Computer Organisation For All / VO-KU Rechnerorganisation/ VO-KU Rechnernetze und -Organisation

Nähere Beschreibung des Projekts

Das Projekt "Computer Organisation For All" hat vor, allen Studierenden

die Möglichkeit geben, an der Lehrveranstaltung "Computer Organisation"

teilzunehmen. Die Aufbereitung der Unterrichtsmaterialen richtet sich

insbesondere auch an sehbehinderte und blinde Studentinnen und Studenten.

Um diese Gruppe zu inkludieren, wurde ein Manuskript erstellt, welches

die Lehrinhalte ohne Abbildungen erklärt. Das Manuskript besteht lediglich

aus Text.

1. Die Lehrveranstaltung "Computer Organisation"

Die Lehrveranstaltung "Computer Organisation" ("Rechnerorganisation")

ist eine Pflichtveranstaltung für Studierende der Bachelorstudien

"Informatik" und "Information and Computer Engineering" an der

Technischen Universität Graz. Die Lehrveranstaltung wird im

Sommersemester 2016 von knapp 400 Studierenden besucht; sie besteht

aus zwei Teilen, der Vorlesung und der Konstruktionsübung.

Die Lehrinhalte bestehen grob aus zwei Teilen:

(1) Einführung in den Entwurf digitaler Schaltungen und

(2) Verständnis der Funktionsweise, des Aufbaus und des

Entwurfs von einfachen Computersystemen. Das Ziel

der Lehrveranstaltung ist, dass Studentinnen und Studenten verstehen,

wie man als IngenieurIn neue Computersysteme entwerfen kann.

2. Die traditionelle Vermittlung der Lehrinhalte

Traditionellerweise werden diese Lehrinhalte in allen Ländern

unter Verwendung zahlreicher Diagramme und Bilder vermittelt.

Der begleitende Text dient vor allem der Erklärung dieser Diagramme.

Die breite Verwendung der schematischen Darstellung der Struktur

digitaler Systeme ergibt sich auf leicht erklärbare Weise aus der Geschichte

ihrer Entstehung: Viele schematische Abbildungen drücken die

Verbindung einzelner Bauteile durch elektrische Leitungen aus.

Darauf aufbauend wurde auch bei der Beschreibung der Funktion

dieser Systeme auf Diagramme zurückgegriffen.

3. Die Verwendung von ausführbaren Modellen

Seit vielen Jahren sind digitale Systeme jedoch so komplex, dass

die Verwendung von schematischen Darstellungen der Details dieser

Systeme eigentlich nicht mehr möglich ist. Lediglich für sehr einfache Beispiele, welche

im Rahmen der Vermittlung der Grundlagen dieser Systeme verwendet

werden, reichen schematische Darstellungen aus. Für zeitgemäße

digitale Systeme werden Beschreibungsformen verwendet, welche

sich in ihrer Form an Programmiersprachen anlehnen; man nennt

diese Sprachen "Hardwaremodellierungssprachen" oder auch

"Hardwarebeschreibungssprachen". Der Vorteil der Verwendung einer

Hardwarebeschreibungssprache liegt darin, dass die mit dieser Sprache

modellierten digitalen Systeme auch simuliert werden können.

Im Projekt "Computer Organisation For All" steht die Beschreibung

von einfachen Computersystemen mit Hilfe von Modellen im

Vordergrund. Diese Beschreibung ist textuell und damit geeignet,

alle Studierenden zu inkludieren. Zudem entspricht diese Zugangsweise

der professionellen Arbeitsumgebung beim Entwurf von komplexen

digitalen Mikrosystemen. Wir haben auch darauf geachtet, dass die

für die Simulation dieser Systeme verwendeten Eingabedaten ebenfalls

lediglich textuell vorhanden sind. Auch die bei der Simulation

entstehenden Resultate sind lediglich textuell.

Zur Vermittlung der Lehrinhalte im Hörsaal werden nach wie vor

Diagramme und Bilder verwendet. Der offensichtliche Vorteil

besteht im raschen und intuitiven Verständnis dieser visuellen Darstellung für

den Großteil der Studierenden. Zu allen schematischen Darstellungen

gibt es jedoch auch ein "ausführbares Modell", also die textuelle Beschreibung

mit einer Hardwarebeschreibungssprache. Damit entsteht einerseits

die Möglichkeit der Simulation, andererseits jedoch auch der

barrierefreie Zugang für sehbehinderte und blinde Studierende.

Mit der Verwendung von textuellen Modellen bietet sich außerdem

die Möglichkeit, allen Studierenden vorzuführen, wie komplexe

digitale Systeme unter Verwendung von hierarchischen Strukturen

in klarer und kompakter Weise beschrieben werden können.

