Informatik Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan Sekundarstufe und gymnasiale Oberstufe für die
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Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die
Sekundarstufe und gymnasiale Oberstufe
Informatik
(Stand: 13.12.2020)
1Inhalt
Seite
1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit 3
1.1 Das Erzbischöfliche St. Ursula-Gymnasium Brühl 3
1.2 Die Fachgruppe Informatik 4
2 Entscheidungen zum Unterricht 6
2.1 Unterrichtsvorhaben 6
2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 7
I) Stufe 5 7
II) Stufe 6 8
III) Einführungsphase 9
IV) Qualifikationsphase (Q1 und Q2) - GRUNDKURS 11
Qualifikationsphase – Q1 11
Qualifikationsphase – Q2 12
2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 13
I) Einführungsphase 13
II) Qualifikationsphase 24
2.2 Curriculare Eigenprägung 39
2.3 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 40
2.4 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 41
2.5 Lehr- und Lernmittel 44
3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 45
3.1 Fachübergreifende Zusammenarbeit 45
3.2 Vorbereitung auf die Erstellung der Facharbeit 45
4 Qualitätssicherung und Evaluation 46
21 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit
1.1 Das Erzbischöfliche St. Ursula-Gymnasium Brühl
Das private Erzbischöfliche St. Ursula-Gymnasium ist ein vierzügiges Gymnasium mit
Langtagen in Trägerschaft des Erzbistums Köln. Zurzeit werden dort 1023 Schüler von
74 Lehrpersonen unterrichtet.
Die Schule liegt im Zentrum der Stadt Brühl mit ca. 45.000 Einwohnern. Das
Einzugsgebiet der Schule beschränkt sich nicht nur auf das Stadtgebiet, sondern auch
auf das Umland. Aus diesen umliegenden Orten, welche vorwiegend eine
kleinstädtische bzw. dörfliche Struktur aufweisen, erreichen viele unserer Schüler mit
dem ÖPNV die Schule. Durch die Kooperation mit sozialen Einrichtungen durch ein
jährlich stattfindendes Sozialpraktikum sowie die enge Zusammenarbeit mit etlichen
Betrieben aus diversen Bereichen im Rahmen der Berufsorientierung, ist unser
Gymnasium in der Stadt Brühl sowie im Umland gut bekannt und vernetzt.
Im Schulprogramm ist das Leitbild unserer Schule verankert. Dieses stellt die
Persönlichkeits- und Zukunftsgestaltung unserer Schüler in den Mittelpunkt unseres
täglichen Handelns. Da wir eine katholische Schule sind orientieren wir uns hierbei an
christlichen Werten.
Zentral hierfür ist die Achtsamkeit gegenüber sich selbst, gegenüber dem Nächsten
sowie gegenüber Gott und seiner Schöpfung. In dem Bewusstsein der Einzigartigkeit
jedes Menschen möchte unsere Schule alle Schüler in der Vielfalt ihrer Möglichkeiten
annehmen und die Entwicklung ihrer Persönlichkeit in den Mittelpunkt stellen.
So kann jeder Einzelne mit seinen Stärken und Schwächen in Gelassenheit ein
realistisches Selbstwertgefühl entwickeln. Unsere Schule begleitet und fördert durch
ein umfassendes Verständnis von Bildung diesen Prozess des zunehmenden
Selbstvertrauens, der Ich-Stärkung und der Entfaltung individueller Talente.
Wir pflegen eine positive Atmosphäre, die Freude an unserer Schule erlebbar macht. In
unserer Gemeinschaft begegnen wir einander verantwortungsvoll, achtsam und in
gegenseitigem Respekt. Die Bewahrung der Schöpfung ist ein zentrales Motiv des
schulischen Handelns.
So werden die Schüler befähigt, im Bewusstsein ihrer Verantwortung vor Gott und den
Menschen ein selbstbestimmtes, sinnerfülltes Leben zu führen und an der Gestaltung
einer sich entwickelnden Gesellschaft mitzuwirken.
Diese Leitgedanken sind zentral für unsere unterrichtliche Arbeit in den einzelnen
Fächern sowie bei unserem breiten Angebot von Arbeitsgemeinschaften.
Gerade auch im Fach Informatik wird das Leitbild unserer Schule durch die beteiligten
Lehrkräfte durch ihre Haltung und ihr direktes Handeln gelebt und im Unterricht
eingebracht.
31.2 Die Fachgruppe Informatik
Zurzeit besteht die Fachschaft Informatik des St. Ursula Gymnasiums Brühl aus drei
Lehrkräften, denen zwei Computerräume mit 32 bzw. 30 Arbeitsplätzen und ein
„tragbarer Computerraum“ mit 32 Convertibles (aufgeteilt auf zwei Laptopkoffer) zur
Verfügung stehen. Die Arbeitsplätze der jeweiligen Räume sind mit Internet versehen,
zudem sind pro Raum zwei Drucker, ein Beamer und ein Soundsystem für die
Präsentation vorhanden. Des Weiteren benutzen alle Schülerinnen und Schüler ihren
eigenen persönlichen Account an allen Geräten, welcher über einen persönlichen
Dateibereich verfügt. Ferner gibt es mehrere entsprechend geschützte
Netzwerkpartitionen, auf der die Lehrkräfte den Schülerinnen und Schülern Dateien
zur Verfügung stellen können, einen Austausch-Ordner für Lehrkräfte und
Schülerinnen und Schüler zum Einsammeln und einen Lehreraustausch-Ordner. Die
Systempartitionen aller Computer (tragbare und Festgeräte) sind softwareseitig gegen
unbefugte Veränderungen geschützt.
Der Unterricht erfolgt im 45-Minuten-Takt. Die Kursblockung sieht grundsätzlich für
Grundkurse eine Doppelstunde und eine Einzelstunde vor.
In der Sekundarstufe I bietet das St. Ursula Gymnasium Brühl Informatik in der Klasse 5
und 6 (beginnend mit G9) an. In Klasse 8 (nur für G8) wird ebenfalls Informatik
angeboten, dies läuft aber mit der Umstellung von G8 auf G9 aus.
In der Sekundarstufe II bietet das St. Ursula Gymnasium Brühl Grundkurse in
Informatik an. Die Kursblockung sieht grundsätzlich eine Doppelstunde und eine
Einzelstunde vor. Zur Vermittlung der Grundlagen von Programmiersprachen und zur
Entwicklung eigener Anwendungen wird im Unterricht der Sekundarstufe II die
objektorientierte Programmiersprache Java eingesetzt, diese ist im Zentralabitur als
Pflichtprogrammiersprache festgelegt. In der Einführungsphase kommt dabei
zusätzlich eine didaktische Bibliothek zum Einsatz, welche das Erstellen von grafischen
Programmen erleichtert. Diese werden zusammen mit didaktisch vereinfachten
Entwicklungsumgebungen wie Greenfoot und BlueJ benutzt, um einen möglichst
einfachen und anschaulichen Einstieg in das Fach Informatik am St. Ursula Gymnasium
Brühl zu gewährleisten.
