Bundesministerium für Bildung und Forschung Referat D2 – Digitaler Wandel in der Bildung Herrn Dr. Torsten Geißler Kapelle-Ufer 1 10117 Berlin Potsdam, 22. Juli 2016 Cloud-Strukturen & -Dienste für deutsche Schulen: Konzepterstellung einer Schulcloud – Pilotprojekt HINTERGRUND Die informationstechnische Ausstattung stellt viele Schulen noch immer vor große administrative (und finanzielle) Herausforderungen. Während im Alltag digitale Devices (vom Smartphone über das Tablet, Notebook und den PC bis hin zum SmartTV) längst omnipräsent sind, fristen Computer in Schulen oft noch ein Nischendasein. PCs sind nicht in ausreichender Menge vorhanden und werden meist aus unterschiedlichen Quellen bezogen. Aufgrund kürzer werdender Produktzyklen und steigender Zahl von IT-Devices ist es den Schulen nicht möglich, ihren Schüler/innen im Unterricht eine adäquate IT- Ausstattung zu bieten. Die Unzulänglichkeiten betreffen nicht nur die Hardware, noch viel gravierender sind die Unzulänglichkeiten bei der Software. Aufgrund hoher Lizenz-und Personalkosten können Schulen den hier gebotenen Ausstattungsansprüchen nur beschränkt nachkommen. Meist stehen die PCs ausschließlich in bestimmten Rechnerräumen für den Informatikunterricht oder Arbeitsgemeinschaften zur Verfügung und können in anderen Unterrichtsfächern – die schnelle Internetrecherche im Geschichtsunterricht, das Simulationsprogramm im Biologieunterricht – oder gar zur Vor- und Nachbereitung des Unterrichts von den Schüler/innen nicht genutzt werden. Zudem werden die Rechner kaum von professionellen Administrator/innen gepflegt, sondern nebenbei von engagierten Lehrkräften am Laufen gehalten. Die Lehrkräfte bringen dafür kostbare Zeit auf, die sie von ihren Kernaufgaben, der Lehre, abziehen müssen. In der Konsequenz erschweren diese Rahmenbedingungen, dass Kinder in der Schule die notwendige digitale Bildung genießen können, die sie benötigen, um optimal für das Leben in einer zunehmend digitalen Gesellschaft vorbereitet zu sein. Die Schulcloud kann maßgeblich dazu beitragen, das Potential der digitalen Welt im schulischen Lernalltag besser nutzbar zu machen, bestehende Hindernisse zu minimieren und Schul- und Bundesland übergreifende Synergien zu schaffen. Die Einrichtung der Schulcloud bietet eine zukunftssichere Lösung, um Schüler/innen die Möglichkeit zu bieten, flächendeckend neueste und professionell gewartete IT-Systeme und E- Learning-Programme zu nutzen und um Lehrkräfte von der Hardware- Verwaltung und -Pflege zu entlasten. Im Unternehmenskontext und im Seite 1/8

