Exploration von Standortdaten aus dem Mobilfunknetz - Klasse 5 und 6
Hinweis: Dieses Unterrichtsmodul wird von uns aktuell im Rahmen unserer Forschung evaluiert sowie überarbeitet. Dafür suchen wir nach interessierten Lehrkräften, die uns bei den Erprobungen unterstützen - melden Sie sich dafür gerne bei Lukas Höper aus der Didaktik der Informatik.
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|---|---|
| Autor | Lukas Höper |
| Editiert am | 07.8.2023 |
| Material | Download aller Materialien zum Modul |
| Material | Medium:Datenbewusstsein Unterrichtsmodul Klasse 5 und 6.zip |
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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, sich die Rolle der erhobenen und verarbeiten Daten bei der Nutzung unterschiedlicher Anwendungen bewusst zu werden, um schließlich die Nutzung bewerten, eigene Handlungsoptionen identifizieren zu können. Damit wird das Ziel verfolgt, die Lernenden zu einer selbstbestimmten Interaktion mit datengetriebenen Anwendungen in ihrem Alltag zu befähigen. 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 Lernenden analysieren diese Standortdaten mittels einer bereitgestellten Web-Anwendung hinsichtlich der Fragestellung, welche Informationen über eine Person aus Standortdaten gewonnen werden können. 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 Kontexte übertragen und so verallgemeinert, indem die Lernenden weitere datengetriebene Anwendungen 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 Interaktion mit diesen datengetriebenen Anwendungen 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 eines Nutzenden). 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 sind die implizite Erhebung und schließlich die Verarbeitung der Standortdaten nötig? (primärer Zweck)
- Teil 2: Exploration gegebener Standortdaten
- Welche Erkenntnisse können über eine Person durch die Auswertung ihrer Standortdaten gewonnen werden? (sekundärer Zweck)
- 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.
Überblick über den Unterrichtsverlauf
In der folgenden überblicksartigen Tabelle wird der Unterrichtsverlauf beschrieben. Die Materialien für die verschiedenen Phasen (Arbeitsblätter und Zusatzmaterialien) werden in der Tabelle entsprechend verlinkt. Als Unterstützungsmaterial für Lehrkräfte steht ebenfalls eine Handreichung mit ergänzenden Informationen bereit, in der ausgewählte Inhalte des Unterrichtsmodul, Materialien und Begrifflichkeiten näher erklärt werden. Diese Handreichung ist nicht als Unterrichtsmaterial gedacht. Diese finden Sie hier: Ergänzende Informationen.
| Phase | Inhalt | Ziele | Material |
|---|---|---|---|
| 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 nun, wenn beide Handys zusammen in einer 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. Das (Gedanken-) Experiment hilft dabei, die Frage nach den „Schritten bzw. Stationen zwischen den beiden Handys“ aufzuwerfen. |
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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), im Wesentlichen sind das: die mobilen Endgeräte, Basisstationen mit Mobilfunkantennen und entsprechenden Funkzellen, Vermittlungsstellen mit Datenbanken (hier Datenspeicher genannt). Danach werden die Begrifflichkeiten der Komponenten des Mobilfunknetzes im Plenum besprochen und gesichert. Anschließend wird mit einem Puzzle der vereinfachte Aufbau des Mobilfunknetzes rekonstruiert sowie die Funktionsweise mit zwei Szenarien erarbeitet und erste Ideen bezüglich der Datenerhebung entwickelt (AB2). 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 (AB2). 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 werden die Begriffe der expliziten und impliziten Datenerhebung eingeführt (AB3). Die Lernenden ordnen die bei der Nutzung des Mobilfunknetzes erhobenen Daten diesen beiden Arten zu (Aufgabe 1 auf AB3). Diese Anwendung der Begrifflichkeiten wird anschließend gesichert. Danach bewerten die Lernenden die Verwendung der Standortdaten für den primären Zweck des Herstellens der Mobilfunkverbindung und entwickeln Ideen für sekundäre Zwecke (AB3). In der Sicherung der Bearbeitung des AB3 werden die Begrifflichkeiten der primären Zwecke (Aufgabe 2) und der sekundären Zwecke (Aufgabe 3) eingeführt (s. Begriffserklärung bei Datenbewusstsein).
