Die technische Entwicklung geht so rasch vor sich, daß es selbst innerhalb einzelner Generationen zu entscheidenden Veränderungen kommt. Das hat zur Folge, daß man in keinem Beruf mehr mit dem auskommt, was man in der Ausbildungszeit gelernt hat. Immer wieder sieht man sich mit unerwarteten Situationen konfrontiert, die man mit neuen Mitteln und Methoden zu bewältigen versucht. Besonders problematisch ist diese Entwicklung für den Berufsstand der Lehrer, die mit ihrem Unterricht den sich ständig ändernden Verhältnissen gerecht werden müssen. Vorstellungen über künftige Entwicklungen sind daher für alle im Lehrfach Tätigen besonders wichtig.
Allem Anschein nach leben wir in einer Welt, in der die Zukunft nicht vorherbestimmt ist, und selbst wenn das der Fall wäre, hätten wir keine Gelegenheit einer exakten Vorausberechnung. Alle Vorhersagen über die Zukunft sind daher mit Vorbehalt aufzunehmen - sie gelten nur unter bestimmten Voraussetzungen und Bedingungen. Die größten Chancen für die Richtigkeit prognostischer Versuche ergeben sich, wenn man aktuelle Trends beobachtet und in die nächste Zukunft extrapoliert. Als wichtige Randbedingung ist zu prüfen, ob die erwarteten Zustände mit den Gesetzen der Naturwissenschaft übereinstimmen; hieraus ergeben sich oft auch Grenzen, die Entwicklungslinien zum Abbrechen führen.
Evolution oder Revolution
Wie man allgemein feststellen kann, ergeben sich heute die nachhaltigsten Umwälzungen im Bereich der Informationstechnik. Dabei kann man die anstehenden Aufgaben in drei Bereiche unterteilen, und zwar die Datenspeicherung, die Datenbeförderung - Kommunikation - und die Datenverarbeitung. An ihnen allen sind deutliche Trends zu verzeichnen, wobei als gemeinsamer Entwicklungszug die Miniaturisierung zu nennen ist. Heutige PCs haben Leistungskapazitäten, für die man noch vor fünfzehn Jahren ein raumfüllendes System benötigte. Die Verkleinerung der Systeme führte von der gelöteten Schaltung ab zum photolithographisch gefertigten Chip, und diese Linie läßt sich auch in die Zukunft weiterverfolgen - bis an die Grenzen der physikalischen Machbarkeit. Die Schaltprozesse vollziehen sich dann im Quantenbereich unter Mitwirkung nur weniger Elektronen. Dazu ist sicher wieder ein Wechsel der Produktionsmethoden nötig - molekulare Schaltungen wird man wahrscheinlich chemisch synthetisieren, vielleicht sogar nach dem Vorbild der Genetik "wachsen lassen".
Der Übergang zu immer kleineren Schaltsystemen führt zu Fortschritten in den drei genannten Bereichen: Gerade heute konstatieren wir enorme Vergrößerungen der Kapazitäten digitaler Speicher, der Durchflußraten in Datenkanälen und - last not least - der Verarbeitungsgeschwindigkeiten. Einige beispielhafte Daten sind der beigegebenen Tabelle zu entnehmen.
Kommunikation mit Bildern
Daß der heutige Entwicklungsstand einen entscheidenden Wendepunkt kennzeichnet, ist einem einfachen Vergleich der angegebenen Zahlen zu entnehmen. Gemeint ist die Tatsache, daß man für die Speicherung und Weiterleitung von Bildern hohe Datenmengen zu bewältigen hat. So erfordert beispielsweise die Verschlüsselung eines gut aufgelösten Farbfotos dieselbe Kapazität wie die eines ganzen Buchs. Und damit läßt sich auch erkennen, unter welchem Aspekt der Umschwung steht: Wir beginnen, mit Bildern in ähnlicher Weise umzugehen wie bisher mit Worten oder Zahlen, und das betrifft alle drei Aufgabenbereiche, die Speicherung, die Weiterleitung und die Verarbeitung. Speziell handelt es sich um bewegte Bilder, und dazu braucht man bekanntlich rund 25 Einzelphasen pro Sekunde. Auf den heute noch gebräuchlichen Disketten lassen sich nur wenige Bilder speichern, und die Telefonleitungen, über die heute noch ein großer Teil der Internet-Kommunikation läuft, sind noch längst nicht echtzeittauglich. Selbst die digitalen ISDN-Leitungen lassen noch zu wünschen übrig, und erst die Glasfaser mit ihrer enormen Durchflußkapazität bringt eine befriedigende Lösung des Problems. Im Bezug auf die Rechengeschwindigkeit bewegen wir uns heute von Millionen zu Milliarden Bit pro Sekunde elementarer Rechenoperationen, und damit kommen wir in eine Leistungsklasse, die kaum noch Wünsche offen läßt.
