Schulinternes Curriculum für das Fach...

Bischöfliches Pius-Gymnasium, Aachen, Fachkonferenz Informatik

Schulinterner Lehrplan für das Fach Informatik

Schulinternes Curriculum

für das Fach Informatik

Stand: März 2015


Schulinterner Lehrplan für das Fach Informatik 1

Inhalt Seite

1. Aufgaben und Ziele des Informatikunterrichts in der SII 2

2. Entscheidungen zum Unterricht 3

2.1. Unterrichtsvorhaben 3

2.1.1. Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 4

2.1.2. Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 12

2.2. Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 43 2.3. Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 44

2.3.1. Allgemeines 44

2.3.2. Beurteilungsbereich „Klausuren“ 44

2.3.3. Beurteilungsbereich „Sonstige Mitarbeit“ 45

3. Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 46

4. Qualitätssicherung und Evaluation 47

5. Anhang 47



1. Aufgaben und Ziele des Informatikunterrichts in der SII

Beim Bischöflichen Pius Gymnasium handelt es sich um eine vierzügige Schule im Süden

von Aachen mit zurzeit ca. 1100 Schülerinnen und Schülern.

Das Fach Informatik wird als Teil der Fächerkombination MPI (Mathematik-Physik-Informa-

tik) am Pius-Gymnasium ab der Jahrgangsstufe 8 im Wahlpflichtbereich II (WP II) dreistün-

dig angeboten. In der zweijährigen Laufzeit dieser Kurse wird in altersstufengerechter Weise

unter anderem auf Grundlagen der Algorithmik am Beispiel einer didaktischen Lernumge-

bung, auf die technische Informatik am Beispiel von Schaltwerken und Schaltnetzen einge-

gangen. Der Unterricht erfolgt dabei in enger Verzahnung mit Inhalten der Mathematik und

Physik und wird zum Teil in Form von fächerverbindenden Projekten und in Kooperation mit

außerschulischen Partnern gestaltet.

In der Sekundarstufe II bietet das Pius-Gymnasium für die eigenen Schülerinnen und Schüler

in allen Jahrgangsstufen jeweils einen Grundkurs in Informatik an.

Um insbesondere Schülerinnen und Schülern gerecht zu werden, die in der Sekundarstufe I

keinen MPI-Unterricht besucht haben, wird in Kursen der Einführungsphase besonderer Wert

darauf gelegt, dass keine Vorkenntnisse aus der Sekundarstufe I zum erfolgreichen Durchlau-

fen des Kurses erforderlich sind.

Der Unterricht der Sekundarstufe II wird mit Hilfe der Programmiersprache Java durchge-

führt. In der Einführungsphase kommt dabei zusätzlich eine didaktische Bibliothek zum Ein-

satz, welche das Erstellen von grafischen Programmen erleichtert.

Durch projektartiges Vorgehen, offene Aufgaben und Möglichkeiten, Problemlösungen zu

verfeinern oder zu optimieren, entspricht der Informatikunterricht der Oberstufe in besonde-

rem Maße den Erziehungszielen, Leistungsbereitschaft zu fördern, ohne zu überfordern.

Die gemeinsame Entwicklung von Materialien und Unterrichtsvorhaben, die Evaluation von

Lehr- und Lernprozessen sowie die stetige Überprüfung und eventuelle Modifikation des

schulinternen Curriculums durch die Fachkonferenz Informatik stellen einen wichtigen Bei-

trag zur Qualitätssicherung und -entwicklung des Unterrichts dar.

Zurzeit besteht die Fachschaft Informatik des Pius-Gymnasiums aus zwei Lehrkräften, es

existieren zwei Computerräume mit 30 bzw. 24 Computerarbeitsplätzen, ein Laptopwagen

mit 16 Geräten und ein Medienzentrum, in dem Schülern außerhalb des Unterrichts 5 Plätzen

zur Verfügung stehen. Alle Arbeitsplätze sind an das schulinterne Rechnernetz angeschlossen,

so dass Schülerinnen und Schüler mit Hilfe eines Benutzernamens und ein Passwort Zugang

zum zentralen Server der Schule haben. Von allen Arbeitsplätzen kann somit ein Zugriff auf

ihre eigenen Daten, zur Recherche im Internet oder zur Bearbeitung schulischer Aufgaben,

erfolgen.

Der Unterricht erfolgt im 45-Minuten-Takt. Die Kursblockung sieht grundsätzlich für Grund-

kurse eine Doppelstunde und eine Einzelstunde vor.



2. Entscheidungen zum Unterricht

2.1. Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch,

sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken. Dies entspricht der Ver-

pflichtung jeder Lehrkraft, Schülerinnen und Schülern Lerngelegenheiten zu ermöglichen, so

dass alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans von ihnen erfüllt werden können.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisie-

rungsebene. Die in den Tabellen der Konkretisierungsebene angegebenen Kapitel und Materi-

alien beziehen sich auf das im Unterricht verwendete Lehrwerk: Informatik, Lehrwerk für die

gymnasiale Oberstufe, Schöningh

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen und

Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der Unterrichtsvorhaben dar-

gestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen

Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen so-

wie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwer-

punkten zu verschaffen. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungs-

größe, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Freiraum für Vertiefungen,

besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Er-

eignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen

Lehrplans ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ zur Ge-

währleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten

und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, bein-

haltet die Ausweisung „konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) Beispiele und

Materialien, die empfehlenden Charakter haben. Referendarinnen und Referendaren sowie

neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung

in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppenin-

ternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperatio-

nen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen

auch den Kapiteln 2.2 bis 2.3 zu entnehmen sind.

Da in den folgenden Unterrichtsvorhaben Inhalte in der Regel anhand von Problemstellungen

in Anwendungskontexten bearbeitet werden, werden in einigen Unterrichtsvorhaben jeweils

mehrere Inhaltsfelder angesprochen.



2.1.1. Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

Einführungsphase

Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-I

Thema:

Was macht Informatik? - Einführung in die

Inhaltsfelder der Informatik

Zentrale Kompetenzen:

- Kommunizieren und Kooperieren

- Darstellen und Interpretieren

- Argumentieren

Inhaltsfelder:

- Informatiksysteme

- Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte:

- Einsatz, Nutzung und Aufbau von Informa-

tiksystemen

- Wirkung der Automatisierung

Zeitbedarf: 6 Stunden

Unterrichtsvorhaben E-II

Thema:

Grundlagen der objektorientierten Analyse, Mo-

dellierung und Implementierung


- Modellieren

- Implementieren



Inhaltsfelder: - Daten und ihre Strukturierung

- Formale Sprachen und Automaten


- Objekte und Klassen

- Syntax und Semantik einer Programmiersprache




Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-III

Thema:

Algorithmische Grundstrukturen in Java


- Argumentieren

- Modellieren

- Implementieren


Inhaltsfelder: - Daten und ihre Strukturierung

- Algorithmen




- Syntax und Semantik einer Programmier-

sprache

- Analyse, Entwurf und Implementierung ein-

facher Algorithmen


Unterrichtsvorhaben E-IV

Thema: Das ist die digitale Welt! – Einführung in die Grund-

lagen, Anwendungsgebiete und Verarbeitung binärer

Codierung




- Argumentieren

Inhaltsfelder:

- Informatiksysteme



- Binäre Codierung und Verarbeitung

- Besondere Eigenschaften der digitalen Speicherung

und Verarbeitung von Daten




Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-V

Thema:

Modellierung und Implementierung von

Klassen- und Objektbeziehungen anhand le-

bensnaher Anforderungsbeispiele




- Argumentieren

- Modellieren

- Implementieren

Inhaltsfelder:

- Daten und ihre Strukturierung

- Algorithmen




- Syntax, Semantik der Programmiersprache

- Analyse, Entwurf und Implementierung ein-

facher Algorithmen


Unterrichtsvorhaben E-VI

Thema:

Such- und Sortieralgorithmen


- Argumentieren

- Modellieren



Inhaltsfelder: - Algorithmen

- Daten und ihre Strukturierung


- Algorithmen zum Suchen und Sortieren

- Analyse, Entwurf und Implementierung einfa-

cher Algorithmen





Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-VII

Thema:

Leben in der digitalen Welt – Immer mehr

Möglichkeiten und immer mehr Gefahren!?




- Argumentieren

Inhaltsfelder:

- Informatiksysteme



- Geschichte der automatischen Datenverar-

beitung

- Wirkungen der Automatisierung

- Dateisystem


Summe Einführungsphase: 77



Qualifikationsphase (Q1 und Q2) – GRUNDKURS

Qualifikationsphase 1

Unterrichtsvorhaben Q1-I

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellie-

rung und Programmierung anhand einer kon-

textbezogenen Problemstellung


Argumentieren

Modellieren

Implementieren

Darstellen und Interpretieren

Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder:

Daten und ihre Strukturierung

Algorithmen

Formale Sprachen und Automaten

Informatiksysteme


Objekte und Klassen

Analyse, Entwurf und Implementierung

von Algorithmen

Syntax und Semantik einer Programmier-

sprache

Nutzung von Informatiksystemen


Unterrichtsvorhaben Q1-II

Thema: Modellierung und Implementierung von An-

wendungen mit dynamischen, linearen Daten-

strukturen


Argumentieren

Modellieren

Implementieren



Inhaltsfelder:


Algorithmen



Objekte und Klassen


von Algorithmen

Algorithmen in ausgewählten informati-

schen Kontexten


sprache





Unterrichtsvorhaben Q1-III

Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstruk-

turen


Argumentieren

Modellieren

Implementieren



Inhaltsfelder:

Algorithmen




von Algorithmen


schen Kontexten


sprache


Unterrichtsvorhaben Q1-IV

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen

Datenbanken in Anwendungskontexten


Argumentieren

Modellieren

Implementieren



Inhaltsfelder:


Algorithmen


Informatik, Mensch und Gesellschaft


Datenbanken


schen Kontexten


sprache

Sicherheit





Unterrichtsvorhaben Q1-V

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen


Argumentieren



Inhaltsfelder:

Informatiksysteme



Einzelrechner und Rechnernetzwerke

Sicherheit

Nutzung von Informatiksystemen, Wirkun-

gen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 1: 74 Stunden




Unterrichtsvorhaben Q2-I

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwen-

dungen mit dynamischen, nichtlinearen Daten-

strukturen


Argumentieren

Modellieren

Implementieren



Inhaltsfelder:


Algorithmen



Objekte und Klassen

Analyse, Entwurf und Implementierung von

Algorithmen


schen Kontexten


sprache


Unterrichtsvorhaben Q2-II

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen


Argumentieren

Modellieren



Inhaltsfelder:

Endliche Automaten und formale Sprachen


Endliche Automaten

Grammatiken regulärer Sprachen

Möglichkeiten und Grenzen von Automa-

ten und formalen Sprachen





Unterrichtsvorhaben Q2-III

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und

Grenzen der Automatisierbarkeit


Argumentieren


Inhaltsfelder:

Informatiksysteme



Einzelrechner und Rechnernetzwerke

Grenzen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 2: 56 Stunden

2.1.2. Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Im Folgenden sollen die im Unterkapitel 2.1.1 aufgeführten Unterrichtsvorhaben konkretisiert

werden. In der Einführungsphase wird die didaktische Bibliothek GLOOP verwendet. Die folgen-

den Installationspakete und Dokumentationen stehen zur Verfügung:

Installationspaket (Windows ) (Download)

Installationspaket (MacOS) (Download)

Installationspaket (Linux) (Download)

Dokumentationen (Download)

In der Qualifikationsphase werden die Unterrichtsvorhaben unter Berücksichtigung der Vorgaben

für das Zentralabitur Informatik in NRW konkretisiert. Diese sind zu beziehen unter der Adresse

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-

gost/fach.php?fach=15 (abgerufen: 14. 08. 2014)

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/materialdatenbank/nutzersicht/getFile.php?id=6216




http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15



Einführungsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen

Unterrichtsvorhaben der Einführungsphase vertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht in

jedem Unterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:

Die Schülerinnen und Schüler

verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K),

präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse (K),

kommunizieren und kooperieren in Gruppen und in Partnerarbeit (K),

nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen

Verwendung von Daten unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K).

Unterrichtsvorhaben EF-I

Thema: Was macht Informatik? – Einführung in die Inhaltsfelder der Informatik

Leitfragen: Was macht Informatik? Welche fundamentalen Konzepte müssen Informatikerinnen

und Informatiker in ihre Arbeit einbeziehen, damit informatische Systeme effizient und zuverläs-

sig arbeiten können? Wo lassen sich diese Konzepte (in Ansätzen) in dem schuleigenen Netzwerk-

und Computersystem wiederfinden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Im ersten Unterrichtsvorhaben werden die fünf Inhaltsfelder des Faches Informatik beispielhaft an

einem Informatiksystem erarbeitet. Das Unterrichtsvorhaben ist so strukturiert, dass die Schülerin-

nen und Schüler anhand bekannter Alltagstechnik die Grundideen fundamentaler informatischer

Konzepte (Inhaltsfelder) größtenteils selbstständig erarbeiten und nachvollziehen.

