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Netzwerksimulatoren machen abstrakte Netzwerktechnik für Schüler:innen zugänglich. (Quelle: Canva)
Der Informatikunterricht steht immer wieder vor der Herausforderung, Schüler:innen komplexe und abstrakte Konzepte der Netzwerktechnik auf anschauliche und praxisnahe Weise zu vermitteln. Dabei stoßen Lehrkräfte auf mehrere Hindernisse, seien es hohe Anschaffungskosten für die technischen Geräte oder das unterschiedliche Vorwissen der Schüler:innen. Um Lernenden die Grundlagen der Netzwerktechnik dennoch anschaulich beizubringen, sollen sogenannte Netzwerksimulatoren Abhilfe schaffen.
Netzwerksimulatoren sind Programme, die das Verhalten von Computernetzwerken nachahmen. Sie stellen virtuelle Versionen von Netzwerkgeräten wie Computern oder Routern bereit, sodass Schüler:innen diese virtuellen Geräte miteinander verbinden können. In einer virtuellen Realität können sie so ein echtes Netzwerk aufbauen und später beobachten, wie Daten durch das Netzwerk fließen und wie die Geräte miteinander kommunizieren. Anhand dieser Simulation lässt sich im Unterricht zum Beispiel zeigen, wie man IP-Adressen einstellt oder gar Sicherheitsregeln definieren kann. Außerdem können typische Netzwerkprobleme – wie die allseits bekannte Meldung 404 Page not found - simuliert werden, um die Schüler:innen darin zu üben, das Problem zu identifizieren und vielleicht selbst zu beheben.
Zwei dieser Softwaren, die sich für den Einsatz im IT-Unterricht auf ihre eigene Weise eignen, sind die “Freie Interaktive Lernsoftware zu Internetworking der Universität Siegen” (Filius) und der WebNetSim Netzwerksimulator der Pädagogischen Hochschule Schwyz.
Beide Simulatoren sind kostenlos im Internet verfügbar. Der WebNetSim Netzwerksimulator bedarf zusätzlich keines Downloads, nach dem Öffnen des Internetangebots könnt ihr mit euren Schüler:innen direkt beginnen, euch in die Netzwerktechnik einzuarbeiten.
Der Simulator soll auf interaktive Art und Weise die wichtigsten Komponenten und deren Zusammenspiel in einem Netzwerk darstellen. Bei WebNetSim ist es den Schüler:innen möglich, als Website-Anbieter zu agieren, Provider zu erstellen oder in die Rolle eines Haushaltes schlüpfen. Sie können innerhalb ihrer Rolle ihre eigenen kleinen Netzwerke aufbauen und sie untereinander vernetzen.
Die Schüler:innen können sich anhand der in dem Simulator integrierten Aufgaben selbstständig mit dem Thema auseinandersetzen und ausprobieren. WebNetSim kann dabei für verschiedenen Schulstufen benutzt und je nach Thematik der Unterrichtseinheit gezielt eingesetzt werden. Die in den Simulator integrierten Aufgaben sind dabei wie in einem Spiel nach Schwierigkeitsgrad geordnet. In der Grundschule können die grundlegenden Komponenten eines Netzwerkes thematisiert werden. Aspekte wie Router-Tabellen oder Port-Forwarding können dann unbeachtet bleiben.
Zusätzlich gibt es die Möglichkeit, die Simulationen situationsspezifisch anzuweisen. Der Leitfaden für Lehrkräfte gibt Beispielszenarien und didaktische Hinweise mit an die Hand, um den Schüler:innen gezielte und geeignete Anweisungen zum Beispiel in Rollenspielen zu erteilen. Im Leitfaden sind auch Inspirationen zu Szenarien vermerkt, die zuerst virtuell simuliert werden und dann in Wirklichkeit vereinfacht nachgebaut und besprochen werden.
Obwohl, und vielleicht gerade weil der Simulator nicht alle komplexen Realweltszenarien vollständig abbilden kann, kann der Zugang zur abstrakten Netzwerktechnik für die Kinder und Jugendlichen etwas leichter gemacht und verbildlicht werden. Trotzdem bleibt eine Diskrepanz zwischen Simulation und Realität bestehen. Vor der effektiven Nutzung des Tools muss für Lehrkraft sowie Schüler:innen außerdem eine Einarbeitungszeit eingeplant werden, um sich mit der Benutzeroberfläche vertraut zu machen und die Funktionen vollständig zu verstehen und optimal nutzen zu können.
