten, die
kein großes Interesse für ihn bieten. Gegenüber programmierten Büchern ergeben sich merkliche Vorteile:
Mogelfreiheit, Leistungskontrolle jedes Schülers, bei
geeigneter Programmierung auch Anpassung des dargebotenen Materials an den Schüler (z. B. Darbietung
Abhandlungen
der nicht gekonnten Vokabeln mit erhöhter Häufigkeit).
2) Simulationsprogramme erlauben das Lernen
durch »Herumspielen« oder »Experimentieren« am
modellierten statt am realen Gegenstand. Das kann
billiger oder ungefährlicher (Beispiel : Kettenreaktion
beim Kernreaktor) sein, es kann Experimente erst ermöglichen, weil sie in natura zu lange dauern (Beispiel:
Genetik), es kann Nebeneffekte vermeiden, die die Verhältnisse sonst unnötig komplex machen (Beispiel: Diffusion in Gasen) [s. a. 48].
Die notwendige Rechnergröße ergibt sich hier aus
der jeweiligen Komplexität des zu simulierenden Vorgangs und der geforderten Güte der Simulation. Im
allgemeinen werden wohl Rechner oberhalb der Klasse
der Tischrechner gebraucht. Als Zugang ist in der Regel
Dialogbetrieb notwendig, als Ausgabenmedium für viele
Zwecke ein Bildschirm. Pro Datenstation können gleichzeitig nur 2 bis 5 Schüler versorgt werden (es sei denn,
man demonstriert das Ganze nur für die Klasse), so daß
deren Zahl recht hoch wird.
3) Bei den Lehrprogrammen im engeren Sinn, bei
denen dem Schüler nach einer Lehrstrategie in Abhängigkeit von seinen Antworten komplexes Material
dargeboten wird, muß man zwei Fälle unterscheiden,
je nachdem, ob der Rechner allein oder im Verein mit
anderen Medien (Film, Tonband) das Lehrmaterial
darbietet. (Letzteres in [30] als computergestützter
Unterricht, GGU, bezeichnet.) Wenn didaktische
Gründe (etwa im Biologie-Unterricht) die grafische oder
(etwa im Unterricht in lebenden Sprachen) die auditive Datenausgabe fordern, ist heute ein Multimediensystem klar im Vorteil, da Computer-Grafik noch recht
teuer und qualitativ für den Sprachunterricht geeignete Computer-Sprachausgabe noch nicht vorhanden ist. Ein Multimedien-System hat allerdings in jedem
Fall den Nachteil, daß die Programmentwicklung hohe
Investitionen verlangt und auch Programmänderungen nicht leicht vorgenommen werden können. Beides
verlangt eine feste Bindung an den Systemhersteller
oder ein großes Software-Haus.
Genauso relevant für die Wahl des Computers ist
ein zweiter primär didaktischer Gesichtspunkt : Was für
Schülerantworten läßt man zu? Als Grenzfall steht hier
einerseits das Auswahlantwortverfahren (»multiple
choice«), andererseits die angestrebte Analyse »freier«
Antworten durch den Computer. Während im ersten
Fall der Rechner nur nachsehen muß, welche von höchstens einem halben Dutzend Tasten gedrückt wurden,
oder ob ein kurzer Text eines von ein paar möglichen
Schlüsselwörtern enthält — beides in weniger als einer
Millisekunde auch von einem Kleinrechner zu erledigen — muß er im zweiten Fall die Richtigkeit der Antwort aus einer syntaktischen und unter Umständen
semantischen Analyse von mehr oder minder natürlicher Sprache gewinnen. Soweit solche Analysenprogramme im Rahmen hochentwickelter CUU-Sprachen
327
überhaupt existieren, verlangen sie leistungsfähige
Großcomputer, und eine Entwicklung in Richtung auf
mehr und mehr »freie« Antwort wird diese Forderung
verschärfen.
Trotzdem glauben wir, daß die Zukunft des computerunterstützten Unterrichts — von reinen Übungsprogrammen (s. oben 1.) abgesehen — dem Großcomputer gehört. Dafür spricht nicht zuletzt die Primitivität des Auswahlantwortverfahrens, das — wenn der
Reiz des Neuen einmal vorüber sein wird — vom Schüler
wohl kaum anders beurteilt werden wird als der vielbeschimpfte »Pauker« früherer Jahre [hierzu vgl. 47].
Im übrigen dürfte der Beweis dafür ausstehen, daß
einigermaßen komplexe Sachverhalte überhaupt auf
diese Weise gelehrt und geprüft werden können [vgl.
49].