Durch projektartiges Vorgehen, offene Aufgaben und Möglichkeiten, Problemlösungen
zu verfeinern oder zu optimieren, entspricht der Informatikunterricht der Oberstufe in
besonderem Maße den Erziehungszielen, Leistungsbereitschaft zu fördern, ohne zu
überfordern. Die Gestaltung von Lehr- und Lernprozessen im Informatikunterricht der
Oberstufe ist somit zunehmend auf selbstreguliertes Lernen ausgerichtet. Sukzessive
Gelegenheiten für selbstständiges Arbeiten mit eigenständigen Planungsprozessen
sind gerade in Phasen von projektorientiertem Unterricht (bspw. Kleineren oder
größeren Programmierprojekten) vorhanden. In diesen ist durch die entsprechende
Anlage der Unterrichtsvorhaben die Binnendifferenzierung meist integraler
4Bestandteil. Formen des selbstständigen Lernens sind sowohl in praktischen
Unterrichtseinheiten, wie auch in Einheiten, die der Erarbeitung theoretischer Inhalte
dienen, möglich und sollen von den Kollegen der Situation angemessen und
zielführend eingesetzt werden.
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 Beitrag zur Qualitätssicherung und -entwicklung des Unterrichts dar.
52 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 Verpflichtung 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
Konkretisierungsebene.
Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen
und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der
Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und
Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu
den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen,
Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Der ausgewiesene
Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder
unterschritten werden kann. Um Freiraum für Vertiefungen, besondere
Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer
Ereignisse (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
Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von
Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz
Bindekraft entfalten soll, beinhaltet die Ausweisung „konkretisierter
Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) Beispiele, Materialien und Bezüge zu den
eingeführten Informatik-Büchern, 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 fachgruppeninternen Absprachen zu
didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, 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. Zudem enthält jedes
Unterrichtsvorhaben mindestens eine Phase niveaudifferenzierten Lernens
62.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben
I) Stufe 5
Stufe 5
Unterrichtsvorhaben 5-I Unterrichtsvorhaben 5-II
Thema: Thema:
Grundwissen: Digitaler Informationsaustausch Der Computer als Arbeitsgerät
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
- Kommunizieren und Kooperieren - Darstellen und Interpretieren
- Darstellen und Interpretieren - Kommunizieren und Kooperieren
- Argumentieren - Argumentieren
Inhaltsfelder: Inhaltsfelder:
- Informatiksysteme - Informatiksysteme
- Informatik, Mensch und Gesellschaft - Daten und ihre Strukturierung
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
- Verwaltung von Dateien (Ordnerstrukturen) - Einführung in: Textverarbeitung, Tabellen-
- Der Browser als Weg ins Internet kalkulation, Präsentationsprogramme
- Mein, Dein, Unser – Recherche zum
Urheberrecht
Zeitbedarf: 8 Stunden
Zeitbedarf: 7 Stunden
Unterrichtsvorhaben 5-III
Thema:
Erste Schritte beim Programmieren
Zentrale Kompetenzen:
- Modellieren
- Implementieren
- Darstellen und Interpretieren
- Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
- Daten und ihre Strukturierung
- Algorithmen
- Formale Sprachen und Automaten
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Algorithmen und ihre Eigenschaften
- Scratch als visuelle Programmiersprache
- Anweisungen, Sequenzen und Wiederholungen
Zeitbedarf: 9 Stunden
7II) Stufe 6
Stufe 6
Unterrichtsvorhaben 6-I Unterrichtsvorhaben 6-II
Thema: Thema:
Kodierungen und Kryptologie Textbasierte Programmierung
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
- Kommunizieren und Kooperieren - Modellieren
- Darstellen und Interpretieren - Implementieren
- Argumentieren - Darstellen und Interpretieren
- Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
- Informatiksysteme Inhaltsfelder:
- Informatik, Mensch und Gesellschaft - Daten und ihre Strukturierung
- Algorithmen
Inhaltliche Schwerpunkte: - Formale Sprachen und Automaten
- Was sind Kodierungen?
(Bsp.: Morsealphabet, Binärzahlen, ASCII-Code) Inhaltliche Schwerpunkte:
- Was ist Kryptologie und wozu braucht man sie? - Möglichkeiten: TigerJython/Pythonkara, Bob3
- Nachrichten ver- und entschlüsseln mittels - Kontrollstrukturen zur Planung algorithmischer
Transposition und Substitution Sequenzen
- Cäsar-Verfahren - Graphische Darstellung und Testen von
Algorithmen
Zeitbedarf: 8 Stunden
Zeitbedarf: 16 Stunden
8III) Einführungsphase
Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben E-I Unterrichtsvorhaben E-II
Thema: Thema:
Was macht Informatik? - Einführung in die Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellie-
Inhaltsfelder der Informatik rung und Implementierung
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
- Kommunizieren und Kooperieren - Modellieren
- Darstellen und Interpretieren - Implementieren
- Argumentieren - Darstellen und Interpretieren
- Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
- Informatiksysteme Inhaltsfelder:
- Informatik, Mensch und Gesellschaft - Daten und ihre Strukturierung
- Formale Sprachen und Automaten
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Einsatz, Nutzung und Aufbau von Inhaltliche Schwerpunkte:
Informatiksystemen - Objekte und Klassen
- Wirkung der Automatisierung - Syntax und Semantik einer
Programmiersprache
Zeitbedarf: 2 Stunden
Zeitbedarf: 8 Stunden
Unterrichtsvorhaben E-III Unterrichtsvorhaben E-IV
Thema: Thema:
Algorithmische Grundstrukturen in Java Das ist die digitale Welt! – Einführung in die Grund-
lagen, Anwendungsgebiete und Verarbeitung binärer
Zentrale Kompetenzen: Codierung
- Argumentieren
- Modellieren Zentrale Kompetenzen:
- Implementieren - Kommunizieren und Kooperieren
- Kommunizieren und Kooperieren - Darstellen und Interpretieren
- Argumentieren
Inhaltsfelder:
- Daten und ihre Strukturierung Inhaltsfelder:
- Algorithmen - Informatiksysteme
- Formale Sprachen und Automaten - Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
- Objekte und Klassen - Binäre Codierung und Verarbeitung
- Syntax und Semantik einer Programmiersprache - Besondere Eigenschaften der digitalen
- Analyse, Entwurf und Implementierung einfa- Speicherung und Verarbeitung von Daten
cher Algorithmen
Zeitbedarf: 8 Stunden
Zeitbedarf: 18 Stunden
9Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben E-V Unterrichtsvorhaben E-VI
Thema: Thema:
Modellierung und Implementierung von Klassen- Such- und Sortieralgorithmen
und Objektbeziehungen anhand lebensnaher
Anforderungsbeispiele Zentrale Kompetenzen:
- Argumentieren
Zentrale Kompetenzen: - Modellieren
- Kommunizieren und Kooperieren - Darstellen und Interpretieren
- Darstellen und Interpretieren - Kommunizieren und Kooperieren
- Argumentieren
- Modellieren Inhaltsfelder:
- Implementieren - Algorithmen
- Daten und ihre Strukturierung
Inhaltsfelder:
- Daten und ihre Strukturierung Inhaltliche Schwerpunkte:
- Algorithmen - Algorithmen zum Suchen und Sortieren
- Formale Sprachen und Automaten - Analyse, Entwurf und Implementierung einfacher
Algorithmen
Inhaltliche Schwerpunkte: - Objekte und Klassen
- Objekte und Klassen
- Syntax und Semantik einer Programmiersprache Zeitbedarf: 9 Stunden
- Analyse, Entwurf und Implementierung einfacher
Algorithmen (evtl. Entscheidungsbäume)
- Evtl. Projekt „Snake“ (Verkettung)
Zeitbedarf: 18 Stunden
Unterrichtsvorhaben E-VII
Thema:
Leben in der digitalen Welt – Immer mehr Mög-
lichkeiten und immer mehr Gefahren!?
