Apfel oder Popcorn? - Eine enaktive Einführung in KI, maschinelles Lernen und Entscheidungsbäume mit Datenkarten

Auf dieser Seite werden nach und nach die Inhalte der Unterrichtsreihe „Entscheidungsbäume mit Datenkarten“ eingefügt.

Hinweis: Dieses Unterrichtsmodul befindet sich noch in der Erprobungsphase und wird von uns noch evaluiert sowie überarbeitet. Bei Interesse an Erprobungen melden Sie sich gerne bei Lukas Höper aus der Didaktik der Informatik.

Übersicht

{{#if:Datei:ProDaBi Logo.png|

}}

{{#if:Entscheidungsbäume| }} {{#if:Yannik Fleischer, Susanne Podworny, Sven Hüsing| }} {{#if:Medium:Unterrichtsmodul Entscheidungsbäume Klasse 5 und 6.zip| {{#if:Download aller Materialien zum Modul| | }} }} {{#if:| {{#if:| | }} }} {{#if:| {{#if:| | }} }} {{#if:| {{#if:| | }} }} {{#if:| {{#if:| | }} }} {{#if:| }}

Themenfeld	Entscheidungsbäume
Autor	Yannik Fleischer, Susanne Podworny, Sven Hüsing
Editiert am	11.4.2022
Material	Download aller Materialien zum Modul
Material	Medium:Unterrichtsmodul Entscheidungsbäume Klasse 5 und 6.zip
	[[:|]]
	[[:|]]
	[[:|]]
	[[:|]]
	[[:{{{Material3}}}|{{{Material3_Name}}}]]
	[[:{{{Material3}}}|{{{Material3}}}]]
	[[:{{{Material4}}}|{{{Material4_Name}}}]]
	[[:{{{Material4}}}|{{{Material4}}}]]
Unterseiten

Daten spielen im alltäglichen Leben in der digitalen Welt bewusst oder auch unbewusst eine große Rolle. Schülerinnen und Schüler interagieren tagtäglich mit verschiedenen datengetriebenen digitalen Artefakten (z.B. der News Feed auf einer Social Media Plattform oder die Startseite bei etwa Netflix oder Spotify). In diesem Unterrichtsmodul wird das Mobilfunknetz als Beispiel für ein solches datengetriebenes digitales Artefakt aufgegriffen. Bei dessen Nutzung (z.B. Telefonieren oder SMS-Schreiben) werden verschiedene Daten explizit und implizit erhoben, wie etwa Standortdaten der Basisstationen, mit denen die Nutzerinnen und Nutzer verbunden sind. Anhand dieses Beispiels soll in diesem Unterrichtsmodul das Datenbewusstsein der Schülerinnen und Schüler gefördert werden, wozu die Leitfrage „Wo, wie und wozu werden Daten gesammelt und verarbeitet?“ beispielhaft beantwortet wird.

Steckbrief des Unterrichtsmoduls

Titel: Wo, wie und wozu werden Daten gesammelt und verarbeitet? – Datenbewusstsein durch die Exploration von Standortdaten aus dem Mobilfunknetz

Stichworte: Datenbewusstsein, Data Science, Exploration von Standortdaten, Mobilfunknetz

Zielgruppe: Informatik in Klasse 5 und 6 (alle Schulformen) - Anknüpfungen an den Politik- und Philosophieunterricht möglich

Inhaltsfeld: "Informatik, Mensch und Gesellschaft" (insbesondere der Schwerpunkt: Datenbewusstsein), "Daten und Information", "Informatiksysteme"

Vorkenntnisse: Dieses Unterrichtsmodul setzt keine besonderen Vorkenntnisse der Lernenden voraus. Es sollte jedoch eine grundlegende Erfahrung im Umgang mit dem Computer bzw. mit Web-Anwendungen vorhanden sein. Außerdem sind grundlegende Vorstellungen des Datenbegriffs (insb. Daten vs Information – s. Inhaltsfeld „Information und Daten“) wünschenswert, entsprechende Erklärungen könnten aber auch in diesem Modul integriert werden.

Zeitlicher Umfang: 4 bis 6 Unterrichtsstunden a 45 Minuten

Überblick über den Verlauf des Unterrichtsmoduls

Dieses Unterrichtsmodul vermittelt Datenbewusstsein: Die Kompetenz, in - auch selbstgenutzten - unterschiedlichen Anwendungen sich über die Rolle der dort verarbeiteten Daten bewusst zu werden, um einschätzen zu können, was die Nutzung bedeutet oder auch wie die Anwendung genutzt werden kann bzw. sollte. Das Modul setzt sich aus drei Teilen zusammen und thematisiert als Beispielanwendung die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten exemplarisch bei der Nutzung des Mobilfunknetzes und weiterführend in anderen Alltagskontexten der Lernenden.

Im ersten Teil wird das Mobilfunknetz als Kontext eingeführt und der Aufbau und die Funktionsweise dessen am Beispiel des Telefonierens mit dem Handy erarbeitet. Dabei wird außerdem hergeleitet, welche persönlichen Daten dabei erhoben und wozu diese primär verwendet werden. Zum Beispiel ist das der Standort einer Basisstation im Mobilfunknetz, mit der Nutzende verbunden sind. Diese Standortdaten sind etwa dafür nötig, um ein effizientes Herstellen einer Mobilfunkverbindung zu gewährleisten (primärer Verwendungszweck der erhobenen Standortdaten).

