Informatik

Warum ein Schulfach Informatik?

RWG IT 035Eine zentrale Aufgabe einer weiterführenden Schule ist es, den Schülerinnen und Schülern eine allgemeine und berufsvorbereitende Bildung zu vermitteln, die sie in die Lage versetzt, sich in den unterschiedlichen Lebenssituationen zurechtzufinden, wertend ihre Umwelt zu begreifen und aktiv ihr Leben zu gestalten. Sie entwickeln dazu in der Schule wichtige Handlungsweisen, Vorstellungen und innere Bilder. Im naturwissenschaftlichen Bereich bilden die grundlegenden Begriffe Energie, Stoff und Leben den Zugang zur realen Welt; die Fächer Physik, Chemie und Biologie haben sich dazu vor etwa hundert Jahren in der Schule etabliert und sind seither allgemein als notwendig anerkannt. In den letzten Jahren ist auf Grund des explosionsartigen Anwachsens des Wissens, der immer schneller werdenden Verarbeitung und Verbreitung durch Computer und Computernetze ein neuer grundlegender Begriff in den Vordergrund gerückt, die Information. Während sich dazu das Hochschulfach Informatik seit etwa 30 Jahren entwickelt hat und dort im allgemeinen Fächerkanon anerkannt ist, herrscht in der Öffentlichkeit und natürlich auch bei Schülern und Eltern eine eher nebulöse Vorstellung über die Inhalte dieser Wissenschaft. Im Folgenden soll exemplarisch aufgezeigt werden, welche Bedeutung die strukturellen und technischen Entwicklungen der Informatik auch im täglichen Leben haben.

Dabei sollte deutlich werden, dass der Informatikunterricht in einer allgemeinbildenden Schule nicht darin bestehen kann, die Schüler lediglich an Standardsoftware zu trainieren.

 

Abstürzende Programme

Wer hat es noch nicht erlebt: Das Computerprogramm ist abgestürzt. Das kann üble Folgen haben, wobei der Datenverlust nur ein Problem ist. Können die Softwarefirmen dieses Problem nicht lösen, indem sie ein Computerprogramm entwickeln, das ohne Zusatzinformation andere Computerprogramme auf Korrektheit überprüft und sie gar repariert?

Ein wichtiges Ergebnis der theoretischen Informatik ist, dass es solche Programme logisch nicht geben kann. Trotzdem wird, aus Unkenntnis dieses einfachen wissenschaftlichen Ergebnisses, heute immer noch vielerorts auf das Entstehen solcher Prüf- oder Reparaturprogramme gehofft, genau so wie man früher auf das Perpetuum mobile als unerschöpflichen Energiespeicher gesetzt hat. Für die Softwarefirmen heißt das, dass neben großer Sorgfalt bei der Programmierung ausgiebiges Testen notwendig ist, damit ein komplexes Programm einigermaßen stabil läuft. Viele Fehler machen sich erst im harten Einsatz beim Benutzer bemerkbar. Deshalb ist es wichtig, regelmäßig Updates der Programme durchzuführen.

 

Technische Entwicklung

Durch die stürmische technische Entwicklung der Computer und deren Vernetzung können immer komplexere Aufgaben erst lösbar und riesige Datenmengen erst verarbeitbar werden. Durch den Preisverfall haben sich die Computer bis in den privaten Bereich jedes Einzelnen verbreitet und sind aus dem Alltagsleben nicht mehr wegzudenken; man vergleiche nur ein Büro oder einen Bankschalter von vor dreißig Jahren und von jetzt. Gleichzeitig sind die Computer und deren Peripherie immer komplizierter geworden. Trotzdem sind praktisch alle Computer nach dem gleichen Schema aufgebaut, welches schon vor über 60 Jahren entwickelt wurde. Die Vermittlung dieses Hintergrundwissen und nicht die Erklärung technischer Einzelheiten sind Bestandteil der technischen Informatik in der Schule.