4. Die Entwicklung der Lehrveranstaltung seit 2000

Das Projekt "Computer Organisation For All" wird im Sommersemester

2016 zum ersten Mal durchgeführt. In den vergangenen 6 Jahren

wurde untersucht, wie sich die Vermittlung der Lehrinhalte mit

Hilfe von Videolektionen auswirkt. Dabei kam es zu überraschenden

Effekten. Als Bezugsbasis für den Vergleich diente die traditionelle

Art der Lehrveranstaltung, welche vor dem Jahr 2010 für viele

Jahre verwendet wurde: Zwischen 2000 und 2010 diente ein illustriertes

Manuskript zur Vermittlung des Lehrstoffes. Der Einsatz von

ca. 25 Stunden Videomaterial, welches extra für die Lehrveranstaltung

produziert wurde, führte ab 2010 zu einer signifikanten Verschlechterung

des Lernergebnisses. Eine mögliche Erklärung dafür könnte darin

liegen, dass die "Berieselung" beim Betrachten von Videos dem

kritischen Hinterfragen von neuen Lerninhalten weniger dienlich ist

als das Erarbeiten von neuem Stoff durch Lesen. Die Verfügbarkeit

der Videos verführte viele Lernende zudem dazu, das wesentlich

intensivere Hörsaalerlebnis zu meiden. Es scheint, dass viele

Studierende die Videos mit einer überhöhten Geschwindigkeit und

zudem einer überhöhten Dosis kurz vor der schriftlichen Schlussprüfung

konsumiert haben. Diese Vermutung würde die Verschlechterung der

Prüfungsergebnisse erklären. In einer Reihe von informellen Interviews

mit Studierenden im Rahmen der Einsichtnahme in deren Prüfungsergebnisse

konnte diese Vermutung im Laufe der letzten Jahre erhärtet werden.

5. "Anything Goes"

Mit "Computer Organisation For All" versuchen wir, zu den wesentlich

besseren "Learning Outcomes" in den Jahren vor 2010 zurückzukehren.

Die im neuen Manuskript zur Lehrveranstaltung demonstrierte Konzentration

auf Beschreibung, Modell, und Simulation sollte dies allen Lernenden

deutlich klar machen. Der überaus nützliche Zusatzeffekt liegt in

der barrierefreien Präsentation des Lernstoffes für sehbehinderte

und blinde Studentinnen und Studenten.

Auch im Sommersemester 2016 sind alle Videolektionen nach wie vor

zugänglich. Doch die Folge der Präsentation der Lehrinhalte wurde

verändert. Damit wird den Studierenden einerseits Kontinuität,

andererseits Veränderung signalisiert. Diese Entscheidung wurde

getroffen, um dem Protest der Studierenden gegenüber Veränderung

vorzubeugen.

Zusätzlich zum Hörsaalvortrag, dem Manuskript, den Modellen und den

Videolektionen gibt es seit 25 Jahren auch eine lehrveranstaltungsspezifische

Newsgroup als Diskussionsforum. Um mit den Studierenden auch

über Randthemen ins Gespräch zu kommen, gibt es einen Blog und

die Möglichkeit, über Twitter zu kommunizieren. Diese Vielfalt

an Angebot entstand als Antwort auf die durch Mediendominanz

geprägte Umwelt, in der der Wettbewerb um Aufmerksamkeit vorherrscht.

Der theoretische Hintergrund für diese pädagogische Grundhaltung

stammt von den Überlegungen des österreichischen Philosophen

Paul Feyerabend. Er wurde unter anderem mit dem Slogan "Anything Goes"

bekannt.

6. Zusammenfassung

Das Projekt "Computer Organisation For All" versucht mehrere didaktische

Aspekte zu verbinden:

- Unterrichtsmaterialien, welche für sehbehinderte und blinde Studierende geeignet sind;

- Konzentration auf "exekutierbare Modelle" von digitalen Systemen;

- Fokussierung auf die selbständige Simulation von digitalen Systemen zum Zwecke des Lernens;

- Überwindung der Lernnachteile, welche auf die bestehenden Videolektionen zurückzuführen sind;

- eine Vielfalt an Angebot, um die Aufmerksamkeit der Studierenden zu "fesseln".

Weiterführende Information (z.B. Lebenslauf. Link)

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Die Web-Seite zur Lehrveranstaltung "Computer Organisation":

teaching.iaik.tugraz.at/ro/start

Der Blog-Space zur Lehrveranstaltung:

rechnerorganisation.wordpress.com

Der Blog-Space zu Themen der Lehre von Karl C. Posch:

kcposch.wordpress.com

Die Videolektionen des ausgedienten Formats der Lehrveranstaltung

"Computer Organisation":

www.iaik.tugraz.at/content/teaching/bachelor_courses/rechnerorganisation/downloads/

Das "Didaktische Manifest" von Karl C. Posch:

bigfiles.iaik.tugraz.at/get/2b5fed0d9995a32c88d6a36ffe57dc3b

Übertragbarkeit/Nachhaltigkeit