privaten Bereich zeigen Cloud-Lösungen und Software as a Service (SaaS) bereits, wie einfach und effizient auf IT-Dienste und -Services über die Cloud zugegriffen werden kann. Beispiele hierfür sind Cloud-basierte Datenspeicher (Dropbox, S3, OwnCloud), SaaS Dienste (Office Online, webbasierte Steuererklärungen), aber auch das zentrale Bereitstellen von Rechenressourcen (AWS) oder virtuellen Maschinen. GRUNDIDEE: WAS VERBIRGT SICH HINTER DER SCHULCLOUD? Die Schulcloud als infrastrukturelle Lösung richtet sich an alle Beteiligten die eine digitale Kommunikation innerhalb oder mit der Schule benötigen. Dies umfasst: 1. Schüler/innen aller Altersstufen 2. Lehrkräfte 3. Schuladministration/-leitung 4. Eltern In ihrer Rolle als Lieferanten von Inhalten sind zusätzlich Schulbuchverlage und andere Anbieter von Lerninhalten zu nennen. Im Rahmen eines Konzeptes soll erarbeitet werden, wie die Architektur einer solchen Schulcloud aussehen kann. Auf Basis einer prototypischen Umsetzung soll zudem im Rahmen einer Evaluation herausgefunden werden, inwiefern eine Schulcloud in den Schulalltag integriert werden kann. Hierzu soll ein agiles mehrstufiges Rollout an bundesweit verteilten Schulen des MINT-EC Netzwerkes erfolgen. Die Schulcloud ist dabei eine übergreifende und integrative Lösung, sie soll bestehende Ansätze und Lösungen nicht ersetzen, sondern im Gegenteil diese vernetzen und somit einer größeren Gruppe von Nutzer/innen zur Verfügung stellen. Dabei sollen, soweit möglich, bestehende Standards, etwa zur Authentifizierung, verwendet werden. Im ersten Teil sollen die zwei grundsätzlich verschiedenen Ansätze zur Umsetzung einer solchen Schulcloud gegenüber gestellt werden, um zu entscheiden, welcher Ansatz im Rahmen des Projektes weiter verfolgt wird. Variante a) Remote Desktop Diese Variante sieht vor, dass an den Schulen lediglich Monitore und Tastaturen zur Verfügung stehen, die zugehörigen Rechner aber in einem über das Internet verbundenen professionellen Rechenzentrum laufen. Dort werden den Nutzer/innen individuell ausgestattete virtuelle Maschinen zur Verfügung gestellt, auf die diese via einer Remote Desktop Verbindung von einem beliebigen Arbeitsplatz aus zugreifen können. Gebraucht werden dazu lediglich ein Anzeige- und Eingabegerät, wie Monitor, Handy, Tablet und eine Internetverbindung. Virtuelle Maschinen sind Softwareprogramme, die einen echten Computer nachbilden, ausgestattet mit einem Betriebssystem und den gewünschten Softwareanwendungen. Sie verhalten sich genauso wie ein „echter“ Computer. Aus Sicht der Nutzer/innen unterscheidet sich eine virtuelle Seite 2/8

Maschine nicht von einem konventionellen PC. Die Nutzer/innen brauchen allerdings keine Software mehr installieren. Das Betriebssystem, sämtliche Programme und das Benutzerprofil liegen in einem Rechenzentrum bereit und werden bei Bedarf über das Internet zur Verfügung gestellt. Variante b) Webbasierte Dienste und SaaS Angebote Auch in dieser Variante werden in die Schulen lediglich sog. Thin Clients benötigt. Im Unterschied zur Remote Desktop Variante wird hierbei aber ausschließlich auf webbasierte Dienste und Angebote zugegriffen. Als Clients kann hierbei jedes Gerät dienen, welches moderne Webseiten und Anwendungen darstellen kann. Auf älteren Rechnern kann hierfür ein schlankes Betriebssystem installiert werden, welches ausschließlich aus einem Webbrowser besteht und komfortabel zentral administriert und mit Updates versorgt werden können. (Dies deckt sich mit dem technologischen Ansatz der Chromebooks). Die Anwendungen werden hierbei aufgeteilt auf in die Darstellung der Oberfläche auf lokalen Geräten und die Logik, die von zentralen Servern bereitgestellt wird (etwa Speichern und Verteilen von Inhalten). Ein Vorteil dieser Lösung besteht unter anderem darin, dass Daten, Dienste und Darstellung voneinander getrennt sind und somit etwa optimierte Darstellungen für mobile Endgerät sowie die Einbindung nativ mobiler Anwendungen ermöglicht werden. Für die Schulen bedeuteten beide Lösungen, dass sie keine eigenen Rechner und Netzwerke anschaffen, installieren, konfigurieren und administrieren müssen. Vielmehr werden dort nur noch einfache Anzeige- oder Eingabegeräte benötigt sowie eine gute Internetverbindung. Neben dem Wegfall der Beschaffung von Schulrechnern liegt ein Vorteil vor allem in den eingesparten Administrationsaufgaben, die heute aufgrund fehlender Administratorstellen überwiegend nicht professionell und leider oft auch fehlerhaft durchgeführt werden. Je mehr Schulen in die Lage versetzt werden, auf die Cloud-Lösung zurückzugreifen, desto effizienter kann diese betrieben werden und desto größer sind die Skaleneffekte bei der Anschaffung und Nutzung von Lernsoftware. In Deutschland scheint es deshalb sinnvoll, eine solche Schulcloud-Lösung schulübergreifend einzurichten. Die Vorteile der Schulcloud liegen auf der Hand und lassen sich wie folgt zusammenfassen:  Flexibilität und Anwendungsbereitschaft  Sicherheit und Verfügbarkeit  Enormes Einsparungspotential für Schulen Im Rahmen der Konzeption soll daher geprüft werden, welche bestehenden Dienste und Anwendungen Teil der ersten prototypischen Ausbaustufe einer Schulcloud werden können. Hierzu zählen: Lerninhalte, virtuelle Labore, Stundenplan-Dienste, soziale Netzwerke und Foren, Kollaboration-Tools, Verwaltungssoftware, Onlineprogrammierumgebungen etc. Seite 3/8