Ausgehend von dem bekannten Bedienungs- und Funktionalitätswissen eines Navigationsgerätes

werden die Strukturierung von Daten, das Prinzip der Algorithmik, die Eigenheit formaler Spra-

chen, die Kommunikationsfähigkeit von Informatiksystemen und die positiven und negativen

Auswirkungen auf Mensch und Gesellschaft thematisiert. Das am Beispiel Navigationsgerät er-

worbene Wissen kann auf weitere den Schülerinnen und Schülern bekannte Informatiksysteme

übertragen werden.

In einem letzten Schritt kann ausgehend von den Inhaltsfeldern das Schulnetzwerk in Ansätzen so

analysiert werden, dass ein kompetenter Umgang mit diesem ermöglicht wird.




Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materia-

lien

1. Informatiksysteme und ihr

genereller Aufbau

(a) Daten und ihre Strukturierung

(b) Algorithmen

(c) Formale Sprachen und

Automaten

(d) Informatiksysteme

(e) Informatik, Mensch und

Gesellschaft


- bewerten anhand von Fallbeispielen die

Auswirkungen des Einsatzes von

Informatiksystemen (A)

- nutzen die im Unterricht eingesetzten Informa-

tiksysteme selbstständig, sicher, zielführend

und verantwortungsbewusst (D)

Kapitel 1 Was macht Infor-

matik?

Als Anschauungsmaterial bie-

ten sich Navigationsgeräte

und Landkarten an.

2. Der kompetente Umgang mit

dem Schulnetzwerk

(a) Erstellen und Anlegen von

Ordnerstrukturen

(b) Sortieren von Dateien und

Ordnern

(c) Eingabe von Befehlen über

Eingabeaufforderung

(d) Einzelrechner und Netzwerk

(e) Sicherheit und Datenschutz

Kapitel 1 Was macht Infor-

matik?

Interview mit dem Netzwerk-

administrator, Benutzer- und

Datenschutzbestimmungen

der Schule

Unterrichtsvorhaben EF-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung

Leitfragen: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und in einem Green-

foot-Szenario informatisch realisieren?


Ein zentraler Bestandteil des Informatikunterrichts der Einführungsphase ist die Objektorientierte

Programmierung. Dieses Unterrichtsvorhaben führt in die Grundlagen der Analyse, Modellierung

und Implementierung in diesem Kontext ein.

Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und

Schüler analysiert und im Sinne des objektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die

grundlegenden Begriffe der Objektorientierung und Modellierungswerkzeuge wie Objektdia-

gramme und Klassendiagramme eingeführt.

Im Anschluss wird die objektorientierte Analyse für das Greenfoot-Szenario Planetenerkundung

durchgeführt. Die vom Szenario vorgegebenen Klassen werden von Schülerinnen und Schülern

in Teilen analysiert und entsprechende Objekte anhand einfacher Problemstellungen erprobt. Die

Lernenden implementieren und testen einfache Programme. Die Greenfoot-Umgebung ermög-

licht es, Beziehungen zwischen Klassen zu einem späteren Zeitpunkt (Kapitel 5) zu thematisie-

ren. So kann der Fokus hier auf Grundlagen wie der Unterscheidung zwischen Klasse und Ob-

jekt, Attribute, Methoden, Objektidentität und Objektzustand gelegt werden.



Da in Kapitel 2 zudem auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der Quell-

code aus einer rein linearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die Grund-

lagen der Objektorientierung möglich, ohne dass algorithmische Probleme ablenken. Natürlich

kann die Arbeit an diesen Projekten unmittelbar zum nächsten Unterrichtsvorhaben (Kapitel 3)

führen. Dort stehen Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und

Materialien 1. Identifikation von Objekten

und Klassen

(a) An einem lebensweltnahen Bei-

spiel werden Objekte und

Klassen im Sinne der objektori-

entierten Modellierung einge-

führt.

(b) Objekte werden durch Objekt-

diagramme, Klassen durch

Klassendiagramme dargestellt.

(c) Die Modellierungen werden ei-

nem konkreten Anwendungsfall

entsprechend angepasst.


- ermitteln bei der Analyse einfacher Pro-

blemstellungen Objekte, ihre Eigen-

schaften und ihre Operationen (M),

- stellen den Zustand eines Objekts dar (D),

- modellieren Klassen mit ihren Attributen

und ihren Methoden (M),

- implementieren einfache Algorithmen un-

ter Beachtung der Syntax und Semantik

einer Programmiersprache (I),

- implementieren Klassen in einer Program-

miersprache, auch unter Nutzung

dokumentierter Klassenbibliotheken (I).

Kapitel 2 Einführung in die

Objektorientierung

2.1 Objektorientierte Model-

lierung

2. Analyse von Objekten und

Klassen im Greenfoot-Szenario

(a) Schritte der objektorientierten

Analyse, Modellierung und

Implementation

(b) Analyse und Erprobung der

Objekte im Greenfoot-Szenario


Objektorientierung

2.2 Das Greenfoot-Szenario

„Planetenerkundung“

Von der Realität zu Objek-

ten

Von den Objekten zu Klas-

sen

Klassendokumentation

Objekte inspizieren

Methoden aufrufen

Objektidentität und Objekt-

zustand

3. Implementierung einfacher

Aktionen in Greenfoot

(a) Quelltext einer Java-Klasse

(b) Implementation eigener Metho-

den, Dokumentation mit Ja-

vaDoc

(c) Programme übersetzen (Auf-

gabe des Compilers) und testen


Objektorientierung

2.3 Programmierung in

Greenfoot

Methoden schreiben

Programme übersetzen und

testen



Unterrichtsvorhaben EF-III

Thema: Algorithmische Grundstrukturen in Java

Leitfragen: Wie lassen sich Aktionen von Objekten flexibel realisieren?


Das Ziel dieses Unterrichtsvorhabens besteht darin, das Verhalten von Objekten flexibel zu pro-

grammieren. Ein erster Schwerpunkt liegt dabei auf der Erarbeitung von Kontrollstrukturen. Die

Strukturen Wiederholung und bedingte Anweisung werden an einfachen Beispielen eingeführt und

anschließend anhand komplexerer Problemstellungen erprobt. Da die zu entwickelnden Algorith-

men zunehmend umfangreicher werden, werden systematische Vorgehensweisen zur Entwicklung

von Algorithmen thematisiert.

Ein zweiter Schwerpunkt des Unterrichtsvorhabens liegt auf dem Einsatz von Variablen. Begin-

nend mit lokalen Variablen, die in Methoden und Zählschleifen zum Einsatz kommen, über Vari-

ablen in Form von Parametern und Rückgabewerten von Methoden, bis hin zu Variablen, die die

Attribute einer Klasse realisieren, lernen die Schülerinnen und Schüler die unterschiedlichen Ein-

satzmöglichkeiten des Variablenkonzepts anzuwenden.




Materialien 1. Algorithmen

(a) Wiederholungen (While-

Schleife, Zählschleife)

(b) bedingte Anweisungen

(c) Verknüpfung von Bedingungen

durch die logischen Funktionen

UND, ODER und NICHT

(d) Systematisierung des Vorge-

hens zur Entwicklung von Al-

gorithmen zur Lösung komple-

xerer Probleme


- analysieren und erläutern einfache Algorith-

men und Programme (A),

- entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie

umgangssprachlich und grafisch dar (M),

- ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben

von Methoden einfache Datentypen zu (M),

- modifizieren einfache Algorithmen und Pro-

gramme (I),

- implementieren Algorithmen unter Verwen-

dung von Variablen und Wertzuweisungen,

Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen

(I),

- implementieren Klassen in einer Programmier-

sprache auch unter Nutzung dokumentierter

Klassenbibliotheken (I),

- implementieren einfache Algorithmen unter

Beachtung der Syntax und Semantik einer Pro-

grammiersprache (I),

- testen Programme schrittweise anhand von

Beispielen (I),

- interpretieren Fehlermeldungen und korrigie-

ren den Quellcode (I).

Kapitel 3 Algorithmen

3.1 Kontrollstrukturen

3.2 Wiederholungen

3.3 Zählschleifen

3.4 Bedingte Anweisungen

3.5 Logische Operationen

3.6 Algorithmen entwickeln

2. Variablen und Methoden

(a) Implementierung eigener Me-

thoden mit lokalen Variablen,

auch zur Realisierung einer

Zählschleife

(b) Implementierung eigener Me-

thoden mit Parameterübergabe

und/oder Rückgabewert

(c) Implementierung von Kon-

struktoren

(d) Realisierung von Attributen

Kapitel 4 Variablen und

Methoden

4.1 Variablen

4.2 Methoden



Unterrichtsvorhaben EF-IV

Thema: Das ist die digitale Welt! – Einführung in die Grundlagen, Anwendungsgebiete und Ver-

arbeitung binärer Codierung

Leitfragen: Wie werden binäre Informationen gespeichert und wie können sie davon ausgehend

weiter verarbeitet werden? Wie unterscheiden sich analoge Medien und Geräte von digitalen Me-

dien und Geräten? Wie ist der Grundaufbau einer digitalen Rechenmaschine?


Das Unterrichtsvorhaben hat die binäre Speicherung und Verarbeitung sowie deren Besonderhei-

ten zum Inhalt.

Im ersten Schritt erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand ihnen bekannter technischer Ge-

genstände die Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Besonderheiten der jeweiligen analogen

und digitalen Version. Nach dieser ersten grundlegenden Einordnung des digitalen Prinzips wen-

den die Schülerinnen und Schüler das Binäre als Zahlensystem mit arithmetischen und logischen

Operationen an und codieren Zeichen binär.

Zum Abschluss soll der grundlegende Aufbau eines Rechnersystems im Sinne der Von-Neumann-

Architektur erarbeitet werden.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde

Kompetenzen

Kapitel und

Materialien

1. Analoge und digitale Aufbereitung und

Verarbeitung von Daten

(a) Erarbeitung der Unterschiede von analog

und digital

(b) Zusammenfassung und Bewertung der

technischen Möglichkeiten von analog

und digital


- bewerten anhand von Fallbeispielen

die Auswirkungen des Einsatzes

von Informatiksystemen (A)

- stellen ganze Zahlen und Zeichen in

Binärcodes dar (D)

- interpretieren Binärcodes als Zahlen

und Zeichen (D)

- beschreiben und erläutern den

strukturellen Aufbau und die

Arbeitsweise singulärer Rechner am

Beispiel der „Von-Neumann-

Architektur“ (A)

- nutzen das Internet zur

Recherche, zum

Datenaustausch und zur

Kommunikation (K)

- implementieren Klassen in einer

Programmiersprache auch unter

Nutzung dokumentierter

Klassenbibliotheken (I)

Die digitale Welt 001 – Von

analog zu digital

2. Der Umgang mit binärer Codierung von

Informationen

(a) Das binäre (und hexadezimale) Zahlen-

system

(b) Binäre Informationsspeicherung

(c) Binäre Verschlüsselung

(d) Implementation eines Binärumrechners

Die digitale Welt 010 –

Binäre Welt

3. Aufbau informatischer Systeme

(a) Identifikation des EVA-Prinzips als

grundlegende Arbeitsweise informatischer

Systemen

(b) Nachvollziehen der von-Neumann-Archi-

tektur als relevantes Modell der Umset-

zung des EVA-Prinzips

Die digitale Welt 011 – Der

Von-Neumann-Rechner



Unterrichtsvorhaben EF-V

Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand lebens-

naher Anforderungsbeispiele

Leitfragen: Wie werden realistische Systeme anforderungsspezifisch reduziert, als Entwurf mo-

delliert und implementiert? Wie kommunizieren Objekte und wie wird dieses dargestellt und reali-

siert?


Das Unterrichtsvorhaben hat die Entwicklung von Objekt -und Klassenbeziehungen zum Schwer-

punkt. Dazu werden, ausgehend von der Realität, über Objektidentifizierung und Entwurf bis hin

zur Implementation kleine Softwareprodukte in Teilen oder ganzheitlich erstellt.

Zuerst identifizieren die Schülerinnen und Schüler Objekte und stellen diese dar. Aus diesen Ob-

jekten werden Klassen und ihre Beziehungen in Entwurfsdiagrammen erstellt.

Nach diesem ersten Modellierungsschritt werden über Klassendokumentationen und der Darstel-

lung von Objektkommunikationen anhand von Sequenzdiagrammen Implementationsdiagramme

entwickelt. Danach werden die Implementationsdiagramme unter Berücksichtigung der Klassen-

dokumentationen in Javaklassen programmiert. In einem letzten Schritt wird das Konzept der Ver-

erbung sowie seiner Vorteile erarbeitet.

