Informatik Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe
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Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasium Brucknerstr. 19 40593 Düsseldorf
Schulinterner Lehrplan
zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe
Informatik
(Stand: 06.02.2023)
1Inhalt
Seite
1 Die Fachgruppe Informatik des Annette-von-Droste-Hülshoff-
Gymnasiums Düsseldorf 3
2 Entscheidungen zum Unterricht 5
2.1 Unterrichtsvorhaben 5
2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 6
2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 14
2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 23
2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 59
3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 63
4 Qualitätssicherung und Evaluation 65
21 Die Fachgruppe Informatik des
Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasiums Düsseldorf
Das Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasium liegt im Düsseldorfer Sü-
den. Die Schule wird von Schülerinnen und Schülern aus allen umliegen-
den Stadtteilen besucht. Die häusliche und persönliche technische Aus-
stattung unserer Schüler und Schülerinnen ist als gut zu bezeichnen.
Das Fach Informatik wird in den Schulhalbjahren 5.2 und 6.1 jeweils zwei-
stündig unterrichtet.
Das Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasium nimmt ab dem Schuljahr
2023/24 an dem Modellvorhaben "Informatik in den Jahrgangsstufen 7/8
des Gymnasiums“ teil.
Im Wahlpflichtbereich II (9. und 10. Klasse) bietet unsere Schule den Kurs
"Informatik" an, der dreistündig unterrichtet wird.
In der Sekundarstufe II bietet das Gymnasium in allen Jahrgangsstufen
einen Grundkurs in Informatik an. Informatik kann als drittes oder viertes
Abiturfach belegt werden. Um insbesondere Schülerinnen und Schülern
gerecht zu werden, die in der Sekundarstufe I nicht am Wahlpflichtunter-
richt Informatik teilgenommen haben, wird in Kursen der Einführungspha-
se besonderer Wert darauf gelegt, dass keine Vorkenntnisse aus diesem
Unterricht zum erfolgreichen Durchlaufen des Kurses erforderlich sind.
Ergänzt wird das Fach Informatik an dem als „MINT-freundlich“ ausge-
zeichnetes Annette-von-Droste-Hülshoff-Gymnasium durch weitere Fächer
des MINT-Bereichs und auch durch MINT-nahe Arbeitsgemeinschaften.
Der Unterricht der Sekundarstufe II wird mit Hilfe der Programmiersprache
Java durchgeführt. In der Einführungsphase kommt dabei zusätzlich eine
didaktische Bibliothek zum Einsatz, welche das Erstellen von graphischen
Programmen erleichtert.
Durch projektartiges Vorgehen, offene Aufgaben und Möglichkeiten, Prob-
lemlösungen zu verfeinern oder zu optimieren, entspricht der Informatikun-
terricht der Oberstufe in besonderem Maße den Erziehungszielen, Leis-
tungsbereitschaft zu fördern, ohne zu überfordern.
Die gemeinsame Entwicklung von Materialien und Unterrichtsvorhaben,
die Evaluation von Lehr- und Lernprozessen sowie die stetige Überprü-
fung und eventuelle Modifikation des schulinternen Curriculums durch die
Fachkonferenz Informatik stellen einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssi-
cherung und -entwicklung des Unterrichts dar.
3Zurzeit besteht die Fachschaft Informatik aus sechs Lehrkräften, denen
zwei Computerräume mit jeweils 17 Arbeitsplätzen zur Verfügung stehen.
Alle Arbeitsplätze sind an das schulinterne Rechnernetz mit privaten und
öffentlichen Verzeichnissen angeschlossen, so dass Schülerinnen und
Schüler über einen Zugang zum zentralen Server der Schule alle Arbeits-
plätze der beiden Räume zum Zugriff auf ihre eigenen Daten, zur Recher-
che im Internet oder zur Bearbeitung schulischer Aufgaben verwenden
können.
Es wird grundsätzlich frei erhältliche Software ("Open Source") bevorzugt,
unter anderen, um Schülerinnen und Schüler eine Vor- und Nachbereitung
des Unterrichts zu Hause zu erleichtern.
Der Unterricht erfolgt im 45-Minuten-Takt. Die Kursblockung sieht grund-
sätzlich für Grundkurse eine Doppelstunde und eine Einzelstunde vor.
Das Fach Informatik kann in der Oberstufe des Annette-von-Droste-
Hülshoff-Gymnasiums als drittes oder viertes Abiturfach belegt werden.
Fachgruppenvorsitz: Dr. Desirée Kröger, OStR‘
Stellvertretung: Dennis Bohnhorst-Paris, OStR
Pflege der Lehr- und Lernmaterialien: Matthias Götz, StD
Fachliche Zusammenarbeit mit außerunterrichtlichen Partnern
Auf Beschluss der Fachkonferenz Informatik nehmen alle Oberstufenkurse
auf freiwilliger Basis am Jugendwettbewerb Informatik sowie Bundeswett-
bewerb Informatik teil.
42 Entscheidungen zum Unterricht
2.1 Unterrichtsvorhaben
Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt
den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen ab-
zudecken. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, Schülerinnen
und Schülern Lerngelegenheiten zu ermöglichen, so dass alle Kompe-
tenzerwartungen 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 Ver-
teilung 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 be-
sonderer Ereignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden
im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans ca. 75 Prozent der Bruttoun-
terrichtszeit verplant.
Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichts-
vorhaben“ zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absi-
cherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mit-
glieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, beinhaltet die Auswei-
sung „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 fachgruppeninternen
Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden
Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungs-
überprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.3 zu ent-
nehmen 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.