Hierbei soll bestehenden Anbietern von Inhalten und Diensten eine einfache Integration ihrer Angebote in die Schulcloud ermöglicht werden, sodass von kleinen Startup, über die etablierten Schulbuchverlage bis hin zu engagierten Einzelautor/innen von sogenannten Open Educational Ressources (OER) ein breites Spektrum an Anbietern entsteht. Außerdem können bestimmte Dienste und Anwendungen auch zentral von der Schulcloud selbst zur Verfügung gestellt werden. Zusätzlich zu diesen spezifischen Anwendungen gibt es zwei infrastrukturelle Aufgaben, welche von der Schulcloud abgedeckt durch zentrale Dienste bereitgestellt werden müssen. Neben der Bereitstellung einer Lösung zur zentralen Anmeldung an allen Diensten (einem sogenannten Single Sign On) betrifft dies einen Storage-Dienst, in dem Dateien abgelegt werden können. Hierbei ist insbesondere zu evaluieren, ob und wenn ja, inwiefern solche Dienste modular und interoperabel in eine Schulcloud-Architektur eingebunden werden können. ALLEINSTELLUNGSMERKMALE DER SCHULCLOUD  Skalierbarkeit: Die Schulcloud ist skalierbar und kann damit grundsätzlich auch von Schulen genutzt werden, die nicht dem MINT-EC- Verbund angehören  Offen  Zukunftssicher ZIELE DER SCHULCLOUD Perspektive der Lernenden  MINT-EC Schüler/innen bekommen ihre eigenen virtuellen Schulrechner  Zugriff von jedem beliebigen Arbeitsplatz aus  Verfügbarkeit über die gesamte Schulkarriere hinweg  Schüler/innen können Schulmaterialien in der Schulcloud speichern  Gruppenarbeitsräume Perspektive der Lehrkräfte  Lehrkräfte können Unterrichtsinhalte einstellen (z. B. Unterrichtsvideos)  Anbindung an OER-Repsitorien  Verbindung von Vor- und Nachmittagsmarkt ermöglichen  Kommunikation mit Lernenden und Eltern  Nutzung kann durch die Lehrkräfte auf bestimmte Zwecke eingeschränkt werden (z. B. in Hinblick auf Klassenarbeiten)  Rechtssichere Nutzung von Test-Tools/Learning Analytics und entsprechende Datensicherung auf Servern im Geltungsbereich des deutschen bzw. europäischen Rechts Seite 4/8

Leitungs-/Organisationsperspektive  zentrale Administration (z. B. Klassenstufensoftware aufspielen) und Aktualisierung möglich  Bei voller Nutzung der Cloud: Reduzierung von Administrationsaufgaben  Nutzung von zentralen Support-Diensten  Sicheres Lizenz-Management, Beratung zu Rechtsfragen im Kontext OER  Reduzierung der Hardware-Anforderungen in der Schule durch Zugriff auf Cloud-basierte Server-Kapazitäten  Durchgängiges Datenmanagement in Lehre und Schulverwaltung ZIELGRUPPE  Primär: MINT-EC Schulen – diese bundeslandübergreifende Gruppe technikaffiner Schulen eignet sich optimal für die Exemplifizierung des Cloud-Gedankens in Schulen  Langfristig: Schulen, die nicht dem MINT-EC Verbund angehören EINBEZIEHUNG EXTERNEN SACHVERSTANDS  MINT-EC, Ansprechpartnerin:  Schulpolitischer & -didaktischer Sachverstand  Schulspezifisch ausgerichteter mediendidaktischer Sachverstand VORGEHEN & ARBEITSAUFWÄNDE August 2016  User Research zur Ermittlung der inhaltlichen Anforderungen und Bedarfe (inkl. Personalisierung und Individualisierung)   Analyse von bis zu drei nationalen/internationalen Good/Bad Practice Beispielen (z. B. Schulcloud Baden-Württemberg, Bremen, „Studie: Cloud Computing und virtuelle Desktops an den Schulen Oberösterreichs“)  Seite 5/8

