Kryptowährungen und Blockchain

Aktive Lernformen wie Simulationen und Diskussionen helfen Schülerinnen und Schülern, die abstrakte Blockchain-Technologie greifbar zu machen. Durch eigenes Handeln verstehen sie, wie dezentrale Systeme Vertrauen schaffen und welche Rolle Code in der modernen Wirtschaft spielt.

• Klasse 10
• Digitale Welten Gestalten: Informatik in der Praxis
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Analysieren Sie die Funktionsweise von Proof-of-Work und Proof-of-Stake Konsensmechanismen im Vergleich.
2. Bewerten Sie die ökologischen Auswirkungen des Energieverbrauchs von Proof-of-Work Blockchains.
3. Erklären Sie die Rolle von Hash-Funktionen bei der Sicherung von Transaktionsdaten in einer Blockchain.
4. Entwerfen Sie ein einfaches Anwendungsbeispiel für Smart Contracts außerhalb des Finanzwesens.
5. Vergleichen Sie die Dezentralisierungsgrade verschiedener Blockchain-Anwendungen.

Planspiel

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Planspiel: Blockchain mit Karten

Teilen Sie die Klasse in Gruppen auf. Jede Gruppe erstellt Blöcke mit Transaktionsdaten auf Karten, hasht sie manuell (z.B. mit einfacher Formel) und verknüpft sie. Fügen Sie fehlerhafte Blöcke ein, um Manipulation zu demonstrieren. Diskutieren Sie am Ende die Dezentralität.

Vorbereitung & Details

Kann Code Vertrauen in Institutionen wie Banken ersetzen?

Moderationstipp: Während der Simulation mit Karten weisen Sie die Schüler an, jeden Schritt laut zu beschreiben, um das Verständnis der Blockverknüpfung zu vertiefen.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Debatte

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Debatte: Code vs. Banken

Formen Sie Pro- und Contra-Teams zu der Frage 'Kann Code Banken ersetzen?'. Jede Seite bereitet Argumente vor, inklusive Blockchain-Vorteile und Risiken. Moderieren Sie eine 20-minütige Debatte mit Zuschauerfragen.

Vorbereitung & Details

Was sind die ökologischen Kosten von Proof-of-Work?

Moderationstipp: Führen Sie die Debatte strukturiert mit Pro- und Contra-Listen durch, um eine ausgewogene Diskussion zu gewährleisten.

Setup: Zwei sich gegenüberstehende Teams, Sitzplätze für das Publikum

Materials: Thesenkarte für die Debatte, Recherche-Dossier für jede Seite, Bewertungsbogen für das Publikum, Stoppuhr

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Entscheidungsfähigkeit

Planspiel

⏱ 35 Min.·Partnerarbeit

Energie-Rechner: Proof-of-Work

Schülerinnen und Schüler recherchieren Bitcoin-Mining-Daten und berechnen den Jahresverbrauch mit Excel. Vergleichen Sie mit Haushaltsstrom. Präsentieren Sie Ergebnisse und diskutieren Alternativen wie Proof-of-Stake.

Vorbereitung & Details

Welche Anwendungen außer Geld gibt es für Blockchains?

Moderationstipp: Lassen Sie die Schüler beim Energie-Rechner eigene Annahmen treffen, bevor sie die Berechnungen durchführen, um ihr Bewusstsein für den Ressourcenverbrauch zu schärfen.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Planspiel

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Anwendungs-Jagd: Blockchain-Use-Cases

In Paaren suchen Schüler reale Blockchain-Anwendungen (z.B. IBM Food Trust). Erstellen Sie eine Mindmap mit Vor- und Nachteilen. Teilen Sie im Plenum.

Vorbereitung & Details

Kann Code Vertrauen in Institutionen wie Banken ersetzen?

Moderationstipp: Bei der Anwendungs-Jagd fordern Sie die Schüler auf, ihre Beispiele mit konkreten Problemen zu verknüpfen, die Blockchain lösen könnte.

Setup: Flexibler Raum für verschiedene Gruppenstationen

Materials: Rollenkarten mit Zielen und Ressourcen, Spielwährung oder Token, Rundenprotokoll

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Experten empfehlen, mit anschaulichen Beispielen zu beginnen, bevor abstrakte Konzepte wie Hash-Funktionen erklärt werden. Vermeiden Sie es, die Technologie als 'magisch' darzustellen, sondern betonen Sie die zugrundeliegenden kryptografischen Prinzipien. Parallelen zu Alltagssituationen – wie einem Kassenbon als Beleg – helfen, die Idee der unveränderlichen Transaktionskette zu veranschaulichen. Ein schrittweiser Aufbau von einfachen zu komplexen Anwendungen fördert das nachhaltige Verständnis.