Im zweiten Teil werden gegebene Daten aus dem Mobilfunknetz herangezogen. Diese echten Daten einer Person enthalten u.a. Standortdaten (umfassendere Erklärung der Daten s.u. und in den ergänzenden Informationen zum Unterrichtsmodul). Die Standortdaten werden für von den Lernenden für die Fragestellung, welche Informationen über eine Person aus Standortdaten gewonnen werden können, mittels einer bereitgestellten Anwendung analysiert. Dabei charakterisieren sie die ihnen unbekannte Person, indem sie einen Steckbrief erstellen. Es wird darauf eingegangen, warum ein solches Profiling nach deutschen Gesetzen verboten ist – mit strengen genehmigungspflichtigen Ausnahmen für spezielle Zwecke (z.B. Strafverfolgungszwecke). Die Lernenden verstehen diese Gründe besser, weil sie exemplarisch erfahren haben, was man aus solchen Daten schließen könnte.

Im dritten Teil werden die gemachten Erfahrungen auf weitere mögliche Anwendungen übertragen und so verallgemeinert, indem die Lernenden weitere Kontexte aus ihrem Alltag untersuchen, in denen Standortdaten erhoben werden, wie zum Beispiel bei bestimmten Apps auf ihrem Handy (u.a. auch auf der Basis von GPS-Daten). Im Rahmen einer Evaluation und Bewertung der Datenerhebung und -verarbeitung in den verschiedenen Beispielen können Vor- und Nachteile der Erhebung und Verarbeitung personenbezogener Standortdaten diskutiert werden, um so den Lernenden eine Grundlage für reflektierten Entscheidungen hinsichtlich der Freigabe ihrer personenbezogenen Daten zu vermitteln.

Didaktische Kernidee: Förderung von Datenbewusstsein in diesem Unterrichtsmodul

Zur Umsetzung der Ziele und damit zum Fördern des Datenbewusstseins der Lernenden werden die Facetten von Datenbewusstsein in den drei Teilen des Unterrichtsmoduls umgesetzt. Das gewählte Beispiel im ersten Teil beschreibt ein Interaktionssystem bestehend aus Nutzendem und dem Mobilfunknetz als datengetriebenes digitales Artefakt sowie der Interaktion zwischen diesen. Durch die Erkundung des Aufbaus und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes im ersten Teil können die Lernenden anhand einer enaktiven Simulation mit einem Puzzle die explizite und implizite Erhebung persönlicher Daten in diesem Beispiel untersuchen. Anschließend wird exemplarisch bei der Erhebung der Standortdaten der primäre Verwendungszweck untersucht. Die implizit erhobenen Standortdaten werden zum Herstellen einer Mobilfunkverbindung (z.B. beim Telefonieren) notwendigerweise verarbeitet (primärer Zweck). Im zweiten Teil explorieren die Lernenden gegebene Standortdaten aus dem Mobilfunknetz zu einem ausgedachten sekundären Zweck, indem sie eine Person anhand ihrer Standortdaten charakterisieren (Konstruktion eines digitalen Doppelgängers). Dazu explorieren sie die Standortdaten in einer gegebenen Web-Anwendung und erstellen einen Steckbrief. So wird der Frage nachgegangen, welche Informationen über eine Person anhand von Standortdaten gewonnen werden können. Diese exemplarische Datenauswertung ist für einen deutschen Mobilfunkanbieter stark reguliert, was im Anschluss daran aufgegriffen und reflektiert werden kann. Dabei können auch weitere Beispiel sekundärer Verwendungszwecke der im Mobilfunknetz erhobenen Daten aufgegriffen werden (s.u., weitere sekundäre Zwecke). Im dritten Teil werden die erlernten Kenntnisse zum Datenbewusstsein auf weitere Beispiele aus ihrem eigenen Alltag angewandt: Interaktion mit einem datengetriebenen digitalen Artefakt; explizite und implizite Datenerhebung; primäre und sekundäre Zwecke der Verwendung und Verarbeitung sowie Konstruktion eines digitalen Doppelgängers. Diese Kontexte werden anschließend reflektiert und kriteriengeleitet bewertet.

Ziele des Unterrichtsmoduls

In den drei Teilen dieses Unterrichtsmodul werden im Wesentlichen folgende Ziele verfolgt:

• Teil 1: Aufbau und Funktionsweise des Mobilfunknetzes
  • Die Lernenden erkennen den groben Aufbau und die grundlegende Funktionsweise eines Mobilfunknetzes, indem sie exemplarisch das Telefonieren im Mobilfunknetz anhand eines Puzzles simulieren und erklären.
  • Die Lernenden unterscheiden die Begriffe der explizit und implizit erhobenen Daten und erkennen, welche Daten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes explizit und implizit erhoben werden.
  • Die Lernenden begründen exemplarisch für die implizite Erhebung von Standortdaten die Notwendigkeit der Verarbeitung dieser Daten (primärer Zweck).
• Teil 2: Exploration gegebener Standortdaten
  • Die Lernenden erklären das Vorgehen zur Exploration von Standortdaten mithilfe der gegebenen Standortdaten und können wesentliche Schritte beschreiben.
  • Die Lernenden ermitteln persönliche Informationen über eine ihnen unbekannte Person, indem sie gegebene Standortdaten mit einer Web-Anwendung explorieren (sekundärer Zweck).
• Teil 3: Weitere Kontexte mit der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten
  • Die Lernenden wenden ihre gelernten Kenntnisse zum Datenbewusstsein auf ein weiteres Beispiel eines datengetriebenen digitalen Artefakts aus ihrem Alltag an, indem sie an diesem Beispiel die explizite und implizite Datenerhebung, deren Verwendung und Verarbeitung zu primären und exemplarischen sekundären Zwecken sowie die Konstruktion von digitalen Doppelgängern identifizieren und beschreiben.
  • Die Lernenden nehmen eine begründete Bewertung der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in den thematisierten Beispielen vor, indem sie zum Beispiel auf den Kompromiss zwischen einem datensparsamen Verhalten und das Nutzen von individuellen oder gesellschaftlichen Vorteilen eingehen.