Zentrale Kompetenzen:
- Kommunizieren und Kooperieren
- Darstellen und Interpretieren Summe Einführungsphase:
- Argumentieren 73 Stunden
Inhaltsfelder:
- Informatiksysteme
- Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Geschichte der automatischen
Datenverarbeitung
- Wirkungen der Automatisierung
- Dateisystem
Zeitbedarf: 10 Stunden
10IV) Qualifikationsphase (Q1 und Q2) - GRUNDKURS
Qualifikationsphase – Q1
Unterrichtsvorhaben Q1-I Unterrichtsvorhaben Q1-II
Thema: Wiederholung und Vertiefung der Thema: Organisation und Verarbeitung von Daten I –
objektorientierten Modellierung Modellierung und Implementierung von Anwendungen
mit dynamischen und linearen Datenstrukturen
Zentrale Kompetenzen:
- Modellieren Zentrale Kompetenzen:
- Darstellen und Interpretieren - Modellieren
- Implementieren - Implementieren
- Kommunizieren und Kooperieren - Darstellen und Interpretieren
- Argumentieren
Inhaltsfelder:
- Daten und ihre Strukturierung Inhaltsfelder:
- Algorithmen - Daten und ihre Strukturierung
- Informatik, Mensch und Gesellschaft - Algorithmen
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
- Objekte und Klassen - Objekte und Klassen
- Wirkung der Automatisierung - Syntax und Semantik einer Programmiersprache
- Analyse, Entwurf und Implementierung von Algo-
Zeitbedarf: 14 Stunden
rithmen
- Algorithmen in ausgewählten informatischen Kontexten
Zeitbedarf: 20 Stunden
Unterrichtsvorhaben Q1-III Unterrichtsvorhaben Q1-IV
Thema: Algorithmen zum Suchen und Sortieren Thema: Automaten und formale Sprachen
auf linearen Datenstrukturen
Zentrale Kompetenzen:
Zentrale Kompetenzen: - Argumentieren
- Argumentieren - Darstellen und Interpretieren
- Darstellen und Interpretieren - Modellieren
- Modellieren - Kommunizieren und Kooperieren
- Implementieren
Inhaltsfelder:
Inhaltsfelder: - Formale Sprachen und Automaten
- Algorithmen - Informatiksysteme
- Formale Sprachen und Automaten
Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltliche Schwerpunkte: - Syntax und Semantik einer Programmiersprache
- Analyse, Entwurf und Implementierung von Al- - Endliche Automaten
gorithmen - Grammatiken regulärer Sprachen
- Algorithmen in ausgewählten informatischen - Möglichkeiten und Grenzen von Automaten und
Kontexten formalen Sprachen
- Syntax und Semantik einer Programmiersprache
Zeitbedarf: 20 Stunden Zeitbedarf: 20 Stunden
Summe Qualifikationsphase 1: 74 Stunden
11Qualifikationsphase – Q2
Unterrichtsvorhaben Q2-I Unterrichtsvorhaben Q2-II
Thema: Organisation und Verarbeitung von Daten II Thema: Aufbau von und Kommunikation in Netzwerken
– Modellierung und Implementierung von
Zentrale Kompetenzen:
Anwendungen mit dynamischen nicht-linearen
- Argumentieren
Datenstrukturen
- Darstellen und Interpretieren
Zentrale Kompetenzen: - Kommunizieren und Kooperieren
- Argumentieren
Inhaltsfelder:
- Darstellen und Interpretieren
- Informatiksysteme
- Modellieren
- Informatik, Mensch und Gesellschaft
- Implementieren
- Kommunizieren und Kooperieren Inhaltliche Schwerpunkte:
- Einzelrechner und Rechnernetzwerke
Inhaltsfelder:
- Sicherheit
- Daten und ihre Strukturierung
- Nutzung von Informatiksystemen, Wirkungen der
- Algorithmen
Automatisierung
- Formale Sprachen und Automaten
Zeitbedarf: 16 Stunden
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Objekte und Klassen
- Analyse, Entwurf und Implementierung von Al-
gorithmen
- Algorithmen in ausgewählten informatischen
Kontexten
- Syntax und Semantik einer Programmiersprache
Zeitbedarf: 20 Stunden
Unterrichtsvorhaben Q2-III Unterrichtsvorhaben Q2-IV (fakultativ)
Thema: Nutzung und Modellierung von relatio- Thema: Wiederholung abiturrelevanter Grundlagen
nalen Datenbanken in Anwendungskontexten und/oder Exkurse zu nicht im Kernlehrplan
vorhergesehenen informatischen Themen/Inhalten
Zentrale Kompetenzen:
- Argumentieren Zentrale Kompetenzen:
- Modellieren - Situationsabhängig (ggf. alle)
- Implementieren Inhaltsfelder:
- Darstellen und Interpretieren - Situationsabhängig (ggf. alle)
- Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltsfelder: - Situationsabhängig (ggf. alle)
- Daten und ihre Strukturierung
- Algorithmen Zeitbedarf: situationsabhängig/fakultativ
- Formale Sprachen und Automaten
- Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Datenbanken (auch: Schwachpunkte/Probleme
erkennen und zugehörige Verfahren zur Lösung
und Vermeidung selbiger verstehen/erarbeiten)
- Algorithmen in ausgewählten informatischen
Kontexten
- Syntax und Semantik einer Programmiersprache
Zeitbedarf: 20 Stunden
Summe Qualifikationsphase 2: 56 Stunden
122.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben
Im Folgenden sollen die im Unterkapitel 2.1.1 aufgeführten Unterrichtsvorhaben
konkretisiert werden.