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 zunächst oberflächlicher aufgegriffen, sodass lediglich erste Ideen für mögliche sekundäre Zwecke entwickelt werden. In diesem Teil lernen die Lernenden die Begrifflichkeiten zu den Arten der Datenerhebung (explizite und implizite Datenerhebung) sowie zu den Typen der Zwecke für die Verwendung und Verarbeitung der Daten (primäre und sekundäre Zwecke) kennen. Diese werden sie in den nächsten Phasen wieder aufgreifen und dienen zur Erklärung der Rolle von Daten in einem solchen Interaktionssystem. In dem zweiten Teil wird ein eher fiktives Beispiel eines sekundären Zwecks näher thematisiert, sodass dieser Aspekt als Überleitung in den zweiten Teil dienen kann. |
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Erklärvideo (Alternative), Puzzle, AB1, AB2 - Niveau 1, AB2 - Niveau 2, AB2 - Sprinteraufgabe (optional), AB3 |
| 2a | Vorbereitung der Exploration der Standortdaten mithilfe der interaktiven Web-Anwendung:
Zunächst werden die Mobilfunkdaten von Malte Spitz eingeführt (s.u.), 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 etwa anhand der Datentabelle (beiliegende pdf) geschehen, welche dann auch besprochen werden sollte (Bezug zu Aufgaben 4 und 5 auf AB2 gut möglich). Anschließend wird im Plenum auf folgende Leitfrage hingeführt: Was könnte man über eine Person herausfinden, wenn man diese Daten hätte? Bevor die gegebenen Mobilfunkdaten (insb. Standortdaten) 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 dessen 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) interpretieren der Daten und Beantwortung der Fragestellung (z.B. Die Person wohnt in Berlin in der Nähe der Zehdenicker Straße) (Detailliertere Beschreibung von Beispielen s. Abs. 9.4). Das Vorgehen für eine Fragestellung kann auch ein „Ausprobieren“ verschiedener Filter umfassen.
Didaktischer Kommentar: Mit den verfügbaren Mobilfunkdaten kann exemplarisch dafür 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 und somit eine gewisse Ungenauigkeit besitzen (s. Beschreibung 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 vertiefend 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. |
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Tabelle der vorhandenen Standortdaten, Web-Anwendung (s.u.), Hilfszettel für die 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 digitalen Doppelgänger der Person in Form eines Steckbriefs. Dieser charakterisiert die 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. 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. 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. Außerdem kann die Subjektivität der Interpretationen gemeinsam diskutiert werden, indem das Kontextwissen aufgegriffen wird, mit dem die Lernenden auf eine bestimmte Interpretation gekommen sind – gerade bei unterschiedlichen Interpretationen gut thematisierbar. In der Sicherung sollte das Konzept des digitalen Doppelgängers (auf AB4 eingeführt) besprochen werden.
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 und kein allumfassendes Abbild der Person darstellt. |
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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 darauf eingegangen werden, dass ein deutscher Mobilfunkanbieter die erhobenen Daten auf dieser Art und Weise zur Charakterisierung der Personen nicht ohne weiteres nutzen darf. Mithilfe der Erfahrungen aus der Exploration kann diese Regulierung auch von den Lernenden exemplarisch nachvollzogen werden. Optionale Ergänzung für höhere Jahrgangsstufen (z.B. Mittelstufe): Die Lernenden könnten in den Quellen aus den ergänzenden Informationen 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 werden, dass die Standortdaten hier notwendigerweise erhoben werden (etwa für den primären Zweck) 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 und dass es dafür durchaus auch gute Zwecke gibt. |
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| 2d | Mögliche Hausaufgabe zur individuellen Reflexion:
Die Lernenden formulieren ein persönliches Fazit zur Erhebung und Verarbeitung der Daten im Mobilfunknetz und begründen dies (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. |
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| 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 Standortdaten gibt (Mobilfunknetz: Standorte der Basisstationen; andere Kontexte: z.B. GPS-Daten; s. Erklärung in den 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. |
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| 3b | Anwendung und Bewertung:
In dieser Phase wenden die Lernenden die erlernten Perspektiven bezüglich der Facetten von Datenbewusstsein auf weitere Beispiele aus ihrem Alltag an, in denen Standortdaten eine Rolle spielen (also: explizite und implizite Datenerhebung, primäre und sekundäre Zwecke, digitaler Doppelgänger). Dafür schlagen wir zwei Varianten vor, die in Abhängigkeit von der Lerngruppe gewählt werden können.