Leitfragen im Unterrichtsmodul

• Teil 1: Aufbau und Funktionsweise des Mobilfunknetzes
  • Wie funktioniert das Mobilfunknetz und welche Daten werden bei der Nutzung (z.B. beim Telefonieren) explizit und implizit erhoben?
  • Warum ist die implizite Erhebung und schließlich die Verarbeitung der Standortdaten nötig?
• Teil 2: Exploration gegebener Standortdaten
  • Welche Erkenntnisse können über eine Person durch die Auswertung ihrer Standortdaten gewonnen werden?
• Teil 3: Weitere Kontexte zur Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten
  • In welchen anderen Kontexten werden Standortdaten erhoben und wozu werden sie dort verwendet?

Zusammenfassender Überblick über das Unterrichtsmodul

Das Unterrichtsmodul mit den zentralen Aktivitäten, Leitfragen und Fachinhalten in den drei Teilen wird in der nachfolgenden Grafik zur Übersicht und Orientierung zusammengefasst.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

Überblick über das Unterrichtsmodul

Überblick über den Unterrichtsverlauf

Im Folgenden wird ein Überblick über den Unterrichtsverlauf gegeben. Die Materialien, wie etwa Arbeitsblätter und ergänzende Informationen, der verschiedenen Phasen sind in der Tabelle verlinkt.

Eine detaillierte exemplarische Verlaufsplanung kann hier eingesehen werden: Verlaufsplanung (wird noch überarbeitet).

Des Weiteren steht eine Handreichung mit ergänzenden Hintergrundinformationen für Lehrkräfte zur Verfügung, in der ausgewählte Inhalte des Unterrichtsmodul, Materialien und Begrifflichkeiten näher erklärt werden: Ergänzende Informationen.