Schließlich sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage, eigene kleine Softwareprojekte zu ent-

wickeln. Ausgehend von der Dekonstruktion und Erweiterung eines Spiels wird ein weiteres Pro-

jekt von Grund auf modelliert und implementiert. Dabei können arbeitsteilige Vorgehensweisen

zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang wird auch das Erstellen von graphischen Benut-

zeroberflächen eingeführt.





Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien

1. Umsetzung von Anforderungen in

Entwurfsdiagramme

(a) Aus Anforderungsbeschreibungen

werden Objekte mit ihren

Eigenschaften identifiziert

(b) Gleichartige Objekte werden in

Klassen (Entwurf) zusammengefasst

und um Datentypen und Methoden

erweitert


- analysieren und erläutern eine

objektorientierte Modellierung (A),

- stellen die Kommunikation zwischen

Objekten grafisch dar (M),

- ermitteln bei der Analyse einfacher

Problemstellungen Objekte, ihre

Eigenschaften, ihre Operationen und ihre

Beziehungen (M),

- modellieren Klassen mit ihren Attributen,

ihren Methoden und

Assoziationsbeziehungen (M),

- ordnen Attributen, Parametern und

Rückgaben von Methoden einfache

Datentypen, Objekttypen oder lineare

Datensammlungen zu (M),

- ordnen Klassen, Attributen und Methoden

ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),

- modellieren Klassen unter Verwendung

von Vererbung (M),

- implementieren Klassen in einer

Programmiersprache auch unter Nutzung

dokumentierter Klassenbibliotheken (I),

- testen Programme schrittweise anhand von

Beispielen (I),

- interpretieren Fehlermeldungen und

korrigieren den Quellcode (I),

- analysieren und erläutern einfache

Algorithmen und Programme (A)

- modifizieren einfache Algorithmen und

Programme (I),

- entwerfen einfache Algorithmen und

stellen sie umgangssprachlich und grafisch

dar (M).

- stellen Klassen, Assoziations- und

Vererbungs-beziehungen in Diagrammen

grafisch dar (D),

- dokumentieren Klassen durch

Beschreibung der Funktionalität der

Methoden (D)

Kapitel 5 Klassenentwurf

5.1 Von der Realität zum Pro-

gramm

5.2 Objekte

5.3 Klassen und Beziehungen

entwerfen

2. Implementationsdiagramme als

erster Schritt der Programmierung

(a) Erweiterung des Entwurfsdiagramms

um Konstruktoren und get- und set-

Methoden

(b) Festlegung von Datentypen in Java,

sowie von Rückgaben und Pa-

rametern

(c) Entwicklung von Klassendoku-

mentationen

(d) Erstellung von Sequenzdiagrammen

als Vorbereitung für die

Programmierung



implementieren

3. Programmierung anhand der

Dokumentation und des Imple-

mentations- und Sequenzdiagrammes

(a) Klassen werden in Java-Quellcode

umgesetzt.

(b) Das Geheimnisprinzip wird um-

gesetzt.

(c) Einzelne Klassen und das Ge-

samtsystem werden anhand der

Anforderungen und Dokumentationen

auf ihre Korrektheit überprüft.



implementieren

4. Vererbungsbeziehungen

(a) Das Grundprinzip der Vererbung

wird erarbeitet.

(b) Die Vorteile der Vererbungs-

beziehungen

(c) Vererbung wird implementiert


5.5 Vererbung

5. Softwareprojekt

(a) Analyse und Dekonstruktion eines

Spiels (Modelle, Quelltexte)

(b) Erweiterung des Spiels um weitere

Funktionalitäten

(c) Modellierung eines Spiels aufgrund

einer Anforderungsbeschreibung,

inklusive einer grafischen

Benutzeroberfläche

(d) (arbeitsteilige) Implementation des

Spiels

Kapitel 7 Softwareprojekte

7.1 Softwareentwicklung

7.2 Oberflächen



Unterrichtsvorhaben EF-VI

Thema: Such- und Sortieralgorithmen

Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient gesucht und sortiert werden?


Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Such- und Sortieralgorith-

men. Der Schwerpunkt des Vorhabens liegt dabei auf den Algorithmen selbst und nicht auf deren

Implementierung in einer Programmiersprache, auf die in diesem Vorhaben vollständig verzichtet

werden soll.

Zunächst lernen die Schülerinnen und Schüler das Feld als eine erste Datensammlung kennen.

Alle Algorithmen dieses Kapitels arbeiten auf einem Feld.

Die Schülerinnen und Schüler lernen zunächst Strategien des Suchens (lineare Suche, binäre Su-

che, Hashing) und dann des Sortierens (Selection Sort, Insertion Sort, Bubble Sort) kennen.

Daran anschließend lernen die Schülerinnen und Schüler zunächst Strategien des Suchens (lineare

Suche, binäre Suche, Hashing) und dann des Sortierens (Selection Sort, Insertion Sort, Bubble

Sort) kennen. Die Projekteinstiege dienen dazu, die jeweiligen Strategien handlungsorientiert zu

erkunden und intuitive Effizienzbetrachtungen der Suchalgorithmen vorzunehmen.

Schließlich wird die Effizienz unterschiedlicher Sortierverfahren beurteilt.






Materialien 1. Modellierung und Implementation

von Datenansammlungen

(a) Modellierung von Attributen als Fel-

der

(b) Deklaration, Instanziierung und Zu-

griffe auf ein Feld


- analysieren Such- und

Sortieralgorithmen und wenden sie auf

Beispiele an (D)

- entwerfen einen weiteren Algorithmus

zum Sortieren (M)

- beurteilen die Effizienz von

Algorithmen am Beispiel von

Sortierverfahren hinsichtlich Zeit und

Speicherplatzbedarf (A)

- ordnen Attributen lineare

Datenansammlungen zu (M)

Kapitel 6 Suchen und Sor-

tieren

6.1 Speichern mit Struktur –

Arrays

2. Explorative Erarbeitung von Such-

verfahren

(a) Erkundung von Strategien für das

Suchen auf unsortierten Daten, auf

sortierten Daten und mithilfe einer

Berechnungsfunktion

(b) Vergleich der drei Verfahren durch

intuitive Effizienzbetrachtungen


tieren

Projekteinstieg 1: Suchen

6.2 Suchen mit System

Lineare Suche

Binäre Suche

Hashing

3. Systematisierung von Algorithmen

und Effizienzbetrachtungen

(a) Formulierung (falls selbst gefunden)

oder Erläuterung von mehreren Al-

gorithmen im Pseudocode

(b) Anwendung von Sortieralgorithmen

auf verschiedene Beispiele

(c) Bewertung von Algorithmen anhand

der Anzahl der nötigen Vergleiche

(d) Analyse eines weiteren Sortieralgo-

rithmus (sofern nicht in (a) bereits

geschehen)


tieren

Projekteinstieg 2: Sortieren

6.3 Ordnung ist das halbe

Leben!? – Sortieren

Sortieren

Selection Sort

Insertion Sort

Bubble Sort

Unterrichtsvorhaben EF-VII

Thema: Leben in der digitalen Welt – Immer mehr Möglichkeiten und immer mehr Gefahren!?

Leitfragen: Welche Entwicklungen, Ideen und Erfindungen haben zur heutigen Informatik ge-

führt? Welche Auswirkungen hat die Informatik für das Leben des modernen Menschen?


Das Unterrichtsvorhaben stellt die verschiedenen Entwicklungsstränge der Informatik in den Fo-

kus. Darüber hinaus wird beispielhaft analysiert und bewertet, welche Möglichkeiten und Gefah-

ren die moderne Informationsverarbeitung mit sich bringt.

Im ersten Schritt des Unterrichtsvorhabens wird anhand von Themenkomplexen entscheidende

Entwicklungen der Informatik erarbeitet. Dabei werden auch übergeordnete Tendenzen identifi-

ziert.

Ausgehend von dieser Betrachtung kann die aktuelle Informatik hinsichtlich ihrer Leistungsfähig-

keit analysiert werden. Dabei soll herausgestellt werden, welche positiven und negativen Folgen

Informatiksysteme mit sich bringen können.






Materialien

1. Schriftzeichen,

Rechenmaschine, Computer

(a) Anhand von Schwerpunkten,

wie z.B. Datenspeicherung,

Maschinen, Vernetzung sollen

wichtige Entwicklungen der

Informatik vorgestellt werden.

(b) Anhand der unterschiedlichen

Schwerpunkte sollen univer-

selle Tendenzen der Entwick-

lung der Informationsverarbei-

tung erarbeitet werden.


- bewerten anhand von Fallbeispielen die

Auswirkungen des Einsatzes von

Informatiksystemen (A),

- erläutern wesentliche Grundlagen der

Geschichte der digitalen Datenverarbeitung

(A)

- nutzen das Internet zur Recherche, zum Daten-

austausch und zur Kommunikation (K)


Von der Schrift zum

Smartphone

2. Die Informationsverarbeitung

und ihre Möglichkeiten und Ge-

fahren

(a) Ausgehend von 1. werden Ten-

denzen der Entwicklung der

Informatik erarbeitet

(b) Informatik wird als

Hilfswissenschaft klassifiziert,

die weit über ihren originären

Bereich hinaus Effizienz- und

Leistungssteigerungen erzeugt

(c) Anhand von Fallbeispielen

werden technische und organi-

satorische Vorteile, sowie

deren datenschutzrechtlichen

Nachteile betrachtet.


Das Leben in der digitalen

Welt



Qualifikationsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen

Unterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase vertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht

in jedem Unterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:


verwenden die Fachsprache bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K),

nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung von Dateien unter

Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K),

organisieren und koordinieren kooperatives und eigenverantwortliches Arbeiten (K),

strukturieren den Arbeitsprozess, vereinbaren Schnittstellen und führen Ergebnisse zusam-

men (K),

beurteilen Arbeitsorganisation, Arbeitsabläufe und Ergebnisse (K),

präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse adressatengerecht (K).

Unterrichtsvorhaben Q1-I:

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung

Leitfragen: Wie modelliert und implementiert man zu einer Problemstellung in einem geeigneten

Anwendungskontext Java-Klassen inklusive ihrer Attribute, Methoden und Beziehungen? Wie

kann man die Modellierung und die Funktionsweise der Anwendung grafisch darstellen?

Vorhabenbezogenen Konkretisierung:

Zu einer Problemstellung in einem Anwendungskontext soll eine Java-Anwendung entwickelt

werden. Die Problemstellung soll so gewählt sein, dass für diese Anwendung die Verwendung ei-

ner abstrakten Oberklasse als Generalisierung verschiedener Unterklassen sinnvoll erscheint und

eine Klasse durch eine Unterklasse spezialisiert werden kann. Um die Aufgabe einzugrenzen, kön-

nen (nach der ersten Problemanalyse) einige Teile (Modellierungen oder Teile von Java-Klassen)

vorgegeben werden.

Die Schülerinnen und Schülern erläutern und modifizieren den ersten Entwurf und modellieren

sowie implementieren weitere Klassen und Methoden für eine entsprechende Anwendung. Klas-

sen und ihre Beziehungen werden in einem Implementationsdiagramm dargestellt. Dabei werden

Sichtbarkeitsbereiche zugeordnet. Exemplarisch wird eine Klasse dokumentiert. Der Nachrichten-

austausch zwischen verschiedenen Objekten wird verdeutlicht, indem die Kommunikation zwi-

schen zwei ausgewählten Objekten grafisch dargestellt wird. In diesem Zusammenhang wird das

Nachrichtenkonzept der objektorientierten Programmierung wiederholt.





Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien

1. Wiederholung und Er-

weiterung der objektori-entierten Modellierung und Programmierung durch Analyse und Er-weiterung eines kontext-bezogenen Beispiels

(a) Analyse der Problem-stellung

(b) Analyse der Modellie-rung (Implementati-onsdiagramm)

(c) Erweiterung der Mo-dellierung im Imple-mentationsdiagramm (Vererbung, abstrakte Klasse)

(d) Kommunikation zwi-schen mindestens zwei Objekten (grafi-sche Darstellung)

(e) Dokumentation von Klassen

(f) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung


analysieren und erläutern ob-

jektorientierte Modellierun-

gen (A),

beurteilen die syntaktische

Korrektheit und die Funktio-

nalität von Programmen (A),

modellieren Klassen mit ih-

ren Attributen, Methoden und

ihren Assoziationsbeziehun-

gen unter Angabe von Multi-

plizitäten (M),

ordnen Klassen, Attributen

und Methoden ihre Sichtbar-

keitsbereiche zu (M),

modellieren abstrakte und

nicht abstrakte Klassen unter

Verwendung von Vererbung

durch Spezialisieren und Ge-

neralisieren (M),

implementieren Klassen in ei-

ner Programmiersprache auch

unter Nutzung dokumentier-

ter Klassenbibliotheken (I),

nutzen die Syntax und Sem-

antik einer Programmierspra-

che bei der Implementierung

und zur Analyse von Pro-

grammen (I),

wenden eine didaktisch orien-

tierte Entwicklungsumgebung

zur Demonstration, zum Ent-

wurf, zur Implementierung

und zum Test von Informatik-

systemen an (I),

interpretieren Fehlermeldun-

gen und korrigieren den

Quellcode (I),

stellen Klassen und ihre Be-

ziehungen in Diagrammen

grafisch dar (D),

dokumentieren Klassen (D),

stellen die Kommunikation

zwischen Objekten grafisch

dar (D).