52.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben
I) Einführungsphase
Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben E-I Unterrichtsvorhaben E-II
Thema: Thema:
Einführung in die Nutzung von Informa- Grundlagen der objektorientierten Program-
tiksystemen und in grundlegende Begriff- mierung anhand von Beispielkontexten (in-
lichkeiten nerhalb der Programmieroberflächen Green-
foot/BlueJ)
Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren Zentrale Kompetenzen:
Darstellen und Interpretieren Modellieren
Kommunizieren und Kooperieren Implementieren
Darstellen und Interpretieren
Inhaltsfelder: Kommunizieren und Kooperieren
Informatiksysteme
Informatik, Mensch und Gesellschaft Inhaltsfelder:
Daten und ihre Strukturierung
Inhaltliche Schwerpunkte: Formale Sprachen und Automaten
Einzelrechner das Informatiksystem Greenfoot
Dateisystem
Internet Inhaltliche Schwerpunkte:
Einsatz von Informatiksystemen Objekte und Klassen
(Hard- und Software, Schulnetzwerk) Syntax und Semantik einer Program-
Geschichte der digitalen Datenverar- miersprache
beitung Zeitbedarf: 12 Stunden
Zeitbedarf: 6 Stunden
6Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben E-III Unterrichtsvorhaben E-IV
Thema: Thema:
Grundlagen der objektorientierten Pro- Modellierung und Implementierung von Klas-
grammierung und algorithmischer sen- und Objektbeziehungen anhand von
Grundstrukturen in Java – Beispiele graphischen Spielen und Simulationen
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren Argumentieren
Modellieren Modellieren
Implementieren Implementieren
Kommunizieren und Kooperieren Darstellen und Interpretieren
Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
Daten und ihre Strukturierung Inhaltsfelder:
Algorithmen Daten und ihre Strukturierung
Formale Sprachen und Automaten Algorithmen
Formale Sprachen und Automaten
Inhaltliche Schwerpunkte:
Objekte und Klassen Inhaltliche Schwerpunkte:
wichtige Grundstrukturen und Objekte und Klassen
-elemente einer Programmierspra- Syntax und Semantik einer Program-
che (Java) miersprache
Syntax und Semantik einer Pro- Analyse, Entwurf und Implementierung
grammiersprache (Java) einfacher Algorithmen
Analyse, Entwurf und Implementie-
rung einfacher Algorithmen mithilfe Zeitbedarf: 22 Stunden
der gelernten Grundstrukturen/
-elemente
Zeitbedarf: 26 Stunden
7Einführungsphase
Unterrichtsvorhaben E-V Unterrichtsvorhaben E-VI
Thema: Thema:
Such- und Sortieralgorithmen anhand Geschichte der digitalen Datenverarbeitung
kontextbezogener Beispiele und die Grundlagen des Datenschutzes
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren Argumentieren
Modellieren Darstellen und Interpretieren
Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren
Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
Inhaltsfelder: Informatik, Mensch und Gesellschaft
Algorithmen Informatiksysteme
Inhaltliche Schwerpunkte: Inhaltliche Schwerpunkte:
Algorithmen zum Suchen und Sortie- Wirkungen der Automatisierung
ren Geschichte der automatischen Datenverar-
Analyse, Entwurf und Implementie- beitung
rung einfacher Algorithmen Digitalisierung
Aufwandsbetrachtungen, Bewertun-
gen Zeitbedarf: 6 Stunden
Zeitbedarf: 18 Stunden
Summe Einführungsphase: 90
8II) Qualifikationsphase (Q1 und Q2) - GRUNDKURS
Qualifikationsphase 1
Unterrichtsvorhaben Q1-I Unterrichtsvorhaben Q1-II
Thema: Thema:
Wiederholung der objektorientierten Model- Modellierung und Implementierung von
lierung und Programmierung anhand einer Anwendungen mit dynamischen, linearen
kontextbezogenen Problemstellung Datenstrukturen
Zentrale Kompetenzen: Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren Argumentieren
Modellieren Modellieren
Implementieren Implementieren
Darstellen und Interpretieren Darstellen und Interpretieren
Kommunizieren und Kooperieren Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder: Inhaltsfelder:
Daten und ihre Strukturierung Daten und ihre Strukturierung
Algorithmen Algorithmen
Formale Sprachen und Automaten Formale Sprachen und Automaten
Informatiksysteme
Inhaltliche Schwerpunkte:
Inhaltliche Schwerpunkte: Objekte und Klassen
Objekte und Klassen Analyse, Entwurf und Implementie-
Analyse, Entwurf und Implementierung rung von Algorithmen
von Algorithmen Algorithmen in ausgewählten informa-
Syntax und Semantik einer Program- tischen Kontexten
miersprache Syntax und Semantik einer Pro-
Nutzung von Informatiksystemen grammiersprache
Zeitbedarf: 12 Stunden Zeitbedarf: 30 Stunden
9Qualifikationsphase 1
Unterrichtsvorhaben Q1-III Unterrichtsvorhaben Q1-IV
Thema: Thema:
Suchen und Sortieren auf linearen Daten- Modellierung und Nutzung von relationa-
strukturen len Datenbanken in Anwendungskontex-
ten
Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren Zentrale Kompetenzen:
Modellieren Argumentieren
Implementieren Modellieren
Darstellen und Interpretieren Implementieren
Kommunizieren und Kooperieren Darstellen und Interpretieren
Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
Algorithmen Inhaltsfelder:
Formale Sprachen und Automaten Daten und ihre Strukturierung
Algorithmen
Inhaltliche Schwerpunkte: Formale Sprachen und Automaten
Analyse, Entwurf und Implementierung
Informatik, Mensch und Gesellschaft
von Algorithmen
Algorithmen in ausgewählten informa- Inhaltliche Schwerpunkte:
tischen Kontexten Datenbanken
Syntax und Semantik einer Program- Algorithmen in ausgewählten informa-
miersprache tischen Kontexten
Syntax und Semantik einer Pro-
Zeitbedarf: 18 Stunden grammiersprache
Sicherheit
Zeitbedarf: 20 Stunden
10Qualifikationsphase 1
Unterrichtsvorhaben Q1-V
Thema:
Sicherheit und Datenschutz in Netzstruktu-
ren
Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren
Darstellen und Interpretieren
Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
Informatiksysteme
Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte:
Einzelrechner und Rechnernetzwerke
Sicherheit
Nutzung von Informatiksystemen, Wir-
kungen der Automatisierung
Zeitbedarf: 10 Stunden
Summe Qualifikationsphase 1: 90 Stunden
11Qualifikationsphase 2
Unterrichtsvorhaben Q2-I Unterrichtsvorhaben Q2-II
Thema: Thema:
Modellierung und Implementierung von Endliche Automaten und formale Spra-
Anwendungen mit dynamischen, nichtlinea- chen
ren Datenstrukturen
Zentrale Kompetenzen:
Zentrale Kompetenzen: Argumentieren
Argumentieren Modellieren
Modellieren Darstellen und Interpretieren
Implementieren Kommunizieren und Kooperieren
Darstellen und Interpretieren
Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder:
Endliche Automaten und formale Spra-
Inhaltsfelder: chen
Daten und ihre Strukturierung
Algorithmen Inhaltliche Schwerpunkte:
Endliche Automaten
Formale Sprachen und Automaten
Grammatiken regulärer Sprachen
Inhaltliche Schwerpunkte: Möglichkeiten und Grenzen von Au-
Objekte und Klassen tomaten und formalen Sprachen
Analyse, Entwurf und Implementierung
von Algorithmen Zeitbedarf: 20 Stunden
Algorithmen in ausgewählten informa-
tischen Kontexten
Syntax und Semantik einer Program-
miersprache
Zeitbedarf: 24 Stunden
12Qualifikationsphase 2
Unterrichtsvorhaben Q2-III
Thema:
Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers
und Grenzen der Automatisierbarkeit
Zentrale Kompetenzen:
Argumentieren
Kommunizieren und Kooperieren
Inhaltsfelder:
Informatiksysteme
Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte:
Einzelrechner und Rechnernetzwerke
Grenzen der Automatisierung
Zeitbedarf: 12 Stunden
Summe Qualifikationsphase 2: 56 Stunden
132.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben
Im Folgenden werden die im Unterkapitel 2.1.1 aufgeführten Unterrichtsvorhaben konkretisiert.