 Entwicklung und Begründung eines technischen Konzepts  Technologische Möglichkeitsanalyse  virtuelle Desktops/Webanwendungen/Thin Client auf Basis von Chrome OS Derivat/Hybrid/Proxy/asynchrone Anbindung an ggf. vorhandene Schulserver?  Anwendbarkeit auf verschiedenen Endgeräten (PC, Thin Clients, Tablets, Smartphones)  Paralleler Boot-Service für Hausaufgaben statt disruptiver Einführung  Erforderliche Cloud-Dienste  Erforderliche Bandbreite  Adaptierbarkeit/Flexibilität/Austauschbarkeit von Komponenten?  Systempflege/Maintenance  Meilensteine: Abwägung verschiedener konzeptioneller Ansätze, Ausarbeitung   Entwicklung eines Managementkonzepts  Wie werden die virtuellen Rechner eingerichtet?  Wie werden die Rechner administriert?  Welche Verwaltungsaufgaben müssen wie unterstützt werden (z. B. Klassenbuch, Zensurenvergabe, sichere Zeugnisaufbewahrung, Inhalte eines Faches einer Gruppen von Schüler/innen zur Verfügung stellen, Schulwechsel, Klassenwiederholung)  Tools/Services/Content (z. B. Einbindung von Schulbuchverlagen)  Berechtigungskonzept/Rechteverwaltung (zugriffsbeschränkte Forendiskussionen), Copyright, Datenschutz  Change Management (u. a. schulische/pädagogische Abläufe)  Definition von Erfolgs-/Evaluationskriterien  September/Oktober 2016  Entwicklung eines Demonstrators (kann ggf. auf einer bestehenden Lösungen aufsetzen, z. B. Chrome OS in einer gebrandeten Version)  Darstellung der Schulcloud auf unterschiedlich modernen Endgeräten unterschiedlicher Hersteller (nicht auf einen großen Bildschirm beschränkt, um eine Assoziation zu Smart Boards zu vermeiden)  Erklärung des Schulcloud-Gedankens anhand eines klickbaren Use Case  Auswahl einer aus ca. 10 MINT-EC-Schulen/Klassen  Auswahl einer Schulstunde aus 1-2 Unterrichtsfächern (z. B. Englisch, Geschichte, Biologie)  Auswahl eines haptischen Unterrichtsbeispiels, z. B. Verhaltensweisen von Bienen mit IT erlebbar: ein mit Sensoren ausgestatteter Bienenkasten gewährt Einblicke in das Leben im Bienenstock, die gewonnen Daten werden aufgezeichnet und im Rahmen der naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinnung im Schulunterricht ausgewertet und schaffen dadurch neue Möglichkeiten im Unterricht (vgl. Deutschhaus Gymnasium Würzburg, http://www.deutschhaus.de/fachbereiche/biologie/hobos-projekt/) Seite 6/8

 Live-Videoschaltung in die MINT-EC Schule oder Smart School Saarbrücken: Schüler/innen kann eine Frage gestellt werden, die eine Schülerin direkt beantwortet    Entwicklung/Auswahl der Verwaltungskomponenten    Auswahl von Lernsoftware für die ausgewählten Fächer    Auswahl eines passenden Cloud-Providers (z. B. Telekom, SAP)    Skizze des weiteren Vorgehens/Rollout, Aufwandsschätzungen   Design des Demonstrators durch Unterauftragnehmer November 2016  Technologische Evaluation des Konzepts  Inhaltliche Evaluation des Konzepts (Auswirkungen auf Lehre & Lernen), nach Möglichkeit unter Einbezug eines geeigneten externen Partners Durchgängig  Projektmanagement: regelmäßige Abstimmung mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über anlaufende Sondierungen/Bedarfserhebungen, Sprachregelungen für Informationsmaterialien/Rundschreiben etc., den Projektfortschritt, erzielte Zwischenergebnisse und anstehende nächste Schritte KOSTENPLANUNG Personal User Research, Analyse Good Practice Beispiele, Entwicklung eines technischen Konzepts, Entwicklung eines Managementkonzepts, Technologische Evaluation des Konzepts, Projektmanagement Programmierung eines Demonstrators ∑ Seite 7/8

Sachmittel Design eines Demonstrators durch Unterauftragnehmer (Angebot s. Anhang) Reisekosten ∑ Gesamt AUSBLICK  Erprobungsphase Januar bis Dezember 2017: Ausbau der Schulcloud für 100 MINT-EC-Schulen, Einbindung externer Partner (z. B. SAP, Telekom)  Ausbauphase Januar bis Dezember 2018: Ausbau zur Schulcloud für bis zu 300 MINT-EC Schulen, Einbindung externer Partner (z. B. SAP, Telekom) Seite 8/8