StarkeSeiten 5/6 - Informatik Handreichung für den Unterricht - Ernst Klett Verlag
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Informatik
Handreichung für den Unterricht
Leseprobe
Die Verkaufsauflage erscheint unter
der ISBN 978-3-12-007536-3
starkeSeiten 5/6
Nordrhein-WestfalenstarkeSeiten 5/6 Informatik André Hilbig Daniel Losch Tamara Malzahn Christian Seifert Sanna Streitberg Handreichung für den Unterricht Nordrhein-Westfalen
5 4 3 2 1 1. Auflage 1 | 25 24 23 22 21 Alle Drucke dieser Auflage sind unverändert und können im Unterricht nebeneinander verwendet werden. Die letzte Zahl bezeichnet das Jahr des Druckes. Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis § 60a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen. Fotomechanische oder andere Wiedergabeverfahren nur mit Genehmigung des Verlages. © Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2021. Alle Rechte vorbehalten. www.klett.de Das vorliegende Material dient ausschließlich gemäß § 60b UrhG dem Einsatz im Unterricht an Schulen. Autorinnen und Autoren: André Hilbig, Daniel Losch, Tamara Malzahn, Christian Seifert, Sanna Streitberg Entstanden in Zusammenarbeit mit dem Projektteam des Verlages. Gestaltung: Gourdin & Müller, Leipzig Satz: Fotosatz H. Buck, Kumhausen Druck: Printed in Germany ISBN 978-3-12-007536-3
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Kopiervorlagenverzeichnis 5
Vorwort 7
Seiten im LB Seiten im SB mittlere
Abschlüsse (Gymnasium)
1 Informatik – Was ist das? 9 8 (8)
Informatik – Ideen und Fachgebiete 10 10 (10)
Informatiksysteme 12 12 (12)
Erste Schritte mit einem Informatiksystem 13 14 (14)
Der Verzeichnisbaum – Struktur für Daten 14 16 (16)
Informatische Modellierung –
zentrale Arbeitsweise der Informatik 16 18 (18)
Vertiefung: Informatik in meinem Zimmer 17 – (20)
Vertiefung: Netzwerke – der Weg einer Nachricht
durch das Internet 18 20 (22)
Extra: Berühmte Menschen aus der Informatik 20 22 (24)
Weiterführende Literaturhinweise 22 – –
Kopiervorlagen zu Kapitel 1 23
2 Daten – Rohstoff der Informatik 34 24 (26)
Daten und ihre Codierungen 35 26 (28)
Binärcode – Worte für ein Informatiksystem 36 28 (30)
ASCII – Sprache für ein Informatiksystem 37 30 (32)
Botschaften von Daten 39 32 (34)
Daten brauchen Schutz 40 34 (36)
Vertiefung: Datenspuren im Internet 41 36 (38)
Extra: Suchmaschinen 42 38 (40)
Kopiervorlagen zu Kapitel 2 44
3 Algorithmen 60 40 (42)
Was ist ein Algorithmus? 60 42 (44)
Algorithmen und Informatik 61 44 (46)
Beschreibung von Algorithmen –
Anweisung und Sequenz 62 46 (48)
Beschreibung von Algorithmen –
Verzweigung und Wiederholung 63 48 (50)
Vertiefung: Algorithmen vergleichen 64 – (52)
Vertiefung: Darstellung von Algorithmen in
der Informatik 65 50 (54)
Extra: Rekursion 66 52 (56)
Kopiervorlagen zu Kapitel 3 68
3Inhaltsverzeichnis
4 Informatiksysteme gestalten 75 54 (58)
Scratch – Los geht’s! 76 56 (60)
Bühne frei – Informatik-Theater 78 58 (62)
Kontrolliert abtauchen 83 60 (64)
Vertiefung: Dein eigenes Spiel 87 62 (66)
Extra: Erstelle dein eigenes Quiz! 92 64 (68)
Kopiervorlagen zu Kapitel 4 94
5 Kryptologie 102 66 (70)
Was ist Kryptologie? 102 68 (72)
Beispiele für kryptografische Verfahren 103 70 (74)
Die Caesar-Verschlüsselung 105 72 (76)
Kryptoanalyse – Knackt den Caesar-Code! 106 74 (78)
Vertiefung: Rätselhaftes Rätsel – ENIGMA 107 – (80)
Vertiefung: Ich habe keine Geheimnisse!
Warum soll ich meine Daten verschlüsseln? 109 76 (82)
Extra: Erweiterung der Caesar-Verschlüsselung 110 78 (84)
Kopiervorlagen zu Kapitel 5 111
6 Informatik – Möglichkeiten und Grenzen 119 80 (86)
Überall Informatik 119 82 (88)
Chancen und Risiken 120 84 (90)
Praktische und prinzipielle Grenzen 122 86 (92)
Maschinelles Lernen 123 88 (94)
Vertiefung: Mensch vs. Maschine 126 90 (96)
Extra: Was fühle ich? 130 92 (98)
Kopiervorlagen zu Kapitel 6 133
4Kopiervorlagenverzeichnis
Kopiervorlagenverzeichnis
In der folgenden Übersicht finden Sie auf einen Blick alle Arbeitsblätter (Kopiervorlagen), die in d
ieser
Handreichung für den Unterricht enthalten sind. Sie sind jeweils der passenden Seite im Schülerbuch
zugeordnet.