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: 13.12.2020)
I) Einführungsphase
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 zuverlässig 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 Schülerinnen 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 Sprachen, die Kommunikationsfähigkeit von Informatiksystemen
und die positiven und negativen Auswirkungen auf Mensch und Gesellschaft
thematisiert. Das am Beispiel Navigationsgerät erworbene 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.
Zeitbedarf: 2 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens: s. nächste Seite
13Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Informatiksysteme und ihr ge- Die Schülerinnen und Schüler Kapitel 1 Was macht Infor-
nereller Aufbau - bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswir- matik?
(a) Daten und ihre Strukturierung kungen des Einsatzes von Informatiksystemen Als Anschauungsmaterial bie-
(b) Algorithmen (A) ten sich Navigationsgeräte
(c) Formale Sprachen und Automa- - nutzen die im Unterricht eingesetzten Informa- und Landkarten an.
ten tiksysteme selbstständig, sicher, zielführend
(d) Informatiksysteme und verantwortungsbewusst (D)
(e) Informatik, Mensch und Gesell-
schaft
2. Der kompetente Umgang mit Kapitel 1 Was macht Infor-
dem Schulnetzwerk matik?
(a) Erstellen und Anlegen von Ord- Interview mit dem Netzwerk-
nerstrukturen administrator, Benutzer- und
(b) Sortieren von Dateien und Ord- Datenschutzbestimmungen
nern der Schule
(c) Eingabe von Befehlen über Ein-
gabeaufforderung
(d) Einzelrechner und Netzwerk
(e) Sicherheit und Datenschutz
14Unterrichtsvorhaben EF-II
Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung
Leitfragen: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und in einem
Greenfoot-Szenario informatisch realisieren?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
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
Objektdiagramme 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 ermöglicht
es, Beziehungen zwischen Klassen zu einem späteren Zeitpunkt (Kapitel 5) zu thematisieren. So
kann der Fokus hier auf Grundlagen wie der Unterscheidung zwischen Klasse und Objekt,
Attribute, Methoden, Objektidentität und Objektzustand gelegt werden.
Da in Kapitel 2 zudem auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der
Quellcode aus einer rein linearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die
Grundlagen 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.
Zeitbedarf: 8 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens: s. nächste Seite
15Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Identifikation von Objekten und Die Schülerinnen und Schüler Kapitel 2 Einführung in die
Klassen - ermitteln bei der Analyse einfacher Pro- Objektorientierung
(a) An einem lebensweltnahen Bei- blemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften 2.1 Objektorientierte Model-
spiel werden Objekte und und ihre Operationen (M), lierung
Klassen im Sinne der objektori- - stellen den Zustand eines Objekts dar (D),
entierten Modellierung einge- - modellieren Klassen mit ihren Attributen
führt. und ihren Methoden (M),
(b) Objekte werden durch Objekt- - implementieren einfache Algorithmen un-
diagramme, Klassen durch ter Beachtung der Syntax und Semantik ei-
Klassendiagramme dargestellt. ner Programmiersprache (I),
(c) Die Modellierungen werden ei- - implementieren Klassen in einer Program-
nem konkreten Anwendungsfall miersprache, auch unter Nutzung
entsprechend angepasst. dokumentierter Klassenbibliotheken (I).
2. Analyse von Objekten und Klas- Kapitel 2 Einführung in die
sen im Greenfoot-Szenario Objektorientierung
(a) Schritte der objektorientierten 2.2 Das Greenfoot-Szenario
Analyse, Modellierung und „Planetenerkundung“
Implementation Von der Realität zu Objekten
(b) Analyse und Erprobung der Ob- Von den Objekten zu Klassen
jekte im Greenfoot-Szenario Klassendokumentation
Objekte inspizieren
Methoden aufrufen
Objektidentität und
Objektzustand
3. Implementierung einfacher Ak- Kapitel 2 Einführung in die
tionen in Greenfoot Objektorientierung
(a) Quelltext einer Java-Klasse 2.3 Programmierung in
(b) Implementation eigener Metho- Greenfoot
den, Dokumentation mit Methoden schreiben
JavaDoc Programme übersetzen und
(c) Programme übersetzen (Auf- testen
gabe des Compilers) und testen
16Unterrichtsvorhaben EF-III
Thema: Algorithmische Grundstrukturen in Java
Leitfragen: Wie lassen sich Aktionen von Objekten flexibel realisieren?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Das Ziel dieses Unterrichtsvorhabens besteht darin, das Verhalten von Objekten flexibel zu
programmieren. Ein erster Schwerpunkt liegt dabei auf der Erarbeitung von Kontrollstrukturen.
Die Strukturen Wiederholung (for-/while-/do-while-Schleife) und bedingte/verzweigte Anweisung
(if/if-else) werden an einfachen Beispielen eingeführt und anschließend anhand komplexerer
Problemstellungen erprobt. Da die zu entwickelnden Algorithmen zunehmend umfangreicher
werden, werden systematische Vorgehensweisen zur Entwicklung von Algorithmen thematisiert.
Ein zweiter Schwerpunkt des Unterrichtsvorhabens liegt auf dem Einsatz von Variablen. Beginnend
mit lokalen Variablen, die in Methoden und Zählschleifen zum Einsatz kommen, über Variablen 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
Einsatzmöglichkeiten des Variablenkonzepts anzuwenden.
