Exploration von Standortdaten aus dem Mobilfunknetz - Klasse 5 und 6

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

Themenfeld	Datenbewusstsein
Autor	Lukas Höper
Editiert am	05.4.2022

Daten spielen im alltäglichen Leben in der digitalen Welt, insbesondere bei den Schülerinnen und Schülern, bewusst oder auch unbewusst eine große Rolle. Schülerinnen und Schüler interagieren tagtäglich mit verschiedenen datengetriebenes digitales Artefakt (z.B. der News Feed auf einer Social Media Plattform oder die Startseite bei etwa Netflix oder Spotify). Dort geben sie Daten explizit an oder es werden implizit Daten erhoben, etwa durch Beobachtung der Nutzerinnen und Nutzer (z.B. die Klicks auf Ergebnisse in einer Suchmaschine oder das Verhalten beim Durchsehen eines News Feeds auf einer Social Media Plattform) oder durch Verarbeitung gesammelter Daten generiert. Diese verfügbaren Daten werden verarbeitet, um schließlich verschiedene Zwecke zu verfolgen, wie zum Betreiben des Systems oder etwa zu kommerziellen Zwecken.

In dieser Unterrichtsreihe wird das Mobilfunknetz - genauer das Telefonieren mithilfe des Mobilfunknetzes - als Beispiel für ein 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 dieser Unterrichtsreihe 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

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. Abs. XY). 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. Abs. XY).  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.

Überblick über das Unterrichtsmodul

Hier wird zunächst eine grobe Reihenplanung mit den entsprechenden Materialien aufgeführt. Die Materialien, wie etwa Arbeitsblätter und ergänzende Informationen, der verschiedenen Phasen sind in der Tabelle hinterlegt.

Eine detaillierte exemplarische Verlaufsplanung kann hier eingesehen werden: Verlaufsplanung.

Des Weiteren steht eine Handreichung mit ergänzenden Informationen für Lehrkräfte zur Verfügung, in der wir die verschiedenen Inhalte des Unterrichtsmoduls erläutern: Ergänzende Informationen.

Phase	Beschreibung der Lerneinheit	Materialien und Kommentare
1	(Gedanken-) Experiment zum Einstieg: Experiment zum Herstellen einer Mobilfunkverbindung beim Telefonieren (ein Handy ruft ein zweites Handy an – Was passiert dabei?): Aufgreifen bestehender Vorstellungen der Lernenden zum Aufbau und zur Funktionsweise des Mobilfunknetzes. Die Lernenden stellen Vermutungen auf, wie eine Mobilfunkverbindung zustande kommt.
2	Erarbeitung des Aufbaus und der Funktionsweise des Mobilfunknetzes: Mithilfe eines Erklärvideos und der Rekonstruktion mit einem Puzzle wird der Aufbau und die Funktionsweise des Mobilfunknetzes mit zwei Szenarien erarbeitet. Die Lernenden spielen diese im Puzzle nach, wobei sie erarbeiten, welche Daten erhoben werden könnten und müssen. Dabei wird erarbeitet, wo, wie und wozu Standortdaten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes erhoben werden. (Eine der wesentlichen Erkenntnisse: Es werden Standortdaten implizit erhoben und für den primären Zwecke des effizienten Betreibens des Mobilfunknetzes verarbeitet.)	Erklärvideo, Puzzle, AB1, AB2 - Niveau 1, AB2 - Niveau 2, AB2 - Sprinteraufgabe, AB3
3	Ideensammlung: Die Lernenden reflektieren ihre Erfahrungen aus eigenen alltäglichen Interaktionen mit digitalen Artefakten, währenddessen Standortdaten erhoben und verarbeitet werden, und sammeln Ideen für vergleichbare Kontexte. Außerdem stellen die Lernenden Vermutungen an, wozu Standortdaten verwendet werden könnten. Dabei geht es um ein erstes Brainstorming und Hineinversetzen in die Position eines Anbieters eines datengetriebenen digitalen Artefaktes.	AB3
4a	Exploration der Standortdaten mithilfe der interaktiven Web-Anwendung – Teil 1: Mit der Einführung der verfügbaren Daten wird aufgezeigt, welche Daten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes tatsächlich erhoben werden könnten (mit Anknüpfung an Phase 2). Die Lernenden lernen die Daten und die interaktive Web-Anwendung kennen und explorieren die visualisierten Daten exemplarisch gemeinsam im Plenum, um eine erste Information über die Person herauszufinden (bspw. Wohnort der Person).	Datentabelle zum zeigen, Web-Anwendung (s.u.), AB4, Hilfszettel zur Web-Anwendung
4b	Exploration der Standortdaten mithilfe der interaktiven Web-Anwendung – Teil 2: In Gruppen (oder alternativ in PA) explorieren die Lernenden arbeitsteilig die Standortdaten, um einen gemeinsamen Steckbrief über die Person zu den Standortdaten zu erstellen und diese damit zu charakterisieren. Für die Verarbeitung/Exploration der Standortdaten wird das Filtern als Beispiel eines Data Moves verwendet.
5	Ggf. Hausaufgabe zur Reflexion: Die Lernenden sollen ein persönliches Fazit zur Erhebung und Verarbeitung der Daten im Mobilfunknetz formulieren, dieses begründen und persönlich bewerten (z.B. als Essay). Vertiefung und Bewertung (Variante 1 - Rollenspiel): Die Lernenden bearbeiten ein Rollenspiel zu der Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in verschiedenen weiteren Interaktionskontexten: Vorbereitungsphase: Die Lernenden arbeiten sich mithilfe eines Arbeitsblattes in eine gegebene Rolle ein und bereiten Argumente für die Spielphase vor. Spielphase: In einer Talkshow wird über die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten diskutiert. Die Vertreter von datengetriebenen digitalen Artefakten aus dem Alltag der Lernenden nutzen dies, um Werbung für ihre Anwendung zu machen und die Erhebung und Verarbeitung der Daten zu rechtfertigen (v.a. primäre Zwecke). Ebenfalls wird sich von min. einer Rolle gegen die Erhebung und Verarbeitung persönlicher Daten ausgesprochen (v.a. sekundäre Zwecke). Auswertungsphase: Die Lernenden kommentieren die Rollen und beziehen Stellung zu diesen. Vertiefung und Bewertung (Variante 2 - Plakate zur Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten): In Gruppen werden mithilfe eines Arbeitsblattes Plakate zur Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten in weiteren gegebenen Kontexten erstellt (Leitfrage: „Wo erheben wir Standortdaten und wozu wollen wir diese verwenden?“). Anschließend stellen sich die Lernenden die Plakate gegenseitig vor und bewerten diese. Die Lernenden sollten in dieser Vertiefungs- und Bewertungsphase (in beiden Varianten) einen breiteren Blick für die Erhebung und Verarbeitung von Standortdaten entwickeln und mitnehmen, dass damit verschiedene Zwecke verfolgt werden und man als Nutzer:in eine eigene Entscheidung für die Interaktion damit treffen kann und sollte. Die Lernenden sollten eine persönliche (begründete) Bewertung der datengetriebenen digitalen Artefakte in den verschiedenen Interaktionskontexten vornehmen und sich selbst dazu positionieren können.	Für Variante 1: AB5-A - Rollenspiel, AB5-B - Rollenspiel, AB5-C - Rollenspiel, AB5-D - Rollenspiel, AB5-E - Rollenspiel Für Variante 2: AB5 - Plakat