4.4 Computer in der Schulverwaltung
Die Übertragung von Hoheitsakten der Verwaltung an Computerprogramme ist an und für sich ein
sehr weit entwickeltes Gebiet, und man betritt kein
eigentliches Neuland, wenn man die Aufgaben der
Schulverwaltung [28, 50 bis 52] :
das Führen von Dateien über Lehrer, Schüler,
Klassen, Räume;
die Herstellung von Listen und Bescheinigungen
aus diesem Datenmaterial;
die Erstellung von Planungsunterlagen aus denselben
und anderes mehr durch Computer vornehmen läßt.
Für alle diese Zwecke ist ein Kleinrechner ausreichend,
sofern er die nötige Kapazität an Sekundärspeichelfür die Datenhaltung (d. h. im Normalfall Plattenspeicher, Magnetkarten halten wir für wenig geeignet) und
die notwendige Zugriffsperipherie (Eingabe über Lochkarten- oder Markierungsleser, Ausgabe über nicht zu
langsamen Drucker, dazu ein Fernschreiber- oder
Bildschirm-Terminal für den Dialog) besitzt. Wichtig
scheint es auch zu sein, daß nicht nur die Schule, sondern auch der Schulträger Zugriff zu einem Teil dieser
Daten hat, denn er hat z. B. die übergeordnete Planung
zu erledigen. Da überdies die Programme zwar verwaltungsspezifisch, aber wenig schulspezifisch sind, ist
die Übertragung des ganzen Komplexes auf die Verwaltungscomputer des Schulträgers eine naheliegende
Möglichkeit, wobei dann selbstverständlich der beständige Zugriff der Schule auf die Daten ebenso gesichert sein muß wie die Verhinderung von Datenmißbrauch.
Unter das Kapitel Schulverwaltung fällt auch die
automatische Stundenplanerstellung, die im normalen
Verwaltungswesen so nicht vorkommt. Trotz aller
gegenteiligen Pressemeldungen scheint es nicht so, als ob
in naher Zukunft die Herstellung eines Stundenplans
für eine größere Schule per Computer möglich sei. Indem wir dies behaupten, setzen wir allerdings voraus,
26. JAHRG., HEFT 6
328
daß man nicht dem Computer Einschränkungen für
Lehrer und Schüler zugesteht, die man dem Stundenplanlehrer nicht erlauben würde, z. B. ein höheres Maß
an Nachmittagsunterricht und Springstunden. In jedem
Fall muß für die automatische Stundenplanherstellung ein Großcomputer da sein, und zwar mit beständigem Zugriff, wenn man nicht darauf verzichten will,
Änderungen und Vertretungspläne auch damit zu erledigen.
5. Konsequenzen für die Planung
Es ist evident, daß nicht alle im vorigen Kapitel aufgezählten Einsatzmöglichkeiten des Computers in der
Schule sogleich in die Wirklichkeit umgesetzt werden
können oder müssen. Dem sind zwar kaum technische,
jedoch um so mehr finanzielle und personelle Grenzen
gesetzt. Wie kann man also vorgehen?
Man wird bei jeder Planung erstens den didaktischen und/oder bildungspolitischen Nutzen in Beziehung zu den Kosten setzen und zweitens als Randbedingung diejenigen technischen oder personellen Einschränkungen beachten müssen, die eine allgemeine
Einführung bestimmter Einsatzarten heute selbst dann
sinnlos machen würden, wenn das Geld zur Verfügung
stünde. Die folgende Tabelle faßt zunächst noch einmal
das in Kap. 4 Gesagte zusammen und gibt eine Liste
von Planungsfaktoren an.
In der ersten Spalte stehen schlagwortartig die Einsatzarten. Die nächste Spalte gibt die brauchbaren
und — eingeklammert — die gerade noch akzeptablen
Computertypen, die folgende Spalte die Anforderung
an den Zugang. Die Spalte »Priorität« ist notwendigerweise sehr subjektiv. Darauf folgen Spalten, die die
technische, personelle und finanzielle Ausführbarkeit
angeben, wobei der finanzielle Maßstab naturgemäß
nicht kleinlich gezogen ist. Aber was den Sprachlabors
recht ist, sollte den Computern in den nächsten Jahren
billig sein.
5.1 Ausscheidung unrealistischer
Planungen
Bevor wir auf mögliche Planungen eingehen, möchten wir einige utopische Vorstellungen korrigieren, die
man häufig in der Literatur (und in den Prospekten der
interessierten Hersteller) finden kann:
1) Die Utopie vom baldigen Großeinsatz des computerunterstützten Unterrichts [z. B. 53, kritischer dagegen Kap. 3.2 in 29] : Dieser scheitert in den nächsten
Jahren primär an der Tatsache, daß sich CUU noch
im Forschungs- und Entwicklungsstadium befindet.