Beispiel: Wetthüpfen

Für ein Wetthüpfen zwischen einem

Hasen, einem Hund und einem Vogel

werden die Tiere gezeichnet. Alle

Tiere springen wiederholt nach links.

Die Höhe und Weite jedes Hüpfers ist

zufällig. Evtl. marschieren sie an-

schließend hintereinander her.

oder

Beispiel: Tannenbaum

Ein Tannenbaum soll mit verschiede-

nen Arten von Schmuckstücken verse-

hen werden, die durch unterschiedliche

geometrische Objekte dargestellt wer-

den. Es gibt Kugeln, Päckchen in der

Form von Würfeln und Zuckerringe in

Form von Toren.

Ein Prototyp, der bereits mit Kugeln

geschmückt werden kann, kann zur

Verfügung gestellt werden. Da alle

Schmuckstücke über die Funktion des

Auf- und Abschmückens verfügen sol-

len, liegt es nahe, dass entsprechende

Methoden in einer gemeinsamen Ober-

klasse realisiert werden.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplan-

navigator Unterrichtsvorhaben Q1.1-

Wiederholung

(Download Q1-I.1)




Unterrichtsvorhaben Q1-II:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Daten-

strukturen

Leitfrage: Wie können beliebig viele linear angeordnete Daten im Anwendungskontext verwaltet

werden?


Nach Analyse einer Problemstellung in einem geeigneten Anwendungskontext, in dem Daten nach

dem First-In-First-Out-Prinzip verwaltet werden, werden der Aufbau von Schlangen am Beispiel

dargestellt und die Operationen der Klasse Queue erläutert. Anschließend werden für die Anwen-

dung notwendige Klassen modelliert und implementiert. Eine Klasse für eine den Anforderungen

der Anwendung entsprechende Oberfläche sowie die Klasse Queue wird dabei von der Lehrkraft

vorgegeben. Anschließend wird die Anwendung modifiziert, um den Umgang mit der Datenstruk-

tur zu üben. Anhand einer Anwendung, in der Daten nach dem Last-In-First-Out-Prinzip verwaltet

werden, werden Unterschiede zwischen den Datenstrukturen Schlange und Stapel erarbeitet. Um

einfacher an Objekte zu gelangen, die zwischen anderen gespeichert sind, wird die Klasse List

eingeführt und in einem Anwendungskontext verwendet. In mindestens einem weiteren Anwen-

dungskontext wird die Verwaltung von Daten in Schlangen, Stapeln oder Listen vertieft. Model-

lierungen werden dabei in Entwurfs- und Implementationsdiagrammen dargestellt.






1. Die Datenstruktur Schlange im Anwendungskontext un-ter Nutzung der Klasse Queue

(a) Analyse der Problemstel-lung, Ermittlung von Ob-jekten, ihren Eigenschaf-ten und Operationen

(b) Erarbeitung der Funktio-

nalität der Klasse Queue

(c) Modellierung und Imple-mentierung der Anwen-dung unter Verwendung eines oder mehrerer Ob-

jekte der Klasse Queue


erläutern Operationen dynami-

scher (linearer oder nicht-linea-

rer) Datenstrukturen (A),

analysieren und erläutern Algo-

rithmen und Programme (A),

beurteilen die syntaktische Kor-

rektheit und die Funktionalität

von Programmen (A),

ordnen Attributen, Parametern

und Rückgaben von Methoden

einfache Datentypen, Objektty-

pen sowie lineare und nichtline-

are Datensammlungen zu (M),

ermitteln bei der Analyse von

Problemstellungen Objekte, ihre

Eigenschaften, ihre Operationen

und ihre Beziehungen (M),

modifizieren Algorithmen und

Programme (I),

implementieren iterative und re-

kursive Algorithmen auch unter

Verwendung von dynamischen

Datenstrukturen (I),

nutzen die Syntax und Semantik

einer Programmiersprache bei

der Implementierung und zur

Analyse von Programmen (I),

interpretieren Fehlermeldungen

und korrigieren den Quellcode

(I),

testen Programme systematisch

anhand von Beispielen (I),

stellen lineare und nichtlineare

Strukturen grafisch dar und er-

läutern ihren Aufbau (D).

Beispiel: Patientenwarteschlange (je-

der kennt seinen Nachfolger bzw. al-

ternativ: seinen Vorgänger)

Sobald ein Patient in einer Arztpraxis

eintrifft, werden sein Name und seine

Krankenkasse erfasst. Die Verwal-

tung der Patientenwarteschlange ge-

schieht über eine Klasse, die hier als

Wartezimmer bezeichnet wird. We-

sentliche Operationen sind das „Hin-

zufügen“ eines Patienten und das

„Entfernen“ eines Patienten, wenn er

zur Behandlung gerufen wird.

Die Simulationsanwendung stellt

eine GUI zur Verfügung, legt ein

Wartezimmer an und steuert die Ab-

läufe. Wesentlicher Aspekt des Pro-

jektes ist die Modellierung des War-

tezimmers mit Hilfe der Klasse

Queue.

Anschließend wird der Funktionsum-

fang der Anwendung erweitert: Pati-

enten können sich zusätzlich in die

Warteschlange zum Blutdruckmessen

einreihen. Objekte werden von zwei

Schlangen verwaltet.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehr-

plannavigator Unterrichtsvorhaben

Q1.2 – Warteschlange

(Download Q1-II.1)

2. Die Datenstruktur Stapel im Anwendungskontext unter

Nutzung der Klasse Stack


(b) Erarbeitung der Funktio-

nalität der Klasse Stack

(c) Modellierung und Imple-mentierung der Anwen-dung unter Verwendung eines oder mehrerer Ob-

jekte der Klasse Stack

Beispiel: Heftstapel

In einem Heftstapel soll das Heft ei-

ner Schülerin gefunden werden.

oder

Beispiel: Kisten stapeln

In einem Stapel nummerierter Kisten

soll eine bestimmte Kiste gefunden

und an einen Kunden geliefert wer-

den. Dazu müssen Kisten auf ver-

schiedene Stapel gestapelt und wie-

der zurückgestellt werden.




3. Die Datenstruktur lineare

Liste im Anwendungskon-text unter Nutzung der

Klasse List

(a) Erarbeitung der Vorteile

der Klasse List im Ge-

gensatz zu den bereits bekannten linearen Struk-turen

(b) Modellierung und Imple-mentierung einer kontext-bezogenen Anwendung unter Verwendung der

Klasse List.

Beispiel: Abfahrtslauf

Bei einem Abfahrtslauf kommen die

Skifahrer nacheinander an und wer-

den nach ihrer Zeit in eine Rangliste

eingeordnet. Diese Rangliste wird in

einer Anzeige ausgegeben. Ankom-

mende Abfahrer müssen an jeder

Stelle der Struktur, nicht nur am

Ende oder Anfang eingefügt werden

können.

Materialien:



Q1.2 - Listen

(Download Q1-II.2)

4. Vertiefung - Anwendungen

von Listen, Stapeln oder Schlangen in mindestens einem weiteren Kontext

Beispiel: Skispringen

Ein Skispringen hat folgenden Ab-

lauf: Nach dem Sprung erhält der

Springer eine Punktzahl und wird

nach dieser Punktzahl in eine Rang-

liste eingeordnet. Die besten 30

Springer qualifizieren sich für den

zweiten Durchgang. Sie starten in

umgekehrter Reihenfolge gegenüber

der Platzierung auf der Rangliste.

Nach dem Sprung erhält der Springer

wiederum eine Punktzahl und wird

nach der Gesamtpunktzahl aus bei-

den Durchgängen in die endgültige

Rangliste eingeordnet.

Beispiel: Terme in Postfix-Notation

Die sog. UPN (Umgekehrt-Polni-

sche-Notation) bzw. Postfix-Notation

eines Terms setzt den Operator hinter

die Operanden. Um einen Term aus

der gewohnten Infixschreibweise in

einen Term in UPN umzuwandeln o-

der um den Wert des Terms zu be-

rechnen, kann ein Stack verwendet

werden.

Beispiel: Rangierbahnhof

Auf einem Güterbahnhof gibt es drei

Gleise, die nur zu einer Seite offen

sind. Wagons können also von einer

Seite auf das Gleis fahren und nur

rückwärts wieder hinausfahren. Die

Wagons tragen Nummern, wobei die

Nummer jedoch erst eingesehen wer-

den kann, wenn der Wagon der vor-

derste an der offenen Gleisseite ist.

(Zwischen den Wagons herumzutur-

nen, um die anderen Wagonnummern

zu lesen, wäre zu gefährlich.) Zu-

nächst stehen alle Wagons unsortiert




auf einem Gleis. Ziel ist es, alle Wa-

gons in ein anderes Gleis zu fahren,

so dass dort die Nummern der Wa-

gons vom Gleisende aus aufsteigend

in richtiger Reihenfolge sind. Zusätz-

lich zu diesen beiden Gleisen gibt es

ein Abstellgleis, das zum Rangieren

benutzt werden kann.

Beispiel: Autos an einer Ampel zur

Zufahrtsregelung

Es soll eine Ampel zur Zufahrtsrege-

lung in Java simuliert werden. An ei-

nem geradlinigen, senkrecht von un-

ten nach oben verlaufenden Straßen-

stück, das von Autos nur einspurig in

eine Richtung befahren werden kann,

ist ein Haltepunkt markiert, an dem

die Ampel steht. Bei einem Klick auf

eine Schaltfläche mit der Aufschrift

„Heranfahren“ soll ein neues Auto an

den Haltepunkt heranfahren bzw. bis

an das letzte Auto, das vor dem Hal-

tepunkt wartet. Grünphasen der Am-

pel werden durch einen Klick auf

eine Schaltfläche mit der Aufschrift

„Weiterfahren“ simuliert. In jeder

Grünphase darf jeweils nur ein Auto

weiterfahren. Die anderen Autos rü-

cken nach.

Materialien:



Q1-II.3 – Anwendungen für lineare

Datenstrukturen

(Download Q1-II.3)




Unterrichtsvorhaben Q1-III:

Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen

Leitfrage: Wie kann man gespeicherte Informationen günstig (wieder-)finden?


In einem Anwendungskontext werden zunächst Informationen in einer linearen Liste bzw. einem

Feld gesucht. Hierzu werden Verfahren entwickelt und implementiert bzw. analysiert und erläu-

tert, wobei neben einem iterativen auch ein rekursives Verfahren thematisiert wird und mindestens

ein Verfahren selbst entwickelt und implementiert wird. Die verschiedenen Verfahren werden hin-

sichtlich Speicherbedarf und Zahl der Vergleichsoperationen miteinander verglichen.

Anschließend werden Sortierverfahren entwickelt und implementiert (ebenfalls für lineare Listen

und Felder). Hierbei soll auch ein rekursives Sortierverfahren entwickelt werden. Die Implementa-

tionen von Quicksort sowie dem Sortieren durch Einfügen werden analysiert und erläutert. Falls

diese Verfahren vorher schon entdeckt wurden, sollen sie hier wiedererkannt werden. Die rekur-

sive Abarbeitung eines Methodenaufrufs von Quicksort wird grafisch dargestellt.

Abschließend werden verschiedene Sortierverfahren hinsichtlich der Anzahl der benötigten Ver-

gleichsoperationen und des Speicherbedarfs beurteilt.






1. Suchen von Daten in Listen

und Arrays

(a) Lineare Suche in Listen und in Arrays

(b) Binäre Suche in Arrays als Beispiel für rekursives Problemlösen

(c) Untersuchung der beiden Suchverfahren hinsicht-lich ihrer Effizienz (Lauf-zeitverhalten, Speicher-bedarf)


analysieren und erläutern Algo-

rithmen und Programme (A),

beurteilen die syntaktische Kor-

rektheit und die Funktionalität

von Programmen (A),

beurteilen die Effizienz von Al-

gorithmen unter Berücksichti-

gung des Speicherbedarfs und

der Zahl der Operationen (A),

entwickeln iterative und rekur-

sive Algorithmen unter Nutzung

der Strategien „Modularisie-

rung“ und „Teilen und Herr-

schen“ (M),

modifizieren Algorithmen und

Programme (I),

implementieren iterative und re-

kursive Algorithmen auch unter

Verwendung von dynamischen

Datenstrukturen (I),

implementieren und erläutern

iterative und rekursive Such-

und Sortierverfahren (I),

nutzen die Syntax und Semantik

einer Programmiersprache bei

der Implementierung und zur

Analyse von Programmen (I),

interpretieren Fehlermeldungen

und korrigieren den Quellcode

(I),

testen Programme systematisch

anhand von Beispielen (I),

stellen iterative und rekursive

Algorithmen umgangssprachlich

und grafisch dar (D).

