Informatik d indd

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Virtuelle Modelle werden in Computern aus Programmen und Daten aufgebaut, sie 
sind ausschliesslich virtuell und können somit – angesichts immer grösserer Com­
puterspeicher – beliebig gross und komplex gebaut werden, dies ganz im Gegensatz 
zu materiellen Modellen. Dass diese Beliebigkeit zu neuen Problemen führen kann, 
wird in Kapitel 4.7 behandelt. Trotz der Grösse solcher Modelle kann der mensch­
liche Aufwand für ihren Einsatz beliebig klein gehalten werden, denn sie funktio­
nieren mittels Computerprogrammen völlig automatisch.
Zum grundlegenden Verständnis des neuen Phänomens «virtuelles Modell» sind 
daher Kenntnisse und erste Erfahrungen in folgenden Bereichen nötig:
n
 Programmieren
 
Ein Computerprogramm beschreibt vollautomatische Abläufe mittels einer Folge 
von Befehlen an einen Computer. Solche Befehle können elementare Aufgaben 
(einzelne Rechenoperationen, Einlesen oder Anzeigen von Schriftzeichen oder 
Bildpunkten usw.) lösen; diese wiederum lassen sich zu ganzen Befehlsfolgen 
gruppieren, namentlich durch Schleifenbildung, Fallunterscheidungen, Unter­
strukturen und Modularisierung.
n
 Daten
  Die Realität wird in einem virtuellen Modell namentlich durch Zahlenwerte ab­
gebildet. Eingabedaten sind häufig Messwerte, Ausgabedaten können wiederum 
Zahlen sein. Sehr häufig sind es aber heute auch Bilder, Videos oder andere 
sinnlich wahrnehmbare Darstellungsformen (Töne, Texte usw.).
n
 Projektarbeit
  Die Entwicklung von virtuellen Modellen setzt nicht nur Kenntnisse ihres ge­
planten Einsatzbereichs voraus, sondern auch eine entsprechende Arbeitsme­
thodik, beginnend mit einem Konzept, das anschliessend verfeinert werden 
kann. Dabei bleiben virtuelle Modelle – im Gegensatz zu materiellen – jederzeit 
veränderbar.
4.6
 Modellbildung: 
 
Prozesse und Daten
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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Es ist offensichtlich, dass alle drei hier genannten Bereiche in der höheren All­
gemeinbildung (Hochschulreife) im 21. Jahrhundert einen wichtigen Platz ein­
nehmen sollten. Dabei geht es nicht darum, alles selber machen zu können, im 
Gegenteil. Kommerzielle Angebote, aber zunehmend auch Open­Source­ und Open­
Data­Bewegungen stellen Programme und Daten in grösster Vielfalt zur Verfügung. 
Hier den Überblick zu wahren und auswählen zu können, ist wichtig. Hochschulrei­
fe ist heute ohne ein entsprechendes Grundwissen nicht mehr gegeben. Während 
Projektarbeiten – beliebiger Art – seit einigen Jahren einen Platz in den Schweizer 
Gymnasien gefunden haben, fehlen für das Gros der Gymnasiasten entsprechende 
Unterrichtsgefässe für Programmieren und Datenstrukturen sowie für virtuelle Mo­
delle völlig. Genau das sind jedoch Kernelemente der wissenschaftlichen Informatik, 
wie sie hier für alle Maturandinnen und Maturanden gefordert werden.
Es gilt zu berücksichtigen, dass für diese Informatikthemen nur eine sehr be­
schränkte Zahl von Lektionen zur Verfügung stehen wird. Daher können etwa im 
Programmierunterricht für alle nur Grunderfahrungen mit automatischen Prozes­
sen vermittelt werden, weit entfernt von der Eigenentwicklung von Programmen 
für praktische Anwendungen. Aber schon solche Grunderfahrungen im Program­
mieren vermitteln nicht bloss Informatikwissen. Die jungen Leute erleben vielmehr 
neue Möglichkeiten zu eigener konstruktiver Entfaltung. Gleichzeitig spüren sie 
hautnah, wie ein Computer (ein Rechenautomat) auf Programmierfehler reagiert, 
nämlich stur und präzis. Er interpretiert jedes Programm genau so, wie es geschrie­
ben, und nicht so, wie es allenfalls vom Entwickler gemeint wurde. Junge Leute 
erfahren so ungewohnt präzise Disziplinforderungen, und dies nicht von einer 
Lehrperson, sondern von einer völlig unparteiischen Maschine.
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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Virtuelle Modelle öffnen dem menschlichen Experimentiergeist völlig neue Mög­
lichkeiten. Diese Möglichkeiten sind jedoch keineswegs grenzenlos, wie man aus 
der Immaterialität ihrer Komponenten – Programme und Daten – schliessen könn­
te. Es sind aber andersartige Grenzen, die bei materiellen Modellen keine oder 
höchstens eine sekundäre Rolle spielen. Genau deswegen müssen die Grenzen beim 
Umgang mit virtuellen Modellen ausdrücklich erkannt und ausgewiesen werden. 
Hier einige wichtige Grenzen für virtuelle Modelle:
n
  Komplexität 1
  Programme von einigen Hundert Zeilen Programmcode lassen sich mit konzen­
triertem Nachdenken überblicken und verstehen, solche mit einer Million Zei­
len jedoch nicht mehr. Zwar haben Spezialisten Methoden entwickelt, um auch 
für grosse und anspruchsvolle Aufgaben möglichst korrekte Programme schrei­
ben zu können. Aber jedermann kennt Beispiele von grossen und kleinen Com­
puterpannen. Meist beruhen diese auf nicht erkannten Programmierfehlern, 
die auch schon zu echt gefährlichen Situationen geführt haben.
n
  Komplexität 2
 
Viele Menschen, namentlich auch Führungsleute in Wirtschaft und Staat, haben 
sich inzwischen daran gewöhnt, dass an Programme beliebig grosse Anforde­
rungen gestellt werden können. Solche Anforderungen, vor allem, wenn sie erst 
nach dem Beginn der Entwicklungsarbeit für neue Informatikanwendungen 
vorgebracht werden, verzögern und verteuern Informatiklösungen völlig unver­
hältnismässig (Verletzung der 80:20­Regel) und führen nicht selten zum Ab­
bruch ganzer Projekte mit entsprechenden Kostenfolgen.
n
  Komplexität 3
 
Stichworte wie Internet, World Wide Web und «computing in the cloud» stehen 
exemplarisch für Vernetzungsmöglichkeiten zwischen beliebigen Computern 
4.7
  Grenzen virtueller Modelle
Informatikdenken in anderen Disziplinen

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