Wahl(pflicht)unterricht Schuljahr 2024/2025 163 INTERNAT MIP (Medienkunde, Informatik, Programmierung) Simon Leister === Digitaltechnik Das Schuljahr begann mit einer Einführung in die Digitaltechnik und boole‘sche Algebra anhand lebensnaher Beispiele wie einer Ampelschaltung: Wann darf sie auf Grün bzw. Rot schalten? Umgangssprachliche Antwort: Wenn eine Fußgängerampel entsprechend geschaltet ist und ein Bus [nicht] abfahrbereit in einer Busbucht zur Abfahrt bereitsteht. Computer mögen es halt mehr mathematisch und benötigen Anweisungen bzw. Formeln: Der Einstieg in die Boole‘sche Algebra war mit wenigen Bestandteilen wie Variablen und Operatoren gemacht - Variablen als Eingänge (Zustände) oder Ausgänge (Aktionen) und Operatoren wie UND, ODER und NICHT. Parallel bzw. anschließend haben wir die aussagenlogischen Formeln in zwei technische Konzepte übersetzt: Programmcode in der Programmiersprache Python und Schaltungen bzw. deren graphische Notation. Während Eingänge eine Variable mit einem Wahrheitswert (BusInBucht=True) sind, wird es bei der Berechnung eines Ausgangs schon umfangreicher: Das Ergebnis eines Ausdrucks auf der rechten Seite einer Zuweisung wird in die linksseitige Variable gespeichert: GrünFürAutos = NOT BusInBucht AND FußgängerAmpelIstRot Entsprechende Schaltnetzte - also [mikro]elektronische Schaltungen in Computerchips - können anhand der Boole‘schen aussagenlogischen Formel oder auch dem Python-Code mit Schaltsymbolen und deren Verknüpfung mit Kabeln dargestellt werden, was selbst bei einfachen Schaltungen schnell unübersichtlich werden kann. Zwecks Übersichtlichkeit und Wirtschaftlichkeit kann man sie vereinfachen - wie z. B. mit den Rechenregeln von deMorgan. === Zukunftstechnologien & Diskussion KI Nun scheint Boole‘sche Algebra auch mit praktischer Anwendung zunächst nicht sonderlich populär zu sein. Verändert man nun die Möglichkeiten der Wahrheitswerte von Wahr und Falsch und ergänzt ein „Unbekannt“, so verleihen wir der Bool‘sche Algebra eine Dreiwertigkeit, mehr Rechenmöglichkeiten und somit einen größeren Nutzen, weil nun anstatt von „Schwarz“ und „Weiß“ auch „Grau“ dazukommt. Wenn man nun von vornherein viele Graustufen behandeln möchte und Schwarz und Weiß als „besondere Ausprägungen“ von Graustufen ansieht, dann wird Wahr nicht mehr als 1, sondern 1,0 und Schwarz nicht mehr als 0, sondern 0,0 dargestellt. Und „Grau“ ? Grau ist nicht mehr „Unbekannt“, sondern 0,5 ! Statt eine „klare Null“ oder eine „anständige Eins“ gibt es jetzt eine Wahrscheinlichkeit für eine Aussage. Statt Mikroelektronik ([micro-]electronics) gibt es jetzt - vereinfacht gesagt - Quanten-Computer (u. a. spintronics). Neben dieser Zukunftstechnologie sollten zum Halbjahresende weitere Zukunftstechnologien aus dem Interessensbereich der Schülerinnen und Schüler durch kleine Kurzvorträge angerissen werden, die teilweise an zwei interessante Teilgebiete heranragen: Wie können Daten bzw. Wissen dauerhaft gespeichert werden und wie kann die Mensch-Computer-Interaktion verbessert werden? Leider schlugen sich ein Teil der Schüler auf die „dunkle Seite des Schülerdaseins“ und sind ihren Interessen oder Möglichkeiten zur „Welterkundung“ nicht nachgegangen. Auch ein Blick hinter die Kulissen einer KI samt Diskussion war spontan Bestandteil des Unterrichts. Dabei wurde deutlich, dass jede Technologie ein Abbild des Schöpfers sein kann/muss, für die er eine Verantwortung hat. KIs bestehen im Wesentlichen aus einer umfangreichen Datenbank, einer Interferenz-Einheit („Verarbeitung/Denken“) und ggf. einer Lerneinheit, die das Ziel hat, die Interferenz-Einheit zu verändern. Zum Besseren, zum Schlechteren ? Alles eine Frage des Betrachters, die schlussendlich die Erkenntnis brachte, dass man eine KI nicht unbeaufsichtigt lernen lassen sollte, weil insbesondere die angesammelte Datenbasis einen enormen Einfluss auf den maschinellen Lernprozess hat. Merke: Mindestens eine Komponente - Datenbasis oder Interferenzeinheit - sollte geprüft sein, bevor ein Entwicklungs- bzw. Lernschritt („Evolutionsschritt“) erfolgt. === Zahlensysteme Das Schuljahr begann mit elektronischen Schaltungen und endete - um das Mathematische gut über‘s Jahr zu verteilen - mit Zahlendarstellung bzw. Zahlensystemen, wie dem Binär-, Hexadezimal- oder Dualsystem. Unsere Zahlen aus dem Mathematikunterricht basieren auf dem Zehnersystem - einfach, weil wir zehn Finger haben. Und Computer? Für den Moment nur Strom an und Strom aus: Dual-/Binärsystem. Eine gedankliche Reise zu Affen mit nur vier Fingern, die immer dann einen Artgenossen bitten mussten, wenn die Anzahl des zu zählenden Obstvorrats ihrer Fingeranzahl überstieg, veranschaulicht den Euklid‘scher Restklassenalgorithmus. Der folgende Artgenosse zählte dann also nicht mehr einzelne Obststücke, sondern die vollendeten „Vierer-Zähl-Bündel“ des Vorgängers. War auch dieser Artgenosse mit dem Zählen außerhalb des „Fingerbereiches“, so musste ein weiterer Artgenosse sich bequemen und die nächste Stelle - die nächste Bündelwertigkeit - mit seinen vier Fingern repräsentieren, während der Vorgänger seine vier Finger wieder „löschen“ konnte. Das Prinzip eines Stellenwertsystems war damit dargestellt, auch die Notwendigkeit der arabischen Ziffer „0“ erkannt. Es wurde fleißig gerechnet, Bündel-Kreise gemalt und dann auch der Versuch unternommen, das zuvor Gerechnete in Python-Code zu übersetzen. Auch ob das römische Zahlensystem ein Stellenwertsystem besitzt, wurde erkundet und es ist evtl. die Erkenntnis gereift, das unsere Zeitnotation unhandlich ist, weil es ein Zahlensystem mit mehreren Basen ist. === Computer Architektur & -Bau Die letzten Stunden des Schuljahres wurden die Komponenten bzw. Architektur anhand eines Computer-Mainboards erkundet. Weil der Zustand des Mainboards unbekannt war, war es für alle spannend, ob der Computer auch zum Leben erweckt werden kann. Tatsächlich war es so, dass nicht gleich alles funktionierte und vertauschte Einschalter und eine verbrauchte BIOS-Batterie den Computer am Start hinderten - es galt daher Learning by Doing: Troubleshooting durch Tun, Testen, Beobachten und Verbessern. Dabei musste u. a. das Prinzip der Minimalkonfiguration angewendet werden, um andere Ursachen ausschließen zu können. Schlussendlich zeigte dann der Bildschirm das UEFI-(BIOS), sodass aus ein paar Komponenten aus dem Serverraum noch ein Computer „zum Leben“ erwachte.
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