Der WebNetSim-Netzwerksimulator bietet insgesamt eine innovative Oberfläche, die es eurer Klasse leichter macht, erste oder auch zweite Erfahrungen im Umgang mit Netzwerken zu sammeln. Durch eigenständiges Experimentieren können sich die Schüler:innen in die Grundlagen der Netzwerktechnik einarbeiten und dabei auch gerne Fehler machen, ohne dass teure Ausrüstung beschädigt wird oder tatsächlich Netzwerke gestört werden.
Im Vergleich zu dem WebNetSim Simulator, ist die Zielgruppe der Software der Universität Siegen etwas älter: Filius wurde für Lernende in der Sekundarstufe allgemeinbildender Schulen entwickelt. Das Ziel und das Konzept der Plattform sind jedoch ähnlich. Auch Filius wurde konzipiert, um Unterricht zur Internettechnik insbesondere durch entdeckendes Lernen zu unterstützen. Diese Anwendung muss zunächst heruntergeladen werden, damit die Lernaktivität begonnen werden kann. Derzeit ist sie für Linux, Windows und macOS verfügbar.
Bei Filius haben die Lernenden, wie auch bei WebNetSim, die Möglichkeit, virtuelle Netzwerke zu erstellen, Rechner, Notebooks sowie verschiedene Arten von Routern zu platzieren und die Verbindung von und zwischen Netzwerkgeräten herzustellen. Die Software ermöglicht die Simulation von Verkabelungen sowie logischer Netzwerkverbindungen, also Verbindungen auf der Netzwerkebene, die unabhängig von Verkabelungen die Kommunikation zwischen Geräten ermöglichen.
Filius ermöglicht den Schüler:innen, verschiedene Netzwerkdienste wie Webserver, Mailserver und FTP-Server zu konfigurieren und zu testen und unterstützt eine Vielzahl von Netzwerkprotokollen, darunter TCP/IP, HTTP, FTP und SMTP. Sie können Netzwerkgeräte konfigurieren, IP-Adressen zuweisen, Routing-Tabellen erstellen und Firewall-Regeln festlegen.
Wie auch bei WebNetSim können die Lernenden bei Filius anhand von Werkzeugen die Funktionsweise der Netzwerktechnik beobachten und analysieren. Sie können den Datenfluss zwischen Geräten beobachten und die Auswirkungen von Konfigurationsänderungen zusätzlich in Echtzeit sehen.
Filius ist darauf ausgelegt, Schüler durch selbständiges Experimentieren und Konfigurieren die Grundlagen der Netzwerktechnik zu vermitteln. Die integrierten Aufgaben, die bei dem Simulator von educamint die Schüler:innen auch bei unterschiedlichem Vorwissen abholen, fallen hier weg. Das Lernen ist spürbar für ältere Schüler:innen konzipiert, bietet dementsprechend aber auch einen tieferen technischen Einblick.
Das Begleitmaterial zu Filius bietet Informatiklehrer:innen eine umfassende Unterstützung: Ein Script zum Selbstlernen sowie Arbeitsaufträgen, Lernvideos zu Rechnernetzen und interaktive Kurse im PDF Format sind abrufbar. Die Hersteller:innen geben euch die Möglichkeit, zusätzliches Material hochzuladen, das ihr möglicherweise für euren Unterricht erstellt.
Grundsätzlich eignet sich der WebNetSim Simulator besonders für jüngere Schüler:innen oder den Einstieg in die Netzwerktechnik. Durch seine Benutzerfreundlichkeit und die starke Visualisierung und Interaktivität, bietet er eine niedrige Einstiegshürde für Lernende, um in die Welt der Netzwerktechnik einzutauchen. Filius hingegen ist besser für Ältere und für die weiterführende technische Bildung geeignet. Durch detaillierte Konfigurationsmöglichkeiten und die technische Tiefe, erlaubt es umfassendere und komplexere Netzwerk-Simulationen. Beide Tools ergänzen den Informatikunterricht je nach Bildungsniveau und Lernziele der Schulklasse um wertvolle praktische und motivierende Lernerfahrungen, um die sonst sehr abstrakte Netzwerktechnik zu entdecken und zu verstehen.
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