Data Cases

Was ist eine Datenfallstudie?

Datenfallstudie ist eine handlungsorientierte, lernendenzentrierte Lehr-Lern-Methode. Sie ermöglicht es, Schülerinnen und Schülern ausgewählte Datenpraktiken und -konzepte in vorbereiteten Szenarien nachzuvollziehen, kriteriengeleitet zu bewerten und anzuwenden. Entsprechend dem Ziel der schulischen KI-Bildung werden Schülerinnen und Schülern in datenbasierter Urteils- und Problemlösekompetenz gefördert. Dazu gehört, dass sie

die Schritte der Datenverarbeitung entlang des Lebenszyklus von Daten in KI-Systemen identifizieren,
Datenverarbeitungsergebnisse beschreiben,
diese vor dem Hintergrund des Domainwissens bewerten,
Datenflüsse modifizieren und eigene erstellen.

Bestandteile einer Datenfallstudie

Zentrale Bestandteile einer Datenfallstudie sind:

Beschreibung einer Problemsituation aus einem für Schülerinnen und Schüler persönlich relevanten Kontext,
ein realer dokumentierter, alltagsrelevanter, auf die Situation ausgerichteter, ggf. didaktisch angereicherter Datensatz, an dem ausgewählte Datenkonzepte und -praktiken sinnstiftend und fachgerecht angewendet werden können,
eine vollständig oder teilweise ausgearbeitete Datenanalyse in Form eines Datenflusses mit Aufgaben zur Beschreibung und begründeten Bewertung der Datenverarbeitungsergebnisse sowie Aufgaben zur Modifikation und Erweiterung des Datenflusses, einschließlich Ideen für weiterführende Datenanalysen,
eine in Aufgabenstellungen explizit eingebettete Sammlung von Fachinformationen,
Informationsmaterial zum Datenanalysewerkzeug und zur Interpretation der Ergebnisse,
Optional - mehrstufiges Hilfematerial, Lernkontrollen, Übungen.

Schritte zur Durchführung einer Datenfallstudie

Bei der Arbeit an einer Datenfallstudie durchlaufen Schülerinnen und Schüler meist folgende Schritte:

Vorbereitung der Arbeitsumgebung,
Kennenlernen der problematischen Situation und der Zielsetzung,
Sinnstiftende Partner- / Gruppenarbeit an Aufgaben im Dreischritt: Datenfluss ausführen und beobachten – Datenfluss modifizieren – Eigenen Datenfluss erstellen. Nach jedem der drei Schritte erfolgt die Beschreibung der Erkenntnisse und der Vergleich mit Vorwissen,
Fachliche Sicherung der Erkenntnisse,
Optional: Reflexion der Datenverarbeitungsschritte im Datenfluss.

Das Lernprodukt ist ein schriftliches Protokoll mit Erkenntnissen aus der Datenanalyse und der Bewertung der KI-Modelle.

Datenfallstudie ist eine komplexe Lernform, die ausreichend Zeit im Unterricht erfordert. Die minimale Bearbeitungsdauer beträgt in unserer Variante eine Doppelstunde. Datenfallstudien eignen sich für heterogene Lerngruppen. Während ihres Einsatzes sollten jedoch das Datenflusskonzept und einfache Debuggingstrategien explizit behandelt werden. Lehrkräfte sollen sich vertieftes Wissen über die Domäne des Datensatzes aneignen, um die Sicherung der Erkenntnisse aus den Datenfallstudien in Plenumsphasen zu leiten.

Datenfallstudie 1: “Die Luftqualität in Berlin”

Freund von Sofia, Marc, hat Asthma. „Weißt du, Sofia, ich kann in der Stadt immer schlechter atmen!“, klagte er gestern in der Kantine. Sofia ist Datenwissenschaftlerin und will Marc helfen. Sie möchte eine Trendanalyse der Luftqualität in der Nachbarschaft von Marc durchführen. Ziel der Analyse ist es, anhand von realen Daten aus der Frankfurter Allee in Berlin, wo Marc wohnt, Trends in der Luftqualität der letzten Jahre zu erkennen, grafisch darzustellen und zu analysieren. Sofia möchte herausfinden, ob sich die Luftqualität in der Nachbarschaft von Marc in letzter Zeit verschlechtert hat.

In dieser Datenfallstudie werden folgende Datenkonzepte und Datenpraktiken behandelt:

Trendanalyse
Streudiagramm (Scatter Plot)
Liniendiagramm (Line Plot)

Schülerinnen und Schüler lernen …

… einen Datensatz auf fehlende Werte, Minimal- und Maximalwerte zu überprüfen.
… Linien- und Streudiagramme zu beschreiben und zu interpretieren.
… die Phasen eines exemplarischen Datenanalyseprozesses zu beschreiben.

Vorbereitung

Sie benötigen die Open Source Data Mining Software Orange3, um diese Datenfallstudie bearbeiten zu können. Wenn Sie noch nie mit Orange3 gearbeitet haben, sehen Sie sich das Video “Einführung in Orange3” an.

Material

Gesamtdownload der Datenfallstudie

Im Ordner finden Sie:

Beschreibung der problematischen Situation, in der sich Marc befindet,
einen realen didaktisch angereicherter Datensatz zur Luftqualität des Berliner Luftgütemessnetzes von 1993 bis 2025,
eine vollständig ausgearbeitete Datenanalyse in Form eines Datenflusses in Orange3,
Arbeitsblätter mit Aufgaben zur Beschreibung und begründeten Bewertung der Datenverarbeitungsergebnisse sowie Aufgaben zur Modifikation und Erweiterung des Datenflusses,
eine in Aufgabenstellungen explizit eingebettete Sammlung von Fachinformationen zum Thema “Luftqualität”,
Hilfekarten zum Data Mining Tool Orange3 und zur Interpretation der Ergebnisse
Erwartungshorizont

Durchführung

Planen Sie genügend Zeit im Unterricht für die Arbeit an der Datenfallstudie ein. Bei der Bearbeitung der Datenfallstudie durchlaufen die Schülerinnen und Schüler folgende Schritte:

Vorbereitung der Arbeitsumgebung (Achtung: kann bis zu 2 Stunden dauern!)
Kennenlernen der problematischen Situation (10 Minuten)
Bearbeiten der Aufgaben in Partnerarbeit (60 – 80 Minuten)
Fachliche Sicherung der Erkenntnisse und Reflexion der Datenverarbeitungsschritte im Datenfluss (15 Minuten)

Das Lernprodukt ist ein schriftliches Protokoll mit Erkenntnissen aus der Datenanalyse.

Tipps & Tricks

Weitere Daten zur Luftqualität in Berlin finden Sie auf der Internetseite Berliner Luftgütemessnetz. Auch viele andere Städte in Deutschland veröffentlichen Daten zur Luftqualität! Informieren Sie sich, ob auch Ihre Stadt Daten zum Download anbietet.

Zitiervorschlag:

Olari, V., Lambert, L., Pfeiler, S., Dengg, J. & Romeike, R. (2025). Data Cases: Fallstudien für den Informatikunterricht zum Thema Daten und Künstliche Intelligenz. Heft 1: Die Luftqualität in Berlin. Computingeducation.de. Freie Universität Berlin.