Kopiervorlage passt zu Seite im SB mittlere
Abschlüsse (Gymnasium)
1 Informatik – Was ist das?
KV 01: Fachgebiete der Informatik 10/11 (10/11)
KV 02: Informatiksysteme 12/13 (12/13)
KV 03a-b: Erste Schritte mit einem Informatiksystem 14/15 (14/15)
KV 04: Ordnung statt Chaos – Verzeichnisse für deine Fotos 16/17 (16/17)
KV 05a-b: Ein Baum schafft Ordnung – Deine Verzeichnisstruktur
für den Schulserver 16/17 (16/17)
KV 06a-b: Verhalten bei Feueralarm 18/19 (18/19)
KV 07: Netzwerke – Ein Rollenspiel 20/21 (22/23)
KV 08: Berühmte Menschen der Informatik 22/23 (24/25)
2 Daten – Rohstoff der Informatik
KV 09: Braille-Buchstabenvorlage 26/27 (28/29)
KV 10: Codierungen verstehen 26/27 (28/29)
KV 11: Punktetabelle für ein Zählduell 28/29 (30/31)
KV 12: Binärcodierung mit Stift und Papier 28/29 (30/31)
KV 13: Speicherbedarf von Dateien 30/31 (32/33)
KV 14: Bilder und ihre Aussage 34/35 (36/37)
KV 15: Echt – unversehrt – vertraulich 34/35 (36/37)
KV 16: Was weiß das Internet über dich und mich? 34/35 (36/37)
KV 17: Personalisierte Werbung: Theateraufführung 36/37 (38/39)
KV 18: Du hast ein Recht an deinem Bild 38/39 (40/41)
KV 19: Die CC-Lizenzen und ihre Symbole 38/39 (40/41)
KV 20: Clever suchen 38/39 (40/41)
KV 21: Infokarten erstellen 38/39 (40/41)
3 Algorithmen
KV 22a-b: Routenaufzeichnung 42/43 (44/45)
KV 23: Ein Algorithmus: Was ist das? 42/43 (44/45)
KV 24: Papierflieger-Algorithmus 42/43 (44/45)
KV 25: Eigenschaften informatischer Algorithmen 44/45 (46/47)
KV 26: Schatzinsel 44/45 (46/47)
KV 27: Die Symbole eines PAP 50/51 (54/55)
5Kopiervorlagenverzeichnis
4 Informatiksysteme gestalten
KV 28: Erste Schritte in Scratch 56/57 (60/61)
KV 29: Anweisungen in Scratch 56/57 (60/61)
KV 30: Sequenzen in Scratch 56/57 (60/61)
KV 31: Ein Aquarium voller Tiere 58/59 (64/65)
KV 32: Wiederholungen 58/59 (64/65)
KV 33: Ein Ping-Pong-Spiel 60/61 (66/67)
KV 34: Hilfen zum Ping-Pong-Spiel 60/61 (66/67)
KV 35: Bedingungen 60/61 (66/67)
5 Kryptologie
KV 36: Einstieg Kryptologie 68/69 (72/73)
KV 37: Wörtersuche Kryptologie 68/69 (72/73)
KV 38: Beispiele für kryptografische Verfahren 70/71 (74/75)
KV 39: Die Caesar-Scheibe 72/73 (76/77)
KV 40: Kryptoanalyse: Knackt den Caesar-Code! 74/75 (78/79)
KV 41: Ich habe keine Geheimnisse! Warum soll ich meine
Daten verschlüsseln? 76/77 (82/83)
KV 42: Persönliche Daten schützen 76/77 (82/83)
KV 43: Erweiterung der Caesar-Verschlüsselung 78/79 (84/85)
6 Informatik – Möglichkeiten und Grenzen
KV 44: Bleib fit! 84/85 (90/91)
KV 45: Informatiksysteme im Einsatz 84/85 (90/91)
KV 46: Nutzungstagebuch Informatiksysteme 84/85 (90/91)
KV 47: Fastenvertrag 84/85 (90/91)
KV 48: Fastentagebuch 84/85 (90/91)
KV 49: Lineares und exponentielles Wachstum 86/87 (92/93)
KV 50: Entscheidungsbäume 90/91 (96/97)
6Vorwort
Vorwort
starkeSeiten Informatik ist ein praxisorientiertes Lehrbuch für das Pflichtfach Informatik an Schulfor-
men für mittlere Abschlüsse und Gymnasien in Nordrhein-Westfalen. Unter Berücksichtigung des Kern-
lehrplans werden die vielseitigen Themen der Informatik mithilfe strukturierter Lerneinheiten und
zahlreicher differenzierender Aufgaben verständlich und motivierend vermittelt.
Sechs Kapitel – eine Linie
Neben der inhaltlichen Orientierung am Kernlehrplan liegt dem Lehrwerk folgende konstruktive Linie
vor, die jedoch auch nicht davon abhalten sollte, die Kapitel in einer anderen Reihung zu erarbeiten:
In Kapitel 1 wird die Informatik als eigenständige Wissenschaftsdisziplin mit ihren Gegenständen
(Algorithmen und Daten) sowie ihrer zentralen Arbeitsweise, der informatischen Modellierung, vorge-
stellt. Sie wirkt in den zahlreichen Frage-, Problem- und Aufgabenstellungen auf den Doppelseiten
über alle Kapitel des Schülerbuchs hinweg und ist dabei auch strukturgebend für die Kapitelsequenzie-
rung (von Daten und Algorithmen über deren Implementierung bis hin zu Möglichkeiten und Grenzen
der Informatik).