In der Einführungsphase werden die JAVA-Programmieroberflächen Greenfoot und BlueJ verwendet.
Sowohl in der Einführungsphase als auch in der Qualifikationsphase werden die Lehrbücher Informatik 1 bzw. Informatik 2 (jeweils Schö-
ningh-Verlag) verwendet.
In der Qualifikationsphase werden die Unterrichtsvorhaben unter Berücksichtigung der Vorgaben für das Zentralabitur Informatik in NRW
konkretisiert. Diese sind zu beziehen unter der Adresse
https://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/cms/zentralabitur-gost/faecher/fach.php?fach=15
(abgerufen: 05.11.2022)
14I) 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 Berücksichti-
gung der Rechteverwaltung (K).
Unterrichtsvorhaben EF-I
Thema: Einführung in die Nutzung von Informatiksystemen und in grundlegende Begrifflichkeiten
Leitfragen: Womit beschäftigt sich die Wissenschaft der Informatik? Wie kann die in der Schule vorhandene informatische Ausstattung ge-
nutzt werden?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Das erste Unterrichtsvorhaben stellt eine allgemeine Einführung in das Fach Informatik dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für manche
Schülerinnen und Schüler in der Einführungsphase der erste Kontakt mit dem Unterrichtsfach Informatik stattfindet, so dass zu Beginn
Grundlagen des Fachs behandelt werden müssen.
Zunächst wird auf den Begriff der Information eingegangen und die Möglichkeit der Kodierung in Form von Daten thematisiert. Anschlie-
ßend wird auf die Übertragung von Daten im Sinne des Sender-Empfänger-Modells eingegangen. Dabei wird eine überblickartige Vorstel-
lung der Kommunikation von Rechnern in Netzwerken erarbeitet.
Des Weiteren soll der grundlegende Aufbau eines Rechnersystems im Sinne der Von-Neumann-Architektur erarbeitet werden und mit dem
grundlegenden Prinzip der Datenverarbeitung (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) in Beziehung gesetzt werden.
15Bei der Beschäftigung mit Datenkodierung, Datenübermittlung und Datenverarbeitung ist jeweils ein Bezug zur konkreten Nutzung der in-
formatischen Ausstattung der Schule herzustellen. So wird in die verantwortungsvolle Nutzung dieser Systeme eingeführt.
Zeitbedarf: 6 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Information, deren Kodierung und Die Schülerinnen und Schüler Beispiel:
Speicherung Möglichkeiten der Erfassung, Darstellung
(a) Informatik als Wissenschaft der Ver- nutzen die im Unterricht eingesetzten und Verarbeitung verschiedener analoger
arbeitung von Informationen Informatiksysteme selbstständig, sicher,
(b) Darstellung von digitalen Informatio- Quellen (Bilder, Texte, Grafiken, Tabellen,
zielführend und verantwortungsbewusst
nen (auch im historischen Kontext) (D). Audio-, Videoquellen,…).
(c) Speichern von Daten mit informati- Beispielhafte Betrachtung und Möglichkeiten
schen Systemen am Beispiel der der Weiterverarbeitung digitalisierter Daten
Schulrechner (Bilder, Texte, Grafiken, Tabellen, Audio-,
(d) Vereinbarung von Richtlinien zur Da- Videoquellen,…) mithilfe der im Netzwerk
tenspeicherung auf den Schulrech-
vorhandenen Software-Anwendungen.
nern (z.B. Ordnerstruktur, Dateibe-
zeichner usw.)
2. Aufbau informatischer Systeme und Die Schülerinnen und Schüler Beispiele/Materialien/Medien:
Informations- und Datenübermittlung
in Netzen beschreiben und erläutern den Aufbau Demonstrationshardware
(a) Identifikation typischer Komponenten und die Arbeitsweise singulärer Rechner
informatischer Systeme und anschlie- am Beispiel der „Von-Neumann- Durch Demontage eines Demonstrations-
ßende Beschränkung auf das We- Architektur“ (A), rechners entdecken Schülerinnen und Schü-
sentliche nutzen die im Unterricht eingesetzten ler die verschiedenen Hardwarekomponen-
(b) Identifikation des EVA-Prinzips (Ein- Informatiksysteme selbstständig, sicher, ten eines Informatiksystems. Als Demonstra-
gabe-Verarbeitung-Ausgabe) als zielführend und verantwortungsbewusst tionsrechner bietet sich ein ausrangierter
Prinzip der Verarbeitung von Daten (D), Schulrechner an. Sie versuchen dabei, die
16nach dem Prinzip der „Von-Neumann- nutzen das Internet zur Recherche, zum Da- „Von-Neumann-Architektur“ wiederzuerken-
Architektur“ tenaustausch und zur Kommunikation (K). nen.
(c) „Sender-Empfänger-Modell“ und sei-
ne Bedeutung für die Eindeutigkeit
von Kommunikation - Komponenten eines Betriebssystems
(d) Informatische Kommunikation in Die Schülerinnen und Schüler bekommen
Rechnernetzen am Beispiel des einen Überblick über die Funktionen und die
Schulnetzwerks (z.B. Benut- Oberflächenstruktur eines Betriebssystems
zeranmeldung, Netzwerkordner, Zu- (anhand des Windows-OS)
griffsrechte, Client-Server) und ihre
technische Umsetzung
- der administrative Bereich der Schulkonso-
le
Die Schülerinnen und Schüler bekommen
einen Einblick in die Verwaltung des Schul-
netzwerks (z.B. Host- und Userlisten)
17Unterrichtsvorhaben EF-II
Thema: Grundlagen der objektorientierten Programmierung anhand von Beispielkontexten (innerhalb der Programmieroberfläche Green-
foot)
Leitfrage: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und darstellen? Welche softwareseitigen Werkzeuge ermögli-
chen eine entsprechende Realisierung?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Ein zentraler Bestandteil des Informatikunterrichts der Einführungsphase ist die Objektorientierte Programmierung (OOP). Dieses Unter-
richtsvorhaben führt in die Grundlagen der Modellierung und Implementierung in diesem Kontext ein.
Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler betrachtet und im Sinne des Ob-
jektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die grundlegenden Begriffe der Objektorientierung und Modellierungswerkzeuge wie
Objektkarten, Klassenkarten oder Beziehungsdiagramme eingeführt und anhand der Greenfoot- (bzw. BlueJ-) Oberfläche veranschaulicht.
Im Anschluss wird mit der Realisierung erster Projekte mit Greenfoot/BlueJ begonnen. Vorgegebene Klassen werden von Schülerinnen und
Schülern in Teilen analysiert und entsprechende Objekte anhand einfacher Problemstellungen erprobt. Dazu muss der grundlegende Auf-
bau einer Java-Klasse thematisiert und zwischen Deklaration, Initialisierung und Methodenaufrufen unterschieden werden.
Da bei der Umsetzung dieser ersten Projekte konsequent 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 führen.
Dort stehen unter anderem Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.
Zeitbedarf: 12 Stunden
18Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Identifikation von Objekten Die Schülerinnen und Schüler Beispiele aus dem Alltag: Schülerschaft
(a) Am Beispiel eines lebensweltnahen Schülerinnen und Schüler betrachten die Schü-
Beispiels werden Objekte im Sinne ermitteln bei der Analyse einfacher Prob- lerschaft als Menge gleichartiger Objekte, die in
der Objektorientierten Modellierung lemstellungen Objekte, ihre Eigenschaf- einer Klasse mit Attributen und Methoden zu-
eingeführt. ten, ihre Operationen und ihre Beziehun- sammengefasst werden können.
(b) Objekte werden mit Objektkarten vi- gen (M),
Materialien:
sualisiert und mit sinnvollen Attributen modellieren Klassen mit ihren Attributen,
und „Fähigkeiten“, d.h. Methoden ver- Das Thema wird in Kapitel 2.1 und 2.2 des ein-
ihren Methoden und Assoziationsbezie- geführten Lehrwerkes behandelt.
sehen. hungen (M),
(c) Manche Objekte sind prinzipiell typ-
gleich und werden so zu einer Ob- stellen die Kommunikation zwischen Ob-
jektsorte bzw. Objektklasse zusam- jekten grafisch dar (D, M),
mengefasst. implementieren einfache Algorithmen
(d) Realisierung einer Objektorientierten unter Beachtung der Syntax und Seman-
Programmierung mit Greenfoot auf tik einer Programmiersprache (I),
Grundlage vorhandener Klassen
stellen den Zustand eines Objekts dar
(e) Grundaufbau einer Java-Klasse
(D).
Die Schülerinnen und Schüler
2. Implementierung erster Modellie-
rungsbeispiele Beispiel und Material: Das Greenfoot-
Szenario „Planetenerkundung“
(a) Realisierung einer Objektorientierten ermitteln bei der Analyse einfacher Prob-
Programmierung mit Greenfoot auf lemstellungen Objekte, ihre Eigenschaf- Von der Realität zu Objekten
Grundlage vorhandener Klassen ten, ihre Operationen und ihre Beziehun-
(b) Grundaufbau einer Java-Klasse Von den Objekten zu Klassen, Klassendo-
gen (M),
(c) Deklaration und Initialisierung von kumentation
Objekten modellieren Klassen mit ihren Attributen,
(d) Methodenaufrufe mit Parameterüber- ihren Methoden und Assoziationsbezie- Objekte inspizieren
19gabe zur Manipulation von Objektei- hungen (M),
genschaften implementieren einfache Algorithmen Methoden aufrufen
(e) Ausprobieren verschiedener Metho- unter Beachtung der Syntax und Seman-
den und Erstellen erster Abläufe Programmierung einfacher Aktionen in
tik einer Programmiersprache (I).
(f) Verändern vorgegebener Methoden Greenfoot:
bezüglich einer spezifischen Funkti-
onsweise - Erweiterung um eigene Methoden zur Lö-
(g) Schreiben geeigneter zusätzlicher sung einfacher Aufgaben
Methoden anhand von Vorgaben
Objektidentität und Objektzustand Materia-
lien:
- vorgegebene Teilimplementationen
- vorgegebene Klassenbibliotheken und ihre
jeweiligen Dokumentationen
- PAP-Designer
Das Thema wird in Kapitel 2.3 des eingeführten
Lehrwerkes behandelt.
20Unterrichtsvorhaben EF-III
Thema: Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java – Beispiele
Leitfragen: Wie können Problemstellungen aus den verschiedensten Gebieten durch Computerprogramme gelöst werden? Welche grund-
legenden Datentypen sind dazu erforderlich? Welche Art von Konstrukten benötigt man, um nichtsequentielle Computerprogramme abzu-
arbeiten?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Der Schwerpunkt dieses Unterrichtsvorhabens liegt auf der Entwicklung mehrerer Projekte, die durch Eingaben des Benutzers gesteuerte
Animationen aufweisen. Zunächst wird ein Projekt bearbeitet, das in Anlehnung an das vorangegangene Unterrichtsvorhaben eine Szene
darstellt, die lediglich aus Objekten besteht, zu denen das didaktische System Klassen vorgibt. Einzelne Objekte der Szene werden ani-
miert, um ein einfaches Spiel zu realisieren oder die Szene optisch aufzuwerten. Für die Umsetzung dieses Projekts werden Kontrollstruktu-
ren in Form von Schleifen und Verzweigungen benötigt und eingeführt.
Sind an einem solchen Beispiel im Schwerpunkt Schleifen und Verzweigungen eingeführt worden, sollen diese Konzepte an weiteren Bei-
spielprojekten eingeübt werden. Dabei muss es sich nicht zwangsläufig um solche handeln, bei denen Kontrollstrukturen lediglich zur Ani-
mation verwendet werden. Auch die Erzeugung größerer Mengen graphischer Objekte und deren Verwaltung in einem Feld kann ein An-
lass zur Verwendung von Kontrollstrukturen sein.
Das Unterrichtsvorhaben schließt mit einem Projekt, das komplexere graphische Elemente beinhaltet, so dass die Schülerinnen und Schü-
ler mehr als nur die Klasse erstellen müssen, welche die Szene als Ganzes darstellt. Elemente der Szene müssen zu sinnhaften eigenen
Klassen zusammengefasst werden, die dann ihre eigenen Attribute und Dienste besitzen. Auch dieses Projekt soll eine Animation, ggf. im
Sinne einer Simulation, sein, bei der Attributwerte von Objekten eigener Klassen verändert werden und diese Veränderungen optisch sicht-
bar gemacht werden.
Komplexere Assoziationsbeziehungen zwischen Klassen werden in diesem Unterrichtsvorhaben zunächst nicht behandelt. Sie stellen den
Schwerpunkt des folgenden Vorhabens dar.
