Informatik d indd

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rithmen weltweit die Monte­Carlo­Methode (1946), der Simplex­Algorithmus (1947) 
und das Quicksort­Sortierverfahren (1962). Aber auch Datenbankabfragen, Simu­
lationen, Dateiübermittlungen und Hypertextnavigation sind Beispiele solcher 
grundlegenden Methoden, die mit der Technologie von morgen anwendbar bleiben. 
Betrachten wir beispielhaft einige der wichtigen Konzepte des virtuellen Infor­
mationsarbeitsplatzes anhand der folgenden fünf Themenkreise: Kommunikation, 
Tabellenbearbeitung, Datenverwaltung, Informationsgewinnung und Programmie­
rung.
n
 Kommunikation
  Das World Wide Web vermittelt nicht nur den Zugang zu jeder denkbaren Art 
von Information, sondern erlaubt auch jeder Person, die über einen Internet­
zugang verfügt, ihre eigenen Informationsangebote selbstständig in einem 
weltumspannenden Medium zu publizieren. Davon kann jedoch nur profitieren, 
wer die Fertigkeit besitzt, eine Webseite zu erstellen und diese ins Web zu set­
zen. Dazu sind Kenntnisse über Auszeichnungssprachen, Hypertextmethoden 
und die Struktur des Internets notwendig.
n
  Daten in Tabellenform
 
Programme für die Tabellenkalkulation erlauben es, Daten auf vielfältigste Art 
und Weise und dennoch übersichtlich darzustellen, zu verwalten und zu verar­
beiten. Sie bilden einen Standard für jeden Informationsarbeitsplatz, wo Mess­
daten analysiert, Personallisten erstellt und Finanzberechnungen gemacht wer­
den; dazu sind Kenntnisse im Umgang mit Datenformaten essenziell. Besonders 
interessant wird es aber, wenn wir die Tabellenkalkulation auch für Optimie­
rungsprobleme, Simulationen und die mathematische Modellierung einsetzen 
können.
n
  Verwaltung grosser Datenbestände, Datenbanken
 
Die Verfügbarkeit immer grösserer Speichermedien führt einerseits zu grösseren 
Datenbeständen, verlangt andererseits aber auch Überblick über deren Darstel­
lung. Gute Datenorganisation ist nicht nur für deren elektronische Bearbeitung 
von Bedeutung, sondern bestimmt auch massgeblich, ob wir Menschen mit 
grossen Datenbeständen erfolgreich umgehen können. Datenbanken sind hier 
zum zentralen Informatikmittel geworden. Für einfachere Fälle genügt der Ein­
satz von Dateien. In beiden Fällen sind Kenntnisse der Prädikatenlogik und von 
Dateistrukturen wichtig.
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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n
  Informationsgewinnung und -extraktion
 