In Kapitel 2 und 3 begegnen die Schülerinnen und Schüler zwei zentralen, abstrakten Kategorien der
Informatik, die in den Kapiteln durch viele anschauliche und nah an den Lernenden liegende Beispiele
mit Leben gefüllt werden. Daten und Algorithmen sind bei jeder Art von informatischer Modellierung,
bei der Problembeschreibung und den Schritten hin zum formalen Modell prägend.
Die Umsetzung formaler, informatischer Modelle kann mithilfe von Kapitel 4 geschehen oder auch
durch viele haptisch umsetzbare Methoden wie in Kapitel 5 erfahrbar gemacht werden. Dies spannt
einen engen Bogen zwischen symbolischen und enaktiv geprägten Elementen des Informatikunter-
richts.
Kapitel 6 behandelt schließlich die Fragen nach Möglichkeiten und Grenzen, Nachhaltigkeit, Verant-
wortung und dem Menschsein, die sich im Fach Informatik stellen.
Gestaltungselemente im Schülerbuch
Mit der Berücksichtigung moderner Gestaltungselemente entspricht starkeSeiten Informatik den Seh-
gewohnheiten der Schülerinnen und Schüler. Die ansprechenden und impulsgebenden Bilder, Grafiken
und Screenshots haben eine eigenständige didaktische Funktion. Sie haben Aufforderungscharakter
und transportieren Inhalte, sie werfen Fragen auf und ermöglichen ganz unterschiedliche Zugänge
zum Thema. Die klare Struktur der Doppelseiten mit deutlich unterscheidbaren Elementen erleichtert
die Orientierung und gibt den Schülerinnen und Schülern Sicherheit.
Differenzierung im Schülerbuch
Die Lehrwerksreihe starkeSeiten wurde speziell für das Unterrichten in heterogenen Klassen entwi-
ckelt. Die Bücher leiten die Schülerinnen und Schüler zum selbstständigen Arbeiten in unterschiedli-
chen Sozialformen an und bieten den Lehrerinnen und Lehrern vielfältige Möglichkeiten zum Differen-
zieren, sowohl innerhalb eines Kapitels als auch auf jeder Doppelseite.
Jedes Kapitel beginnt mit einer Auftaktseite, auf der sich eine an den Lernenden orientierte Zusam-
menfassung von Inhalten und Kompetenzen sowie motivierende Abbildungen befinden, die durch die
„Wusstest du, dass …“-Bemerkungen zu einem vertieften Einstieg in das Thema des Kapitels einladen.
Es folgen Basisseiten, die zu jeder Thematik das fachliche Fundament aufbauen.
Davon ausgehend bieten die Vertiefungsseiten Möglichkeiten, lerngruppenspezifische Differenzie-
rungs-maßnahmen zu gestalten – sei es, um individuelle Förderangebote zu schaffen oder der Lern-
gruppe als Ganzes bei besonderem Interesse am Thema des Kapitels eine eingehendere Auseinander-
setzung anzubieten.
Schließlich rundet jedes Kapitel eine Extraseite ab, auf der thematisch weiterführende Aufgaben dar-
geboten werden.
Die Aufgaben sind in verschiedene Schwierigkeitsstufen eingeteilt. Die Aufgabenschwierigkeit ist je-
weils am unteren rechten Seitenrand zugeordnet:
0 = leicht, $ = mittel, . = schwer
7Vorwort
Hin und wieder findet sich im Aufgabenblock ein Wortspeicher-Kasten. Dieser ist stets an eine konkre-
te Aufgabe gekoppelt und soll die Schülerinnen und Schüler beim Erlernen einer informatischen Fach-
sprache unterstützen.
Auch Projektkästen, die eine mögliche Umsetzung der typischen Arbeitsform informatischer Modellie-
rung am jeweiligen Thema vorschlagen, sind immer wieder vorzufinden.
Operatoren – Hilfen bei der Bearbeitung von Aufgaben
Alle Aufgaben haben einen „Operator“, also ein Signalwort, das der Schülerin oder dem Schüler zeigt,
welcher Arbeitsschritt genau erwartet wird. Die Operatoren werden im Schülerbuch in schülergerech-
ter Sprache erklärt. Beispiel: „Nenne andere dir bekannte Dateitypen.“
⟶ Der Operator „nennen“ ist auf S. 94 (mittlere Abschlüsse)/S. 100 (Gymnasium) so erklärt:
Nennen: Du trägst Begriffe, Informationen etc. in Stichworten zusammen.
Die Handreichung für den Unterricht
Anliegen der Handreichung für den Unterricht ist es, Hintergrundinformationen zum jeweiligen Thema
zu liefern und Ihnen konkrete Hilfen für den Unterricht zu geben. Dazu gehören auch die zahlreichen
Arbeitsblätter, die sich direkt an die didaktischen Kommentare zum jeweiligen Kapitel anschließen.
