Computer Science Didactics I

Abstract

Computer science is the subject of teaching as well as a practical tool. Students should familiarize themselves with theoretical foundations and be able to make ingenious use of computer applications. They should know about history, notions, possibilities and limitations of computer science. They are expected to grapple with the effects of information and communication technology on society.

Objective

Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnik Die Studierenden kennen gängige Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnik. Sie wissen um den Sinn und Zweck des Informatikunterrichts. Die Studierenden sind imstande, plattform-, programm- und damit herstellerunabhängige Übungsaufgaben zu entwickeln, vor allem aus der Tabellenkalkulation. Sie vermögen zwischen nachhaltigen Grundlagenkenntnissen (Konzeptwissen) und kurzlebigen Handhabungsfer-tigkeiten (Produktwissen) zu unterscheiden. Im Mittelpunkt steht dabei die eigenständige Problemlösung. Die Studierenden kennen sich in der Geschichte der Informations- und Kommunikationstechnik aus. Sie wissen Bescheid in Fragen der Arbeitsplatzgestaltung (Ergonomie) und in rechtlichen Belangen (Datenschutz, Urheberrecht), sie beachten die Gebote der Datensicherheit (Datensicherung, Virenschutz). Die Studierenden kennen unterschiedliche Unterrichtsmethoden, ihre Vor- und Nachteile. Sie können mit den oft stark unterschiedlichen Vorkenntnissen der Lernenden umgehen. Neben dem Klassenunterricht legen die Studierenden Wert auf die Einzelbetreuung und setzen für Schwächere z. B. Tutor/innen ein. Sie fördern die Selbstständigkeit der Lernenden. Sie schaffen es, mit verschiedenartigen Zielgruppen zu arbeiten und ein gutes Lernklima aufzubauen. Die Studierenden sind in der Lage, sich in einer verständlichen und gepflegten Fachsprache mündlich und schriftlich auszudrücken und beherrschen die grundlegenden Begriffe der Informatik. Neben den englischen Fachausdrücken sind ihnen auch die deutschen Benennungen geläufig. Die Studierenden sind fähig, ausführliche, ausgereifte, sprachlich einwandfreie und ansprechend gestaltete Unterrichtsunterlagen anzufertigen. Sichere Kommunikation (Kryptografie) Themenübergreifende Lernziele und Inhalte Die Studierenden kennen die Bedeutung des Begriffs Kryptografie. Sie stellen Anwendungen der Kryptografie im Alltag vor und begründen den Einsatz kryptografischer Massnahmen. Sie stellen kryptografische Massnahmen als Bausteine dar, die sich je nach den Sicherheitsanforderungen zusammenfügen lassen. Sie lernen, Übungsaufgaben herzustellen, die die Schüler bei der Erreichung der Lernziele unterstützen. Sie lernen, Prüfungsaufgaben anzufertigen, die die Vorgaben des kriterienorientiertes Prüfens erfüllen. Symmetrische Kryptografie Die Studierenden kennen die allgemeinen Lernziele des Unterrichts der klassischen Kryptografie. Sie sind in der Lage, besondere Lernziele für ausgewählte Bereiche der modernen, symmetrischen Kryptografie festzulegen. Sie heben die wesentlichen Operationen der klassischen Kryptografie hervor und zeigen, dass diese Operationen die Grundlage für die moderne Kryptografie bilden. Public-Key-Kryptografie Die Studierenden lernen das Paradigma der Public-Key-Kryptografie lernen. Sie kennen die allgemeinen Lernziele des Unterrichts der Public-Key-Kryptografie und sind in der Lage, Lernziele für besondere Anwendungsgebiete der Public-Key-Kryptografie zu entwickeln. Sie lernen, die bekannten Diffie-Hellman- und RSA-Verfahren (Verschlüsselungs- sowie Signaturverfahren) didaktisch aufzuarbeiten und zu präsentieren. Sie können deren grundlegende mathematische Probleme charakterisieren und lernen, durch die mathematischen Ansätze zur Korrektheits-überprüfung der Verfahren eine Verbindung zum Mathematikunterricht zu knüpfen. Programmierung Die Studierenden kennen die Lernziele des Programmierunterrichts. Sie präsentieren die Programmiersprache als ein Werkzeug, das zur Kommunikation mit Menschen entwickelt wurde. Sie gestalten die Einführung in die Programmierung so, dass man die Wirkung einzelner Operationen im Rechner nachvollziehen kann. Modularer und systematischer Entwurf von Programmen sollen im Vordergrund stehen. Die Studierenden können kleine Programmierprojekte entwerfen, in denen die Schülerinnen und Schüler das systematische Programmieren von einfachen zu komplexen Aufgaben erlernen können.