Aber selbst wer das nicht anerkennt, wird zugeben müssen, daß die personelle Basis nicht vorhanden ist, die
nötig wäre, um auch nur ein paar Prozent des Schulstoffes in akzeptable Lehrprogramme umzusetzen. Ebensowenig ist natürlich die finanzielle Basis vorhanden,
schon der Kauf von 30 bis 40 Terminals pro Schule
--1
I.
1973
(1 Klasse gleichzeitiger Unterricht, 1 std pro Woche
und Schüler an großen Gymnasien) würden die
Schulträger nicht verkraften, von den nötigen Rechenanlagen ganz abgesehen. Man kann mit gutem Gewissen sagen: Was in den nächsten paar Jahren in
Schulcomputer investiert werden kann, ist schrottreif,
bevor das CUU-Zeitalter vor der Tür steht. Die Anschaffungspolitik braucht keine Rücksicht auf CUUAnwendungen zu nehmen, es sei denn an Schulen, an
denen ausdrücklich CUU-Entwicklung betrieben werden soll. (Und das kann keinesfalls »nebenbei« geschehen!)
2) Die Utopie vom integrierten SchulcomputerSystem [54] : Diese geht von dem — in gewissen Grenzen — richtigen Prinzip aus, daß die Zusammenfassung
von mehreren Aufgaben in einem entsprechend größeren Computer kostengünstiger ist als die getrennte Erledigung auf verschiedenen Rechnern. Da eine totale
Integration aller Aufgaben — z. B. eines Landes — aber
offenbar unmöglich ist, erhebt sich sofort die Frage, wo
die optimalen Abgrenzungen solcher integrierter Systeme
liegen. Nachdem CUU gemäß dem oben Gesagten vorläufig ausgeschieden ist, spricht vieles dafür, auch die
Schulverwaltung auszuklammern und sie computermäßig dem Bereich der öffentlichen Verwaltung zuzuschlagen: (a) Die Programmierung von Verwaltungsprogrammen und ihre Wartung kann nicht Sache von
Lehrern sein. Selbst in der öffentlichen Verwaltung
zeigt sich allmählich, daß das Programmieren von Verwaltungsaufgaben nicht ohne Spezialkenntnisse in Or ganisationstechnik und bestimmten Programmiertechniken getan werden sollte. (b) Die Übernahme der
Schulverwaltung auf Computer darf nicht in jeder
Schule verschiedenartig erfolgen, sondern muß mindestens auf Landesebene kompatibel sein. (c) Es bestehen vielfältige Beziehungen zwischen den Dateien
einer Schulverwaltung und Einwohnerdateien, die man
insbesondere in größeren Städten ausnutzen kann [52].
(d) Die Anforderungen an den Computer sind keineswegs die gleichen, wenn er einmal zur (Datei-)Verwaltung, einmal für mehr rechenintensive Aufgaben
(Nr. 1.1 bis 3.2 der Tabelle 1) eingesetzt wird. (e) Schließlich darf das Sicherheitsproblem nicht vernachlässigt
werden: Es muß unmöglich sein, daß clevere InformatikSchüler sich Zugang zu den Dateien verschaffen und
z. B. die Noten der letzten Klassenarbeit korrigieren.
Dieses Datenschutzproblem ist nicht so trivial, wie es
oft erscheinen mag.
Zusammengefaßt meinen wir also, daß die Automatisierung der Schulverwaltung in Verbindung mit
der allgemeinen kommunalen Verwaltung gelöst werden muß. Das darf allerdings nicht dazu führen, sie als
Stiefkind zu behandeln und »Lösungen« anzubieten, die
keine Entlastung der Lehrer von Verwaltungsaufgaben
bringen. Insbesondere muß man wohl jede Lösung als
ziemlich sinnlos bezeichnen, die den Schulen den uneingeschränkten Zugang (on-line !) zu ihren Dateien nicht
329
Abhandlungen
Einsatz
1.1 Arithmetik
1.2 Iterationen
1.3 Einf. Programme
1.4 Komplexe Programme
2.1 Programmierkurs
2.2 Informatik
3.1 CUU : Drill
3.2 Simulation
3.3a Auswahlantwort
3.3b Freiantwort
4. a Dateien
4. b Stundenplan
Computertyp
Zugang
Priorität
T, K, G
(T), K, G 1 )
(T), K, G')
K, G
K, G 2 )
M, K
K, G
K, G
K, G
G
(K), G
G
D
D+
D+
D+, (S)
D+, (S) 3 )
D+, (S)
D
D
D
D
D, (S)
D, (5) 8 )
3
2
2
3
1
1
2
2
3
3
2
2
Realisierbarkeit
Pers.
Finanz.
Techn.