 

Routenplaner

Wenn man vor 25 Jahren mit dem Auto in Urlaub fuhr, so plante man seine Fahrt mit einem Autoatlas oder einer Straßenkarte. Heute wird die gleiche Aufgabe von einem so genannten Routenplaner erledigt. Nach Eingabe von Start und Ziel bekommt man eine scheinbar exakte Beschreibung der zu fahrenden Strecke. Nur den wenigsten ist bekannt, dass das Computerergebnis nicht unbedingt zuverlässiger als die alte Kartenmethode ist. In der theoretischen Informatik lässt sich zeigen, dass die Festlegung einer Route (aber auch die Erstellung eines Stundenplan einer Schule) zu den Problemen gehört, deren exakte Lösung einen Rechenaufwand erfordert, der jedes denkbare Maß übersteigt. Geliefert werden von einer Routenplanung nur Näherungslösungen, auf deren Richtigkeit man nicht immer vertrauen sollte.

 

Betriebssystem

Das Betriebssystem ist die Schnittstelle zwischen der so genannten Hardware des Computers und den vom Benutzer genutzten Programmen. Kenntnisse des Betriebssystems helfen, einen Computer so einzurichten, dass er an die eigenen Bedürfnisse optimal angepasst ist. Beim Kauf eines Computers ist ein Betriebssystem natürlich immer dabei, aber ist es auch das für den Benutzer sinnvolle System? Welche Betriebssysteme gibt es überhaupt, wo liegen die Stärken und Schwächen und für welches sollte man sich letztlich entscheiden? Die letzte Frage kann man natürlich nur individuell beantworten, aber ohne Informationen und Hintergrundwissen lässt sich eine fundierte Antwort nicht geben.

 

Expertensysteme

Um auch dem Nichtfachmann die Möglichkeiten und Errungenschaften der Informatik nutzbar zu machen, wird versucht, den Informationsaustausch zwischen Mensch und Maschine immer intuitiver („menschlicher") zu gestalten. Dabei wird aber zunehmend verdeckt, dass sich die maschinelle Informationsverarbeitung vom menschlichen Denken grundlegend unterscheidet. Gerade bei komplexeren Informationen gerät dadurch sehr schnell in Vergessenheit, dass man den „Wert", das heißt den tatsächlichen Informationsgehalt eines maschinellen Ergebnisses, grundsätzlich hinterfragen muss. Man denke zum Beispiel an einen Arzt, der ein Expertensystem zur Krankheitsdiagnose verwendet, eine Situation, die durch das schnelle Anwachsen des Wissens über Krankheiten und deren Therapien zum „Normalfall" werden wird. Der Arzt gibt die beobachteten Symptome ein und erhält vom Computer eine andere Diagnose als er selbst vermutet. Zwischen zwei Ärzten wäre jetzt eine Fachdiskussion möglich. Bei der Arbeit mit dem Expertensystem kann der Arzt sagen: „Ich bin auf jeden Fall flexibler als eine Maschine, meine Diagnose stimmt." Er kann auch sagen: „Der Computer macht keinen Fehler, also ist seine Diagnose richtig." Wenn er aber mit den Arbeitsweisen der Informatik vertraut ist, so kann er die Entscheidungsfindung aus der Sicht maschineller Informationsverarbeitung nachvollziehen und Überlegungen anstellen wie: „Habe ich Zusatzinformation ausgewertet, die das Expertensystem nicht hatte?" oder „Habe ich mehrere Aussagen assoziativ zusammengefasst, die die Maschine nur über vorgegebene, feste Gewichtungen verknüpfen kann?" Mit solchen Überlegungen kann er sowohl den Wert seiner wie auch den Wert der Maschinendiagnose abschätzen und ein wesentlich fundierteres Gesamturteil bilden. Dazu benötigt er aber Grundkenntnisse aus der Informatik.

 

Datensicherheit im Internet

Bankgeschäfte kann man heute am Computer erledigen, Einkaufen im Internet ist für viele selbstverständlich. Dabei müssen sensible Daten übermittelt werden, deren Kenntnis für einen Betrüger verlockend ist. Diese Daten werden deshalb bei der Übertragung verschlüsselt. Wie funktionieren Verschlüsselungen, welche Sicherheit haben verschiedene Verschlüsselungsmethoden? Die Antworten auf diese Fragen helfen, Sorglosigkeit aber auch unnötige Ängste zu vermeiden. Viren und Würmer im Internet sind Schlagzeilen in der Presse. Welche Schäden können dadurch entstehen, wie kann man sich davor schützen? Viren und Würmer verbreiten sich hauptsächlich durch schlecht konfigurierte Software und die Unkenntnis der Benutzer. Kenntnisse helfen, Schaden von sich und anderen abzuwenden.