Phase	Inhalt	Ziele	Material
Teil 1: Aufbau und Funktionsweise des Mobilfunknetzes
1a	Einführung in den Interaktionskontext und Problematisierung: Als Unterrichtsgespräch wird gemeinsam ein (Gedanken-) Experiment zum Herstellen einer Mobilfunkverbindung beim Telefonieren durchgeführt: (1) Von einem Handy wird ein zweites Handy angerufen – Was passiert dabei? (2) Was passiert nun, wenn ein Handy in einer Metallbox liegt? (3) Was passiert, wenn beide Handys in der Metallbox liegen? Gemeinsam wird die Frage erarbeitet, wie das Mobilfunknetz aufgebaut ist und welche Schritte zum Herstellen einer Mobilfunkverbindung nötig sind. Didaktischer Kommentar: Es werden eigene Erfahrungen der Lernenden zur Nutzung des Mobilfunknetzes aufgegriffen (aus Nutzerperspektive). Außerdem soll eine Neugierde an dem Aufbau und der genauen Funktionsweise des Mobilfunknetzes (aus Anbieterperspektive) geweckt werden. Daraus resultierend wird die Frage nach dem Aufbau und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes aufgestellt.	Aktivierung von Vorkenntnissen zum Mobilfunknetz (i.d.R. aus Nutzerperspektive) Wecken von Neugierde an dem Aufbau und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes	Unterstützende Folien für das (Gedanken-) Experiment (alternativ auch zwei Handys und eine Metallbox)
1b	Erarbeitung des Aufbaus und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes: Gemeinsam oder in Einzelarbeit wird ein Überblicksvideo zum Aufbau und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes geschaut (ggf. mehrere Durchläufe). Die Lernenden notieren dabei Informationen zu Komponenten des Mobilfunknetzes (AB1). Danach werden die Begrifflichkeiten zum Mobilfunknetz (Basisstation, Funkzelle, Vermittlungsstelle) im Plenum besprochen und gesichert. Anschließend wird mit einem Puzzle der vereinfachte Aufbau des Mobilfunknetzes rekonstruiert sowie die Funktionsweise mit zwei Szenarien erarbeitet (AB2). Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt Lösung des Puzzles Anhand der beiden Szenarien erarbeiten die Lernenden, welche (persönlichen) Daten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes (am Beispiel des Telefonierens) erhoben werden können und auch müssen (AB3). Diese Ideen für die erhobenen Daten werden in einem Unterrichtsgespräch gesammelt. Dabei wird auf den Datenbegriff eingegangen, inwiefern in diesem Beispiel Informationen als Daten aufgefasst werden (z.B. der Standort als Zahlenpaar von Längen- und Breitengrad). Anschließend wird gemeinsam bewertet, welche Daten dafür besonders wichtig und notwendig sind, um eine Mobilfunkverbindung herstellen zu können (z.B. Kontaktdaten des Empfängers oder Standortdaten des Empfängers). Auf dem AB3 stellen die Lernenden vorbereitend für den Teil 2 des Moduls Vermutungen auf, wofür die Standortdaten sonst noch genutzt werden können (sekundäre Zwecke). Didaktischer Kommentar: Die Architektur und Relevanz (s. Glossar in den ergänzende Informationen) des Mobilfunknetzes wird in dieser Phase erarbeitet. Der gegebene Interaktionskontext wird dann hinsichtlich der explizit und implizit erhobenen Daten untersucht (zusätzliche Ideen für erhobene Daten können hinsichtlich der Notwendigkeit bewertet werden). Die Lernenden begründen zusätzlich die Verarbeitung der Standortdaten zum primären Zweck der Herstellung einer Mobilfunkverbindung. Sekundäre Zwecke werden in diesem Teil noch nicht aufgegriffen. In dem Teil 2 werden „echte“ Daten aus dem Mobilfunknetz eingeführt, welche dann mit den Ideen der Lernenden verglichen werden können. Das heißt, hier dürften auch noch Ungenauigkeiten bestehen, welche zu Beginn des zweiten Teils besprochen werden können.	Verstehen der Architektur und Relevanz (s. Glossar) des Mobilfunknetzes (grob) ggf. Kennenlernen des Begriffs Daten exemplarisch an den hier erhobenen Daten; ansonsten Anwendung der Kenntnisse zum Datenbegriff (s. Glossar) Einführung der Begrifflichkeiten „explizit und implizit erhobene Daten“ und identifizieren von explizit und implizit erhobene Daten in diesem Beispiel Beschreiben des primären Zwecks der Verarbeitung und Verwendung der Standortdaten	Erklärvideo (Alternative), Puzzle, AB1, AB2 - Niveau 1, AB2 - Niveau 2, AB2 - Sprinteraufgabe (optional), AB3
Teil 2: Exploration gegebener Standortdaten
2a	Vorbereitung der Exploration der Standortdaten mithilfe der interaktiven Web-Anwendung: Zunächst werden die Mobilfunkdaten von Malte Spitz eingeführt (s. Erklärungen unten), welche u.a. Zeitstempel, genutzte Dienste und Standortdaten enthalten. Dabei sollten keine Hinweise dazu gegeben werden, welche Person das ist. Lediglich sollte angemerkt werden, dass diese Daten in einem halben Jahr von einer Person erhoben wurden. Diese Einführung kann anhand der Datentabelle (beiliegende pdf) geschehen, welche dabei auch besprochen werden sollte (Bezug zu AB3 gut möglich). Anschließend wird zu folgender Leitfrage hingeleitet: Leitfrage: Was könnte man über eine Person herausfinden, wenn man diese Daten hätte? Bevor die Daten mithilfe einer Web-Anwendung exploriert werden, sollten die Lernenden zu dieser Leitfrage Vermutungen äußern, was man mit diesen Daten herausfinden könnte. Anschließend wird in die interaktive Web-Anwendung eingeführt, in der diese Standortdaten exploriert werden können (Beschreibung s.u.). Dazu könnten die Lernenden etwa zunächst die Anwendung selbst ausprobieren, bevor dann im Plenum anhand eines gemeinsamen Beispielfrage die Daten exploriert werden. An dem gemeinsamen Beispiel sollte das Vorgehen zum Explorieren vermittelt werden, welches die Lernenden in der nächsten Phase selbst durchführen: (1) Fragestellung entwickeln (z.B. Wo wohnt die Person vermutlich?), (2) Entscheiden für zu setzende Filter in der Web-Anwendung (z.B. Zeitraum von 3 bis 4 Uhr), (3) visualisieren und untersuchen der Standortdaten auf der Karte, (4) Interpretation der Daten und Beantwortung der Fragestellung (z.B. Die Person wohnt in Berlin in der Nähe der Zehdenicker Straße) (Beispiel wird unten näher erklärt). Das Vorgehen für eine Fragestellung kann ein „Ausprobieren“ verschiedener Filter umfassen. Didaktischer Kommentar: Mit den verfügbaren Mobilfunkdaten kann dafür exemplarisch sensibilisiert werden, wie viele Daten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes erhoben und generiert werden. Bezüglich dieser Daten sollte stets darauf geachtet werden, dass diese die Standorte der Basisstationen und eben keine GPS-Daten o.ä. darstellen (s. Erklärung in den ergänzenden Informationen). Das Explorieren der Standortdaten zum Erstellen einer modellhaften Charakterisierung der Person (vgl. der Idee des digitalen Doppelgängers) stellt einen sekundären Zweck der Verwendung und Verarbeitung der Standortdaten dar. Dieser Zweck sollte nicht als reale Verwendung und Verarbeitung dargestellt werden, aber als mögliche, wenn diese Daten weitergegeben werden, was in Phase 2c vertieft diskutiert wird. In dieser Phase wird das Explorieren der Daten erstmal nur eingeführt, woraufhin die Lernenden in der nächsten Phase die Daten mit der Web-Anwendung selbstständig explorieren.	Verbessern des Verständnisses (der Menge) der erhobenen Daten einer Person im Mobilfunknetz Umgang mit Datenbegriff und deren Repräsentation am Beispiel der Datentabelle und der Karte üben Vorgehen zur Exploration der Standortdaten mit der Web-Anwendung exemplarisch kennenlernen Verstehen der Charakterisierung der Person als einen sekundären Zweck der Verwendung und Verarbeitung der Standortdaten (fiktiv!)	Datentabelle zum zeigen, Web-Anwendung (s.u.), Hilfszettel zur Web-Anwendung