Eine Verrechnung von Bildern schließt Aufgaben ein, die für die Wissenschaft und Technik schon lange wichtig waren, beispielsweise die Bildauswertung und die Bildverbesserung. In den Bereich der Verarbeitung gehören aber auch verschiedene Prozesse, die zu den Routineaufgaben der Bildkommunikation gehören, wie beispielsweise die Kodierung in Zahlenwerte, heute noch notwendigerweise mit einer Datenkompression verbunden. Sie hilft dazu, die vorhandenen Kanalkapazitäten besser zu nutzen.
Eine weitere Aufgabe, die sich nur mit fortschrittlicher digitaler Technik lösen läßt, ist der Übergang vom flächenhaften zum räumlich-perspektivischen Bild. Es ist ohne weiteres möglich, Bilder dreidimensional zu beschreiben, also beispielsweise durch eine genügende Zahl von Oberflächenpunkten eines Objekts in Abhängigkeit von den drei Koordinaten x, y, und z. Solche Bilder kann man im Speicher aufbewahren, doch das menschliche Auge hat keinen direkten Zugang dazu. Man benötigt also perspektivische Darstellungen, und solche lassen sich mit einigem Rechenaufwand aus der vorgegebenen Oberflächenform ermitteln. Schon dafür braucht man einen gehörigen Rechenaufwand, denn diese Berechnung muß bei einer guten Farbdarstellung etwa eine Million Bildpunkte berücksichtigen. Legt man darüberhinaus Wert auf realistische Darstellung, dann muß man die Wirkung des Lichts auf den Gegenstand berücksichtigen, was mit den Gesetzen der geometrischen Optik möglich ist. Das bedeutet aber einen noch einmal stark gesteigerten Bedarf an Rechenoperationen, und hat man es zusätzlich mit Transparenz und Spiegelung zu tun, dann geht der Aufwand schnell an die Grenzen des heute Möglichen.
Die visuellen Darstellungen, wie wir sie von den Monitoren gewöhnt sind, erfüllen nur bescheidene Ansprüche. Das zeigt sich schon, wenn man solche Bilder mit Videoprojektion auf die Leinwand zu werfen versucht. Es gibt viele Anwendungen, bei denen Projektionen wünschenswert wären, beispielsweise, wenn es um die Wiedergabe realistischer Szenerien geht. Wie stark sich die Wirklichkeitsanmutung dadurch steigern läßt, kann man in IMAX- oder OMNIMAX-Theatern beobachten. Sind wir bei der digitalen Bildverarbeitung erst bei genügend hohen Auflösungen angekommen, spricht nichts dagegen, Bilder dieser Art über die Netze in das Büro, das Schulzimmer oder das Eigenheim zu leiten.
Die höchste Steigerung der Realität ist mit Hilfe der Cyberspace-Technik möglich, mit der man den Benutzer gewissermaßen in die Welt der Daten einführt, in der Fachsprache als virtueller Raum und volkstümlich - nach einem Science Fiction-Roman - als Cyberspace bezeichnet. Der Benutzer betrachtet diese Welt durch eine Datenbrille, in Wirklichkeit eine optische-elektronische Vorrichtung, mit deren Hilfe zwei stereoskopisch aufeinander bezogene Bilder getrennt auf beide Augen geleitet werden. Mit Hilfe eines Sensors ist der Computer über die Kopfbewegungen des Betrachters informiert, und er ändert die Sicht in Echtzeit so, wie es dem Wechsel des Sichtwinkels entspricht. Auf diese Weise wird der Realitätseindruck so vorherrschend, daß man nach einiger Zeit die wirkliche Welt vergißt und sich in der Datenwelt existierend erlebt.
Multimedia in der Schule
Natürlich wird man auch in Zukunft Texte sowie auditive Sprache und Musik übertragen und kommt auf diese Weise zu einer Kombination, die alle heute gebräuchlichen Ausdrucksmittel umfaßt. Die computergesteuerte Kombination solcher verschiedenartiger Daten wird heute als "Multimedia" bezeichnet. Es braucht nicht besonders betont zu werden, daß die Bilder eine besondere Rolle dabei spielen und daß die Möglichkeiten von Multimedia-Präsentationen erst voll ausgenützt werden können, wenn es keine Beschränkungen für die Einbeziehung visuell konzipierter Daten mehr gibt.
Die Weiterleitung aller Arten von Daten über Netze und die Ausgabe nach dem Verfahren des Multimedia führen in verschiedensten Bereichen zu grundlegend neuen Situationen. Das betrifft beispielsweise den Sektor des Berufs, wo die schon seit einiger Zeit ausgemalte Vision der Telearbeit Wirklichkeit werden kann. Sie betrifft natürlich auch den Sektor der Spiele, die man schon jetzt und später in noch höherem Maße realistisch gestalten kann, so daß der Benutzer beliebig aufregende Abenteuer im Cyberspace erleben kann, ohne dabei wirklich in Gefahr zu geraten. Und es betrifft nicht zuletzt den Sektor der Schule, wo den Lehrern künftig völlig neue Lehrmittel zur Verfügung stehen werden.