6)
+
±
+
Tab. 1
M Modellrechner, T Tischrechner, K Kleinrechner, G Großrechner, D Dialogverkehr, D+ Dialogverkehr, zusätzlich Datenträgereingabe
erwünscht, S Stapelbetrieb über Datenträger, + realisierbar (das schließt Versuchsprojekte keineswegs aus). Die Prioritäten sind:
1 hoch, 2 mittel, 3 niedrig.
Anmerkungen: 1 ) Gute Tischrechner akzeptabel, 2 ) Modellrechner und Tischrechner nur mit Bedenken,) 3 ) Stapelbetrieb frustrierend
außer bei schnellem Durchlauf, 4 ) nur bei genügender Lehrerfortbildung, 5 nur bei besonderem Engagement der Lehrer und auch dann
nicht in großem Ausmaß, 6 ) auf die Lehrer bezogen — , sonst 4- , 7 ) bei normalen Anforderungen an das Ergebnis, 8 ) bei Stapelbetrieb
sind die täglichen Änderungen von Hand zu machen!
)
gewährt und so dazu führt, daß alle Dateien in der
Schule nochmals in konventioneller Form geführt werden müssen.
3) Das Stundenplanproblem ist, soweit ich sehe,
nicht von sehr großer Wichtigkeit. Man wird es sich
leisten können zu warten, bis die Programme eine
Vorbedingung erfüllen, von der man nicht abgehen
sollte : die automatisch produzierten Stundenpläne sollten nicht schlechter sein, d. h. insbesondere nicht zu
mehr Springstunden für Lehrer und Schüler führen als
von Hand hergestellte. Wenn es solche Programme einmal gibt, wird man auch Computer finden, um wenigstens im off-line Betrieb die Pläne zu erstellen. Ein
Punkt, auf den man bei der Anschaffung von Schulcomputern Rücksicht zu nehmen hat, sind Stundenpläne nicht.
5.2 Versuch einer Realplanung
Nach diesen Vorbemerkungen bleiben für eine
Realplanung zunächst die Aufgabengruppen Computer
als Rechenmaschine und Lehrgegenstand (Nr. 1 und 2
der Tabelle 1) und dazu ggfs. ein versuchsweiser Einsatz
in einfachen Arten des CUU (Nr. 3.1 und 3.2 der
Tabelle). Als Planungszeitraum können 5 bis 7 Jahre
angenommen werden, die Zeit, in der heute schon aus
Wirtschaftlichkeitsgründen Computer-»Generationen«
einander ab-ösen.
Unter Einbeziehung der finanziellen Randbedingungen ergeben sich für die Schulen folgende Möglichkeiten :
1) Schuleigene Tischrechner;
2 a) Schuleigene Kleinrechner ( 1 Terminal pro
Schule) ;
2 b) Kleinrechner für mehrere Schulen gemeinsam
( 1 Terminal pro Schule),
3) Terminalanschluß an vorhandene Großrechner
(in kommunalen, kommerziellen oder hochschuleigenen Rechenzentren).
Lösung 1 hat den Vorteil, daß man mit sehr wenig
Geld (z. Z. ab DM 3500,—) einen ersten Schritt tun
kann. Das erklärt auch die bisherige Bevorzugung von
Tischrechnern in den wenigen Schulen, die sich überhaupt um den Computereinsatz bemüht haben. Der
Nachteil dieser Lösung ist unseres Erachtens, daß
Tischrechner die entstehenden Aufgaben nicht in didaktisch akzeptabler Form lösen können, wie wir oben
begründet haben. Eine Planung, die glaubt, viele Jahre
lang mit nur einem Tischrechner auszukommen, oder
die gar den Kauf vieler solcher Rechner vorsieht, ist
unseres Erachtens falsch. Insbesondere im letzten Fall
entstehen schnell Kosten wie bei einem Kleinrechner,
ohne dessen Vorteile.
Die Lösungen 2 und 3 sind didaktisch kaum unterschiedlich zu bewerten. Eine Ausnahme hiervon macht
der Informatik-Unterricht (Nr. 2.2 der Liste), wo der
Großrechner weniger geeignet ist, da er unzugänglich.
(was das direkte Konsol-Hantieren angeht) und unübersichtlich (was die Struktur angeht) ist. Dieser
Nachteil wäre gegenstandslos, wenn zusätzlich ein
Modellrechner verfügbar wäre, was allerdings zuerst
Neuentwicklungen der Industrie zur Voraussetzung
hat.