Beispiel: Karteiverwaltung

Für ein Adressverwaltungsprogramm

soll eine Methode zum Suchen einer

Adresse geschrieben werden.

oder

Beispiel: Bundesjugendspiele

Die Teilnehmer an Bundesjugend-

spielen nehmen an drei Disziplinen

teil und erreichen dort Punktzahlen.

Diese werden in einer Wettkampf-

karte eingetragen und an das Wett-

kampfbüro gegeben. Zur Vereinfa-

chung sollte sich das Modell auf die

drei Disziplinen „Lauf”, „Sprung“

und „Wurf“ beschränken.

Im Wettkampfbüro wird das Ergeb-

nis erstellt. Das Programm soll dafür

zunächst den Besten einer Disziplin

heraussuchen können und später das

gesamte Ergebnis nach gewissen Kri-

terien sortieren können.

Materialien:



Q1.3 - Suchen und Sortieren

(Download Q1-III.1)

2. Sortieren in Listen und Ar-

rays - Entwicklung und Im-plementierung von iterati-ven und rekursiven Sortier-verfahren

(a) Entwicklung und Imple-mentierung eines einfa-chen Sortierverfahrens für eine Liste

(b) Implementierung eines einfachen Sortierverfah-rens für ein Feld

(c) Entwicklung eines rekur-siven Sortierverfahren für ein Feld (z.B. Sortieren durch Mischen)


(s.o.)

oder


(s.o.)

Materialien:

(s.o.)




3. Untersuchung der Effizienz

der Sortierverfahren „Sor-tieren durch direktes Einfü-gen“ und „Quicksort“ auf li-nearen Listen

(a) Grafische Veranschauli-chung der Sortierverfah-ren

(b) Untersuchung der Anzahl der Vergleichsoperatio-nen und des Speicherbe-darf bei beiden Sortier-verfahren

(c) Beurteilung der Effizienz der beiden Sortierverfah-ren


(s.o.)

oder


(s.o.)

Materialien:

(s.o.)



Unterrichtsvorhaben Q1-IV:

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten

Leitfragen: Wie können Fragestellungen mit Hilfe einer Datenbank beantwortet werden? Wie

entwickelt man selbst eine Datenbank für einen Anwendungskontext?


Ausgehend von einer vorhandenen Datenbank entwickeln Schülerinnen und Schüler für sie rele-

vante Fragestellungen, die mit dem vorhandenen Datenbestand beantwortet werden sollen. Zur

Beantwortung dieser Fragestellungen wird die vorgegebene Datenbank von den Schülerinnen und

Schülern analysiert und die notwendigen Grundbegriffe für Datenbanksysteme sowie die erforder-

lichen SQL-Abfragen werden erarbeitet.

In anderen Anwendungskontexten müssen Datenbanken erst noch entwickelt werden, um Daten

zu speichern und Informationen für die Beantwortung von möglicherweise auftretenden Fragen

zur Verfügung zu stellen. Dafür ermitteln Schülerinnen und Schüler in den Anwendungssituatio-

nen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten und stellen diese in Entity-Re-

lationship-Modellen dar. Entity-Relationship-Modelle werden interpretiert und erläutert, modifi-

ziert und in Datenbankschemata überführt. Mit Hilfe von SQL-Anweisungen können anschließend

im Kontext relevante Informationen aus der Datenbank extrahiert werden.

Ein Entity-Relationship-Diagramm kann auch verwendet werden, um die Entitäten inklusive ihrer

Attribute und Relationen in einem vorgegebenen Datenbankschema darzustellen.

An einem Beispiel wird verdeutlicht, dass in Datenbanken Redundanzen unerwünscht sind und

Konsistenz gewährleistet sein sollte. Die 1. bis 3. Normalform wird als Gütekriterium für Daten-

bankentwürfe eingeführt. Datenbankschemata werden hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform unter-

sucht und (soweit nötig) normalisiert.






1. Nutzung von relationalen

Datenbanken

(a) Aufbau von Datenbanken und Grundbegriffe

Entwicklung von Frage-

stellungen zur vorhande-

nen Datenbank

Analyse der Struktur der

vorgegebenen Datenbank

und Erarbeitung der Be-

griffe Tabelle, Attribut,

Datensatz, Datentyp, Pri-

märschlüssel, Fremd-

schlüssel, Datenbank-

schema

(b) SQL-Abfragen

Analyse vorgegebener

SQL-Abfragen und Erar-

beitung der Sprachele-

mente von SQL (SEL-

ECT (DISTINCT)

…FROM, WHERE,

AND, OR, NOT) auf

einer Tabelle

Analyse und Erarbeitung

von SQL-Abfragen auf

einer und mehrerer Ta-

belle zur Beantwortung

der Fragestellungen

(JOIN, UNION, AS,

GROUP BY,ORDER

BY, ASC, DESC,

COUNT, MAX, MIN,

SUM, Arithmetische Ope-

ratoren: +, -, *, /,

(…), Vergleichsopera-

toren: =, <>, >, <,

>=, <=, LIKE,

BETWEEN, IN, IS

NULL)

(c) Vertiefung an einem weite-ren Datenbankbeispiel


erläutern die Eigenschaften und

den Aufbau von Datenbanksyste-

men unter dem Aspekt der siche-

ren Nutzung (A),

analysieren und erläutern die Syn-

tax und Semantik einer Datenban-

kabfrage (A),

analysieren und erläutern eine Da-

tenbankmodellierung (A),

erläutern die Eigenschaften nor-

malisierter Datenbankschemata

(A),

bestimmen Primär- und Sekun-

därschlüssel (M),

ermitteln für anwendungsbezo-

gene Problemstellungen Entitäten,

zugehörige Attribute, Relationen

und Kardinalitäten (M),

modifizieren eine Datenbankmo-

dellierung (M),

modellieren zu einem Entity-Re-

lationship-Diagramm ein relatio-

nales Datenbankschema (M),

bestimmen Primär- und Sekun-

därschlüssel (M),

überführen Datenbankschemata in

vorgegebene Normalformen (M),

verwenden die Syntax und Sem-

antik einer Datenbankabfrage-

sprache, um Informationen aus ei-

nen Datenbanksystem zu extra-

hieren (I),

ermitteln Ergebnisse von Daten-

bankabfragen über mehrere ver-

knüpfte Tabellen (D),

stellen Entitäten mit ihren Attri-

buten und die Beziehungen zwi-

schen Entitäten in einem Entity-

Relationship-Diagramm grafisch

dar (D),

überprüfen Datenbankschemata

auf vorgegebene Normalisie-

rungseigenschaften (D).

Beispiel: VideoCenter

VideoCenter ist die Simulation einer

Online-Videothek für den Informa-

tik-Unterricht mit Webfrontends zur

Verwaltung der Kunden, der Videos

und der Ausleihe. Außerdem ist es

möglich direkt SQL-Abfragen einzu-

geben. Es ist auch möglich, die Da-

tenbank herunter zu laden und lokal

zu installieren. Unter

http://dokumentation.videocen-

ter.schule.de/old/video/index.html

(abgerufen: 14. 08. 2014) findet man

den Link zu dem VideoCenter-Sys-

tem sowie nähere Informationen. Le-

senswert ist auch die dort verlinkte

„Dokumentation der Fallstudie” mit

didaktischem Material, welches alter-

nativ bzw. ergänzend zu der im Fol-

genden beschriebenen Durchführung

verwendet werden kann.

Beispiel: Schulbuchausleihe

Unter www.brd.nrw.de/lern-

treffs/informatik/struc-

ture/material/sek2/daten-

banken.php (abgerufen: 14. 08.

2014) wird eine Datenbank zur Ver-

fügung gestellt, die Daten einer

Schulbuch-Ausleihe enthält (über

1000 Entleiher, 200 Bücher mit meh-

reren tausend Exemplaren und viele

Ausleihvorgänge). Die Datenbank

kann in OpenOffice eingebunden

werden.

2. Modellierung von relationa-

len Datenbanken

(a) Entity-Relationship-Dia-gramm

Ermittlung von Entitäten,

zugehörigen Attributen,

Relationen und Kardina-

litäten in Anwendungssi-

Beispiel: Fahrradverleih

Der Fahrradverleih BTR (BikesToRent) verleiht unterschiedliche Typen von Fahrrädern diverser Firmen an seine Kunden. Die Kunden sind bei BTR registriert (Name, Adresse, Telefon). BTR kennt von den Fahrradfirmen den Namen

http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html

http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html

http://www.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php






tuationen und Modellie-

rung eines Datenbank-

entwurfs in Form eines

Entity-Relationship-Dia-

gramms

Erläuterung und Modifi-

zierung einer Datenbank-

modellierung

(b) Entwicklung einer Daten-bank aus einem Daten-bankentwurf

Modellierung eines rela-

tionalen Datenbanksche-

matas zu einem Entity-

Relationship-Diagramm

inklusive der Bestim-

mung von Primär- und

Sekundärschlüsseln

(c) Redundanz, Konsistenz und Normalformen

Untersuchung einer Da-

tenbank hinsichtlich

Konsistenz und Redun-

danz in einer Anwen-

dungssituation

Überprüfung von Daten-

bankschemata hinsicht-

lich der 1. bis 3. Normal-

form und Normalisierung

(um Redundanzen zu

vermeiden und Konsis-

tenz zu gewährleisten)

und die Telefonnummer. Kunden von BTR können CityBikes, Treckingräder und Mountainbikes ausleihen.

Beispiel: Reederei

Die Datenverwaltung einer Reederei

soll in einem Datenbanksystem um-

gesetzt werden. Ausgehend von der

Modellierung soll mit Hilfe eines

ER-Modells und eines Datenbank-

schemas dieser erste Entwurf norma-

lisiert und in einem Datenbanksystem

umgesetzt werden. Es schließen sich

diverse SQL-Abfragen an, wobei auf

die Relationenalgebra eingegangen

wird.

Beispiel: Buchungssystem

In dem Online-Buchungssystem einer Schule können die Lehrer Medienräume, Beamer, Laptops, Kameras, usw. für einen bestimm-ten Zeitpunkt buchen, der durch Datum und die Schulstunde fest-gelegt ist. Dazu ist die Datenbank zu model-lieren, ggf. zu normalisieren und im Datenbanksystem umzusetzen. Weiter sollen sinnvolle Abfragen entwickelt werden.

Unter http://mrbs.source-

forge.net (abgerufen: 14. 08.

2014) findet man ein freies Online-Buchungssystem inklusive Demo, an Hand derer man erläutern kann, worum es in dem Projekt geht. Beispiel: Schulverwaltung

In einer Software werden die Schul-

halbjahre, Jahrgangsstufen, Kurse,

Klassen, Schüler, Lehrer und Noten

einer Schule verwaltet. Man kann

dann ablesen, dass z.B. Schüler X

von Lehrer Y im 2. Halbjahr des

Schuljahrs 2011/2012 in der Jahr-

gangsstufe 9 im Differenzierungsbe-

reich im Fach Informatik die Note

„sehr gut“ erhalten hat. Dazu ist die

Datenbank zu modellieren, ggf. zu

normalisieren und im Datenbanksys-

tem umzusetzen. Weiter sollen sinn-

volle Abfragen entwickelt werden

und das Thema Datenschutz bespro-

chen werden.

http://mrbs.sourceforge.net/

http://mrbs.sourceforge.net/



Unterrichtsvorhaben Q1-V:

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen

Leitfragen: Wie werden Daten in Netzwerken übermittelt? Was sollte man in Bezug auf die Si-

cherheit beachten?


Anschließend an das vorhergehende Unterrichtsvorhaben zum Thema Datenbanken werden der

Datenbankzugriff aus dem Netz, Topologien von Netzwerken, eine Client-Server-Struktur, das

TCP/IP-Schichtenmodell sowie Sicherheitsaspekte beim Zugriff auf Datenbanken und verschie-

dene symmetrische und asymmetrische kryptografische Verfahren analysiert und erläutert. Fall-

beispiele zur Datenschutzproblematik und zum Urheberrecht runden das Unterrichtsvorhaben ab.