Zeitbedarf: 26 Stunden
21Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Algorithmische Grundstrukturen in Die Schülerinnen und Schüler
Java Beispiel: Programmierung komplexerer Akti-
(a) Wiederholungen (Schleifen mit while, analysieren und erläutern einfache Algo- onen in Greenfoot
do while und for) rithmen und Programme (A), Für das Szenario „Planetenerkundung“ wer-
(b) Bedingte Anweisungen (if) entwerfen einfache Algorithmen und stel- den gezielt Lösungen implementiert, so dass
(c) Verknüpfungen von Bedingungen len sie umgangssprachlich und graphisch vorgegebene, einfache Probleme gelöst
durch die logischen Funktionen UND, dar (M), werden, die bedingte Anweisungen und
ODER und NICHT ermitteln bei der Analyse einfacher Prob- Schleifen benötigen.
(d) Systematisierung des Vorgehens zur lemstellungen Objekte, ihre Eigenschaf-
Entwicklung von Algorithmen zur Lö- ten, ihre Operationen und ihre Beziehun-
sung gen (M),
modellieren Klassen mit ihren Attributen,
2. Variablen und Methoden ihren Methoden und Assoziationsbezie- Beispiel: Einstieg mit BlueJ am Beispiel der
hungen (M), Klasse Taschenrechners mit verschiedenen
(a) Implementierung eigener Methoden ordnen Attributen, Parametern und arithmetischen Operationen und Methoden,
mit lokalen Variablen, auch zur Reali- Rückgaben von Methoden einfache Da- zum Beispiel arithmetische Grundrechenar-
sierung einer Zählschleife tentypen, Objekttypen oder lineare Da- ten, Potenzen, Kehrbuch, ggT, Primzahl-
(b) Implementierung eigener Methoden tensammlungen zu (M), Überprüfung, Fibonacci-Folge, String-
mit Parameterübergabe und/oder ordnen Klassen, Attributen und Metho- Methoden.
Rückgabewert den ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),
(c) Implementierung von Konstruktoren modifizieren einfache Algorithmen und
(d) Realisierung von Attributen Programme (I),
implementieren Klassen in einer Pro-
grammiersprache auch unter Nutzung
dokumentierter Klassenbibliotheken (I),
implementieren Algorithmen unter Ver-
wendung von Variablen und Wertzuwei-
sungen, Kontrollstrukturen sowie Metho-
denaufrufen (I),
implementieren einfache Algorithmen
22unter Beachtung der Syntax und Seman-
tik einer Programmiersprache (I),
testen Programme schrittweise anhand
von Beispielen (I),
interpretieren Fehlermeldungen und kor-
rigieren den Quellcode (I).
23Unterrichtsvorhaben EF-IV
Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von graphischen Spielen und Simulationen
Leitfrage: Wie werden realistische Systeme anforderungsspezifisch reduziert, als Entwurf modelliert und implementiert? Wie kommunizieren
Objekte und wie wird dieses dargestellt und realisiert?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich im Schwerpunkt mit dem Aufbau komplexerer Objektbeziehungen. Den Schwerpunkt bildet die
Entwicklung von Objekt- und Klassenbeziehungen. Während in vorangegangenen Unterrichtsvorhaben Objekte nur jeweils solchen Objek-
ten Nachrichten schicken konnten, die sie selbst erstellt haben, soll in diesem Unterrichtsvorhaben diese hierarchische Struktur aufgebro-
chen werden.
Dazu bedarf es zunächst einer präzisen Unterscheidung zwischen Objektreferenzen und Objekten, so dass deutlich wird, dass Dienste ei-
nes Objektes von unterschiedlichen Objekten über unterschiedliche Referenzen in Anspruch genommen werden können. Auch der Aufbau
solcher Objektbeziehungen muss thematisiert werden. Des Weiteren wird das Prinzip der Vererbung im objektorientierten Sinne angespro-
chen. Dazu werden die wichtigsten Varianten der Vererbung anhand von verschiedenen Projekten vorgestellt. Zunächst wird die Vererbung
als Spezialisierung im Sinne einer einfachen Erweiterung einer Oberklasse vorgestellt. Darauf folgt ein Projekt, welches das Verständnis
von Vererbung um den Aspekt der späten Bindung erweitert, indem Dienste einer Oberklasse überschrieben werden. Modellierungen sollen
in Form von Entwurfs- und Implementationsdiagrammen erstellt werden.
Zum Abschluss kann kurz auf das Prinzip der abstrakten Klasse eingegangen werden. Dieser Inhalt ist aber nicht obligatorisch für die Ein-
führungsphase.
Zeitbedarf: 22 Stunden
24Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Umsetzung von Anforderungen in Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Motorroller
Entwurfsdiagramme Das Thema wird in Kapitel 5.1 und 5.2 des
(a) Aus Anforderungsbeschreibungen analysieren und erläutern eine objektori- eingeführten Lehrwerkes behandelt.
werden Objekte mit ihren Eigenschaf- entierte Modellierung (A),
ten identifiziert stellen die Kommunikation zwischen Ob-
(b) Gleichartige Objekte werden in Klas- jekten grafisch dar (M),
sen (Entwurf) zusammengefasst und
ermitteln bei der Analyse einfacher Prob-
um Datentypen und Methoden erwei-
tert lemstellungen Objekte, ihre Eigenschaf-
ten, ihre Operationen und ihre Beziehun-
2. Implementationsdiagramme und Im- gen (M), Beispiel: Motorroller
plementation von Klassen und deren modellieren Klassen mit ihren Attributen, Das Thema wird in Kapitel 5.3 und 5.4 des
Beziehungen ihren Methoden und Assoziationsbezie- eingeführten Lehrwerkes behandelt.
(a) Erweiterung des Entwurfsdiagramms hungen (M),
um Konstruktoren und get- und set- ordnen Attributen, Parametern und
Methoden Rückgaben von Methoden einfache Da-
(b) Festlegung von Datentypen in Java, tentypen, Objekttypen oder lineare Da-
sowie von Rückgaben und Parame- tensammlungen zu (M),
tern ordnen Klassen, Attributen und Metho-
(c) Entwicklung von Klassendokumenta- den ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),
tionen
(d) Erstellung von Sequenzdiagrammen modellieren Klassen unter Verwendung
als Vorbereitung für die Programmie- von Vererbung (M),
rung implementieren Klassen in einer Pro-
(e) Klassen werden in Java-Quellcode grammiersprache auch unter Nutzung
umgesetzt dokumentierter Klassenbibliotheken (I),
(f) Einzelne Klassen und das Gesamt- testen Programme schrittweise anhand
system werden anhand der Anforde- von Beispielen (I),
rungen und Dokumentationen auf ihre interpretieren Fehlermeldungen und kor-
Korrektheit überprüft
25rigieren den Quellcode (I),
3. Vererbung modifizieren einfache Algorithmen und Beispiel: Motorroller und Auto als Fahrzeuge
(a) Das Grundprinzip der Vererbung wird Programme (I), Das Thema wird in Kapitel 5.5 des einge-
erarbeitet stellen Klassen, Assoziations- und Ver- führten Lehrwerkes behandelt.