2b	Exploration der Standortdaten mithilfe der interaktiven Web-Anwendung: In Gruppen explorieren die Lernenden eigenständig die Standortdaten mithilfe der Web-Anwendung. Dabei erstellen sie als Gruppe einen gemeinsamen Steckbrief als eine Charakterisierung der ihnen unbekannten Person, etwa mit Interpretationen zum Wohnort, dem Arbeitsort oder Freizeitaktivitäten (AB4). Dazu können sich die Lernenden innerhalb einer Gruppe arbeitsteilig mit verschiedenen Fragestellungen befassen, um gemeinsam eine umfassendere Charakterisierung vornehmen zu können. In der anschließenden Auswertung der Gruppenergebnisse werden die verschiedenen Interpretationen diskutiert und zusammengeführt, wobei die Lernenden ihre Interpretationen begründen sollen. Dabei kann auch diskutiert werden, wie sicher sich die Lernenden mit einer bestimmten Interpretation sind. Während der Explorationsphase in den Gruppen kann den Lernenden optional die Möglichkeit gegeben werden, weitere Kontextinformationen heranzuziehen, wie etwa was sich an einem bestimmten Ort befindet oder was ein bestimmtes Unternehmen macht – die Lernenden würden damit den Kontext explorieren. Didaktischer Kommentar: Durch das Filtern als Data Move beim Explorieren können bereits einige Informationen über die Person gefunden werden. Die Interpretationen bei der Charakterisierung durch die Lernenden beruhen auf individuellem Kontextwissen und sind somit subjektiv. Das führt zum Auftreten konträrer Interpretationen, welche gewinnbringend diskutiert werden können und müssen. Beachtet werden sollte auch, dass die Charakterisierungen bzw. Steckbriefe einen modellhaften Charakter haben, der durch die ausgewählten Merkmale in den verfügbaren Daten bestimmt wird.	Subjektiver Charakter von Informationen durch die Interpretation verstehen (im Gegensatz zu Daten) Erkennen eines Umfangs an Informationen, die aus Standortdaten gewonnen werden können („relativ umfassende Charakterisierung ist möglich“) Charakterisierung (digitaler Doppelgänger) als modellhaft mit subjektiven Interpretationen verstehen (können auch Fehlinformationen enthalten) Üben des Vorgehens zur Exploration der Daten	Web-Anwendung (s.u.), AB4
2c	Reflexion und Bewertung: Die Erhebung und Verarbeitung persönlicher Daten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes wird nun im Unterrichtsgespräch reflektiert und anschließend durch die Lernenden bewertet. An dieser Stelle sollte dringend darauf eingegangen werden, dass ein deutscher Mobilfunkanbieter die erhobenen Daten auf dieser Art und Weise zur Charakterisierung der Personen nicht ohne weitere nutzen darf. Mithilfe der Erfahrungen aus der Exploration kann diese Regulierung auch von den Lernenden exemplarisch nachvollzogen werden. Optional abhängig von Lerngruppe könnten die Lernenden in den Quellen zu den weiteren Beispielen (s.u.) reale Beispiele für die sekundären Zwecke der Verarbeitung und Verwendung der Standortdaten durch Mobilfunkanbieter im Rahmen einer Recherche untersuchen. Dazu könnten sich die Lernenden in Gruppen einem der beiden Beispiele widmen und sich diese als Gruppenpuzzle gegenseitig vorstellen. Anschließend könnten diese diskutiert und bewertet werden, zum Beispiel indem eine Abwägung von Kosten (Preisgabe vieler persönlicher Informationen) und Nutzen (Vorteile für den Betrieb des Mobilfunknetzes und für gesellschaftliche Belange) vorgenommen wird. Didaktischer Kommentar: Es sollte zum einen darauf geachtet werden, dass nicht die Fehlvorstellung entwickelt wird, dass Mobilfunkanbieter die Standortdaten einer Einzelperson tatsächlich so auswertet. Zum anderen sollte deutlich sein, dass die Standortdaten hier sinnvollerweise erhoben werden und die Regulierung auch sinnvoll sein kann. Die optionale Erarbeitung der Beispiele für reale sekundäre Zwecke der Verarbeitung und Verwendung von Standortdaten durch Mobilfunkanbieter kann den Lernenden einen differenzierten Blick geben, wofür diese Standortdaten tatsächlich genutzt werden.	Reflektieren der Erkenntnisse zur Erhebung und Verarbeitung der Daten (v.a. Standortdaten) im Beispiel des Mobilfunknetzes und bewerten dessen
2d	Mögliche Hausaufgabe zur individuellen Reflexion: Die Lernenden formulieren ein persönliches Fazit zur Erhebung und Verarbeitung der Daten im Mobilfunknetz und begründen dieses (z.B. als Essay). Dabei sollen sie eine persönliche Bewertung vornehmen, die z.B. auch Folgerungen für eigenes Handeln beinhalten kann. Die Aufgabe kann alternativ auch am Ende dieser Phase (dann auch allgemeiner zu allen thematisierten Kontexten) eingegliedert werden.	Festhalten einer Bewertung (z.B. durch Abwägung) der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten im Mobilfunknetz (alternativ: in den thematisierten Kontexten)
Teil 3: Weitere Kontexte mit der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten
3a	Identifizieren weiterer Kontexte im Alltag der Lernenden: Im Plenum werden weitere Interaktionskontexte aus dem Alltag der Lernenden gesammelt, in denen ebenfalls Standortdaten erhoben und verarbeitet werden. Dabei sollte beachtet werden, dass es auch andere Erhebungsarten von Standortdaten gibt (Mobilfunknetz: Standorte der Basisstationen; andere Kontexte: z.B. GPS-Daten; s. Erklärung in ergänzenden Informationen). In der nächsten Phase werden dann ausgewählte Beispiele näher untersucht. Didaktischer Kommentar: In dieser Phase geht es nicht um die genaue Rekonstruktion verschiedener weiterer Kontexte hinsichtlich der Datenerhebung und -verarbeitung, dies passiert in der nachfolgenden Phase. Es geht zunächst erstmal darum, weitere Kontexte, in denen Standortdaten von Nutzenden erhoben werden, zu identifizieren und zu beschreiben. Dadurch sollen die Lernenden einen breiteren und differenzierteren Blick für die Rolle von Standortdaten im eigenen Alltag entwickeln und datengetriebene digitale Artefakte, die Standortdaten erheben, eher erkennen.	Erkennen weiterer Interaktionskontexte aus dem eigenen Alltag, in denen Standortdaten erhoben und verarbeitet werden
3b	Anwendung und Bewertung (Variante 1: Rollenspiel): Die Lernenden bearbeiten ein Rollenspiel zu der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in verschiedenen weiteren Interaktionskontexten (AB5-A bis AB5-E). In dem Rollenspiel wird im Rahmen einer Talkshow über die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in verschiedenen Kontexten diskutiert: Vorbereitungsphase: Die Lernenden arbeiten sich in eine gegebene Rolle ein und bereiten Argumente vor. Drei Rollen sind Vertretende von datengetriebenen digitalen Artefakten aus dem Alltag der Lernenden, bei deren Nutzung Standortdaten erhoben und verwendet werden. Zwei Rollen sind Bürger, die für oder gegen die Erhebung und Verarbeitung persönlicher Daten sind. Spielphase: In einer Talkshow wird über die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten diskutiert. Die Vertreter von datengetriebenen digitalen Artefakten nutzen dies, um Werbung für ihre Anwendung zu machen und den Nutzen der Erhebung und Verarbeitung der Daten für die Nutzenden zu verdeutlichen (v.a. primäre Zwecke). Die Rollen der Bürger greifen hingegen kritischer und differenzierter auch die sekundären Zwecke auf. Auswertungsphase: Die Positionen werden kommentiert und die Lernenden beziehen zu diesen eine eigene begründete Stellung. Die verschiedenen Perspektiven auf die Zwecke der Verwendung und Verarbeitung der Daten werden festgehalten. Anwendung und Bewertung (Variante 2: Plakate zur Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten erstellen): Die Lernenden erstellen in Gruppen Plakate zu der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in gegebenen Kontexten (AB5). Aus der Perspektiven von Anbietern einer Anwendung, die Standortdaten erhebt, erarbeiten die Lernenden, wie die Standortdaten erhoben werden und wozu diese genutzt werden (könnten). Im Anschluss werden die Plakate durch die Gruppen vorgestellt. Danach kommentieren die Lernenden die Plakate sowie bewerten begründet die Erhebung und Verarbeitung der Daten in den jeweiligen Interaktionskontexten. Didaktischer Kommentar: Die Lernenden sollten in dieser Anwendungs- und Bewertungsphase (in beiden Varianten) einen breiteren Blick für die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in ihrem Alltag entwickeln. Dabei sollten sie auch die Erhebung von Standortdaten in den verschiedenen Kontexten und verschiedene Zwecke der Verarbeitung und Verwendung beschreiben können. Dies soll durch den Perspektivwechsel von Nutzenden zu Anbietern von datengetriebenen digitalen Artefakten unterstützt werden. In beiden Varianten sollten die Lernenden eine persönliche (begründete) Bewertung der datengetriebenen digitalen Artefakte in den verschiedenen Interaktionskontexten vornehmen und sich selbst dazu positionieren.	Wechsel der Perspektive eines Nutzenden zu einem Anbieter eines datengetriebenen digitalen Artefakts Bewertung der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten im Mobilfunknetz und weiteren Kontexten (v.a. individuell, lerngruppenabhängig auch auf einer gesellschaftlichen Ebene) Reflektieren der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten im eigenen Alltag	Für Variante 1: AB5-A - Rollenspiel, AB5-B - Rollenspiel, AB5-C - Rollenspiel, AB5-D - Rollenspiel, AB5-E - Rollenspiel Für Variante 2: AB5 - Plakat