Zeitbedarf: 18 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Algorithmen Die Schülerinnen und Schüler Kapitel 3 Algorithmen
(a) Wiederholungen (While-Schlei- - analysieren und erläutern einfache Algorith- 3.1 Kontrollstrukturen
fe, Zählschleife) men und Programme (A), 3.2 Wiederholungen
(b) bedingte Anweisungen - entwerfen einfache Algorithmen und stellen 3.3 Zählschleifen
(c) Verknüpfung von Bedingungen sie umgangssprachlich und grafisch dar (M), 3.4 Bedingte Anweisungen
durch die logischen Funktionen - ordnen Attributen, Parametern und Rückga- 3.5 Logische Operationen
UND, ODER und NICHT ben von Methoden einfache Datentypen zu 3.6 Algorithmen entwickeln
(d) Systematisierung des Vorge- (M),
hens zur Entwicklung von - modifizieren einfache Algorithmen und Pro-
Algorithmen zur Lösung gramme (I),
komplexerer Probleme - implementieren Algorithmen unter Verwen-
2. Variablen und Methoden dung von Variablen und Wertzuweisungen, Kapitel 4 Variablen und
(a) Implementierung eigener Me- Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen Methoden
thoden mit lokalen Variablen, (I), 4.1 Variablen
auch zur Realisierung einer - implementieren Klassen in einer Programmier- 4.2 Methoden
Zählschleife sprache auch unter Nutzung dokumentierter
(b) Implementierung eigener Me- Klassenbibliotheken (I),
thoden mit - implementieren einfache Algorithmen unter
Parameterübergabe und/oder Beachtung der Syntax und Semantik einer Pro-
Rückgabewert grammiersprache (I),
(c) Implementierung von Kon- - testen Programme schrittweise anhand von
struktoren Beispielen (I),
(d) Realisierung von Attributen - interpretieren Fehlermeldungen und korrigie-
ren den Quellcode (I).
17Unterrichtsvorhaben EF-IV
Thema: Das ist die digitale Welt! – Einführung in die Grundlagen, Anwendungsgebiete und
Verarbeitung 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
Medien und Geräten? Wie ist der Grundaufbau einer digitalen Rechenmaschine?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
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 wenden die
Schülerinnen und Schüler das Binäre als Zahlensystem mit arithmetischen und logischen Opera-
tionen an und codieren Zeichen binär.
Zum Abschluss soll der grundlegende strukturelle Aufbau eines singulären Rechnersystems im
Sinne der Von-Neumann-Architektur erarbeitet werden. Fakultativ kann hier auch schon eine erste
fachliche Auseinandersetzung mit vernetzten Rechnersystemen erfolgen.
Zeitbedarf: 8 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Analoge und digitale Aufberei- Die Schülerinnen und Schüler Die digitale Welt 001 – Von
tung und Verarbeitung von Daten - bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswir- analog zu digital
(a) Erarbeitung der Unterschiede kungen des Einsatzes von Informatiksystemen
von analog und digital (A)
(b) Zusammenfassung und Bewer- - stellen ganze Zahlen und Zeichen in Binärcodes
tung der technischen dar (D)
Möglichkeiten von analog und - interpretieren Binärcodes als Zahlen und Zei-
digital chen (D)
- beschreiben und erläutern den strukturellen
2. Der Umgang mit binärer Codie- Die digitale Welt 010 –
Aufbau und die Arbeitsweise singulärer
rung von Informationen Binäre Welt
Rechner am Beispiel der „Von-Neumann-
(a) Das binäre (und hexadezimale)
Architektur“ (A)
Zahlensystem
- nutzen das Internet zur Recherche, zum
(b) Binäre
Datenaustausch und zur Kommunikation (K)
Informationsspeicherung
- implementieren Klassen in einer Programmier-
(c) Binäre Verschlüsselung
sprache auch unter Nutzung dokumentierter
(d) Implementation eines
Klassenbibliotheken (I)
Binärumrechners
3. Aufbau informatischer Systeme Die digitale Welt 011 – Der
(a) Identifikation des EVA-Prinzips Von-Neumann-Rechner
als grundlegende Arbeitsweise
informatischer Systemen
(b) Nachvollziehen der von-Neu-
mann-Architektur als
relevantes Modell der
Umsetzung des EVA-Prinzips
18Unterrichtsvorhaben EF-V
Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand
lebensnaher Anforderungsbeispiele
Leitfragen: Wie werden realistische Systeme anforderungsspezifisch reduziert, als Entwurf model-
liert und implementiert? Wie kommunizieren Objekte und wie wird dieses dargestellt und
realisiert?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
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 Objek-
ten 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
Klassendokumentationen in Javaklassen programmiert. In einem letzten Schritt wird das Konzept
der Vererbung sowie seiner Vorteile erarbeitet.
Schließlich sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage, eigene kleine Softwareprojekte zu entwi-
ckeln. Ausgehend von der Dekonstruktion und Erweiterung eines Programms/Spiels wird ein
weiteres Projekt von Grund auf modelliert und implementiert. Dabei können arbeitsteilige
Vorgehensweisen zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang wird auch das Erstellen von
graphischen Benutzeroberflächen eingeführt.
Ein fakultatives Projekt beinhaltet die Implementation des Spieles „Snake“, welche das
Unterrichtsvorhaben E-III und E-IV aufgreift und vertieft, indem mit Hilfe von Assoziationen eine
Verkettung von Objekten hergestellt wird. Die Umsetzung erfolgt dabei mit dynamischen
Referenzen, wobei beim Iterieren durch die verketteten Objekte rekursive Methodenaufrufe
benutzt werden.
Zeitbedarf: 18 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens: s. nächste Seite
19Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Umsetzung von Anforderungen Die Schülerinnen und Schüler Kapitel 5 Klassenentwurf
in Entwurfsdiagramme - analysieren und erläutern eine objektorientierte 5.1 Von der Realität zum Pro-
(a) Aus Modellierung (A), gramm
Anforderungsbeschreibungen - stellen die Kommunikation zwischen Objekten 5.2 Objekte
werden Objekte mit ihren grafisch dar (M), 5.3 Klassen und Beziehungen
Eigenschaften identifiziert - ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstel- entwerfen (Assoziation bzw.