In den Naturwissenschaften sind meist nicht die gemessenen Daten selbst von 
Interesse, sondern die Information, die in diesen steckt. An diese heranzukom­
men, ist nicht immer leicht. Dazu müssen Messdaten statistisch analysiert, ge­
eignet grafisch dargestellt oder mit Methoden des maschinellen Lernens 
bearbeitet werden.
n
 Programmierung
  Durch geeignete Programmierung lässt sich die Funktionalität eines virtuellen 
Informationsarbeitsplatzes individuell erweitern. Dazu gehören zum Beispiel 
selber erstellte Programme als zusätzliche Informatikmittel, Makroprogramme 
für das Automatisieren von Teilaufgaben innerhalb eines vorhandenen Pro­
grammpakets und sogenannte Script­Programme, die über eine Webseite akti­
viert werden können. Solche Arbeiten verlangen mindestens elementare Pro­
grammierkenntnisse.
Nicht alle hier genannten Themen sollen zum Pflichtstoff im Gymnasium gemacht 
werden. Aber diese zu kennen und einordnen zu können, gehört zur modernen 
Allgemeinbildung.
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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Der Nachweis, dass Computer aber auch völlig neue Wege der Erkenntnis öffnen 
können, sei an einem Beispiel aus den Naturwissenschaften, genauer aus Astrono­
mie und Himmelsmechanik, geführt.
n
 Theorie
  Am Anfang aller astronomischen Überlegungen von Menschen stand die Beob­
achtung der Gestirne. Solche Beobachtungen führten schon im Altertum zu 
ersten wissenschaftlichen Ansätzen und Theorien, die im geozentrischen Welt­
modell des Ptolemäus kulminierten. In diesem Weltmodell waren die Himmels­
körper Kugeln, die sich auf Kreisbahnen geozentrisch bewegten. Kugeln und 
Kreise waren ideale geometrische Formen, passend zu einer idealen Welt.
n
 Experiment
  Erst sehr viel später, in der frühen Neuzeit, wurde dieses Weltmodell infrage 
gestellt, ausgelöst durch genauere Beobachtungen und begleitet von neuen, 
verbesserten Theorien und Experimenten. Kepler erkannte in den Planetenbah­
nen Ellipsen (nicht bloss ideale Kreise) mit der Sonne im Brennpunkt. Newton 
identifizierte die Gravitationskraft, Planetenbahnen liessen sich darauf mithil­
fe von Differenzialgleichungen immer systematischer auch berechnen, geeignet 
für die astronomische Orts­ und Zeitbestimmung durch Spezialisten.
n
  Modell und Simulation
  Mit dem Sputnik begann 1957 im Weltraum das Satellitenzeitalter, das bereits 
1969 mit der Mondlandung seinen ersten Höhepunkt erlebte. Mondflug und 
Mondlandung erforderten allerdings nicht nur entsprechende Raketen, sondern 
auch Rechenautomaten für kurzfristige Bahnkorrekturberechnungen, und zwar 
in Realzeit. Reale Satellitenbahnen sind keine reinen Ellipsen, sondern kompli­
zierte Raumkurven im Schwerkraftfeld von Sonne, Erde, Mond und anderen 
4.5
 Theorie – Experiment – Modell
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Himmelskörpern. Jede Bahnkorrektur erfordert somit umfangreiche Bahnbe­
rechnungen am numerischen Modell; der Satellitenflug wird im Voraus simu­
liert. Das ist ohne Rechenautomaten eine unlösbare Aufgabe. Das heisst: ohne 
Computer keine Mondlandung.
Zusammenfassend lässt sich festhalten: Menschen haben schon im Altertum begon­
nen, Naturphänomene mit allgemeingültigen Regeln zu beschreiben (Theorie). Mit 
der Zeit führten genauere Beobachtungen und gezielte Experimente zu Verbesse­
rungen der Theorie und zu entsprechenden Berechnungsformeln. Für praktische 
Anwendungen waren diese Formeln allerdings oft zu komplex, sodass Näherungs­
lösungen genügen mussten und manche Berechnungen gar nicht möglich waren. 
Erst seit der Verfügbarkeit von Rechenautomaten (also nach dem Zweiten Welt­
krieg) konnten anspruchsvolle reale Sachverhalte genügend genau durch rein vir­
tuelle, numerische Modelle repräsentiert werden (Simulation). Virtuelle Modelle 
sind insbesondere dort wichtig, wo materielle Experimente extrem teuer oder gar 
nicht möglich sind.
Virtuelle Modelle und Simulationen bilden heute neben Theorie und Experiment 
das dritte Standbein der wissenschaftlichen Erkenntnis in allen naturwissenschaft­
lichen und technischen Disziplinen sowie bereits auch in manchen Bereichen der 
Wirtschafts­ und Sozialwissenschaften.
Während Theorie und Experiment seit langer Zeit in Wissenschaft und Technik 
ihren festen Platz gefunden haben, ist die dritte Sichtweise, das Arbeiten mit 
 numerischen, virtuellen Modellen, recht neu. Es erstaunt daher nicht, dass es im 
Kanon der etablierten Allgemeinbildung und damit im Gymnasium noch kaum 
 angekommen, geschweige denn verankert ist. Umso wichtiger ist es jetzt aber, dies 
rasch nachzuholen, denn einige der technisch führenden Nationen – namentlich 
auch im Fernen Osten – sind hier viel weiter. Dort wird schon in der Schule Compu­
tational Thinking
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 vermittelt, sodass Jugendliche diese neue, prozessorientierte 
und operationelle Denk­ und Arbeitsweise mit numerischen Modellen kennen­
lernen. Sie begegnen so in der Schule nicht bloss statischem Wissen, also Fakten, 
Regeln und Naturphänomenen, sondern lernen auch, wie man bestimmte Aufgaben 
konstruktiv und dynamisch angehen kann, eben mit numerischen Modellen. Sie 
lernen, die Welt flexibler, durch eine anpassungsfähige Brille (Computational 
Lens)
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, zu betrachten.
Die folgende Tabelle 7 zeigt einige typische Beispiele, wo rechnergestützte Me­
thoden ein wichtiger Bestandteil moderner Forschung und Entwicklung geworden 
sind.
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