Beschreibungen ausgewählter Materialien

Puzzle zum Aufbau und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

Beispiellösung für das Puzzle in analoger Version

Digitale Version des Puzzles zum kollaborativen Bearbeitung des Puzzles

Puzzleteile:

Personenplättchen:

Die drei Personenkärtchen stellen symbolisch die drei Personen mit ihren Handys bzw. mobilen Stationen dar. Diese spielen in den Simulationen der Funktionsweise des Mobilfunknetzes in der zweiten Aufgabe des Arbeitsblattes 2 eine große Rolle.

Elemente des Mobilfunknetzes:

In dem Puzzle kommen stellvertretend für das reduzierte Mobilfunknetz neben den Personenplättchen vier Puzzleteile vor: 1) Antenne + Basisstation (viermal), 2) Vermittlungsstelle, 3) Datenspeicher, 4) Internet.

Eine detaillierte Beschreibung des Mobilfunknetzes und der jeweiligen Elemente findet sich in dem zuvor verlinkten Dokument zu ergänzenden Hintergrundinformationen.

Nachfolgend wird eine Lösung des Puzzles beschrieben. Die Puzzleteile sind, wie dort dargestellt, auf der Puzzlevorlage (s.u.) abzulegen, um das Mobilfunknetz adäquat darzustellen und die Funktionsweise daran zu simulieren. Die Schnittstelle zwischen Vermittlungsstelle und Datenbank wurde zur Reduktion der Komplexität durch eine direkt verbundene Anordnung ersetzt. Die Vermittlungsstelle und die Datenbank sind also als zwei verknüpfte Elemente zu verstehen. Das Puzzleteil Internet (4) steht in äußerst abstrakter Art und Weise stellvertretend für die Verbindung zwischen Vermittlungsstelle und „dem Internet“. Die Thematisierung des, wenn auch grundlegenden, Aufbaus des Internets in diesem Unterrichtsmodul würde im Sinne der Komplexität zu weit führen. (Denkbar wäre an dieser Stelle jedoch in Abhängigkeit der Lerngruppe ein sehr kurzer Exkurs zum Aufbau des Internets.)

Puzzlevorlage:

Die Puzzleteile und Personenplättchen werden in der ersten Aufgabe des Arbeitsblattes 2 im Sinne einer Rekonstruktion des Aufbaus des Mobilfunknetzes auf einer Puzzlevorlage abgelegt. Die Puzzlevorlage wird die Lernenden gemeinsam mit den Puzzleteilen und dem Arbeitsblatt 2 ausgehändigt. In durchgeführten Erprobungen des Unterrichtsmoduls hat sich gezeigt, dass es ratsam ist, die Materialien des Puzzles bereits zuvor ausgeschnitten in den Unterricht mitzubringen, um die effektive Lernzeit nicht wesentlich zu verkürzen, ein Ausschneiden im Unterricht durch die Schülerinnen und Schüler ist unter Umständen auch möglich.