Content

Die Informatik ist in fast alle Lebensbereiche eingedrungen. Um sich in Beruf und Freizeit zurechtzufinden, sind eingehende Informatikkenntnisse unerlässlich. Für den Unterricht ist es entscheidend, dass möglichst dauerhaftes Grundlagenwissen gelehrt wird. Die Lehrperson muss in der Lage sein, die formal saubere algorithmische und mathematische Denkweise mit der pragmatischen Denkweise eines Ingenieurs und Produktherstellers in einem Fach zu verbinden und zu vermitteln. Sie muss den Weg von der Modellierung und der Analyse über die Entwurfskonzepte und iteratives formales und experimentelles Testen der Korrektheit und der Effizienz bis zur Herstellung eines anwendungsfreundlichen Produkts beschreiten und anschaulich darstellen können. Die Lehrperson muss in Bezug auf theoretische sowie experimentelle Unterrichtsteile grundlegende Lernumgebungen entwickeln können, die effizientes Lernen ermöglichen. Spezialisten der IT-Sicherheit sollen ihr breites Wissen, ausgehend von der Mathematik bis zur Sicherheits-technik, durch die Kryptografie auf eine fundierte fachdidaktische Art und Weise weitergeben können. In einem sicherheitsbezogenen Informatikunterricht sollen sich Lernende mit Konzepten der Kryptografie auseinander setzen können. Sie sollen ihre innere Logik bei der Entwicklung sicherer Kommunikationssysteme und im Zusammenhang mit mathematischem Denken und breiten Anwendungsmöglichkeiten verstehen und würdigen lernen. Die Studierenden verknüpfen allgemeine Bildungsziele mit allgemeinen und besonderen Lernzielen des Informatikunterrichts. Die Studierenden interessieren sich für die Denkprozesse von Lernenden. Sie betrachten Fehler als eine gute Möglichkeit zur Unterstützung des Lernprozesses.Die Studierenden wissen das Gebiet der sicheren Kommunikation (insbesondere der Kryptografie) zu schätzen und interessieren sich für entsprechende Berichte aus Wissenschaft und Medien. Sie haben ein tiefes Verständnis für die zu vermittelnden Gebiete der IT-Sicherheit. Sie können den Schlüsselprozess der Begriffsbildung fundiert im Kontext der Fachgebiete erklären und die Schlüsselrolle der Begriffsbildung für die Entwicklung der Wissenschaften vermitteln. Sie bewältigen mithilfe der vorhandenen Literatur die Schwierigkeiten des eigenen Fachgebiets, ohne dabei allzu stark zu vereinfachen. Sie unterscheiden in Abhängigkeit vom Zielpublikum zwischen wesentlichen und unwesentlichen Themen. Sie setzen ihr Fachwissen ein, um das Modellieren, den Entwurf, die Analyse und das Verifizieren und Testen von algorithmischen Systemen im Lernprozess aufzubereiten. Die Studierenden lernen, die bekannten Entwurfstechniken wie Greedy, Teile-und-Herrsche, lokale Suche und dynamisches Programmieren mittels anschaulicher Problemstellungen darzustellen.Sie lernen, den Begriff der Komplexität schrittweise zu bilden. Sie können Projekte zur Algorithmenimplemen-tierung entwerfen, so dass man theoretische Schätzungen durch experimentelle Abläufe bestätigen kann. Sie erkennen den Motivationswert eigener experimenteller Erfahrungen der Schülerinnen und Schüler und wissen, Experimente im Unterricht erfolgreich einzusetzen. Sie nutzen wissensbasierte Methoden aus der allgemeinen Didaktik fachlich angemessen und fantasievoll mit dem Ziel, den Unterricht nachhaltig zu gestalten.

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