(b) Gleichartige Objekte werden in lungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre fachdidaktischer Begriff
Klassen (Entwurf) zusammen- Operationen und ihre Beziehungen (M), kennt-Beziehung
gefasst und um Datentypen - modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren
und Methoden erweitert Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),
- ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben
2. Implementationsdiagramme als Kapitel 5 Klassenentwurf
von Methoden einfache Datentypen,
erster Schritt der Programmierung 5.4 Klassen und Beziehungen
Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu
(a) Erweiterung des Entwurfs- implementieren
(M),
diagramms um Konstruktoren
- ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren
und get- und set-Methoden
Sichtbarkeitsbereich zu (M),
(b) Festlegung von Datentypen in
- modellieren Klassen unter Verwendung von Ver-
Java, sowie von Rückgaben und
erbung (M),
Parametern
- implementieren Klassen in einer Programmier-
(c) Entwicklung von Klassen-
sprache auch unter Nutzung dokumentierter
dokumentationen
Klassenbibliotheken (I),
(d) Erstellung von Sequenz-
- testen Programme schrittweise anhand von Bei-
diagrammen als Vorbereitung
spielen (I),
für die Programmierung
- interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren
3. Programmierung anhand der den Quellcode (I), Kapitel 5 Klassenentwurf
Dokumentation und des Imple- - analysieren und erläutern einfache Algorithmen 5.4 Klassen und Beziehungen
mentations- und und Programme (A) implementieren
Sequenzdiagrammes - modifizieren einfache Algorithmen und Pro-
(a) Klassen werden in Java- gramme (I),
Quellcode umgesetzt. - entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie
(b) Das Geheimnisprinzip wird um- umgangssprachlich und grafisch dar (M).
gesetzt. - stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungs-
(c) Einzelne Klassen und das beziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),
Gesamtsystem werden anhand - dokumentieren Klassen durch Beschreibung der
der Anforderungen und Doku- Funktionalität der Methoden (D)
mentationen auf ihre Korrekt-
heit überprüft.
4. Vererbungsbeziehungen Kapitel 5 Klassenentwurf
(a) Das Grundprinzip der Verer- 5.5 Vererbung
bung wird erarbeitet. (fachdidaktischer Begriff
(b) Die Vorteile der ist-Beziehung)
Vererbungsbeziehungen
(c) Vererbung wird implementiert
5. Softwareprojekt Kapitel 7 Softwareprojekte
(a) Analyse und Dekonstruktion ei- 7.1 Softwareentwicklung
nes Spiels (Modelle, Quelltexte) 7.2 Oberflächen
(b) Erweiterung des Spiels um wei- Fakultativ: Beziehungstyp
tere Funktionalitäten Komposition (existenz-
(c) Modellierung eines Spiels auf- abhängig) bzw. fach-
grund einer didaktischer Begriff:
Anforderungsbeschreibung, hat-Beziehung)
inklusive einer grafischen Verkettung mittels
Benutzeroberfläche dynamischer Referenzen
(d) (ggf. arbeitsteilige) umsetzen (z.B. im Spiel Snake)
Implementation des Spiels (wird aufgegriffen in Q1-II)
20Unterrichtsvorhaben EF-VI
Thema: Such- und Sortieralgorithmen
Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient gesucht und sortiert werden?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Such- und
Sortieralgorithmen. 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 (Array) als eine erste Datensammlung
kennen. Eine zweite Datensammlung (schematische Beschreibung ohne ausführliche Erklärung) ist
die dynamische Datenstruktur lineare Liste. Alle Algorithmen dieses Kapitels arbeiten auf Feldern,
die Thematisierung dieser Algorithmen auf Listen kann fakultativ erfolgen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen zunächst Strategien des Suchens (lineare Suche, binäre
Suche) und dann des Sortierens (Selection Sort, Insertion Sort, Bubble Sort, evtl. Ausblick auf
höhere Sortierverfahren wie Quicksort, Heapsort, Mergesort…) kennen.
Die Projekteinstiege dienen dazu, die jeweiligen Strategien handlungsorientiert zu erkunden und
intuitive Effizienzbetrachtungen der Suchalgorithmen vorzunehmen.
Abschließend soll die Effizienz unterschiedlicher Such- und Sortierverfahren beurteilt werden. Der
Bereich der Laufzeitanalyse wird in der Q1 vertieft.
Zeitbedarf: 9 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens: s. nächste Seite
21Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Modellierung und Imple- Die Schülerinnen und Schüler Kapitel 6 Suchen und
mentation von - analysieren Such- und Sortieralgorithmen und Sortieren
Datenansammlungen wenden sie auf Beispiele an (D) 6.1 Speichern mit Struktur –
(a) Modellierung von Attributen - entwerfen einen weiteren Algorithmus zum Arrays
als Felder Sortieren (M)
(b) Deklaration, Instanziierung und - beurteilen die Effizienz von Algorithmen am
Zugriffe auf ein Feld Beispiel von Sortierverfahren hinsichtlich Zeit
2. Explorative Erarbeitung von und Speicherplatzbedarf (A) Kapitel 6 Suchen und
Suchverfahren - ordnen Attributen lineare Sortieren
(a) Erkundung von Strategien für Datenansammlungen zu (M) Projekteinstieg 1: Suchen
das Suchen auf unsortierten 6.2 Suchen mit System
Daten, auf sortierten Daten Lineare Suche
und mithilfe einer Binäre Suche
Berechnungsfunktion
(b) Vergleich der drei Verfahren
durch intuitive
Effizienzbetrachtungen
3. Systematisierung von Algo- Kapitel 6 Suchen und
rithmen und Sortieren
Effizienzbetrachtungen Projekteinstieg 2: Sortieren
(a) Formulierung (falls selbst ge- 6.3 Ordnung ist das halbe
funden) oder Erläuterung von Leben!? – Sortieren
mehreren Algorithmen im Sortieren
Pseudocode Selection Sort
(b) Anwendung von Insertion Sort
Sortieralgorithmen auf Bubble Sort
verschiedene Beispiele Evtl. höhere
(c) Bewertung von Algorithmen Sortierverfahren, wie
anhand der Anzahl der nötigen Quicksort, Heapsort,
Vergleiche Mergesort…
(d) Analyse eines weiteren
Sortieralgorithmus (sofern
nicht in (a) bereits geschehen)
22Unterrichtsvorhaben 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 geführt?
Welche Auswirkungen hat die Informatik für das Leben des modernen Menschen?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Das Unterrichtsvorhaben stellt die verschiedenen Entwicklungsstränge der Informatik in den
Fokus. Darüber hinaus wird beispielhaft analysiert und bewertet, welche Möglichkeiten und
Gefahren die moderne Informationsverarbeitung mit sich bringt. Dazu werden im ersten Schritt
des Unterrichtsvorhabens anhand von Themenkomplexen entscheidende Entwicklungen der
Informatik erarbeitet. Dabei werden auch übergeordnete Tendenzen identifiziert.
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.
Fakultative Vertiefungsmöglichkeiten: Wichtige Aspekte im Bereich IT-Sicherheit, wie z.B.