1. Daten in Netzwerken und

Sicherheitsaspekte in Net-zen sowie beim Zugriff auf Datenbanken

(a) Beschreibung eines Da-tenbankzugriffs im Netz anhand eines Anwen-dungskontextes und einer Client-Server-Struktur zur Klärung der Funktions-weise eines Datenbank-zugriffs

(b) Netztopologien als Grundlage von Client-Server-Strukturen und TCP/IP-Schichtenmodell als Beispiel für Paket-übermittlung im Netz

(c) Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität in Netzwer-ken sowie symmetrische und asymmetrische kryp-tografische Verfahren (Cäsar-, Vigenère-, RSA-Verfahren) als Methoden Daten im Netz verschlüs-selt zu übertragen


beschreiben und erläutern Topo-

logien, die Client-Server-Struk-

tur und Protokolle sowie ein

Schichtenmodell in Netzwerken

(A),

analysieren und erläutern Eigen-

schaften und Einsatzbereiche

symmetrischer und asymmetri-

scher Verschlüsselungsverfahren

(A),

untersuchen und bewerten an-

hand von Fallbeispielen die Aus-

wirkungen des Einsatzes von In-

formatiksystemen, die Sicherheit

von Informatiksystemen sowie

die Einhaltung der Datenschutz-

bestimmungen und des Urheber-

rechts (A),

untersuchen und bewerten Prob-

lemlagen, die sich aus dem Ein-

satz von Informatiksystemen er-

geben, hinsichtlich rechtlicher

Vorgaben, ethischer Aspekte

und gesellschaftlicher Werte un-

ter Berücksichtigung unter-

schiedlicher Interessenlagen (A),

nutzen bereitgestellte Informa-

tiksysteme und das Internet re-

flektiert zum Erschließen, zur

Aufbereitung und Präsentation

fachlicher Inhalte (D).

Materialien:


plannavigator Unterrichtsvorhaben,

Verschlüsselung Q1.5 - Zugriff auf

Daten in Netzwerken

(Download Q1-V.1)

2. Fallbeispiele zur Daten-schutzproblematik und zum Urheberrecht

Materialien:



Q1 5 - Datenschutz beim Videocen-

ter, Materialblatt-Datenschutzgesetz




Unterrichtsvorhaben Q2-I:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen

Datenstrukturen

Leitfragen: Wie können Daten im Anwendungskontext mit Hilfe binärer Baumstrukturen verwal-

tet werden? Wie kann dabei der rekursive Aufbau der Baumstruktur genutzt werden? Welche Vor-

und Nachteile haben Suchbäume für die geordnete Verwaltung von Daten?


Anhand von Beispielen für Baumstrukturen werden grundlegende Begriffe eingeführt und der re-

kursive Aufbau binärer Bäume dargestellt.

Anschließend werden für eine Problemstellung in einem der Anwendungskontexte Klassen model-

liert und implementiert. Dabei werden die Operationen der Datenstruktur Binärbaum thematisiert

und die entsprechende Klasse BinaryTree (der Materialien für das Zentralabitur in NRW) der Vor-

gaben für das Zentralabitur NRW verwendet. Klassen und ihre Beziehungen werden in Entwurfs-

und Implementationsdiagrammen dargestellt. Die Funktionsweise von Methoden wird anhand gra-

fischer Darstellungen von Binärbäumen erläutert.

Unter anderem sollen die verschiedenen Baumtraversierungen (Pre-, Post- und Inorder) imple-

mentiert werden. Unterschiede bezüglich der Möglichkeit, den Baum anhand der Ausgabe der

Bauminhalte via Pre-, In- oder Postorder-Traversierung zu rekonstruieren, werden dabei ebenfalls

angesprochen, indem die fehlende Umkehrbarbeit der Zuordnung Binärbaum Inorder-Ausgabe

an einem Beispiel verdeutlicht wird.

Eine Tiefensuche wird verwendet, um einen in der Baumstruktur gespeicherten Inhalt zu suchen.

Zu einer Problemstellung in einem entsprechenden Anwendungskontext werden die Operationen

der Datenstruktur Suchbaum thematisiert und unter der Verwendung der Klasse BinarySearchTree

(der Materialien für das Zentralabitur in NRW) weitere Klassen oder Methoden in diesem Anwen-

dungskontext modelliert und implementiert. Auch in diesem Kontext werden grafische Darstellun-

gen der Bäume verwendet.

Die Verwendung von binären Bäumen und Suchbäumen wird anhand weiterer Problemstellungen

oder anderen Kontexten weiter geübt.






1. Analyse von Baumstruktu-ren in verschiedenen Kon-texten

(a) Grundlegende Begriffe (Grad, Tiefe, Höhe, Blatt, Inhalt, Teilbaum, Ebene, Vollständigkeit)

(b) Aufbau und Darstellung von binären Bäumen an-hand von Baumstrukturen in verschiedenen Kontex-ten


erläutern Operationen dy-

namischer (linearer oder

nicht-linearer) Datenstruk-

turen (A),

analysieren und erläutern

Algorithmen und Pro-

gramme (A),

beurteilen die syntaktische

Korrektheit und die Funkti-

onalität von Programmen

(A),

ermitteln bei der Analyse

von Problemstellungen Ob-

jekte, ihre Eigenschaften,

ihre Operationen und ihre

Beziehungen (M),

ordnen Attributen, Parame-

tern und Rückgaben von

Methoden einfache Daten-

typen, Objekttypen sowie

lineare und nichtlineare Da-

tensammlungen zu (M),

modellieren abstrakte und

nicht abstrakte Klassen un-

ter Verwendung von Verer-

bung durch Spezialisieren

und Generalisieren (M),

verwenden bei der Model-

lierung geeigneter Prob-

lemstellungen die Möglich-

keiten der Polymorphie

(M),

entwickeln iterative und re-

kursive Algorithmen unter

Nutzung der Konstrukti-

onsstrategien „Modularisie-

rung“ und „Teilen und

Herrschen“ (M),

implementieren iterative

und rekursive Algorithmen

auch unter Verwendung

von dynamischen Daten-

strukturen (I),

modifizieren Algorithmen

und Programme (I),

nutzen die Syntax und

Semantik einer Program-

miersprache bei der Imple-

mentierung und zur Ana-

lyse von Programmen (I),

Beispiel: Termbaum

Der Aufbau von Termen wird mit

Hilfe von binären Baumstrukturen

verdeutlicht.

oder

Beispiel: Ahnenbaum

Die binäre Baumstruktur ergibt

sich daraus, dass jede Person ge-

nau einen Vater und eine Mutter

hat.

Weitere Beispiele für Anwen-

dungskontexte für binäre Bäume:

Beispiel: Suchbäume (zur sortier-

ten Speicherung von Daten)

Alle Inhalte, die nach einer Ord-

nung vor dem Inhalt im aktuellen

Teilbaum stehen, sind in dessen

linkem Teilbaum, alle die nach

dem Inhalt im aktuellen Teilbaum

stehen, sind in dessen rechtem

Teilbaum. (Dies gilt für alle Teil-

bäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume

Um eine Entscheidung zu treffen,

werden mehrere Fragen mit ja o-

der nein beantwortet. Die Fragen,

die möglich sind, wenn die Ant-

wort auf eine Frage mit „ja“ be-

antwortet wird, befinden sich im

linken Teilbaum, die Fragen, die

möglich sind, wenn die Antwort

„nein“ lautet, stehen im rechten

Teilbaum.

oder

Beispiel: Codierungsbäume für

Codierungen, deren Alphabet aus

genau zwei Zeichen besteht

Morse hat Buchstaben als Folge

von Punkten und Strichen codiert.

Diese Codierungen können in ei-

nem Binärbaum dargestellt wer-

den, so dass ein Übergang zum

linken Teilbaum einem Punkt und

ein Übergang zum rechten Teil-

baum einem Strich entspricht.



interpretieren Fehlermel-

dungen und korrigieren den

Quellcode (I),

testen Programme systema-

tisch anhand von Beispie-

len (I),

stellen lineare und nichtli-

neare Strukturen grafisch

dar und erläutern ihren

Aufbau (D),

stellen iterative und rekur-

sive Algorithmen umgangs-

sprachlich und grafisch dar

(D).

Wenn man im Gesamtbaum star-

tet und durch Übergänge zu lin-

ken oder rechten Teilbäumen ei-

nen Pfad zum gewünschten Buch-

staben sucht, erhält man die Mor-

secodierung des Buchstabens.

Materialien:


plannavigator Unterrichtsvorha-

ben Q2.1 – Binärbaum

(Download Q2-I.1)

2. Die Datenstruktur Binär-

baum im Anwendungskon-text unter Nutzung der Klasse BinaryTree

(a) Analyse der Problemstel-lung, Ermittlung von Ob-jekten, ihren Eigenschaf-ten und Operationen im Anwendungskontext

(b) Modellierung eines Ent-wurfsdiagramms und Ent-wicklung eines Implemen-tationsdiagramms

(c) Erarbeitung der Klasse

BinaryTree und bei-

spielhafte Anwendung der Operationen

(d) Implementierung der An-wendung oder von Teilen der Anwendung

(e) Traversierung eines Bi-närbaums im Pre-, In- und Postorderdurchlauf

Beispiel: Informatikerbaum als bi-

närer Baum

In einem binären Baum werden

die Namen und die Geburtsdaten

von Informatikern lexikogra-

phisch geordnet abgespeichert.

Alle Namen, die nach dieser Ord-

nung vor dem Namen im aktuel-

len Teilbaum stehen, sind in des-

sen linkem Teilbaum, alle die

nach dem Namen im aktuellen


rechtem Teilbaum. (Dies gilt für

alle Teilbäume.)

Folgende Funktionalitäten werden

benötigt:

Einfügen der Informatiker-

Daten in den Baum

Suchen nach einem Informa-

tiker über den Schlüssel

Name

Ausgabe des kompletten Da-

tenbestands in nach Namen

sortierter Reihenfolge

Materialien:



ben Q2.1 – Binärbaum

(Download Q2-I.2)

3. Die Datenstruktur binärer

Suchbaum im Anwendungs-kontext unter Verwendung der Klasse BinarySearchTree


Beispiel: Informatikerbaum als

Suchbaum

In einem binären Suchbaum wer-

den die Namen und die Geburts-

daten von Informatikern lexiko-

graphisch geordnet abgespeichert.

Alle Namen, die nach dieser Ord-

nung vor dem Namen im aktuel-

len Teilbaum stehen, sind in des-

sen linkem Teilbaum, alle die

nach dem Namen im aktuellen






(b) Modellierung eines Ent-wurfsdiagramms und Ent-wicklung eines Implemen-tationsdiagramm, grafische Darstellung ei-nes binären Suchbaums und Erarbeitung der Struk-tureigenschaften

(c) Erarbeitung der Klasse Bi-

narySearchTree und Einfüh-rung des Interface Item zur Realisierung einer geeig-neten Ordnungsrelation

(d) Implementierung der An-wendung oder von Teilen der Anwendung inklusive einer sortierten Ausgabe des Baums

rechtem Teilbaum. (Dies gilt für

alle Teilbäume.)

Folgende Funktionalitäten werden

benötigt:

Einfügen der Informatiker-

Daten in den Baum

Suchen nach einem Informa-

tiker über den Schlüssel

Name

Ausgabe des kompletten Da-

tenbestands in nach Namen

sortierter Reihenfolge

Materialien:



ben Q2.1 – Binärer Suchbaum

4. Übung und Vertiefungen der Verwendung von Binärbäu-men oder binären Suchbäu-men anhand weiterer Prob-lemstellungen

Beispiel: Codierungsbäume (s.o.)

oder Huffman-Codierung

oder

Beispiel: Buchindex

Es soll eine Anwendung entwi-

ckelt werden, die anhand von

Stichworten und zugehörigen Sei-

tenzahlen ein Stichwortregister er-

stellt.

Da die Stichwörter bei der Ana-

lyse des Buches häufig gesucht

werden müssen, werden sie in der

Klasse Buchindex als Such-

baum (Objekt der Klasse Bina-

rySearchTree) verwaltet.

Alle Inhalte, die nach einer Ord-

nung vor dem Inhalt im aktuellen


linkem Teilbaum, alle die nach

dem Inhalt im aktuellen Teilbaum

stehen, sind in dessen rechtem

Teilbaum. (Dies gilt für alle Teil-

bäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume

(s.o.)

oder

Beispiel: Termbaum (s.o.)

oder

Beispiel: Ahnenbaum (s.o.)

Materialien:



ben Q2.1 – Anwendung Binär-

baum

(Download Q2-I.4)




Unterrichtsvorhaben Q2-II:

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen

Leitfragen: Wie kann man (endliche) Automaten genau beschreiben? Wie können endliche Auto-

maten (in alltäglichen Kontexten oder zu informatischen Problemstellungen) modelliert werden?