Lösung des Puzzles:

Eine mögliche Lösung für das Puzzle in dem nebenstehendem Bild dargestellt. Variationen bestehen lediglich in der Wahl der Funkzellen, in denen sich die drei Personen aufhalten. Die Elemente des Mobilfunknetzes (graue Puzzleteile) sollten nicht anders gewählt werden. Die Pfeile werden in der zweiten Aufgabe des Arbeitsblattes 2 auf das Puzzle gelegt, um das Herstellen einer Verbindung im Mobilfunknetz nachzustellen. Dazu werden zwei Szenarien zum Telefonieren (Situation 1: orangene Pfeile, Situation 2: grüne Pfeile) aufgegriffen. Optional kann ein drittes Szenario zum Aufrufen einer Internetseite (blaue Pfeile) als „Sprinteraufgabe“ bearbeitet werden. Die Pfeilrichtung stellt vereinfacht das Senden von Datenpaketen bei der Anfrage der jeweiligen Mobilfunkverbindung dar.

Hinweise zu den explorierten Daten von Malte Spitz

Die Standortdaten wurden während der Nutzung des Mobilfunknetzes von einem Mobilfunkanbieter erhoben. Die Datensätze wurden aus Gründen des Datenschutzes gefiltert, sodass nicht alle erhobenen Daten in der Tabelle aufgefasst werden und die Tabelle somit lediglich als Ausschnitt der erhobenen Daten bezeichnet werden sollte. Die Daten gehören zu einer Einzelperson – genauer zum Politiker Malte Spitz. Veröffentlicht wurden sie gemeinsam mit Zeit Online im Kontext des Diskurses um die Vorratsdatenspeicherung. Die inbegriffenen Daten umfassen einen Zeitraum zwischen September 2009 und Februar 2010. Bei der Interpretation der auf der Karte visualisierten Standortdaten sollte gegebenenfalls berücksichtigt werden, dass es sich um inzwischen ältere Daten auf einer aktuellen Karte handelt und somit die weiteren Hinweise auf der Karte (z.B. Cafe, Restaurant, Firmen) nicht unbedingt immer stimmen müssen. Dies hindert den Erkenntnisgewinn der Lernenden aus unserer Sicht jedoch nicht.

Weiterführende Quellen zu den Daten:

https://www.zeit.de/digital/datenschutz/2011-02/vorratsdaten-malte-spitz

https://www.zeit.de/datenschutz/malte-spitz-vorratsdaten

Interaktive Web-Anwendung

Ausschnitt der gestarteten interaktiven Web-Anwendung zu diesem Unterrichtsmodul (Stand: Mai 2021)

Für das Unterrichtsmodul haben wir eine interaktive Webanwendung entwickelt. Diese ist unter folgendem Link erreichbar: go.upb.de/ExplorationStandortdaten

Sie basiert auf einem Jupyter Notebook und ist mit Python entwickelt worden. Von den Lernenden werden hingegen keine Kenntnisse im Umgang mit Jupyter Notebooks sowie keinerlei Programmierkenntnisse vorausgesetzt.

Zunächst müssen die Standortdaten eingelesen werden, was über den Button Lade die Standortdaten geht. Prinzipiell ist es auch möglich eigene Standortdaten einzuladen bzw. die Anwendung, um diese zu erweitern, die an dieser Stelle ausgewählt werden könnten.

Nach Laden der Standortdaten wird die Bedienoberfläche angezeigt (s. Bild).

Sie besteht im Wesentlichen aus drei Bereichen: 1) Eingabemaske zum Einstellen von Filtern (oben links), 2) Anzeige der verarbeiteten Filter und der Tabelle der aktuellen Standortdaten (oben rechts) und 3) Karte zur Visualisierung der Standortdaten mit mehreren Widgets zur Steuerung der Visualisierung (unten).

In der Eingabemaske (1) können drei Filter separat oder zusammen eingestellt werden. Erstens kann nach einer Zeitspanne gefiltert werden, dann werden alle Standortdaten außerhalb dieser Zeitspanne entfernt. Es können lediglich ganze Stunden eingegeben werden, etwa 16 für 16:00 Uhr. Zweitens kann nach einem Wochentag gefiltert werden, etwa „Montag“, der als Textform in das Textfeld eingegeben bzw. aus dem Dropdown-Menü ausgewählt werden kann. Alle Standortdaten von Tagen außer dem gewählten Wochentag werden entfernt. Drittens kann nach einem Monat gefiltert werden, der ebenfalls als Text eingegeben oder aus dem Dropdown-Menü ausgewählt werden kann. Alle Standortdaten aus anderen Monaten werden entfernt. Ein oder mehrere verwendete Filter werden durch Klicken auf den Button Wende Filter an und aktualisiere die Karte auf die aktuellen Standortdaten angewendet. Die Karte wird dann zurückgesetzt und kann zum Visualisieren der aktuellen Standortdaten verwendet werden. Durch Klicken auf den Button Setze alle Filter zurück werden die ursprünglichen Standortdaten wiederhergestellt, sodass neue Filter gesetzt werden können.

In der Anzeige (2) werden die zuletzt angewendeten Filter mit jeweils einem Satz beschrieben sowie die aktuellen Standortdaten in tabellarischer Form dargestellt.

Auf der Karte (3) werden die Standortdaten visualisiert. Dynamisch können diese mit dem Play-Widgets unten links nach und nach eingeblendet werden. Dadurch kann der Verlauf der Standortdaten gut nachvollzogen werden. Dieses Einzeichnen der Standorte kann mit dem Pause Button in diesem Widget pausiert und mit dem Stopp Button zurückgesetzt werden. Die Geschwindigkeit des Einzeichnens kann mit dem Schieberegler Speed unten rechts angepasst werden. Der Button Alle Standorte einzeichnen kann als Ersatz für die dynamische Visualisierung der Standortdaten verwendet werden, um alle Standorte auf einmal einzeichnen zu lassen. Aus Performancegründen ist dieser jedoch für wenige Standortdaten empfohlen und auch reguliert. Oben rechts auf der Karte wird in einem Textfeld der Zeitpunkt des zuletzt eingezeichneten Standortes angegeben. Mit den Buttons Plus und Minus oben links auf der Karte kann die Zoomstufe der Kartenanzeige verändert werden.