Diese Handreichung soll zur fachdidaktischen Transparenz beitragen und insbesondere für die jeweili-
ge Doppelseite aus dem Schülerbuch dazu dienen, …
• Kompetenzbezüge zum Kernlehrplan herzustellen,
• fachlich relevante Hintergründe (insbesondere auch für fachfremd Unterrichtende) zusammenzu
fassen (Sachinformation),
• fachdidaktische Entscheidungen transparent zu machen bzw. mögliche Impulse für die Unterrichts-
gestaltung zu setzen (Hinweise zum Unterricht),
• und schließlich auch Lösungen und Lösungshinweise der Aufgaben bereitzustellen.
Die zahlreichen Arbeitsblätter, die sich als Kopiervorlagen an die didaktischen Kommentare zum je-
weiligen Kapitel anschließen, geben den Schülerinnen und Schülern die Gelegenheit, das Gelernte
anzuwenden und zu vertiefen.
8Informatik – Was ist das? I 1
Vorwort: Kapitel 1 – Informatik – Was ist das?
Informatik – Warum nicht Computerführerschein oder „Digitalkunde“?
Informatik ist ein Fach, an das von außen viele Stereotype herangetragen werden: von hohem Anse-
hen des Nerdtums bis hin zu „Das ist doch nur reine Anwendung und kein allgemeinbildendes Schul-
fach!“. „Bildung kommt weder mit dem Möbelwagen, noch wird sie im Klassenzimmer an die Wand
geschraubt“ (Lautebach, 2018a). Das gilt für alle Schulfächer – inklusive Informatik. Weil viele mit Infor-
matik vornehmlich Smartphones, Apps, Laptops und Technik in Verbindung bringen, heißt das lange
nicht, dass sich Informatikunterricht auch eben damit beschäftigt. Phänomene mit Informatiksystemen
müssen ganz klar im Informatikunterricht aufgeschlossen werden (vgl. Humbert und Puhlmann, 2004),
da kein anderes Fach bezüglich der Aufrichtung und Gestaltung der Informatiksysteme verantwortlich
ist. Doch in ihrer Eigenschaft als Strukturwissenschaft oder auch als sogenannte „Ingenieur-
Geisteswissenschaft“ geht es im Schulfach Informatik auch um Phänomene, die nur einen indirekten
oder gar keinen Bezug zu Informatiksystemen aufweisen (vgl. Humbert und Puhlmann, 2004).
50 Jahre – Hat sich die Informatik da nicht total verändert?
Nein. Informatik hat als Schulfach in Nordrhein-Westfalen seit 1969 Bestand, flächendeckendes Pflicht-
fach ist es erst mit Beginn des Schuljahres 2021/2022 geworden. Die Wissenschaft Informatik hat sich
in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts als eigenständige Disziplin entwickelt. Die etablierten
grundlegenden Konzepte, die z. T. auch schon entwickelt wurden, bevor die Wissenschaft Informatik als
solche ihren Namen erhielt, haben zeitinvarianten Bestand. Um die zeitliche Ungebundenheit, die brei-
te Verankerung in der Informatik und den Lebensweltbezug der Unterrichtsgegenstände angemessen
bei der Gestaltung von Bildungsprozessen zu berücksichtigen, hat Andreas Schwill das Konzept der
„fundamentalen Ideen“ auf den Informatikunterricht bezogen (vgl. Schwill, 1993).
Informatik – Nur was für Nerds?
Nein. Die Vorstellung „Informatik ist männlich, ‚nerdig‘ und etwas für Einzelkämpfer“ hat leider eine
lange Tradition. Dabei war schon der erste Mensch, der je programmiert hat, eine Frau, nämlich Ada
Lovelace. Auch sind Kommunikation und Kooperation in informatisch geprägten Berufsfeldern sehr
bedeutsam. Beim Bundeswettbewerb Informatik (https://bwinf.de/) werden Aufgaben gestellt, die nur
als Team lösbar sind. Im schulischen Informatikunterricht ist die Kollaboration im Team ebenfalls eine
zentrale Arbeitsweise (vgl. den eigenen, prozessorientierten Kompetenzbereich im Kernlehrplan NRW).
Die flächendeckende, frühe Begegnung mit Informatik im Schulunterricht kann der Diversität in der In-
formatik zuträglich sein.
Informatik – nur was für Sek II?
Nein. Informatische Lebensweltbezüge ergeben sich schon von Kleinkindesbeinen an – gerade auch
ohne Informatiksysteme. Die Gesellschaft für Informatik hat daher auch Kompetenzen für informati-
sche Bildung im Primarbereich formuliert (InformatikKompetenzen_Primarbereich2018), in denen
einige lebensweltliche Bezüge der Kinder deutlich werden. Erste Erprobungen im Grundschulunter-
richt (etwa mit den Materialien aus dem Landesprojekt „Informatik an Grundschulen“, h ttps://iag.nrw.
de) zeigen, dass in Informatik – wie bei jedem anderen Fach allgemeinbildender Art – das Prinzip des
Spiralcurriculums anwendbar ist. Der Informatik-Biber (das Pendant zum Känguru in der Mathematik;
https://bwinf.de/biber/) bietet jedes Jahr für die Klassen 3 bis 13 einen spannenden Wettbewerb mit
vielen, ideenreichen Aufgaben, die es sich auch für den schulischen Unterricht lohnt, als Quelle der Ins-
piration heranzuziehen (https://bwinf.de/biber/archiv/).