Wie können Sprachen durch Grammatiken beschrieben werden? Welche Zusammenhänge gibt es

zwischen formalen Sprachen, endlichen Automaten und regulären Grammatiken?


Anhand kontextbezogener Beispiele werden endliche Automaten entwickelt, untersucht und modi-

fiziert. Dabei werden verschiedene Darstellungsformen für endliche Automaten ineinander über-

führt und die akzeptierten Sprachen endlicher Automaten ermittelt. An einem Beispiel wird ein

nichtdeterministischer Akzeptor eingeführt als Alternative gegenüber einem entsprechenden deter-

ministischen Akzeptor.

Anhand kontextbezogener Beispiele werden Grammatiken regulärer Sprachen entwickelt, unter-

sucht und modifiziert. Der Zusammenhang zwischen regulären Grammatiken und endlichen Auto-

maten wird verdeutlicht durch die Entwicklung von allgemeinen Verfahren zur Erstellung einer

regulären Grammatik für die Sprache eines gegebenen endlichen Automaten bzw. zur Entwick-

lung eines endlichen Automaten, der genau die Sprache einer gegebenen regulären Grammatik ak-

zeptiert.

Auch andere Grammatiken werden untersucht, entwickelt oder modifiziert. An einem Beispiel

werden die Grenzen endlicher Automaten ausgelotet.





Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materia-

lien

1. Endliche Automaten

(a) Vom Automaten in den Schülerinnen und Schü-lern bekannten Kontexten zur formalen Beschrei-bung eines endlichen Au-tomaten

(b) Untersuchung, Darstellung und Entwicklung endlicher Automaten


analysieren und erläutern die

Eigenschaften endlicher Auto-

maten einschließlich ihres Ver-

haltens auf bestimmte Eingaben

(A),

analysieren und erläutern

Grammatiken regulärer Spra-

chen (A),

zeigen die Grenzen endlicher

Automaten und regulärer Gram-

matiken im Anwendungszusam-

menhang auf (A),

ermitteln die formale Sprache,

die durch eine Grammatik er-

zeugt wird (A),

entwickeln und modifizieren zu

einer Problemstellung endliche

Automaten (M),

entwickeln und modifizieren zu

einer Problemstellung endliche

Automaten (M),

entwickeln zur akzeptierten

Sprache eines Automaten die

zugehörige Grammatik (M),

entwickeln zur Grammatik ei-

ner regulären Sprache einen zu-

gehörigen endlichen Automaten

(M),

modifizieren Grammatiken re-

gulärer Sprachen (M),

entwickeln zu einer regulären

Sprache eine Grammatik, die

die Sprache erzeugt (M),

stellen endliche Automaten in

Tabellen oder Graphen dar und

überführen sie in die jeweils an-

dere Darstellungsform (D),

ermitteln die Sprache, die ein

endlicher Automat akzeptiert

(D).

beschreiben an Beispielen den

Zusammenhang zwischen Auto-

maten und Grammatiken (D).

Beispiele:

Cola-Automat, Geldspielautomat,

Roboter, Zustandsänderung eines

Objekts „Auto“, Akzeptor für be-

stimmte Zahlen, Akzeptor für

Teilwörter in längeren Zeichen-

ketten, Akzeptor für Terme

Materialien:



ben Q2.2 – Endliche Automaten,

Formale Sprachen (Download Q2-

II.1)

2. Untersuchung und Entwick-

lung von Grammatiken regu-lärer Sprachen

(a) Erarbeitung der formalen Darstellung regulärer Grammatiken

(b) Untersuchung, Modifika-tion und Entwicklung von Grammatiken

(c) Entwicklung von endlichen Automaten zum Erkennen regulärer Sprachen die durch Grammatiken gege-ben werden

(d) Entwicklung regulärer Grammatiken zu endlichen Automaten

Beispiele:

reguläre Grammatik für Wörter

mit ungerader Parität, Grammatik

für Wörter, die bestimmte Zahlen

repräsentieren, Satzgliederungs-

grammatik

Materialien: (s.o.)

3. Grenzen endlicher Automa-

ten

Beispiele:

Klammerausdrücke, anbn im Ver-

gleich zu (ab)n





Unterrichtsvorhaben Q2-III:

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit

Leitfragen: Was sind die strukturellen Hauptbestandteile eines Computers und wie kann man sich

die Ausführung eines maschinenahen Programms mit diesen Komponenten vorstellen? Welche

Möglichkeiten bieten Informatiksysteme und wo liegen ihre Grenzen?


Anhand einer von-Neumann-Architektur und einem maschinennahen Programm wird die prinzipi-

elle Arbeitsweise von Computern verdeutlicht.

Ausgehend von den prinzipiellen Grenzen endlicher Automaten liegt die Frage nach den Grenzen

von Computern bzw. nach Grenzen der Automatisierbarkeit nahe. Mit Hilfe einer entsprechenden

Java-Methode wird plausibel, dass es unmöglich ist, ein Informatiksystem zu entwickeln, dass für

jedes beliebige Computerprogramm und jede beliebige Eingabe entscheidet ob das Programm mit

der Eingabe terminiert oder nicht (Halteproblem). Anschließend werden Vor- und Nachteile der

Grenzen der Automatisierbarkeit angesprochen und der Einsatz von Informatiksystemen hinsicht-

lich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen beurteilt.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materia-

lien

1. Von-Neumann-Architektur und die Ausführung maschi-nennaher Programme a) prinzipieller Aufbau einer

von Neumann-Architektur:

CPU, Rechenwerk, Steuer-

werk, Register, Speicher

b) einige maschinennahe Befeh-

len und ihre Repräsentation

in einem Binär-Code, der in

einem Register gespeichert

werden kann

c) Analyse und Erläuterung der

Funktionsweise eines einfa-

chen Maschinenprogramms


erläutern die Ausführung eines

einfachen maschinennahen Pro-

gramms sowie die Datenspei-

cherung auf einer „Von-

Neumann-Architektur“ (A),

untersuchen und beurteilen

Grenzen des Problemlösens mit

Informatiksystemen (A).

Beispiel:

Addition von 4 zu einer eingege-

ben Zahl mit einem Rechnermo-

dell

Materialien:



Q2.3 –Von-Neumann-Architektur

und maschinennahe Programmie-

rung

(Download Q2-III.1)

2. Grenzen der Automatisier-

barkeit a) Vorstellung Halteproblems

b) Unlösbarkeit Halteproblem

c) Beurteilung des Einsatzes

von Informatiksystemen hin-

sichtlich prinzipieller Mög-

lichkeiten und prinzipieller

Grenzen

Beispiel: Halteproblem

Materialien:



Q2.3 - Halteproblem

(Download Q2-III.2)





Unterrichtsvorhaben Q2-IV:

Wiederholung und Vertiefung ausgewählter Kompetenzen und Inhalte des ersten Jahrs der Quali-

fikationsphase

2.2. Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulprogramms hat die

Fachkonferenz Informatik des Pius-Gymnasiums die folgenden fachmethodischen und fachdidak-

tischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Grundsätze 1 bis 14

auf fächerübergreifende Aspekte, die auch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze

16 bis 22 sind fachspezifisch angelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmen die Struktur der

Lernprozesse.

2) Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungsvermögen der Schüler/in-

nen.

3) Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt.

4) Medien und Arbeitsmittel sind schülernah gewählt.

5) Die Schüler/innen erreichen einen Lernzuwachs.

6) Der Unterricht fördert eine aktive Teilnahme der Schüler/innen.

7) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Schülern/innen und bietet ihnen Möglich-

keiten zu eigenen Lösungen.

8) Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen Schüler/innen.

9) Die Schüler/innen erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei unterstützt.

10) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Partner- bzw. Gruppenarbeit.

11) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum.

12) Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten.

13) Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt.

14) Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht.

15) Der Unterricht beachtet die christlichen Wertvorstellungen einer bischöflichen Schule, wie sie im

Schulprogramm festgelegt sind.

Fachliche Grundsätze:

16) Der Unterricht unterliegt der Wissenschaftsorientierung und ist dementsprechend eng verzahnt mit

seiner Bezugswissenschaft.

17) Der Unterricht ist problemorientiert und soll von realen Problemen ausgehen und sich auf solche rück-

beziehen.

18) Der Unterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und soll ermöglichen, informatische Strukturen

und Gesetzmäßigkeiten in den ausgewählten Problemen und Projekten zu erkennen.

19) Der Unterricht ist anschaulich sowie gegenwarts- und zukunftsorientiert und gewinnt dadurch für die

Schülerinnen und Schüler an Bedeutsamkeit.

20) Der Unterricht ist handlungsorientiert, d.h. projekt- und produktorientiert angelegt.

21) Im Unterricht werden sowohl für die Schule didaktisch reduzierte als auch reale Informatiksysteme

aus der Wissenschafts-, Berufs- und Lebenswelt eingesetzt.

22) Der Unterricht beinhaltet reale Begegnung mit Informatiksystemen.



2.3. Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung

2.3.1. Allgemeines

Die Grundsätze der Leistungsbewertung ergeben sich aus dem Schulgesetz, das Verfahren aus der

Verordnung über den Bildungsgang und die Abiturprüfung in der gymnasialen Oberstufe (APO-

GOSt).

Bewertet werden der Umfang der Kenntnisse, die methodische Selbstständigkeit in ihrer Anwen-

dung sowie die sachgemäße schriftliche und mündliche Darstellung.

Bei der schriftlichen und mündlichen Darstellung wird auf sachliche und sprachliche Richtigkeit,

auf fachsprachliche Korrektheit, auf gedankliche Klarheit und auf eine der Aufgabenstellung an-

gemessene Ausdrucksweise geachtet.

Bei Gruppenarbeiten muss die individuelle Leistung des einzelnen Schülers erkennbar und be-

wertbar sein.

Dem Beurteilungsbereich „Sonstige Mitarbeit“ kommt der gleiche Stellenwert zu wie dem Beur-

teilungsbereich „Klausuren“. Die Teilnoten in den beiden Beurteilungsbereichen werden unabhän-

gig voneinander gebildet. Die Gesamtnote wird nicht rein arithmetisch, sondern nach pädagogi-

schen Gesichtspunkten gebildet. Dabei ist die Entwicklung der Schülerin bzw. des Schülers über

einen längeren Zeitraum zu beachten.

Anzahl und Dauer der Klausuren

Stufe EF EF Q1.1 Q1.2 Q2.1 Q2.2 (Abi-

tur)

Anzahl 2 2 2 2 2 1 1

Dauer/ min 90 90 90 90 135 180 180

2.3.2. Beurteilungsbereich „Klausuren“

Klausuren dienen der schriftlichen Überprüfung der Lernergebnisse in einem Kursabschnitt. Sie

sollen darüber Aufschluss geben, inwieweit im laufenden Kursabschnitt gesetzte Ziele erreicht

worden sind. Sie werden nach den Vorgaben der Richtlinien Informatik für die SII korrigiert und

beurteilt. Sie bereiten auf die komplexen Anforderungen in der Abiturprüfung vor.

Im zweiten Halbjahr des ersten Jahres der Qualifikationsphase (Q1) kann eine Klausur durch eine

Facharbeit ersetzt werden. Die Kriterien zur Bewertung der Facharbeit sind in den Richtlinien In-

formatik der SII festgelegt.

Die Bewertung der Klausuren erfolgt nach dem folgenden Schema:

Einführungsphase:

Note sehr gut (1) gut (2) befriedigend

(3)

ausreichend

(4)

mangelhaft

(5)

ungenügend

(6)

ab ca. 86% 71% 56% 41% 21% 0%

Eine Angabe von Notentendenzen (plus/ minus) ist bei der Benotung der Klausuren möglich.



Qualifikationsphase:

Punkte 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Note 1+ 1 1- 2+ 2 2- 3+ 3 3- 4+ 4 4- 5+ 5 5- 6

ab ca. % 96 91 86 81 76 71 66 61 56 51 46 41 34 27 20 0

Der defizitäre Bereich beginnt bei der Note „ausreichend minus“. Formalfehler und Mängel in der

Darstellung werden mit bis zu 15% der Gesamtpunktzahl gewichtet.

2.3.3. Beurteilungsbereich „Sonstige Mitarbeit“

Im Beurteilungsbereich „Sonstige Mitarbeit“ sind alle Leistungen zu werten, die eine Schülerin

oder ein Schüler im Zusammenhang mit dem Unterricht mit Ausnahme der Klausuren und der

Facharbeit erbringt.

Dazu gehören Beiträge zum Unterrichtsgespräch, beim selbstständigen Arbeiten, in Gruppenar-

beit, bei der Mitarbeit in Projekten sowie bei der Präsentation von Arbeitsergebnissen.

Die Schülerinnen und Schüler werden durch die verschiedenen Formen der „Sonstigen Mitarbeit“

auf die mündliche Abiturprüfung vorbereitet und lernen deren Struktur und Beurteilungskriterien

kennen.