Standorte werden als Marker dargestellt. Durch Halten der Maus über einen Marker wird ein Tooltip mit dem Zeitpunkt dieses Standortes eingeblendet. Wenn mehrere Marker nah beieinander liegen, werden diese zu einem Cluster (farbiger Kreis mit einer Zahl) zusammengefasst. Durch Anklicken des Kreises bzw. durch Hineinzoomen in die Karte werden die Cluster wieder (abhängig von der Zoomstufe) getrennt.

Kontaktieren Sie uns gerne bei Fragen, entdeckten Fehlern oder Verbesserungsideen. Wir sind stets daran interessiert, die Web-Anwendung weiterzuentwickeln.

Beispiel für die Interpretation der visualisierten Standortdaten

In den Explorationsphasen des Unterrichtsmoduls mit der interaktiven Web-Anwendung filtern und interpretieren die Lernenden die visualisierten Standortdaten. Da die Interpretationen subjektiv sind, werden sich diese in der Lerngruppe durchaus widersprechen. So wird für den Beruf typischerweise eine breite Vielfalt angeboten, die durchaus plausibel sind. Für die Interpretationen muss es im Unterrichtsverlauf auch kein richtig oder falsch geben. Wichtig ist, dass für die eigenen Interpretationen mit Bezugnahme auf die Daten argumentiert werden kann.

Fehler beim Erstellen des Vorschaubildes: Datei fehlt

Auswahl der Standorte für den Filter von 3 bis 4 Uhr

Beispiel einer Interpretation:

Die meisten Menschen schlafen nachts. In Deutschland würde das dann heißen, dass z.B. zwischen 3:00 bis 4:00 Uhr viele Menschen schlafen. Stellt man nun den Filter für die Zeitspanne auf 3 bis 4 Uhr ein, so stehen insgesamt 294 Standorte zur Verfügung. Nach Einzeichnen auf der Karte können 208 Standorte in Berlin lokalisiert werden. Schaut man diese nun genauer an, so befinden sich 189 von diesen in der Nähe der U-Bahn Haltestelle Rosenthaler Platz (s. Bild).

Weiteres Beispiel einer Interpretation:

Die Lernenden können dazu neigen, sehr stark zu interpretieren. So etwa folgendes Beispiel aus einer Erprobung: Ich habe die Standortdaten gefiltert und bekomme heraus, dass er sich oft bei einer bestimmten Firma aufgehalten hat. Die Firma ist in einer bestimmten Branche tätig, was ich mit einer Suchmaschine herausgefunden habe. Deswegen arbeitet er nun also etwa in der Finanzbranche.

Ein Schüler erwiderte darauf in einer Unterrichtserprobung, dass der Aufenthaltsort tagsüber bei einer Firma lediglich die Interpretation ermöglichen würde, dass er vielleicht dort arbeiten würde, aber nicht welchen Beruf er dort nachgeht. Er könnte etwa auch einer Hausmeister-Tätigkeit nachgehen.

Diskussionen dieser Art zeigen ein gutes Verständnis für die Gewinnung einer Information durch Interpretation von (Standort-) Daten und können sehr gewinnbringend für den Unterrichtsverlauf sein. Die Sicherheit der Interpretationen sollte also durchaus beachtet aber auch nicht unterschätzt werden. Die Auswertungsphase dieser Explorationen ist knapp bemessen. Zugunsten von Diskussionen dieser Art kann diese durchaus verlängert werden. Dabei kann dann auch aufgegriffen werden, dass bei solchen Datenauswertungen auch weitere Datenquellen hinzugenommen werden (s. optionale Ergänzung in Phase 2b), um genauere Interpretationen zu ermöglichen.

Beispiele für sekundäre Zwecke der Verwendung von Standortdaten aus dem Mobilfunknetz

Beispiel 1: Analyse der Mobilität während der Coronapandemie

Zur Eindämmung der Covid-19-Pandemie wurden verschiedene Maßnahmen (u.a. „Lockdown“) veranlasst. Die Wirkung der Maßnahmen kann anhand der Mobilität der Bevölkerung untersucht werden. Dazu wurden etwa Mobilfunkdaten des Mobilfunkanbieters Telefónica bereitgestellt, die zuvor anonymisiert und aggregiert wurden. Ein Bericht dazu findet sich bei destatis. Dort sind ebenfalls interessante Visualisierungen eingefügt, welche im Unterricht mit aufgegriffen werden könnten.

https://www.destatis.de/DE/Service/EXDAT/Datensaetze/mobilitaetsindikatoren-mobilfunkdaten.html

Beispiel 2: Analyse zur Optimierung des ÖPNV

Mobilfunkanbieter nutzen erhobene Mobilfunkdaten (v.a. auch Standortdaten) für verschiedene Projekte im Kontext der Verkehrsoptimierung oder auch Optimierung des öffentlichen Personennahverkehrs. Telefónica berichtet dazu etwa von mehreren Projekten zum ÖPNV in Leipzig in München, der Verkehrsplanung in Deutschland oder zur Auswertung von Staus auf deutschen Straßen.

https://www.telefonica.de/analytics/anonymisierte-daten.html

Ähnlich berichtet auch der Mobilfunkanbieter Deutsche Telekom von einem Projekt mit Verkehrsbetrieben in Nürnberg, wo anonymisierte Standortdaten verwendet werden, um das Verkehrsangebot zu optimieren. Unter dem zweiten Link findet sich auch ein Video, welches dazu die sekundäre Verwendung der Standortdaten beschreibt und eventuell für den Unterricht genutzt werden könnte.

https://www.telekom.com/de/medien/medieninformationen/detail/data-analytics-handy-schwarm-hilft-strassenbahn-349426

https://www.telekom.com/de/medien/mediencenter/medienmappen/medienmappen-2015/data-analytics