26. JAHRG., HEFT 6
330
ei 1973
Die Unterschiede der Lösungen 2 a, 2 b und 3 liegen
demgemäß hauptsächlich in der Organisation und den
Kosten. Der schuleigene Kleinrechner hat den Vorteil,
keine besonderen organisatorischen Probleme zu bieten. Außerdem ist die Anfangsinvestition trotz großer
Ausbaufähigkeit gering (etwa DM 35000,—, also etwa
1 /, von den Kosten eines Sprachlabors). Man muß
allerdings darauf achten, den Rechner jeweils nicht
leistungsfähiger zu machen, als es für die vorgesehene
Benutzung nötig ist. (Das ist leider ein häufiger Fehler,
der Kostenvergleiche verfälscht. Anlaß ist oft ein unflexibles Lieferprogramm der Firmen.)
Ob die gemeinsame Aufstellung eines Kleinrechners für mehrere Schulen kostengünstiger ist, hängt von
den örtlichen Verhältnissen ab (Entfernungen, schulträgereigenes Leistungsnetz, Raum, Verfügbarkeit einer
Aufsicht, Kapitalbeschaffung). Die reinen Computerkosten pro Terminal steigen bis zu einer gewissen Grenze unterproportional mit der Zahl der Terminals.
Eine der gängigsten Lösungen in der öffentlichen
Diskussion ist die dritte : die Bedienung der Schulen über
Terminals, die an irgendwelche Großrechenzentren angeschlossen sind. Insbesondere wird argumentiert, die
kommunalen Rechenzentren seien ja »sowieso« da. Wir
meinen, daß es der Steuerzahler verlangen kann, daß
hier mit realen Kosten gearbeitet wird. Und die sind
keineswegs niedrig, nach unseren Erfahrungen weit
höher als die eines gesonderten Schul-Kleinrechners
[vgl. a. 55]. Technisch verständlich wird das, wenn
man bedenkt, daß für den Schulbetrieb die wenigsten
Funktionen des Großrechners benötigt werden, da es
(soweit wir das Problem hier eingeschränkt haben) um
Programme in einfacher Sprache, von kleiner Länge
und ohne große Datenhaltung geht. Wenn demgegenüber von der »Universalität« des Rechners geredet
wird, bedenke man, daß auch die Bundesbahn nicht
nur eine Sorte Elektroloks hat.
Im übrigen werden die Schulen Garantien verlangen müssen, daß bei Lösung 3 ihnen der Rechner
in der gewünschten Sprache (im allgemeinen BASIC)
auch wirklich an jedem Schultag zu jeder Zeit zur Verfügung steht, damit nicht weitere Nebenbedingungen die
Stundenpläne der Betroffenen verschlechtern.
Damit wären wir am Ende unserer Überlegungen.
Wir glauben, daß die Unkenntnis über die Möglichkeiten der Kleinrechner im Schulbereich schnellstens
behoben werden sollte, damit z. B. nicht Schulversuche
gestartet werden, deren Initiatoren Kleinrechner erst
gar nicht in Betracht ziehen. Auch die amerikanische
Szene sollte man sich ansehen, wo dutzendweise Kleinrechner in Schulen stehen und auch Erfahrungen mit
ihnen publiziert sind [24, 31 bis 35].
Literatur
[1] G. ALEFELD - J. HERZBERGER - 0. MAYER: Über
das neue Studienfach Informatik. - MNU 23
(1970), 264-267.
[2] Vgl. für den vorläufigen Lehrplan in Schleswig-Holstein: ZDM 4, 155-162 (1972) , für den bayerischen Lehrplan z. B. J. KRATZ (Herausg.) : Der
Mathematikunterricht in der Kollegstufe.- München : BSV 1972, S. 120-152.
[3] G. HIRSCHMANN: Tagungsbericht in ZDM 3 (1971),
128-129.
[4] Vgl. das Programm der MNU-Tagung 1973 in
MNU 26 (1973) H. 1.
H.
WOLGAST : Kriterien zur Auswahl und zum Ver[5]
gleich von Kleincomputern für den Unterricht. In:
Informatik I (Herausg. H. MEISSNER). - MU 18
(1972), 109-125.
[6] Arbeitskreis »EDV in der Schule« Schleswig-Holstein:
Kleincomputer für die Schule. - MNU 25 (1972),
403-412, und 26 (1973), 79-87.
[7] H. WOLGAST : Der Einsatz von Tischcomputern im
Mathematikunterricht. - MNU 25 (1972), 273282.
[8] K. WIGAND : Computer Report 1972. - PM 14
(1972), 40-44.
[9] Einen umfassenderen und kritischeren Standpunkt
zeigt auch W. ARLT Datenverarbeitung im Schulwesen. - Die Aula 5 (1972), 9-12, und: Der Rechner im Bildungsfeld. - Die Aula 5 (1972), 198200.
[10] R. KLAR: Digitale Rechenautomaten. - Berlin:
de Gruyter 1970 (Sammlung Göschen 1241/
1241 a).