Variante 1: „Explorationsprotokoll“ (relativ offen) Die Lernenden wählen ein datengetriebenes digitales Artefakt aus, bei dem Standortdaten von den Nutzenden erhoben und verarbeitet werden, und untersuchen bei diesem die Rolle der Daten hinsichtlich der Facetten von Datenbewusstsein. Dafür erstellen sie auf dem AB5a eine Art Protokoll als Übersicht zu diesem gewählten Interaktionskontext. Anschließend stellen sich die Lernenden ihre Beispiele gegenseitig vor. Die Lernenden nehmen im Anschluss für diese Beispiele eine begründete Bewertung hinsichtlich der Erhebung und Verwendung von Daten vor. Ausgehend von der expliziten und impliziten Datenerhebung (oder auch Wissen über Einstellungsmöglichkeiten) können ggf. auch Ideen für Handlungsmöglichkeiten gesammelt werden (z.B. Einschränkung der Datenerhebung oder bestimmter Zwecke für die Verwendung der Daten, Änderung des eigenen Verhaltens hinsichtlich der Nutzung von Features, …).
Die Lernenden erarbeiten in Expertengruppen einen Kontext für die Interaktion mit einem datengetriebenen digitalen Artefakt, das Standortdaten erhebt. Dafür sind drei Gruppen vorbereitet: Eine Gruppe zu Google Maps, eine zu Snapchat und eine zu WhatsApp. Die Lernenden bearbeiten als Gruppe zunächst das jeweilige Arbeitsblatt und befassen sich dabei mit der Rolle von Daten in dem jeweiligen Kontext. Anschließend wird im Sinne eines Gruppenpuzzles die Zusammensetzung der Gruppen geändert, sodass in einer Gruppe mindestens on jeder Expertengruppe ein Lernender vertreten ist. In diesen gemischten Gruppen bearbeiten die Lernenden das Arbeitsblatt AB5b mit dem Vermerk Gruppenpuzzlediskussion. Dieses leitet die Lernenden an, ihre Ergebnisse aus den Expertengruppen auszuwerten. Außerdem diskutieren sie in der Gruppe Handlungsmöglichkeiten basierend auf den vorherigen Ergebnissen der Gruppen. Im Plenum wird die Auswertung und Diskussion aus den gemischten Gruppen im Plenum besprochen und ausgewertet. Im Sinne einer Sicherung sollte dabei angestoßen werden, dass die Lernenden ein persönliches Fazit zu der Interaktion mit den exemplarischen datengetriebenen digitalen Artefakten formulieren bzw. eine Haltung dazu entwickeln.
Die Lernenden sollten in dieser Anwendungs- und Bewertungsphase 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. Außerdem entwickeln sie ausgehend von dieser Perspektive und basierend auf den Facetten von Datenbewusstsein Ideen für Handlungsmöglichkeiten im Rahmen der Interaktion mit einem datengetriebenen digitalen Artefakt. Dies soll dazu führen, dass sich die Lernenden als handlungsfähig wahrnehmen und keine resignierte Haltung entwickeln. In beiden Varianten sollten die Lernenden eine persönliche (begründete) Bewertung bzw. Haltung zu datengetriebenen digitalen Artefakten in den verschiedenen Interaktionskontexten vornehmen und sich selbst dazu positionieren. |
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Für Variante 1:
Für Variante 2: |
Beschreibungen ausgewählter Materialien
Puzzle zum Aufbau und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes
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
Für das Unterrichtsmodul haben wir eine interaktive Webanwendung entwickelt. Diese ist unter folgendem Link erreichbar: go.upb.de/ExplorationStandortdaten (ggf. sind Login-Daten nötig: user jupyter und PW upb_jupyter)
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.
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/mediencenter/medienmappen/medienmappen-2015/data-analytics