91 I Informatik – Was ist das?
⟶ SB S. 10/11 Informatik – Ideen und Fachgebiete
(mittlere
Abschlüsse/
Gymnasium) Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• erläutern den Datenbegriff anhand von Beispielen aus ihrer Erfahrungswelt (A),
• erläutern den Zusammenhang und die Bedeutung von Information und Daten (A),
• stellen eine ausgewählte Information in geeigneter Form als Daten formalsprachlich oder
graphisch dar (DI).
Sachinformation
Die erste Aussage im Lehrwerk „Informatik ist eine eigenständige Wissenschaft“ macht einen für die-
ses Kapitel zentralen Gedanken deutlich: Die Informatik ist kein Rand- oder Spezialgebiet mit entwe-
der lebensfremden oder zu profanen Anwendungen (beides wird ihr nachgesagt). „Informatik ist die
Wissenschaft, die sich mit der automatischen Verarbeitung von Daten beschäftigt“ (Humbert, 2006,
S. 26). Daran wird ersichtlich, dass die zentralen Gegenstände der Wissenschaft Informatik Daten und
Algorithmen (automatische Verarbeitung) sind. Dies wird im Lehrwerk durch zwei eigene Kapitel mit
einem jeweiligen Schwerpunkt berücksichtigt, denn Daten und Algorithmen sind voneinander nicht
wirklich isolierbar, sondern stets aufeinander bezogen. Der Informationsbegriff, der im Namen des Fa-
ches enthalten ist, ist wissenschaftlich betrachtet kein trivialer und entbehrt einer absoluten Definiti-
on. Dies geht zurück auf das Modell von Humbert (vgl. Abb. 1, nach Humbert, 2020), der die Begrifflich-
keiten „Daten–Wissen–Information“ den Ebenen „Syntax– Semantik–Pragmatik“ zuordnet. Diese
Ebenen müssen nicht allesamt expressis verbis aufgegriffen werden, aber es ist bedeutsam, sich dieser
Strukturierung selbst gewiss zu sein, wenn es beispielsweise darum geht, darzustellen, was die Ergeb-
nisse der theoretischen Informatik zeigen (Informatiksysteme können die pragmatische Ebene nie er-
reichen).
Beispiel: Ich stehe als Fußgänger oder Fußgängerin an einer Ampel und nehme eine bestimmte Far-
banordnung wahr (syntaktisch). Aufgrund einer allgemeinen Konvention kann ich der Farbe eine Be-
deutung zuweisen (z. B.: Rot – ich soll stehen bleiben). Dass ich tatsächlich stehen bleibe (Interpretati-
on der Daten auf pragmatischer Ebene), ist meine Entscheidung. Für jemand anderen könnte aber
auch eine andere Information aus den vorliegenden Daten hervorgehen.
Information Pragmatik
Wissen Semantik
Daten Syntax
Abb. 1: Daten – Wissen – Information (nach Humbert, 2020)
Der Bezug von Informatik zu den von ihr geschaffenen Informatiksystemen bleibt hier ganz bewusst
außen vor (lediglich Navigationssystem/-App oder Computer werden exemplarisch – mehr am Rande –
genannt), um den allgemeinbildenden Anspruch der Informatik zu bestärken, indem „analoge“ Beispie-
le aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler gewählt werden. Die Darstellung der Fachgebiete
(Kerninformatik: Technische, Praktische und Theoretische Informatik; weitere Fachgebiete: Informatik
und Gesellschaft, Angewandte Informatik, Didaktik der Informatik) veranschaulicht die Breite der Wis-
senschaft Informatik und lässt vorausahnen, wie vielfältig Gegenstände, Methoden und Anwendungs-
gebiete sind.
10Informatik – Was ist das? I 1
Didaktik
der
Informatik
Ange- Informatik
wandte und Gesell-
Informatik schaft
Theore-
Praktische Technische
tische
Informatik Informatik
Informatik
Abb. 2: Übersicht der Informatik-Fachgebiete (nach Humbert, 2020)
Hinweise zum Unterricht
Das Einstiegsbeispiel mit der Bestimmung des Weges zum Zoo lässt einen Transfer auf lokale, den
Schülerinnen und Schülern bekannte Wege zu. Dadurch ist die Identifikation mit der Problemstellung
ggf. noch erhöht. Das grundlegende Problem ist im Absatz „Information gewinnen“ dargestellt. Nach
einem motivierenden Einstieg zu einem lokalen „Wegproblem“ kann der Text zur Erarbeitung einer
möglichen Strategie dienen, die nach der Lektüre von den Schülerinnen und Schülern auf die örtliche
Problematik übertragen werden könnte. Eine Abrundung bei gleichem Lerntempo oder auch eine
Möglichkeit der Differenzierung bietet hierzu die Aufgabe 3, in der die Schülerinnen und Schüler disku-
tieren, was eine „geeignete“ Strecke denn sein könnte.