- die Grundwerte "Vertraulichkeit, Verfügbarkeit und Integrität“
- Bedrohungen und IT-Sicherheitsmaßnahmen/-methodik
- ggf. Hinweis auf IT-Grundschutz des Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik
Zeitbedarf: 10 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Schriftzeichen, Rechenmaschi- Die Schülerinnen und Schüler Die digitale Welt 100 –
ne, Computer - bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswir- Von der Schrift zum
(a) Anhand von Schwerpunkten, kungen des Einsatzes von Informatiksystemen Smartphone
wie z.B. Datenspeicherung, Ma- (A), Evtl. Automatisierung,
schinen, Vernetzung sollen - erläutern wesentliche Grundlagen der Praktische Helfer (z.B.
wichtige Entwicklungen der Geschichte der digitalen Datenverarbeitung (A) Kamera, Navi,
Informatik vorgestellt werden. - nutzen das Internet zur Recherche, zum Smartphone…), Meilensteine
(b) Anhand der unterschiedlichen Datenaustausch und zur Kommunikation (K) der EDV
Schwerpunkte sollen univer-
selle Tendenzen der Entwick-
lung der Informationsverarbei-
tung erarbeitet werden.
2. Die Informationsverarbeitung Die digitale Welt 100 –
und ihre Möglichkeiten und Ge- Das Leben in der digitalen
fahren Welt
(a) Ausgehend von 1. werden Ten- Evtl. Suchtgefahren
denzen der Entwicklung der
Informatik erarbeitet
(b) Informatik wird als Hilfswissen-
schaft klassifiziert, die weit
über ihren originären Bereich
hinaus Effizienz- und Leistungs-
steigerungen erzeugt
(c) Anhand von Fallbeispielen wer-
den technische und organisa-
torische Vorteile, sowie deren
datenschutzrechtlichen Nach-
teile betrachtet.
23II) 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:
Die Schülerinnen und Schüler
verwenden die Fachsprache bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K),
organisieren und koordinieren kooperatives und eigenverantwortliches Arbeiten (K),
strukturieren den Arbeitsprozess, vereinbaren Schnittstellen und führen Ergebnisse
zusammen (K),
beurteilen Arbeitsorganisation, Arbeitsabläufe und Ergebnisse (K),
präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse adressatengerecht (K).
Unterrichtsvorhaben Q1-I
Thema: Wiederholung und Vertiefung der objektorientierten Modellierung
Leitfragen: Wie wird aus einem anwendungsbezogenen Sachkontext ein informatisches
Klassenmodell entwickelt? Wie werden Attribute, Methoden und Beziehungen identifiziert, den
Klassen zugeordnet und dargestellt? Welche Auswirkungen hat die informatisch-technische
Entwicklung auf das Leben der Menschen?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Der bereits bekannte objektorientierte Zugang zu informatischer Modellierung wird von einer
allgemeinen Betrachtung dieses informatischen Konzepts auf eine konkrete Problematik
übertragen. Anhand dieser wird eine anwendungsbezogene Implementation Schritt für Schritt von
der Objektidentifikation über das Entwurfs- und Implementationsdiagramm durchlaufen.
Grundlegende Modellierungskonzepte wie Sichtbarkeiten, Assoziationen, Vererbung sowie deren
Darstellung in Entwurfs- und Klassendiagrammen und Dokumentationen werden wiederholt.
Ebenso wird erneut die grafische Darstellung von Objektkommunikation thematisiert.
Anhand von Gütekriterien und Eigenschaften von Modellierung entwickeln und bewerten die
Schülerinnen und Schüler Klassenentwürfe.
Das Konzept der objektorientierten Modellierung wird um die Idee der abstrakten Klasse sowie
um das Subtyping erweitert.
Zeitbedarf: 14 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens: s. nächste Seite
24Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Wiederholung der grund- Die Schülerinnen und Schüler … 2.1 Die Welt ist voller Objekte
legenden Konzepte der ob- - analysieren und erläutern objektorientierte Projekteinstieg: Klassenent-
jektorientierten Programmierung Modellierungen (A), wurf – step by step
a) Sichtweise der objektorien- - modellieren Klassen mit ihren Attributen, Me-
tierten Informatik auf die Welt thoden und ihren Assoziationsbeziehungen
b) OOP als informatikspezifische unter Angabe von Multiplizitäten (M),
Modellierung der Realität - ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre
c) Schritte der Sichtbarkeitsbereiche zu (M),
Softwareentwicklung - modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klas-
2. Erweiterung der objekt- sen unter Verwendung von Vererbung durch 2.2 Gut geplant – Klassen-
orientierten Programmierung Spezialisieren und Generalisieren (M), entwurf
a) Umsetzung einer Anforderung - nutzen die Syntax und Semantik einer Program- 2.3 Vererbungshierarchien
in Entwurfs- und Klassen- miersprache bei der Implementierung und zur nutzen
diagramm Analyse von Programmen (I),
b) Objektkommunikation im - wenden eine didaktisch orientierte Entwick-
Sequenzdiagramm lungsumgebung zur Demonstration, zum Ent-
wurf, zur Implementierung und zum Test von
c) Klassendokumentation
Informatiksystemen an (I),
d) Umsetzung von Teilen der
- stellen Klassen und ihre Beziehungen in Dia-
Modellierung
grammen grafisch dar (D),
3. Mensch und Technik - dokumentieren Klassen (D), Die digitale Welt 001 -
a) Verantwortung von Infor- - stellen die Kommunikation zwischen Objekten Mensch und Technik
matikern grafisch dar (D),
b) Automatisierung des Alltags - untersuchen und bewerten anhand von Fallbei-
durch Informatik spielen Auswirkungen des Einsatzes von Infor-
matiksystemen sowie Aspekte der Sicherheit
von Informatiksystemen, des Datenschutzes
4. Übung und Vertiefung der und des Urheberrechts (A), Prüfungsvorbereitung
OOM / OOP - untersuchen und bewerten Problemlagen, die
sich aus dem Einsatz von Informatiksystemen
ergeben, hinsichtlich rechtlicher Vorgaben, ethi-
scher Aspekte und gesellschaftlicher Werte un-
ter Berücksichtigung unterschiedlicher Interes-
senlagen (A).
25Unterrichtsvorhaben Q1-II
Thema:
Organisation und Verarbeitung von Daten I – Modellierung und Implementierung von
Anwendungen mit dynamischen und linearen Datenstrukturen
Leitfragen:
Wie müssen Daten linear strukturiert werden, um in den gestellten Anwendungsszenarien eine be-
liebige Anzahl von Objekten verwalten zu können?
