Berechenbarkeit und Komplexität (Introduction to Computational Complexity)

Kriterium 1: Innovative Hochschuldidaktik

Die grosse Informatik-Pflichtveranstaltung 'Berechenbarkeit und Komplexitaet' hat traditionell einen eher schlechten Ruf. Ich habe sie gemeinsam mit Sibylle Moehle-Rotondi (co-lecturer) und Nina Brandl (Tutorin) komplett neugestaltet. Die angehängten Evaluationen zeigen, dass unsere 'Teaching Innovation' von den Studierenden sehr geschätzt wurde. Besonders hervorgehoben wurde unser anglo-amerikanischer Zugang zur Wissensvermittlung, den ich mir als Lecturer am Caltech (USA) angeeignet hatte (in Englischer Sprache):

(a) concrete motivating examples

(b) prioritize high-level understanding

(c) emphasize synergies with other topics

(d) encourage cooperation & independent thought

(e) cater to different student goals

(f) approachability

Ein weiteres wichtiges Leitmotiv sind *equal opportunities*. Es ist kein Zufall, dass zwei Drittel unseres Teams weiblich sind: weibliche role models sind in der Informatik wichtiger denn je. Der automatisierte Prüfungsmodus dient unter anderem auch dazu, subconscious bias zu verhindern.

Kriterium 2: Studierendenzentrierte Lehre

Die 150-200 Studierenden aus Informatik (Pflichtfach), AI, ELIT und Mathematik (Wahlfach) haben extrem diverse Hintergründe, Herangehensweisen und Antriebsgründe. Das macht *catering to different student goals* zu einer wichtigen Challenge, welche wir mit folgenden Ansätzen bewältigen:

(a) Der Vorlesungsstoff ist in einem selbstverfasstes Skript (150 Seiten, angehängt) zusammengefasst. Dieses Script ermöglicht das unabhängige Selbststudium im eigenen Tempo.

(b) Komplementär dazu nutzen wir den Übungsbetrieb für den direkten Informationsaustausch zwischen Studierenden (peer-to-peer).

(c) Transparenter und automatisierter Klausurmodus, der der theoretischen Führerscheinprüfung nachempfunden ist. Moodle erlaubt es 36 Fragen zufällig und individuell aus einem Pool zu ziehen. Dieser Pool beinhaltet genau die Fragen aus den Übungen und ist somit allen bekannt. Eine sehr gute Note verlangt zudem das Meistern zweier (unbekannter) Challenge fragen, i.e. *easy to pass, hard to master*.

Kriterium 3: Kompetenzorientierung und über den Tellerrand.

Wir bemühen uns den Fokus auf Verständnis zu legen und nicht darauf irgendwelche Formeln auswendig zu lernen und/oder blind anzuwenden. Wir nutzen praxisnahe Beispiele um jedes behandelte Thema zu motivieren. Zudem sind diese Themen sehr bewusst gewählt und fügen sich zu einem grossen Ganzen zusammen. Wir schlagen in dieser Vorlesung eine konzeptionelle Brücke von formaler Logik über Algorithmen und Software bis hin zu Hardware und Computerchips. Das übergeordnete Ziel hierfür ist aufzuzeigen, dass diese drei Informatik-Grundsäulen eigentlich nur verschiedene Blickpunkte auf dieselbe Thematik sind (*unification*). Zudem fördern wir positive Lernimpulse, wie Offenheit, Begeisterung und Neugierde, mit *special topics lectures* in den Übungsstunden. Dort behandeln wir aktuelle Themen welche über den Vorlesungsstoff hinausgehen. Ein komplementäres Gruppenprojekt dient dazu, den gelernten theoretischen Stoff auf ein selbstgewähltes Praxisbeispiel anzuwenden und steigert die Teamfähigkeit.

Zudem fördern wir positive Lernimpulse, wie Offenheit, Begeisterung und Neugierde mit special topics lectures in den Übungsstunden. Dort stellen wir aktuelle Themen vor, welche über den Vorlesungsstoff hinausgehen, aber doch mit diesem verwandt sind. Aktuell behandeln wir:

(a) Schwarmintelligenz, oder zelluläre Automaten: radikal andere Ansätze für Computer die auf zellulären Automaten beruhen (Conway’s game of life)

(b) Bau eines funktionierenden Computers in Minecraft: vorgetragen von JKU-Studierenden die genau das in ihrer Freizeit gemacht haben.

(c) Warum existiert Glas: Erklärungen aus der theoretischen Informatik für mikroskopische Effekte in den Naturwissenschaften.

(d) Quantenvorteil und Boson-Sampling: warum können Quanten-Architekturen spezifische Dinge die konventionelle Computer nicht können (sollen).

(e) Quantenalgorithmen und der Deutsch-Josza-Algorithmus: Einführung in die grundlegenden Ideen hinter Qunantencomputern.

Mit diesen special topics lectures blicken wir bewusst über den Tellerrand des etablierten Lehrstoffes

(*think outside the box*).

Kriterium 4: Europäische und internationale Ausrichtung

Unser Script ist in englischer Sprache verfasst und basiert auf modernen Lehrinhalten aus den US. Von dort habe ich zudem ein Faible für flache Hierarchien mitgebracht: wir verwenden ausschliesslich unsere Vornamen und duzen uns alle. Solche kleinen Zeichen erleichtern die Interaktion zwischen Studierenden und Lehrenden, stärken das Zusammengehörigkeitsgefühl und fördern die Bereitschaft zum gegenseitigen Entgegenkommen (falls notwendig). Übungsbetrieb und Klausurmodus sind ebenfalls international inspiriert. Im Grunde ist dies eine Anglo-amerikanische Veranstaltung mit lokalem Anstrich: die Umgangssprache ist (Österreichisches) Deutsch.

Als Österreicher mit fast 15 Jahren Auslandserfahrung ist es mir auch ein persönliches Anliegen, hiesige Studierende zu Auslandssemestern zu ermutigen und unterstütze solche Bestrebungen auch nach Kräften. Dies beinhaltet persönliche Tipps, sowie personalisierte Reference-Letters für Austauschplattformen, z.B. ISEP (https://www.isepstudyabroad.org/).