Die Lektüre der Texte zur Gliederung der Informatik in Fachgebiete könnte mit einer Zuordnungsauf-
gabe von Gegenständen und Methoden verknüpft werden (Kopiervorlage 01) – zum Beispiel den fol-
genden:
Technische Informatik: USB-Stick, Drucker, Tastatur
Praktische Informatik: Tabellenkalkulation, Textverarbeitungsprogramm, Streaming-Dienst
Theoretische Informatik: Beweis, dass ein Problem berechenbar ist; Aufwandsabschätzung
Zudem sollten aber auch Elemente herangezogen werden, deren Zuordnung nicht unbedingt
eindeutig vorzunehmen ist, wie z. B. Programmiersprachen (Praktische und/oder
Theoretische Informatik) oder auch ein Laptop (im Prinzip alle Fachgebiete – hier gilt es
insbesondere das Begründen der jeweiligen Auswahl zu fördern).
Kopiervorlage 1 (KV 01): Fachgebiete der Informatik
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Wenn ich weiß, dass meine Bücher nach dem Alphabet sortiert sind, weiß ich in etwa, wo ich suchen
muss, wenn ich ein Buch mit dem Buchstaben M suche – vermutlich in der Mitte. Beispiel: Wenn ich
ein Buch mit dem Titel „Harry Potter“ suche, muss ich, da ich weiß, wo das H im Alphabet ist, wahr-
scheinlich bei der Hälfte der ersten Hälfte der Buchreihe suchen.
0 2 Die Umweltinformatik beschäftigt sich mit Fragen zur Messung von Umweltphänomenen und entwi-
ckelt Ideen, wie man mit informatischen Ideen, die Umwelt (Klima,Tierwohl, Gesundheit, usw.) verbes-
sern kann.
$ 3 Was ist eine „geeignte“ Strecke? Mögliche Ideen: die kürzeste Strecke hinsichtlich der Zeit, die ich brau-
che; die kürzeste Strecke hinsichtlich der Entfernung, die ich zurücklegen muss; oder auch: eine Strecke,
die einen z. B. für mich persönlichen Vorteil bringt (z. B. Ich komme an einem Obstladen vorbei und
kann noch Proviant einkaufen); oder auch: ein umweltfreundlicher Weg.
. 4 Möglichkeiten beim Anruf:
• Freundin geht nicht ans Telefon: warten, auflegen, 5 Min später noch einmal anrufen
• Freundin geht ans Telefon: mit ihr sprechen, auflegen
„Freundin hebt ab, ich lege auf“ wäre ebenfalls eine Möglichkeit – wenn auch untypische Verfahrens-
weise. Insbesondere bei „Freundin geht nicht ans Telefon“ sollten die Schülerinnen und Schüler disku-
tieren, wie sie ggf. verfahren würden, um ihre Freundin doch noch zu erreichen.
$ 5 Medizininformatik könnte dazu beitragen, dass die medizinische Versorgung besser funktioniert (z. B.
Verbesserungen von Genauigkeit bei Operationen; Verbesserung der Organisation, z. B. Wartezeiten
verkleinern; Entlastung von Personal); andererseits: Stärkere Überwachung der Patientinnen und
Patienten macht „gläsern“ für wirtschaftliche Interessen (z. B. Fitness-Armbänder/Tracking).
111 I Informatik – Was ist das?
⟶ SB S. 12/13 Informatiksysteme
(mittlere
Abschlüsse/
Gymnasium) Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• benennen Beispiele für (vernetzte) Informatiksysteme aus ihrer Erfahrungswelt (DI),
• benennen Grundkomponenten von Informatiksystemen und beschreiben ihre Funktionen (DI),
• beschreiben das Prinzip der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe (EVA-Prinzip) als grundlegendes
Prinzip der Datenverarbeitung (DI).
Sachinformation
Ein Informatiksystem ist eine spezifische Zusammenstellung von Hardware, Software und Netzverbin-
dungen zur Lösung von Problemstellungen. Dazu gehören auch alle Fragestellungen, die im gesell-
schaftlichen Kontext aufgeworfen werden (vgl. Claus und Schwill, 2006; Humbert, 2006). Damit spie-
geln sich in diesem zentralen, informatischen Fachterminus auch die bereits aufgeschlossenen
Fachgebiete wieder.
Ein wichtiger Aspekt, der mit darüber entscheidet, ob etwas als Informatiksystem bezeichnet werden
kann, ist die „Turingvollständigkeit“, d. h. u. a., dass das Informatiksystem so veränderbar ist, dass ich
seine Aufgabe bzw. sein Betriebssystem wechseln kann. Die Universalität eines Informatiksystems
wird dadurch erst ermöglicht.
Das Prinzip der „Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe“ (EVA-Prinzip) entstammt dem Modell der Rechnerar-
chitektur von John von Neumann, das ein Informatiksystem als Komposition aus Ein-/Ausgabewerk, Re-
chenwerk, Steuerwerk und Speicherwerk auffasst. Hierbei zeigt sich, dass sich beim EVA-Prinzip insbe-
sondere hinter dem „V“ ein den Schülerinnen und Schülern eher schwer zugängliches Feld verbirgt:
Während Eingabe und Ausgabe meistens visuell und haptisch ablaufen, ist die Verarbeitung bei Infor-
matiksystemen ganz überwiegend als latent bzw. virtuell zu bezeichnen.