[11] S. DWORATSCHEK : Einführung in die Datenverarbeitung 4. Aufl. - Berlin : de Gruyter 1971.
[12] H. J. TAFEL : Einführung in die digitale Datenverarbeitung. - München: Hanser 1971.
[13] H. KUNSEMÜLLER : Digitale Rechenanlagen. - Stuttgart: Teubner 1971.
[14] A. P. SPEISER : Digitale Rechenautomaten. 2. Aufl. Heidelberg : Springer 1964.
[15] G. EMERY : Electronic Data Processing. - London:
Pitman 1968.
[16] J. G. KEMENY - T. E. KURTZ : BASIC Programming, 2. Aufl. - New York : Wiley 1971. - Von diesen
Autoren wurde BASIC für das Dartmouth College,
Hanover, N.H, erfunden.
[17] H. REHBEIN: BASIC - leicht gemacht. - Düsseldorf:
VDI-Verlag 1972 (VDI Taschenbuch T 37).
[18] J. SCHÄRF : BASIC für Anfänger. - Wien, München :
Oldenbourg 1972.
[19] H. 0. RAMP : BASIC-Praxis. - Wien, München :
Oldenbourg 1972.
[20] Kombinationen aus Tastatur und Lochstreifenstanzer ohne Druckwerk gibt es kaum, wohl deshalb,
weil ohne Klartext die Fehlerrate zu groß ist.
[21] Lieferant z. B. Teleprint GmbH, Kosten etwa
DM 10000,—.
C22] Hewlett-Packard, Kosten etwa DM 13 000,—. Gerade hier wird sich das Angebot aber wohl schnell
ändern.
[23] W. F. E. KuLL : Kompaktrechner. - Elektronik 21
(1972), 233-240, 271-274 u. 309-312. - Gemeint
sind Kleinrechner.
[24] Insbesondere Computer Automation, Data General,
Digital Equipment, Hewlett-Packard.
[25] Die Grenze zwischen Tisch- und Kleinrechnern ist
neuerdings durch die Hewlett-Packard Modelle
:
Abhandlungen
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
9820A und 9830A etwas verwaschen worden.
9830A hat BASIC als Sprache und deshalb eine
alphanumerische Tastatur, er ist etwas billiger als
Kleinrechner, aber weder so universell noch so
ausbaufähig. Der 9820A hat eine Funktionstastatur und Ansätze einer »höheren« Programmiersprache.
Die folgenden Modelle sind mir bekannt ; für Schulen
sind leider a, b, d zu teuer (20 bis 40 Tausend DM)
und e muß als veraltet angesehen werden : (a)
Fabritek (Vertrieb : EAI, Aachen) »Bitran 6« und
»Comtran 10« ; (b) Feedback (Vertrieb : Burster,
Gernsbach) »Abacuse ; (c) Leybold »Simulog-Computere ; (d) PEK (Paul E. Klein, Tettnang) »Rechentrainer« ; (e) Phywe »Programmgesteuerter
Rechner«. Vgl. dazu auch [41].
H. FRANK — I. MEYER: Rechnerkunde — Stuttgart:
Kohlhammer 1972 (Urban Taschenbuch 151) .
Nach [9 b] wird MORE vertrieben durch : Gesellschaft für Lehrtechnik, Berlin.
U. LEHNERT (Hrsg.) : Elektronische Datenverarbeitung in Schule und Ausbildung. — München : Oldenbourg 1970. — Mehr als 3/4 des Buches handelt
von CUU.
H. BERTRAM U. a. : Moderne Unterrichtstechnologie. — München u. Pullach : Verlag Dokumentation 1972 (Uni-Taschenbücher 158) .— In Kap. 3.2
findet sich eine angenehm kritische Stellungnahme
zum Thema EDV in Schulverwaltung und CUU ;
die Nichtbeachtung der anderen Einsatzarten ist
aus der langfristig-ökonomischen (nicht didaktischen) Zielsetzung des Buches verständlich.
0. ALLENDORF — H. DRESING — U. STARKE : Pädagogische Technologie und Computerpraxis in Schule
und Ausbildung. — Köln-Braunsfeld : R. Müller
1972. — Wir empfehlen, dieses Buch zu lesen, obwohl es etwas einseitig auf ein bestimmtes Organisationsmodell (Löhner Schulcomputer Modell:
H. DRESING) und bestimmte Geräte (Fa. Nixdorf:
0. ALLENDORF) zugeschnitten ist und nicht klar
wird, was mittelfristig und was langfristig geplant
werden soll. Der Leser wird die anders gesetzten
Prioritäten zu beurteilen wissen.