(b) Vorteile der Vererbung werden disku- erbungsbeziehungen in Diagrammen
tiert grafisch dar (D), Zusatz: Abstrakte Klassen (nicht obligato-
(c) Vererbung wird implementiert dokumentieren Klassen durch Beschrei- risch in der EF)
bung der Funktionalität der Methoden
4. Softwareprojekt (D). Beispiel: Die verflixte Sieben
(a) Analyse und Dekonstruktion eines Das Thema wird in Kapitel 7 des eingeführ-
Spiels (Modelle, Quelltexte) ten Lehrwerkes behandelt.
(b) Erweiterung des Spiels um weitere
Funktionalitäten Die Umsetzung erfolgt in arbeitsteiliger
(c) Modellierung eines Spiels aufgrund Gruppenarbeit, bei der auch GUI zum Ein-
einer Anforderungsbeschreibung satz kommt.
Das kollaborative Arbeiten erfolgt beispiels-
weise mithilfe von KANBAN/Cryptpad.
26Unterrichtsvorhaben EF-IV
Thema: Such- und Sortieralgorithmen anhand kontextbezogener Beispiele
Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient sortiert werden, so dass eine schnelle Suche möglich wird? Wie funktioniert eine ef-
fektive Suche?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Ausgehend von Alltagsbeispielen wird das Thema motiviert.
Zunächst erarbeiten die Schülerinnen und Schüler mögliche Einsatzszenarien für Such- und Sortieralgorithmen, um sich der Bedeutung
einer effizienten Lösung dieser Probleme bewusst zu werden. Anschließend werden Strategien zur Sortierung mit Hilfe eines explorativen
Spiels von den Schülerinnen und Schülern selbst erarbeitet und hinsichtlich der Anzahl notwendiger Vergleiche auf ihre Effizienz unter-
sucht.
Daran anschließend werden die erarbeiteten Strategien systematisiert und im Pseudocode notiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen auf
diese Weise das Sortieren durch Vertauschen, das Sortieren durch Auswählen und mindestens einen weiteren Sortieralgorithmus, kennen
lernen.
Des Weiteren soll das Prinzip der binären Suche behandelt und nach Effizienzgesichtspunkten untersucht werden.
Zeitbedarf: 18 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Explorative Erarbeitung eines Sortier- Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Größe von Stiften
verfahrens Die Schülerinnen und Schüler erhalten die Aufga-
(a) Sortierprobleme im Kontext informati- beurteilen die Effizienz von Algorithmen be, fünf Stifte aufsteigend nach ihrer Größe zu
scher Systeme und im Alltag (z.B. Da- am Beispiel von Sortierverfahren hin- sortieren.
teisortierung, Tabellenkalkulation, Te- sichtlich Zeit und Speicherplatzbedarf
lefonbuch, Bundesligatabelle, usw.) (A),
27(b) Vergleich zweier Elemente als Grund- entwerfen einen weiteren Algorithmus
lage eines Sortieralgorithmus zum Sortieren (M),
(c) Erarbeitung eines Sortieralgorithmus analysieren Such- und Sortieralgorith-
durch die Schülerinnen und Schüler men und wenden sie auf Beispiele an
(D).
2. Systematisierung von Algorithmen Beispiele: Sortieren durch Auswählen,
und Effizienzbetrachtungen Sortieren durch Vertauschen, Quicksort
(a) Formulierung (falls selbst gefunden) Quicksort ist als Beispiel für einen Algorithmus
oder Erläuterung von mehreren Algo- nach dem Prinzip Teile und Herrsche gut zu be-
rithmen im Pseudocode (auf jeden handeln. Kenntnisse in rekursiver Programmie-
Fall: Sortieren durch Vertauschen, rung sind nicht erforderlich, da eine Implementie-
Sortieren durch Auswählen) rung nicht angestrebt wird.
(b) Anwendung von Sortieralgorithmen
auf verschiedene Beispiele
(c) Bewertung von Algorithmen anhand
der Anzahl der nötigen Vergleiche
(d) Variante des Sortierens durch Aus-
wählen (Nutzung eines einzigen oder
zweier Felder bzw. lediglich eines
einzigen zusätzlichen Ablageplatzes
oder mehrerer neuer Ablageplätze)
(e) Effizienzbetrachtungen an einem
konkreten Beispiel bezüglich der Re-
chenzeit und des Speicherplatzbe-
darfs
(f) Analyse des weiteren Sortieralgorith-
mus (sofern nicht in Sequenz 1 und 2
bereits geschehen)
3. Binäre Suche auf sortierten Daten Beispiel: Simulationsspiel zur binären Suche
(a) Suchaufgaben im Alltag und im Kon- nach Tischtennisbällen
text informatischer Systeme Mehrere Tischtennisbälle sind nummeriert, sor-
(b) Evtl. Simulationsspiel zum effizienten tiert und unter Bechern verdeckt. Mit Hilfe der
28Suchen mit binärer Suche binären Suche kann sehr schnell ein bestimmter
(c) Effizienzbetrachtungen zur binären Tischtennisball gefunden werden.
Suche
29Unterrichtsvorhaben EF-VI
Thema: Geschichte der digitalen Datenverarbeitung und die Grundlagen des Datenschutzes
Leitfrage: Welche Entwicklung durchlief die moderne Datenverarbeitung und welche Auswirkungen ergeben sich insbesondere hinsichtlich
neuer Anforderungen an den Datenschutz daraus?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
Das folgende Unterrichtsvorhaben stellt den Abschluss der Einführungsphase dar. Schülerinnen und Schüler sollen selbstständig informati-
sche Themenbereiche aus dem Kontext der Geschichte der Datenverarbeitung und insbesondere den daraus sich ergebenen Fragen des
Datenschutzes bearbeiten. Diese Themenbereiche werden in Kleingruppen bearbeitet und in Form von Plakatpräsentationen vorgestellt.
Schülerinnen und Schüler sollen dabei mit Unterstützung des Lehrenden selbstständige Recherchen zu ihren Themen anstellen und auch
eine sinnvolle Eingrenzung ihres Themas vornehmen.