Die in 1.4.3 für die SI genannten Teilbereiche der sonstigen Mitarbeit gelten auch für die Ober-

stufe. Nach den Richtlinien Informatik für die SII sind die Beiträge der Schülerinnen und Schüler

zum Unterrichtsgespräch Basis der Leistungsbewertung in diesem Beurteilungsbereich. Zudem hat

das Vortragen der Hausaufgaben im Fach Informatik einen beachtlichen Stellenwert.

Verstärkt sollen jedoch in der Oberstufe Selbstständiges Arbeiten (auch und insbesondere in Ver-

tretungsstunden) sowie Arbeiten in Gruppen und Projekten gefordert und gefördert werden. Bei

der Leistungsbewertung in diesen Arbeitsformen können Gesichtspunkte sein, wie und in wel-

chem Umfang die Schülerinnen und Schüler

Beiträge zur Arbeit leisten

Beiträge anderer aufnehmen und weiterentwickeln

sich in die Denkweisen anderer einfinden

Aufgaben wie Gesprächsleitung, Protokollführung, Programmorganisation übernehmen

Informationen beschaffen und erschließen

ihre Gruppenarbeit organisieren und durchführen, auch in arbeitsteiligen Verfahren

systematische und heuristische Vorgehensweisen nutzen

ihre Arbeitsschritte überprüfen, diskutieren und dokumentieren

Bei der selbstständigen Arbeit kann darüber hinaus mit bewertet werden, inwieweit eine Schülerin

oder ein Schüler in der Lage ist

das eigene Lernen zielbewusst zu planen und zu steuern

den eigenen Lernerfolg zu überprüfen

daraus Rückschlüsse zu ziehen für das weitere Lernen



3. Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen

Die Fachkonferenz Informatik hat sich im Rahmen des Schulprogramms für folgende zentrale

Schwerpunkte entschieden:

Zusammenarbeit mit anderen Fächern

Im Informatikunterricht werden Kompetenzen anhand informatischer Inhalte in verschiedenen

Anwendungskontexten erworben, in denen Schülerinnen und Schülern aus anderen Fächern

Kenntnisse mitbringen können. Diese können insbesondere bei der Auswahl und Bearbeitung von

Softwareprojekten berücksichtigt werden und in einem hinsichtlich der informatischen Problem-

stellung angemessenem Maß in den Unterricht Eingang finden.

Insbesondere stellen die Fächer Mathematik, Physik und Sozialwissenschaften eine Fülle von

Problemen bereit, deren Behandlung den Informatikunterricht bereichern. Genannt seien hier:

Mathematik: Primzahlbehandlung, Sieb des Eratosthenes, Gauß-Algorithmus zur Lösung von

Gleichungssystemen, Behandlung von Wachstumsprozessen, Grafische Auswertung von statisti-

schem Datenmaterial, Berechnung von Ausgleichsgeraden, Zahlensysteme (Binärsystem, Hexade-

zimalsystem), Auswertung mathematischer Terme durch Syntaxanalyse, Funktionsplotter zur gra-

fischen Darstellung von Schaubildern, numerische (näherungsweise) Lösung von Gleichungen,

Kurvendiskussion

Physik: Simulation physikalischer Vorgänge, z.B. schiefer Wurf mit Luftreibung

Sozialwissenschaften: Probleme des Schutzes personenbezogener Daten, Datenschutzgesetz,

Möglichkeiten zur Identitätsermittlung aus wenigen Daten



4. Qualitätssicherung und Evaluation

Durch Diskussion der Aufgabenstellung von Klausuren in Fachdienstbesprechungen und eine re-

gelmäßige Erörterung der Ergebnisse von Leistungsüberprüfungen wird ein hohes Maß an fachli-

cher Qualitätssicherung erreicht.

Das schulinterne Curriculum (siehe 2.1) ist zunächst bis 2017 für den ersten Durchgang durch die

gymnasiale Oberstufe nach Erlass des Kernlehrplanes verbindlich. Erstmalig nach Ende der Ein-

führungsphase im Sommer 2015, werden in einer Sitzung der Fachkonferenz Erfahrungen ausge-

tauscht und ggf. Änderungen für den nächsten Durchgang der Einführungsphase beschlossen, um

erkannten ungünstigen Entscheidungen schnellstmöglich entgegenwirken zu können.

Nach Abschluss des Abiturs 2017 wir die Fachkonferenz Informatik auf der Grundlage ihrer Un-

terrichtserfahrungen eine Gesamtsicht des schulinternen Curriculums vornehmen und ggf. eine

Beschlussvorlage für die erste Fachkonferenz des folgenden Schuljahres erstellen.

5. Anhang

Die Tabelle auf den folgenden Seiten gibt brauchbare Kriterien für die Bildung der Note im Be-

reich „Sonstige Mitarbeit“.



KRITERIEN FÜR DIE LEISTUNGSBEWERTUNG DER SONSTIGEN MITARBEIT IM INFORMATIK- UNTERRICHT DER SEK. II

Note/

Punkte

Unterrichtsgespräch und Sach-

kompetenz

Hausaufga-

ben

Methodenkompetenz Verhalten bei Grup-

penarbeit, Sozial-

kompetenz

Selbstkompetenz

sehr gut/

13-15

gleichmäßig hohe, konzentrierte und äu-ßerst qualitätvolle Mitarbeit im Unter-richt; Erkennen eines Problems und dessen Einordnung und eigenständige Lösung in einen größeren Zusammenhang; sachgerechte und ausgewogene Beur-teilung; angemessene, klare sprachliche Dar-stellung und richtige Verwendung von Fachbegriffen, Algorithmen und Struktu-ren

HA und Projekte regelmäßig, dif-ferenziert und gründlich mit herausragenden Ergebnissen

methodische Vielfalt; zielsicheres Beschaffen von Informationen und deren Verarbeitung; überzeugende Präsenta-tion auch von Teilergeb-nissen; besonders struk-turierte und inhaltliche Qualität; sachgerechter, souveräner Einsatz fach-spezifischer Arbeitstech-niken

bringt bei Schwierigkei-ten die ganze Gruppe voran; übernimmt Ver-antwortung für die Gruppe, unterstützt die anderen hervorragend

zeigt eine ausgeprägte Bereitschaft, sich auf Fra-gestellungen des Unter-richtes einzulassen und sich mit diesen korrelativ sowie kritisch auseinan-derzusetzen; anstrengungsbereit, intrin-sisch motiviert; selbstbewusst, nicht leicht zu entmutigen

gut/

10-12

hohe Mitarbeit im Unterricht; Verständnis schwieriger Sachverhalte und deren Einordnung in den Gesamt-zusammenhang des Themas; Erkennen des Problems; Kenntnisse über die Un-terrichtsreihe hinaus; Verwendung von Fachbegriffen; vermittelte Fachkenntnisse werden be-herrscht; unterrichtsfördernde Beiträge; weitgehend vollständige weiterführende Ausführungen; sicherer Umgang auch mit anspruchsvollen Problemen und sachgerechte Anwendung von Fachter-mini;

HA und Projekte regelmäßig und differenziert mit guten Leistun-gen

selbstständige Informati-onsbeschaffung; Kennt-nis und souveräne An-wendung verschiedener Arbeits- und Präsentati-onstechniken; sachgerechter, souverä-ner Einsatz fachspezifi-scher Arbeitstechniken

aktiv an zeitökonomi-scher Planung und Durchführung der GA beteiligt, wirkt bei Schwierigkeiten aktiv an Problemlösung mit, geht aktiv auf Meinun-gen anderer ein

zeigt eine ausgeprägte Bereitschaft, sich auf Fra-gestellungen des Unter-richts einzulassen und sich mit diesen korrelativ auseinanderzusetzen; traut sich auch schwierige Aufgaben zu; Gedanken-gänge werden selbststän-dig weiterentwickelt und klar dargestellt und argu-mentativ vertreten



befriedigend/

7-9

insgesamt regelmäßig freiwillige Mitar-beit im Unterricht; im Wesentlichen richtige Wiedergabe einfacher Fakten und Zusammenhänge aus unmittelbar behandeltem Stoff; vermittelte Fachkenntnisse werden überwiegend beherrscht; weitgehend vollständige, differenzierte, sachbezogene Ausführungen; mittelschwere Algorithmen werden sach-gerecht verstanden und bearbeitet; Darstellungen in der Programmierspra-che sind weitgehend brauchbar; begrenztes Problembewusstsein

HA und Projekte regelmäßig und mit befriedigen-den Leistungen

kann projektdienliche In-formationen einbringen, zugeteilte Inhalte erfas-sen und dokumentieren; fachspezifische Arbeits-techniken werden meist sachgerecht ausgewählt und eingesetzt; Verwendung adäquater Arbeitsmaterialien

erkennbare Mitverant-wortung für das ge-meinsame Projekt; sorgt mit für störungs-freies Miteinander; zeigt Bereitschaft, ei-gene und Gruppener-gebnisse zu präsentie-ren

zeigt Bereitschaft, sich auf Fragestellungen des Un-terrichtes einzulassen und sich mit diesen korrelativ auseinanderzusetzen; lässt sich nicht leicht ent-mutigen; greift gelegentlich Beiträge anderer auf und führt diese fort; verständliche Ausdrucks-weise und leicht nachvoll-ziehbare Programmteile mit hinreichenden Kom-mentaren

ausreichend/

4-6

nur gelegentlich freiwillige Mitarbeit im Unterricht; Äußerungen beschränken sich auf die Wiedergabe einfacher Fakten und Zu-sammenhänge aus dem unmittelbar be-handelten Stoffgebiet und sind im We-sentlichen richtig; vermittelte Fachkenntnisse werden mit Einschränkungen beherrscht; leichtere Programmstücke werden dem Sinn nach richtig erfasst; teilweise nachlässige Darstellungen in der Programmiersprache

HA und Projekte nicht regelmä-ßig oder nur oberflächlich er-ledigt

Schwierigkeiten, Arbeits-abläufe folgerichtig und zeitökonomisch zu pla-nen, fachspezifische Arbeits-techniken (z.B. Program-mierung; Umsetzung v. Algorithmen; Programm-analyse) werden einge-setzt

Kommunikationsfähig-keit und -bereitschaft nur in Ansätzen; verlässt sich lieber auf die anderen Gruppen-mitglieder; beteiligt sich zuweilen aktiv an Entscheidungs-prozessen in der Gruppe; selten Präsentation von Ergebnissen

zeigt Bereitschaft, sich auf Fragestellungen des Un-terrichtes einzulassen; neigt bei auftretenden Schwierigkeiten zu aus-weichendem Verhalten, ist auf Nachfrage in der Lage, sich zu den Beiträgen an-derer zu äußern; folgt den Beiträgen ande-rer noch aufmerksam



mangelhaft/

1-3

überwiegend passives Verhalten im Un-terricht; Äußerungen nach Aufforderung sind einsilbig, unstrukturiert und nur teilweise richtig; Fehlleistungen, auch nach Vorbereitung; Schwierigkeiten bei sachbezogener Ver-arbeitung von Wissen und der Verknüp-fung von Zusammenhängen; oft mangelndes Verständnis der eigentli-chen Probleme

HA oder Pro-jekte häufig nicht vorhanden oder nur lücken-haft erledigt; zu vorbereiteten Themen meist keine sachbezo-genen Äußerun-gen

kaum in der Lage, mit den Lerngegenständen sachgerecht und syste-matisch umzugehen; legt lediglich unverarbei-tetes Material (z.B. Inter-netausdrucke oder abge-schrieben Programm-teile) vor

wenig projektdienliche Mitarbeit; wenig zuverlässig; nicht auf Gruppenarbeit vorbereitet; übernimmt keine Mitver-antwortung; beschränkt Rolle am liebsten auf „Programm-tester“ für die Gruppe

kaum Bereitschaft, sich auf Fragestellungen des Unterrichtes einzulassen

ungenügend/

0

keine freiwillige Mitarbeit im Unterricht; Äußerungen nach Aufforderung sind falsch; Fachwissen nicht erkennbar

sehr häufig keine HA, feh-lende Projektar-beit

keine Arbeitsplanung; nicht in der Lage, mit den Lerngegenständen sachgerecht umzuge-hen; nicht in der Lage, Informationen einzuho-len und darzustellen

kein situationsange-messenes Gesprächs-verhalten; nicht kooperativ; bei Gruppenarbeit kein Interesse an eigenem Arbeitsanteil und an Ar-beitskontakten zu Mit-schülern; hält sich nicht an Re-geln

keine Bereitschaft, sich auf Fragestellungen des Unterrichtes einzulassen; fehlende Selbständigkeit im Arbeiten; Abschreiben der Arbeitsergebnisse der Mitschüler; wiederholtes unentschul-digtes Fehlen

Schulinternes Curriculum für das Fach...

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