 

Programmieren

Programmieren ist eine logische und kreative Tätigkeit, die Sorgfalt, Disziplin und Ausdauer erfordert. Auch wenn man später niemals Programme schreiben sollte: Programmiererfahrungen und die Kenntnis wichtiger Algorithmen helfen, die Abläufe in einem Computer besser zu verstehen und Fehler richtig einzuschätzen. Dabei ist die Art der Programmiersprache, die erlernt wird, eher sekundär. Zwei alltägliche Beispiele, wo Programmierkenntnisse sinnvoll sind:

  • Ein Sportverein möchte jetzt auch im Internet vertreten sein. Damit die Seiten attraktiv sind, müssen interaktive Elemente eingebaut werden. Mannschaftsaufstellungen, Trainingstermine, Tabellenstände müssen aktuell gehalten werden. So etwas ist auf Dauer nur zu realisieren, wenn die Seite mit einer Scriptsprache programmiert wird.
  • Ein Ingenieurbüro muss komplizierte Statikberechnungen für selbstentworfene Körper durchführen. Kommerzielle Programme sind für diesen speziellen Zweck nicht zu erhalten. Ohne Programmierkenntnisse hat man jetzt ganz schlechte Karten.  

 

Suchen im Internet

Das Internet ist eine praktisch unüberschaubare Sammlung von Informationen aller Art. Die Suche nach der geeigneten Information gleicht manchmal der berühmten Suche nach der Stecknadel im Heuhaufen. Eine erfolglose Suche für ein Hobby ist für den Betroffenen bedauerlich; sie führt meist zu einem ziellosen, im besten Falle vielleicht sogar kurzweiligen Surfen im Internet. Ein Patentanwalt jedoch, der klären muss, ob für eine Erfindung bereits ein Patent existiert, oder ein Arzt, der alle Nebenwirkungen eines Medikaments sucht, kann bei einer Recherche, die nicht alle relevanten Dokumente zeigt, einen mehr als nur wirtschaftlichen Schaden haben. Hinreichend gute Grundkenntnisse in der Informatik tragen dazu bei, solche Schäden zu vermeiden. Um den Überblick zu behalten, sollte man sich

der zugrunde liegenden Verarbeitung der Information bewusst sein

  • wissen, wie die eigene Anfrage interpretiert wird
  • wissen, wie das Suchsystem die wichtigen Begriffe aus den vorhandenen Dokumenten extrahiert (die vorhandenen Dokumente indexiert) hat
  • wissen, in welcher Weise die relevanten Dokumente ausgewählt werden usw.

 

Informatik in der Arbeitswelt

Eine in der Arbeitswelt typische Situation ist die Verlagerung von Betriebsabläufen auf den Computer (Verwaltung, Steuerung, Informationsaustausch). Um über die Vor- und Nachteile des Computereinsatzes entscheiden zu können, ist es notwendig zu wissen, welche Aufgaben der Computer übernehmen kann. Gerade hier zeigt sich immer wieder, dass die Anwender in den wenigsten Fällen abschätzen können, welche Schematisierungsverluste einerseits auftreten können, aber auch welcher Gewinn sich andererseits aus dem Computereinsatz ziehen lässt, wenn die Arbeitsabläufe optimal angepasst werden. Hier können elementare Kenntnisse in den Modellierungstechniken gerade auch bei Nichtinformatikern die notwendigen Voraussetzungen für eine fundierte Entscheidung schaffen. Die Informatiker, die dann die eigentliche Übertragung ausführen, können in diesem Stadium kaum Hilfestellungen geben, weil sie ihrerseits die Anwendersituation zu wenig kennen. Zentrale Fragen in diesen Beispielen sind: Welcher Ausschnitt der Wirklichkeit soll abgebildet werden? Welche Modelle sind dafür geeignet? Was bleibt bei dieser Abbildung erhalten, was geht verloren? Welcher Teil der Realität kann überhaupt abgebildet werden? Wofür müssen bei Bedarf neue Strukturen geschaffen werden? Wie geht man mit dem nicht abbildbaren, aber dennoch notwendigen Anteil um? Aus diesem Grund haben Modellierungen in der Informatik einen noch erheblich höheren Stellenwert als zum Beispiel in der Physik.

 

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