Anschließend wird verstärkt auf den Aspekt des Datenschutzes eingegangen. Dazu wird das Bundesdatenschutzgesetz in Auszügen be-
handelt und auf schülernahe Beispielsituationen zur Anwendung gebracht. Dabei steht keine formale juristische Bewertung der Beispielsi-
tuationen im Vordergrund, die im Rahmen eines Informatikunterrichts auch nicht geleistet werden kann, sondern vielmehr eine persönliche
Einschätzung von Fällen im Geiste des Datenschutzgesetzes.
Zeitbedarf: 6 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Selbstständige Erarbeitung von The- Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Ausstellung zu informatischen
men durch die Schülerinnen und Themen
Schüler bewerten anhand von Fallbeispielen die Die Schülerinnen und Schüler bereiten eine Aus-
(a) Mögliche Themen zur Erarbeitung in Auswirkungen des Einsatzes von Infor- stellung zu informatischen Themen vor. Dazu
Kleingruppen: matiksystemen (A), werden Stellwände und Plakate vorbereitet, die
ggf. auch außerhalb des Informatikunterrichts in
„Eine kleine Geschichte der Digitali- erläutern wesentliche Grundlagen der
sierung: vom Morsen zum modernen der Schule ausgestellt werden können.
Geschichte der digitalen Datenverarbei-
Digitalcomputer“ tung (A),
30 „Eine kleine Geschichte der Krypto- stellen ganze Zahlen und Zeichen in Bi- Materialien:
graphie: von Caesar zur Enigma“ närcodes dar (D), „Binärdarstellung von Informationen“ auf
„Von Nullen, Einsen und mehr: Stel- interpretieren Binärcodes als Zahlen und https://www.inf-
lenwertsysteme und wie man mit Zeichen (D), schule.de/information/darstellunginformation
ihnen rechnet“ (10.01.2023)
nutzen das Internet zur Recherche, zum
„Kodieren von Texten und Bildern:
ASCII, RGB und mehr“
Datenaustausch und zur Kommunikation. Know-How-Papiercomputer, Video unter
(K).
„Auswirkungen der Digitalisierung: www.marian-aldenhoevel.de/papiercomputer/
Veränderungen der Arbeitswelt und (10.01.2023)
Datenschutz“
(b) Vorstellung und Diskussion durch
Schülerinnen und Schüler
2. Vertiefung des Themas Datenschutz Beispiel: Fallbeispiele aus dem aktuellen
(a) Erarbeitung grundlegender Begriffe Tagesgeschehen
des Datenschutzen Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Fall-
(b) Problematisierung und Anknüpfung an beispiele aus ihrer eigenen Erfahrungswelt oder
die Lebenswelt der Schülerinnen und der aktuellen Medienberichterstattung.
Schüler
(c) Diskussion und Bewertung von Fall- Materialien:
beispielen aus dem Themenbereich Materialblatt zum Bundesdatenschutzgesetz
„Datenschutz“ (Download EF-VI.1)
31II) Qualifikationsphase - GRUNDKURS
Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen Unterrichtsvorhaben der Qualifikationspha-
se 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),
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 zusammen (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 inklu-
sive ihrer Attribute, Methoden und Beziehungen? Wie kann man die Modellierung und die Funktionsweise der Anwendung grafisch darstel-
len?
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 einer abstrakten Oberklasse als Generalisierung verschiedener Unterklassen sinnvoll er-
scheint und eine Klasse durch eine Unterklasse spezialisiert werden kann. Um die Aufgabe einzugrenzen, können (nach der ersten Prob-
lemanalyse) 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. Klassen und ihre Beziehungen werden in einem Implementationsdiagramm dargestellt. Da-
bei werden Sichtbarkeitsbereiche zugeordnet. Exemplarisch wird eine Klasse dokumentiert. Der Nachrichtenaustausch zwischen verschie-
32denen Objekten wird verdeutlicht, indem die Kommunikation zwischen zwei ausgewählten Objekten grafisch dargestellt wird. In diesem Zu-
sammenhang wird das Nachrichtenkonzept der objektorientierten Programmierung wiederholt.
Zeitbedarf: 12 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Wiederholung und Erweiterung der Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Haus
objektorientierten Modellierung und Auf Grundlage verschiedener Häuser wird die OOP
Programmierung durch Analyse analysieren und erläutern objektorien- wiederholt. Alle Unterrichtssequenzen werden an
und Erweiterung eines kontextbe- tierte Modellierungen (A), diesem Beispiel sukzessiv behandelt. Mithilfe von
zogenen Beispiels beurteilen die syntaktische Korrektheit verschiedenen Bausteinklassen (Kreis, Quadrat,
(a) Analyse der Problemstellung Rechteck, Dreieck) werden dann die Häuser model-
und die Funktionalität von Program- liert und implementiert. Die Bausteinklassen wer-
(b) Analyse der Modellierung (Imple- men (A), den den SuS zur Verfügung gestellt.
mentationsdiagramm) modellieren Klassen mit ihren Attribu-
(c) Erweiterung der Modellierung im ten, Methoden und ihren Assoziati-
Implementationsdiagramm (Verer- onsbeziehungen unter Angabe von
bung, abstrakte Klasse) Multiplizitäten (M),
(d) Kommunikation zwischen mindes- ordnen Klassen, Attributen und Me-
tens zwei Objekten (grafische Dar- thoden ihre Sichtbarkeitsbereiche zu
stellung) (M),
(e) Dokumentation von Klassen modellieren abstrakte und nicht abs-
(f) Implementierung der Anwendung trakte Klassen unter Verwendung von
oder von Teilen der Anwendung Vererbung durch Spezialisieren und
Generalisieren (M),
implementieren Klassen in einer Pro-
grammiersprache auch unter Nutzung
dokumentierter Klassenbibliotheken
(I),
nutzen die Syntax und Semantik einer
Programmiersprache bei der Imple-
mentierung und zur Analyse von Pro-
33grammen (I),
wenden eine didaktisch orientierte
Entwicklungsumgebung zur Demonst-
ration, zum Entwurf, zur Implementie-
rung und zum Test von Informatiksys-
temen an (I),
interpretieren Fehlermeldungen und
korrigieren den Quellcode (I),
stellen Klassen und ihre Beziehungen
in Diagrammen grafisch dar (D),
dokumentieren Klassen (D),
stellen die Kommunikation zwischen
Objekten grafisch dar (D).
34Unterrichtsvorhaben Q1-II:
Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen
Leitfrage: Wie können beliebig viele linear angeordnete Daten im Anwendungskontext verwaltet werden?
Vorhabenbezogene Konkretisierung:
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 Anwendung notwendige Klassen modelliert und implementiert. Eine Klasse für eine den Anforderungen der Anwendung entspre-
chende Oberfläche sowie die Klasse Queue wird dabei von der Lehrkraft vorgegeben. Anschließend wird die Anwendung modifiziert, um
den Umgang mit der Datenstruktur 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
Anwendungskontext wird die Verwaltung von Daten in Schlangen, Stapeln oder Listen vertieft. Modellierungen werden dabei in Entwurfs-
und Implementationsdiagrammen dargestellt.