Hinweise zum Unterricht
Die Doppelseite bietet eine gute Möglichkeit zur Erarbeitung der Fragestellung „Was ist ein Informa-
tiksystem?“. Zum Einstieg ließe sich etwa eine gemeinsame Skizze zu der Frage anfertigen, welche den
Schülerinnen und Schülern bekannten Problemlösungen von Informatiksystemen angeboten werden.
Anschließend könnten die einzelnen Komponenten „Hardware“, „Software“ und „Netz“ arbeitsteilig von
Gruppen erarbeitet werden (bzw. zwei Gruppen je K omponente). In der Gruppenarbeit ginge es darum,
Aufgaben und Gegenstände der jeweiligen Komponente auf Textbasis der Doppelseite zu sammeln. In
arbeitsgleichen Gruppenpuzzlen setzen sich die einzelnen Komponenten (repräsentiert durch Schüle-
rinnen und Schüler der entsprechenden Gruppen) dann zu einem Informatiksystem zusammen und er-
läutern den anderen ihre Ergebnisse. Gemeinsam können die zusammengesetzten Informatiksys-
tem-Gruppen anschließend überlegen, welche Elemente in eine Definition eines „Informatiksystems“
gehören. Da der Fachterminus Informatiksystem zentral ist und in dem Lehrwerk durchgängige Ver-
wendung findet, sollte schlussendlich eine Begriffssicherung erfolgen, bei der die Merksätze auf der
rechten Seite eine Orientierung zur Gestaltung der eigenen Definition bieten können.
Kopiervorlage 2 (KV 02): Informatiksysteme
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Individuelle Lösungen, z. B.: Mamas Laptop, Smartphones (Mama, Papa, Schwester, ich), Router, Staub-
saugerroboter, Tablet von meinem Papa, SmartTV im Wohnzimmer, Spielkonsole von meiner Schwester
$ 2 Eingabe Verarbeitung Ausgabe
Tastatur Arbeitsspeicher Drucker
Mikrofon Grafikkarte Kopfhörer
12Informatik – Was ist das? I 1
. 3 Waschmaschine, Kühlschrank und Staubsauger sind als Hardware zu sehen mit fest einprogrammier-
ten Funktionen; die Software, also das System, das auf den Geräten installiert ist, kann oft nicht ausge-
tauscht werden (kein Informatiksystem). Allerdings gibt es auch Geräte, bei denen das möglich ist und
die auch über eine Verbindungsmöglichkeit (z. B. W-LAN) zum Internet verfügen – unter diesen Um-
ständen könnte man dann auch bei den genannten Haushaltsgegenständen von Informatiksystemen
sprechen.
⟶ SB S. 14/15 Erste Schritte mit einem Informatiksystem
(mittlere
Abschlüsse/
Gymnasium) Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• erläutern die Funktionsweise eines Automaten aus ihrer Lebenswelt (A),
• stellen Abläufe in Automaten graphisch dar (DI),
• benennen Grundkomponenten von (vernetzten) Informatiksystemen und beschreiben ihre
Funktionen (DI),
• setzen zielgerichtet Informatiksysteme zur Verarbeitung von Daten ein (MI).
Sachinformation
Der bereits erschlossene Informatiksystembegriff lädt ein, im Informatikunterricht plattform- und
betriebssystemunabhängig mit den Schülerinnen und Schülern zu arbeiten. Dadurch wird nicht nur d ie
Nachhaltigkeit von Materialien gewährleistet, sondern vor allem die marktunabhängige Gestaltung
von Informatikunterricht. Die Werkzeuge, die im Informatikunterricht Einsatz finden, unterliegen –
wenngleich sie auch ggf. unterschiedlich scheinen – zumeist denselben informatischen Konzepten;
und ebendiese gilt es, die Schülerinnen und Schüler entdecken zu lassen (an Stelle von „Bedienungs-
anleitungen“).
Ein Konzept, das unabhängig vom äußeren Erscheinungsbild des Gerätes besteht und auch nichts
damit zu tun hat (also insbesondere nicht immer wieder neu erworben werden muss), ist das Prinzip
der Anmeldung mit bestimmten Zugangsdaten (Benutzername und Passwort) auf einem Informatik
system. Egal ob auf dem Betriebssystem des schulischen PCs, im heimischen, privaten Netzwerk, beim
Lernmanagement-System der Schule, beim E-Mail-Account oder Streaming-Dienst der Schülerin oder
des Schülers – es gilt stets dieselbe informatische Modellierung: ein Benutzername als eindeutiges
Identifikationsmerkmal, das ein zulässiger Bezeichner sein muss (Regeln für Benutzernamen; typische
Beispiele sind im Lehrwerk gegeben). Bei Überprüfung der syntaktischen Zulässigkeit des Bezeichners
handelt es sich ganz klar um ein Element der theoretischen Informatik. Es lässt sich ein Automat kons-
truieren, der prüft, ob ein gewünschter Benutzername auch zulässig ist.
Beim Passwort spielt vor allem die Sicherheit eine Rolle und zwar (mindestens) in zweidimensionaler
Hinsicht: einerseits die „Stärke“ eines neu zu generierenden Passwortes (vgl. z. B.
https://t1p.de/bsi-pw); andererseits der Umgang mit bestehenden Passwörtern (keine Weitergabe,
Speichern, . . .).