Beispiele für den Computereinsatz als Rechenhilfsmittel finden sich in der amerikanischen Literatur
in großer Anzahl. An Büchern vgl. [32] bis [34] ;
diese Bücher und weitere Programmsammlungen
können u. a. über die Firma Digital Equipment
bezogen werden.
E. R. SAGE : Problem Solving with the Computer. —
Newbury Port, Mass : Entelek 1969. — Es handelt
sich um Aufgaben in BASIC zu einem MathematikCurriculum der Klassen 8-12.
R. L. ALBRECHT — E. LINDBERG — W. MARA : Computer Methods in Mathematics. — Menlo Park :
Addison-Wesley 1969.
Versch. Autoren : CAMP — Computer Assisted
Mathematics Program, bisher 5 Bände, dazu je
1 Teacher's Commentary. — Atlanta : Scott, Foresman 1968 u. f.
Der Einsatz von Computern im Physik-Curriculum
wird in vielen Artikeln der Zeitschrift »American
Journal of Physics« (der dortigen Physik-DidaktikZeitschrift) beschrieben. Vol. 40 (1972) enthält
z. B. über ein Dutzend Arbeiten; es würde zu weit
führen, sie hier einzeln aufzuzählen.
J. BRUHN : Datenverarbeitung im Unterricht. —
MNU 24 (1971), 210-215.
331
[37] H. MEYA : Informatik als Schulfach. — Schulmanagement H. 1 (1971), S. 50-52.
[38] J. Ftmais : Informatik im Sekundarstufenunterricht. —
IBM Nachr. 22 (1972), Nr. 211, 186-191.
[39] Solche Bausteinsysteme gibt es bei vielen Firmen.
U. a. Digital Equipment, Fabritek (EAI), GRS,
Kybertonic, Leybold-Heraeus, Maey, Pek, Phywe,
Schrem. Vgl. dazu auch [40, 41].
[40] K. KRESS : Digitale Elektronik. — MNU 26 (1973),
155-163 — und viele frühere Arbeiten in dieser
Zeitschrift.
[41] M. FRICK : Die Behandlung des Computers im Unterricht der Sekundarstufe I. — Zulassungsarbeit PH
Freiburg 1972 (unveröffentlicht).
[42] B. ROLLET — K. WELTNER (Herausg.) : Fortschritte
und Ergebnisse der Unterrichtstechnologie. —
München : Ehrenwirth 1971.
[43] K. HAEFNER : Status und Zukunft des computerunterstützten Hochschulunterrichts in Naturwissenschaften und Medizin. In: E. MEYER (Herausg.) :
Hochschuldidaktische Projekte. — Stuttgart : Klett
1972.
[44] F. RAUNER — J. TROTIER : Computergesteuerter Unterricht. Das ALCU Projekt. — Stuttgart : Kohlhammer 1971.
[45] F. FISCHBACH: Didakta 1972 kritisch; III. Rechnerunterstützte Unterrichtsverfahren. — NUP 2/1972,
135-139.
[46] J. B. MARGOLIN — M. A. MISCH : Computers in the
Classroom. — New York: Spartan Books 1970.
[47] H. FREIBICHLER : Vergleich Von PU und CUU in
didaktischer Sicht. — NUP 1/1973, 31-45.
[48] P. SCHEFE — D. WENDLER : Simulation im Naturwissenschaftlichen Unterricht. — MNU 25 (1972),
396-402.
[49] S. KUNO : Computer Aids to Language Instruction.
In : Display Use for Man-Machine Dialog, herausgegeben V. W. HÄNDLER, J. WEIZENBAUM. — München : Hanser 1972.
[50] F. K. HEIDRICH : EDV in der Schulverwaltung. —
Schulmanagement 1970 H. 2, S. 36-38.
.
[51] EDV in der Schulverwaltung. — Heftthema von
Heft 1 (1971) der Zeitschrift Schulmanagement.
[52] K. REEB: Datenverarbeitung als Hilfsmittel der
Schulverwaltung. — IBM-Nachrichten 23 (1973),
Nr. 214, 497-501 ; H. MANNEBACH : Dezentrale
Schulverwaltung. — IBM-Nachrichten 23 (1973),
Nr. 215, 586-592.
[53] H. G. FRANK — B. S. MEDER : Einführung in die kybernetische Pädagogik. — München : DTV 1971. —
S. auch andere Bücher des ersten Verfassers.
[54] S. z. B. Kap. 3 in [28], [30] und viele Firmenschriften. Der Einwand, ein schuleigener Computer würde durch die Übernahme auch der Schulverwaltung besser ausgenutzt, ist hauptsächlich dann
richtig, wenn die Computer-Konfiguration den
Problemen nicht angepaßt ist.