Grobziele des Unterrichtsmoduls

Um mit diesem Unterrichtsmodul ein Datenbewusstsein der Lernenden zu fördern werden mit diesem Modul folgende Grobziele verfolgt.

Die Schülerinnen und Schüler...

• erkennen den groben Aufbau und die grundlegende Funktionsweise eines Mobilfunknetzes und verstehen, wo, wie und welche Daten bei der Nutzung eines Mobilfunknetzes erhoben werden.
• verstehen anhand des Beispiels der Erhebung von Standortdaten bei der Nutzung des Mobilfunknetzes, den Unterschied zwischen explizit und implizit erhobenen bzw. generierten Daten.
• erkennen anhand des Beispiels der Erhebung von Standortdaten bei der Nutzung eines Mobilfunknetzes, wozu Daten beispielhaft erhoben und verarbeitet werden können und dass dies etwa zum Betrieb des Mobilfunknetzes wichtig sein kann.

Leitfragen im Unterrichtsmodul

• Wo und wie werden bei der Nutzung des Mobilfunknetzes Standortdaten erhoben und warum ist das (für die technische Funktionsweise des Mobilfunknetzes) sinnvoll?
• Welche Daten werden bei der Nutzung des Mobilfunknetzes erhoben?
• Wie und welche Informationen können aus Standortdaten, die auf einer Karte visualisiert werden, gewonnen werden?

Puzzle

Digitale Version des Puzzles zum kollaborativen Rekonstruieren der Struktur und Funktionsweise des Mobilfunknetzes (Stand: September 2021)

Die Rekonstruktion der Struktur und Funktionsweise des Mobilfunknetzes wird einerseits mit dem Erklärvideo und zugehörigen Arbeitsblatt 1 (siehe Phase 1), andererseits mit einem Puzzle geleitet und gestützt. In dem Puzzle geht es darum, dass ein Modell eines Mobilfunknetzes aufgebaut (Schritt 1) und anschließend zwei Situationen zur Funktionsweise des Mobilfunknetzes - Herstellen einer Mobilfunkverbindung zwischen zwei Endgeräten - simuliert wird (Schritt 2).

Für die Klasse 5 und 6 ist das Puzzle in einer analogen Version vorgesehen. Dazu stellen wir eine Druckvorlage bereit. In gemeinsamen Erprobungen können auch vorbereitete Puzzle von uns verwendet werden. Wenden Sie sich dazu gerne an uns.

Für höhere Klassen verwenden wir eine digitalisierte Version, welche durch ein interaktives Whiteboard dargestellt wird. An diesem können die Lernenden kollaborativ an einem Puzzle von verschiedenen Endgeräten aus interagieren (siehe Bild). Kontaktieren Sie uns gerne, damit wir Ihnen diese Vorlage bereitstellen können.

Interaktive Web-Anwendung

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

Zunächst muss das Jupyter Notebook einmal komplett ausgeführt werden, wozu etwa der Doppelpfeil gedrückt werden kann. Anschließend müssen die Standortdaten mithilfe des Buttons Lade die Standortdaten eingelesen werden. Prinzipiell ist es auch möglich eigene Standortdaten einzuladen bzw. die Anwendung, um diese zu erweitern, die an dieser Stelle ausgewählt werden könnten. Bei Interesse daran, wenden Sie sich gerne an uns.

Nach dem Laden der Standortdaten wird folgende Bedienoberfläche angezeigt:

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