Zeitbedarf: 30 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:
Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien
1. Die Datenstruktur Schlange im Anwen- Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Patientenwarteschlange (jeder kennt
dungskontext unter Nutzung der Klas- seinen Nachfolger bzw. alternativ: seinen Vor-
se Queue erläutern Operationen dynamischer (linea- gänger)
(a) Analyse der Problemstellung, Ermitt- rer oder nicht-linearer) Datenstrukturen Sobald ein Patient in einer Arztpraxis eintrifft,
lung von Objekten, ihren Eigenschaf- (A), werden sein Name und seine Krankenkasse er-
fasst. Die Verwaltung der Patientenwarteschlan-
ten und Operationen analysieren und erläutern Algorithmen ge geschieht über eine Klasse, die hier als War-
(b) Erarbeitung der Funktionalität der und Programme (A), tezimmer bezeichnet wird. Wesentliche Operatio-
Klasse Queue beurteilen die syntaktische Korrektheit nen sind das „Hinzufügen“ eines Patienten und
(c) Modellierung und Implementierung der und die Funktionalität von Programmen das „Entfernen“ eines Patienten, wenn er zur Be-
Anwendung unter Verwendung eines handlung gerufen wird.
35oder mehrerer Objekte der Klasse (A), Die Simulationsanwendung stellt eine GUI zur
Queue ordnen Attributen, Parametern und Rück- Verfügung, legt ein Wartezimmer an und steuert
gaben von Methoden einfache Datenty- die Abläufe. Wesentlicher Aspekt des Projektes
pen, Objekttypen sowie lineare und nicht- ist die Modellierung des Wartezimmers mit Hilfe
der Klasse Queue.
lineare Datensammlungen zu (M),
Anschließend wird der Funktionsumfang der An-
ermitteln bei der Analyse von Problem- wendung erweitert: Patienten können sich zusätz-
stellungen Objekte, ihre Eigenschaften, lich in die Warteschlange zum Blutdruckmessen
ihre Operationen und ihre Beziehungen einreihen. Objekte werden von zwei Schlangen
(M), verwaltet.
modifizieren Algorithmen und Programme
(I), Materialien:
implementieren iterative und rekursive Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator
Algorithmen auch unter Verwendung von Unterrichtsvorhaben Q1.2 – Warteschlange
dynamischen Datenstrukturen (I), (Download Q1-II.1)
nutzen die Syntax und Semantik einer
Programmiersprache bei der Implementie-
rung und zur Analyse von Programmen
(I),
2. Die Datenstruktur Stapel im Anwen- interpretieren Fehlermeldungen und korri- Beispiel: Heftstapel
dungskontext unter Nutzung der Klas- In einem Heftstapel soll das Heft eines Schüler /
gieren den Quellcode (I),
se Stack einer Schülerin gefunden werden.
testen Programme systematisch anhand
(a) Analyse der Problemstellung, Ermitt- von Beispielen (I),
lung von Objekten, ihren Eigenschaf-
stellen lineare und nichtlineare Strukturen
ten und Operationen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau
(b) Erarbeitung der Funktionalität der (D).
Klasse Stack
(c) Modellierung und Implementierung der
Anwendung unter Verwendung eines
oder mehrerer Objekte der Klasse
Stack
3. Die Datenstruktur lineare Liste im An- Beispiel: Vokabellernen mithilfe von Kartei-
wendungskontext unter Nutzung der karten
36Klasse List Das Beispiel wird in Kapitel 2.5 im eingeführ-
(a) Erarbeitung der Vorteile der Klasse ten Lehrwerk behandelt.
List im Gegensatz zu den bereits be-
kannten linearen Strukturen
(b) Modellierung und Implementierung ei-
ner kontextbezogenen Anwendung un-
ter Verwendung der Klasse List.
4. Vertiefung - Anwendungen von Listen, Es werden Beispiele aus dem Aufgabenpool
Stapeln oder Schlangen in mindestens der Bundeswettbewerbs Mathematik verwen-
einem weiteren Kontext det.
Weitere Beispiele könnten sein:
Beispiel: Skispringen
Ein Skispringen hat folgenden Ablauf: Nach dem
Sprung erhält der Springer eine Punktzahl und
wird nach dieser Punktzahl in eine Rangliste ein-
geordnet. Die besten 30 Springer qualifizieren
sich für den zweiten Durchgang. Sie starten in
umgekehrter Reihenfolge gegenüber der Platzie-
rung auf der Rangliste. Nach dem Sprung erhält
der Springer wiederum eine Punktzahl und wird
nach der Gesamtpunktzahl aus beiden Durch-
gängen in die endgültige Rangliste eingeordnet.
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 tra-
gen Nummern, wobei die Nummer jedoch erst
eingesehen werden kann, wenn der Wagon der
vorderste an der offenen Gleisseite ist. (Zwischen
den Wagons herumzuturnen, um die anderen
Wagonnummern zu lesen, wäre zu gefährlich.)
37Zunächst stehen alle Wagons unsortiert auf ei-
nem Gleis. Ziel ist es, alle Wagons in ein anderes
Gleis zu fahren, so dass dort die Nummern der
Wagons vom Gleisende aus aufsteigend in richti-
ger Reihenfolge sind. Zusätzlich zu diesen beiden
Gleisen gibt es ein Abstellgleis, das zum Rangie-
ren benutzt werden kann.
Beispiel: Autos an einer Ampel zur Zufahrts-
regelung
Es soll eine Ampel zur Zufahrtsregelung in Java
simuliert werden. An einem geradlinigen, senk-
recht von unten nach oben verlaufenden Stra-
ßenstück, das von Autos nur einspurig in eine
Richtung befahren werden kann, ist ein Halte-
punkt markiert, an dem die Ampel steht. Bei ei-
nem Klick auf eine Schaltfläche mit der Aufschrift
„Heranfahren“ soll ein neues Auto an den Halte-
punkt heranfahren bzw. bis an das letzte Auto,
das vor dem Haltepunkt wartet. Grünphasen der
Ampel werden durch einen Klick auf eine Schalt-
fläche mit der Aufschrift „Weiterfahren“ simuliert.
In jeder Grünphase darf jeweils nur ein Auto wei-
terfahren. Die anderen Autos rücken nach.
Materialien:
Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator
Unterrichtsvorhaben Q1-II.3 – Anwendungen für
lineare Datenstrukturen
(Download Q1-II.3)
38Sie können auch lesen