[55] C. F. KOTTLER — R. McGILL : The feasibility of using
minicomputers for reducing large problem solving
costs. — Grumman Research Department Report
RE-421 (1972) —. In diesem Report wird gezeigt,
daß für ein bestimmtes Programm ein typischer Kleinrechner 80mal billiger rechnen würde
als ein Großrechner.
Anschrift des Verfassers: 78 Freiburg, Fakultät für Physik der
Universität, Hermann-Herder-Str. 3
26. JAHRG., HEFT 6 re 1973
332
Programmierter Physikunterricht
Von
RAINER FEUERLEIN
Mit 9 Abbildungen
1. Vorbemerkung
Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem programmierten Unterricht, vor allem in der Mathematik,
hat das Bayerische Staatsministerium für Unterricht
und Kultus ab 1969 neben der Zentralstelle für programmierten Unterricht in Augsburg noch Versuchsschulen für die einzelnen Fächer eingerichtet. Mir fällt
die Aufgabe zu, mich mit dem programmierten Physikunterricht an Gymnasien zu befassen. Zusammen mit
ungefähr 10 Kollegen, die an der Entwicklung von
Physikprogrammen mitarbeiten, beschäftige ich mich
mit der Frage, ob und wie auf dem Boden der jetzigen
Organisationsform des Gymnasiums programmierter
Physikunterricht möglich ist bzw. möglich wäre.
2. Zur Struktur des konventionellen
Physikunterrichts
2.1 Theoretischer Unterricht
Der Lehrer wirkt auf den Schüler ein, der Schüler
auf den Lehrer. Es kommt zu einer starken Wechselwirkung zwischen Lehrer und Schüler.
Dieser Unterrichtstyp läßt sich durch den in Abb. 1
gezeichneten Graphen veranschaulichen.
2.2 Demonstrationsunterricht
Lehrer und Schüler stehen dabei in starker Wechselwirkung. Das gleiche gilt für Lehrer und Experiment.
Der Schüler hat — zumindestens per Definition — keine
0
2.3 Schülerübung
Aus der starken Wechselwirkung zwischen Lehrer
und Schüler ergibt sich eine Fragestellung, die der
Schüler an das Experiment richtet (Abb. 3).
Abb. 3
Die Skepsis, mit der nicht selten einem programmierten Physikunterricht grundsätzlich begegnet wird, dürfte
ihre Ursache im allgemeinen in einer zu pauschalen
Betrachtung haben. Aufgrund der Komplexität des
Physikunterrichts ist es notwendig, sich mit der Problematik differenziert auseinanderzusetzen. Deshalb zunächst einige Worte über die Struktur des konventionellen Physikunterrichts!
Der Physikunterricht ist durch drei Faktoren und
ihre Wechselwirkung bestimmt: den Lehrer L, den
Schüler S und das Experiment E.
In welchen verschiedenartigen Formen tritt uns
der konventionelle Physikunterricht entgegen?
Abb. I
direkte Einwirkungsmöglichkeit auf den Versuch. Will
der Schüler vom Experiment eine Aussage erhalten,
fungiert der Lehrer als Zwischenglied. Das Experiment
gibt dem Schüler direkt Auskunft (vgl. Abb. 2).
Abb. 2
3. Zum programmierten Physikunterricht
Wir werfen nun die Fragen auf : Wie wirkt sich die
Programmierung eines solchen Unterrichtstyps aus?
Welche Schwierigkeiten treten dabei auf? Welche Lösungen zur Überwindung dieser Schwierigkeiten kann
ich Ihnen als von unserer Arbeitsgruppe erprobt vorstellen?
Gegenüber dem konventionellen Physikunterricht
kommt im programmierten zum Lehrer L, Schüler S
und Experiment E noch das Programm hinzu. Würde
man das Programm als 4. gleichwertigen Faktor in
die graphische Darstellung aufnehmen, so würde eine
Komplexität des programmierten Unterrichts vorgetäuscht, die nicht vorhanden ist. Das Programm ist sehr
eng an den Schüler gekoppelt. Ich deute das in Abb. 4
an.
Da der Einsatz eines Programms sich im allgemeinen auf einige Arbeitsstunden erstreckt, ist eine Klassifikation nach den in Kap. 2. angegebenen Gesichtspunkten oft nicht eindeutig. Nicht selten wird es mehreren Typen angehören.
Zur Vereinfachung sprechen wir
von einem experimentfreien programmierten Physikunterricht, wenn kein Versuch zur Durchführung
kommt,
von einem programmierten Demonstrationsunterricht,
wenn mindestens ein Versuch zur Durchführung kommt
und alle Versuche Demonstrationsversuche sind und
schließlich
von einem programmierten Experimentierunterricht,
wenn der Schüler mindestens einen Versuch selbst
durchführt.
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Bildung
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