Die entscheidende Neuerung ergibt sich durch die immens gesteigerte Verfügbarkeit von Bildern, mit deren Hilfe sich vieles ausdrücken läßt, was man sprachlich nur recht mühsam fassen kann. Sinnesphysiologen weisen darauf hin, daß das menschliche Gehirn eine ganz besondere Fähigkeit zur Analyse von Sichteindrücken entwickelt hat - 90 % des der Wahrnehmung gewidmeten Gehirnabschnitts ist dem Sehsinn gewidmet. Eine Besonderheit dieser Art von Datenverarbeitung ist die Tatsache, daß man im visuellen Bereich auch zwei- und dreidimensionale Zusammenhänge überblicken kann, während die Sprache nur mühsam über lineare Reihung hinauskommt. Das ist auch der Grund dafür, daß in der sprachlichen Verständigung historische oder kausale Gesetze bevorzugt werden, während man andere, ebenso wichtige Ordnungsprinzipien unserer Welt, beispielsweise die Kreisfunktionalität (Rückkoppelung) und vernetzte Wechselwirkungen leicht übersieht. (Deshalb sind auch die ökologischen Zusammenhänge unserer Umwelt so schwer zu verstehen.)
Eine besonders einleuchtende Anwendung dieser Voraussetzungen liegt im Bereich der Mathematik. Einen großen Teil ihrer Zusammenhänge kann man durch Bilder darstellen, wodurch ein komplementäres Beschreibungssystem verfügbar wird. Beide Möglichkeiten der Codierung, jene durch Formeln und jene durch Bilder, haben besondere Vorteile für sich - die Formeln beispielsweise ihre Allgemeingültigkeit, die Bilder ihre Anschaulichkeit. Und gerade diese ist für Schüler wichtig, wird doch der abstrakte Charakter der Mathematik meist als besondere Schwierigkeit angesehen. Vieles, was man aus der Formel erst mühsam herausinterpretieren muß, hat man bei den Bildern klar vor Augen, und somit kann man sich auf weiterführende Eigenschaften in der Thematik konzentrieren, wo die interessanten Aspekte eigentlich erst beginnen. Die durch den Computer möglich gewordene Visualisierung des mathematischen Wissens kann als richtiger Königsweg bezeichnet werden.
Besonders zu erwähnen ist, daß man von der Basis der Bilder auch leicht zu Formen der Wissensvermittlung gelangt, die schon in den Grenzbereich der Unterhaltung hineinführen, heute oft als Infotainment bezeichnet. So lassen sich beispielsweise Schwebefahrten durch mathematische Landschaften inszenieren, die, wenn gewünscht, durchaus auch als Spiele gestaltbar sind. Das gilt im übrigen natürlich nicht nur für die Mathematik, sondern ebensogut für viele andere Gebiete der Naturwissenschaft, beispielsweise der Physik, wo man durch elektrische und magnetische Felder oder durch die Molekülstruktur von Kristallen hindurchfliegen kann.
Von den vielen anderen Möglichkeiten sei hier nur noch auf die Anwendung im Kunstunterricht hingewiesen. Wie in allen anderen Sektoren kann man mit Hilfe der Netze und Multimediasysteme leicht und verzögerungsfrei an jede gewünschte Information herankommen, und diese Verbindung mit Datenbanken ist natürlich auch für die Auseinandersetzung mit Kunst förderlich. Die digitale Technik bietet aber noch ganz andere Möglichkeiten der Näherung, beispielsweise das Experiment: den aktiven Eingriff in ein Kunstwerk. Wird es am Monitor aufgerufen, dann lassen sich Farben austauschen, Strukturen verändern und Objekte verschieben. Für manche mag das blasphemisch erscheinen, doch - wie jedem Pädagogen bekannt ist - ermöglicht eigenes Experimentieren stets eine bessere Aufnahme als die passive Mitteilung. Schließlich wäre zu diskutieren, ob nicht einfache Programmierungsprozesse zu einer erheblichen Erleichterung des Verständnisses für Farben, Formen, Strukturen und dergleichen führen könnten; dazu müßten eigene Programme entwickelt werden, die keine mathematischen oder technischen Kenntnisse voraussetzen - Versuche in dieser Richtung, wenn auch in anderen Bereichen, haben positive Ergebnisse hervorgebracht.