Was Sie erwartet

Die Schülerinnen und Schüler können erklären, wie eine Blockchain funktioniert, die Unterschiede zwischen Proof-of-Work und Proof-of-Stake benennen und kritisch diskutieren, ob Algorithmen Institutionen ersetzen können. Sie erkennen die Vielfalt der Blockchain-Anwendungen jenseits von Kryptowährungen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Anwendungs-Jagd denken einige Schüler, Blockchain sei nur für Kryptowährungen geeignet.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Schüler auf, während der Recherche eine Mindmap mit mindestens drei nicht-finanziellen Anwendungen zu erstellen, z.B. im Gesundheitswesen oder in der Logistik.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Debatte zur Sicherheit von Blockchain glauben einige, Transaktionen seien vollständig anonym und manipulationssicher.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schüler im Rollenspiel einen 51%-Angriff simulieren und diskutieren, wie Transparenz und Nachverfolgbarkeit die Sicherheit gefährden können.

Häufige Fehlvorstellung

Während des Energie-Rechners zum Proof-of-Work nehmen Schüler an, dies sei die einzige effiziente Methode.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die Berechnungsergebnisse, um gemeinsam mit den Schülern die Vor- und Nachteile von Proof-of-Stake zu erarbeiten, z.B. anhand von Ethereum nach dem Merge.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Energie-Rechner: Bitten Sie die Schüler, auf einer Karteikarte zwei Hauptunterschiede zwischen Proof-of-Work und Proof-of-Stake zu notieren und ein konkretes Beispiel für eine Anwendung zu nennen, bei der die Energieeffizienz eine große Rolle spielt.

Diskussionsfrage

Während der Debatte 'Code vs. Banken': Sammeln Sie die Argumente der Schüler für und gegen die Aussage, dass Code Vertrauen ersetzen kann, und lassen Sie sie auf die Rolle von Transparenz und Sicherheit in Blockchains Bezug nehmen.

Kurze Überprüfung

Nach der Simulation mit Karten: Geben Sie den Schülern eine Liste von Begriffen (z.B. Hash, Block, Konsens, Smart Contract) und bitten Sie sie, diese in der richtigen Reihenfolge anzuordnen, um den Prozess einer Transaktion in einer Blockchain zu beschreiben. Überprüfen Sie die Reihenfolge und die korrekte Anwendung der Begriffe.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schüler auf, ein eigenes Blockchain-Szenario zu entwickeln, z.B. für die Zertifizierung von Bio-Lebensmitteln, und die Abläufe in einer Skizze darzustellen.
• Bei Lernschwierigkeiten bieten Sie eine vereinfachte Version der Blockchain-Simulation mit farbigen Karten an, um die Verknüpfung von Blöcken zu verdeutlichen.
• Vertiefen Sie das Thema mit einer Recherche zu aktuellen Blockchain-Projekten in Deutschland und deren gesellschaftlichem Nutzen.

Schlüsselvokabular

Blockchain	Eine dezentrale, verteilte und oft öffentliche digitale Datenbank, die Transaktionen in Blöcken speichert, die kryptografisch miteinander verkettet sind.
Konsensmechanismus	Ein Protokoll, das sicherstellt, dass alle Teilnehmer eines verteilten Systems (wie einer Blockchain) sich auf den aktuellen Zustand der Daten einigen, z.B. Proof-of-Work oder Proof-of-Stake.
Kryptografische Hash-Funktion	Eine Funktion, die eine Eingabe beliebiger Größe in eine Ausgabe fester Größe umwandelt und dabei sicherstellt, dass kleine Änderungen an der Eingabe zu einer völlig anderen Ausgabe führen.
Smart Contract	Ein selbstausführender Vertrag, dessen Bedingungen direkt in Code geschrieben sind und der automatisch ausgeführt wird, wenn vordefinierte Bedingungen erfüllt sind.
Dezentralisierung	Die Verteilung von Macht und Kontrolle von einer zentralen Autorität auf viele einzelne Teilnehmer oder Knotenpunkte in einem Netzwerk.