Vorhabensbezogene Konkretisierung:
Ausgehend von einigen Alltagsbeispielen werden als Erstes die Anforderungen an eine Datenstruk-
tur erschlossen. Anschließend werden die Möglichkeiten des Arrays untersucht, lineare Daten zu
verwalten und über deren Grenzen/Probleme die Vorteile einer dynamischen linearen Struktur am
Beispiel der Struktur Queue erarbeitet (Anwendungskontext Warteschlange). Die Klasse Queue
selbst wird vorgegeben, die Operationen erläutert. Zur Vertiefung der Kenntnisse wird ein weiteres
Anwendungsszenario eingeführt (Polizeikontrolle), dessen Lösung modelliert und implementiert
wird. Darauf folgt die Erarbeitung der Struktur Stack, die mithilfe eines einfachen Anwendungs-
szenarios eingeführt (Biber/Palindrom) wird. Auch hier wird die Klasse Stack selbst vorgegeben und
die Operationen erläutert. Weitere Aufgaben dienen der Vertiefung und Sicherung. Um die
Unterschiede der beiden Prinzipien FIFO und LIFO zu verstehen, werden zur Lösung der Aufgaben
sowohl der Stack als auch die Queue benötigt.
Als letzte lineare dynamische Datenstruktur wird die Liste eingeführt. In dieser Sequenz liegt der
Fokus auf der Möglichkeit, auf jedes Element zugreifen zu können. Nachdem die umfangreicheren
Standardoperationen dieser Datenstruktur in einem einführenden Beispiel (Vokabeltrainer)
erarbeitet und in einem weiteren Beispiel vertieft (LED) wurden, werden abschließend in einem
Anwendungskontext verschiedene lineare Datenstrukturen angewendet. Die Modellierung erfolgt
beim gesamten Vorhaben in Entwurfs- und Implementationsdiagrammen.
Zeitbedarf: 20 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien
1. Die Datenstruktur Feld Die Schülerinnen und Schüler… Kapitel:
a) Erarbeitung der Anforderungen - erläutern und begründen methodische Vorge- - Anforderungen an eine Da-
an eine Datenstruktur hensweisen, Entwurfs- und Implementations- tenstruktur
b) Wiederholung der Datenstruk- entscheidungen sowie Aussagen über Infor- - Speichern mit Struktur
tur Array, Eigenschaften der matiksysteme (A)
neue Wdh. Aufgabe entwi-
Datenstruktur, Standardope- - konstruieren zu kontextbezogenen Problemstel-
ckeln, z. B. eine Chart-Top-
rationen für ein und zwei- lungen informatische Modelle (M)
10,
dimensionale Arrays - ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen eine Aufgabe mit zweidi-
c) Modellierung und Implementie- Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen mensionalem Array (vgl.
rung von Anwendungen und ihre Beziehungen (M) Anforderungen KLP)
2. Die Datenstruktur Schlange - ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben Kapitel:
von Methoden einfache Datentypen, Objekt- - Wer zuerst kommt
a) Modellierung und Implementie- typen sowie lineare und nichtlineare Daten-
rung der Verknüpfung von sammlungen zu (M), - Objekte miteinander verket-
Objekten ten (ggf. Rückgriff auf EF)
- implementieren auf der Grundlage von Model-
b) Generische Typen, Trennung len oder Modellausschnitten Computerprogram- - Verwaltung und Inhalt
von Verwaltung und Inhalt dyn. me (I) - Funktionen der Queue
DS.
26c) Erläuterung von Problemstellun- - testen und korrigieren Computerprogramme (I) Aufgaben:
gen, die nach dem FIFO-Prinzip - interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren - Warteschlange Büro
bearbeitet werden den Quellcode (I), (Standardoperationen/Basis-
d) Funktionalität der Schlange un- - überführen gegebene textuelle und grafische kompetenz)
ter Verwendung der Klasse Darstellungen informatischer Zusammenhänge Kunden warten auf einem
Queue; Erschließen der in die jeweils andere Darstellungsform (D) Flur, um in ein Büro vorge-
Standardoperationen lassen zu werden. Sie kön-
- stellen informatische Modelle und Abläufe in nen sich am Ende der Warte-
e) Modellierung und Implementie- Texten, Tabellen, Diagrammen und Grafiken dar
rung einer Anwendung auf der schlange anstellen, vorgelas-
(D) sen werden oder müssen
Basis einer Anforderungsbe-
schreibung mit Objekten der - stellen lineare und nichtlineare Strukturen gra- alle gehen, wenn die Sprech-
Klasse Queue fisch dar und erläutern ihren Aufbau (D) zeit vorüber ist.
- modellieren Klassen mit ihren Attributen, Me- - Erweiterte Queue
thoden und ihren Assoziationsbeziehungen Verkehrskontrolle (Vertiefung)
unter Angabe von Multiplizitäten (M) Die Polizei kontrolliert die
- ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre Fahrzeuge im Hinblick auf
Sichtbarkeitsbereiche zu (M) ihre Verkehrstauglichkeit.
Für die Kontrolle werden die
- dokumentieren Klassen (D) Fahrzeuge aus dem Verkehr
- implementieren Klassen in einer Programmier- gewunken. Es werden so
sprache auch unter Nutzung dokumentierter lange Fahrzeuge kontrolliert,
Klassenbibliotheken (I) bis eine gewisse Menge an
Verstößen vorliegt oder
Autos kontrolliert wurden.
3. Die Datenstruktur Stapel Kapitel:
a) Erläuterung von Problemstellun- - Daten gut abgelegt – Stapel
gen, die nach dem LIFO-Prinzip - Funktionen der Datenstruk-
bearbeitet werden tur Stapel
b) Funktionalität der Klasse Stapel
Aufgaben:
unter Verwendung der Klasse
Stack - Standardoperationen/Basis-
kompetenz (Stapel Münzen/
c) Modellierung und Implementie-
CDs) zur Umsetzung der
rung einer Anwendung auf Basis
gegebenen Funktionen der
einer Anforderungsbe-
Klasse Stack
schreibung mit Objekten der
Klasse Queue - Biber und Teller
Es gibt große und kleine Bi-
d) Modellierung und Implementie-
ber sowie grüne und braune
rung einer Anwendung unter
Teller. Es muss überprüft
Verwendung verschiedener
werden, ob die gestapelten
Datenstrukturen (Objekte der
Teller zur Schlange der Biber
Klassen Queue, Stack und Array
passen, da die großen Biber
(Palindrom))
nur von den braunen Tellern
essen und die kleinen von
den Grünen. Hierbei müssen
sowohl Queue als auch Stack
verwendet werden.
- Palindrom
Es wird überprüft, ob ein belie-
biges Wort ein Palindrom ist.
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