Lehrerfortbildung - ein Leben lang lernen
Die beschriebenen technischen Fortschritte haben im besonderen auch Konsequenzen für die Fortbildung aller Arten von Lehrkräften. Die Erstellung von Unterrichtsbehelfen wird sich in Zukunft auch auf die neuen digitalen Mittel richten müssen, und manches davon ist sicher anspruchsvoller,als mit Kreide auf Tafeln geworfene Skizzen. In diesem Fall erscheint eine Zusammenarbeit von Lehrern höchst wünschenswert, und gerade die Netze, heute insbesondere Internet, könnten die Vorbedingungen dafür erfüllen. Es ist zu erwarten, daß sich überregionale Teams bilden, denen das Netz eine nahezu kontinuierliche Zusammenarbeit über beliebige Entfernungen hinweg bietet. Die Ergebnisse, in einer gespeicherten und ohne Zeitverlust aufrufbaren Form, stehen dann allen interessierten Lehrkräften zur Verfügung, und nach und nach würden sich die Lehrmittel auch in diesem Bereich vervollständigen und die wichtigsten Themenbereiche abdecken.
Heute, in der Anfangsphase, muß sich die Fortbildung allerdings auch auf eine allgemeine Einführung in den Gebrauch der Neuen Medien richten. Voraussetzungen sind Personal Computer und - womöglich - eine ISDN-Verbindung (eine digitale Verbindung, die zwei Telefonleitungen entspricht). Ein großer Teil der Kenntnisse, die zum vernünftigen Gebrauch der Netze und der Multimediasysteme benötigt werden, sind allgemeiner Natur und können auch auf konventionelle Weise, beispielsweise mit Hilfe von Büchern und Lehrgängen erworben werden. Doch bieten sich natürlich auch hier die Netze an, die gegenüber den Lehrgängen eine ständige Verbindung aufrechterhalten und Zusammenarbeit ermöglichen. Eine Keimzelle solcher Entwicklungen hat sich in der Akademie für Lehrerfortbildung in Dillingen herangebildet, und es ist zu hoffen, daß diese Bemühungen der ersten Stunde genügend unterstützt werden, um die nötige Breitenwirkung zu erzielen.
Ausblick
Die beschriebene Entwicklung, in denen Multimedia und Netze eine besondere Rolle spielen, wird sicher für die nächste, vielleicht auch noch für weitere Generationen bestimmend sein. Weitere entscheidende Fortschritte, verbunden mit entsprechenden Veränderungen, deuten sich erst für eine unbestimmte Zukunft an. Gemeint ist die sogenannte "künstliche Intelligenz". Sie beruht auf der Annahme, daß uns früher oder später Computer zur Verfügung stehen, die auch Sinnzusammenhänge aufgreifen können und uns früher oder später an Intelligenz übertreffen. Es könnte dann Programme geben, die man als Agenten, Lehrer oder auch als persönliche Freunde personifizieren könnten, Instanzen, die die eigene Entwicklung via Netz mitmachen und somit über das Wissen, die Fähigkeiten, die Wünsche und Ängste der von ihnen betreuten Personen informiert sind.
Bisher war der Mensch das einzige intelligente Wesen auf der Erde, und somit ist kaum abzusehen, was das Auftreten einer weiteren Intelligenz mit sich bringen würde. Hier befinden wir uns schon im Bereich der Science Fiction, wo man auch recht umfassende Vorstellungen solcher künftiger Welten vorfinden kann. Für die Problematik, mit denen es die Lehrer heute zu tun haben, haben solche Vorstellungen wenig Bedeutung und können vorderhand sicher unberücksichtigt bleiben. Ohne Zweifel jedoch darf behauptet werden, daß sich in der Zukunft ein immer größerer Teil unserer Gestaltungsaufgaben auf die virtuelle Datenwelt richten wird, seien es Cyberspace-Szenerien, Programme oder Unterrichtsmittel. Gerade für einen Berufsstand, der so stark zukunftsorientiert ist wie jener der Lehrer, ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Aufgaben unserer virtuellen Zukunft frühzeitig erkannt werden.
Tabelle: Vergleichswerte für Speicher- und Durchflußkapazität
Buchstabe 5 bit *
Ziffer 4 bit
Buchseite 10.000 bit
Buch 1-10 Mbit
Farbfoto 8 Mbit
Fernsehbild 5 Mbit
CD ROM 4 Milliarden bit
1 min Musik über CD 1.058.400 bit
1 sec Video ca. 200 Mbyte **
Festplatte ca. 500 Mbyte
Diskette ca. 1,4 Mbyte
ISDN - digitale Telefonleitung 64.000 bit/s
ATM (Kanal für Multimediaübertragung) 150 Mbit/s
Glasfaser 300.000 Mbit/s
* bit - elementare Informationseinheit, entsprechend einer Auswahl aus zwei Möglichkeiten
** 1 byte = 8 bit