Hinweise zum Unterricht
Die Erarbeitung dieser Seite befähigt die Schülerinnen und Schüler dazu, wie es die erste Aufgabe
vorschlägt, an den eigenen, tatsächlich vor Ort vorhandenen Informatiksystemen tätig zu werden und
diese für die Benutzung vorzubereiten. Dabei lässt sich sowohl die Wiederholung der Fachgebiete
(Zuordnung) und des Informatiksystembegriffes als auch die Erarbeitung des Prinzips der Anmeldung
thematisieren. Die Abbildung 1 zeigt ein graphisch anschaulich gestaltetes Automatenmodell, das die
drei Zustände „unangemeldet“, „prüfend“ und „angemeldet“ mit entsprechenden Zustandsübergängen
umfasst. Ausgehend von diesem allgemeingültigen Modell der Theoretischen Informatik machen die
Schülerinnen und Schüler Erfahrungen seitens der Praktischen Informatik an dem jeweiligen Informa-
tiksystem, mit dem sie interagieren. Die Arbeit der Schülerinnen und Schüler im Bereich der Techni-
schen Informatik (d. h. hier: Anschluss des Gerätes ans Stromnetz, Verbindung der einzelnen Hard-
ware-Komponenten) kann in diesem Unterrichtszusammenhang auch aufgeschlossen werden. Ein
schrittweises Vorgehen ist hier je nach Lerngrupppe und deren Größe ratsam.
131 I Informatik – Was ist das?
Kopiervorlage 03a-b (KV 03a-b): Anmeldung in einem Informatiksystem
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Beispiel: Mein Anmeldevorgang: Ich gebe am Schul-PC meine Schüler-Mail-Adresse ich@… ein und
muss dann auf „Login“ klicken. Danach werde ich nach meinem Passwort gefragt. Wenn ich das einge-
geben habe, werde ich zu meinem Startbildschirm weitergeleitet.
0 2
richtig
ch
fals
(Zim u
me r verlassen) Tür z
$ 3 Individuelle Lösungen, z. B. (alles „Verknüpfungen“): Datei-Browser, Web-Browser, E-Mail-Programm,
mein Lieblingsspiel, Programmstarter, (bei mobilen Geräten) Akkustatus, Netzwerkstatus, Uhrzeit, Laut-
stärke für Ausgabe von Ton
⟶ SB S. 16/17 Der Verzeichnisbaum – Struktur für Daten
(mittlere
Abschlüsse/
Gymnasium) Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• vergleichen Möglichkeiten der Datenverwaltung hinsichtlich ihrer spezifischen Charakteristika
(u. a. Speicherort, Kapazität, Aspekte der Datensicherheit) (A),
• setzen zielgerichtet Informatiksysteme zur Verarbeitung von Daten ein (MI),
• erläutern Prinzipien der strukturierten Dateiverwaltung (A).
Sachinformation
Mittlerweile gehört das Arbeiten mit Informatiksystemen zum Schulalltag. Gerade zu Beginn der Klas-
se 5 müssen die Schülerinnen und Schüler an das Arbeiten mit dem schuleigenen System herange-
führt werden und sich hier vermutlich zum ersten Mal eine eigene Struktur aufbauen, die ihnen das
Ablegen, Speichern und Wiederfinden von Dateien ermöglicht. Daher ist es im Hinblick auf die Medien-
kompetenz der Schülerinnen und Schüler sehr wichtig, von Anfang an nutzbare Strukturen einzufüh-
ren. Strukturen sind ein elementarer Bestandteil der Informatik. Informatische Automanten (siehe An-
meldevorgang) haben eine festgelegte Struktur, Netzwerke können nach verschiedenen Strukturen
aufgebaut sein, Daten haben eine festgesetzte Struktur, jeder Algorithmus hat sie. Daher wird die In-
formatik häufig als Strukturwissenschaft bezeichnet. Die Baumstruktur spielt in vielen Bereichen eine
wichtige Rolle, ob in Form von Verzeichnisbäumen, Entscheidungsbäumen etc. und wird hier bereits
zugrundegelegt.
Hinweise zum Unterricht
Unterschiedliche Systeme bieten unterschiedlich gut einsehbare Verzeichnisstrukturen. Will man nah
an der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler und damit bei dem Smartphonebeispiel bleiben,
kommt man nicht darum herum, im Unterricht mit verschiedenen Möglichkeiten von Smartpho-
ne-Apps zu arbeiten. Es empfiehlt sich, entweder selbst die Möglichkeiten der Dateiablage bei den un-
14Informatik – Was ist das? I 1
terschiedlichen Systemen vorher anzusehen oder sie von den Schülerinnen und Schülern vorstellen zu
lassen. Gut zu wissen ist, dass manche Software das Erstellen von eigenen Verzeichnissen in der Gale-
rie erlaubt, andere nur im Dateimanager (⟶ Telefonspeicher/SD-Karte ⟶ DCIM ⟶ Camera).
Nicht ganz so motivierend und häufig in Benutzung ist der Zugang über das schuleigene System. Doch
auch hier werden die Schülerinnen und Schüler selbständig Strukturen anlegen und diese mit der Zeit
mehr und mehr ausbauen und nutzen. Damit der weitere Ausbau der Verzeichnisstrukturen übersicht-
lich bleibt, empfiehlt es sich, die von den Schülerinnen und Schülern erarbeiteten Verzeichnisbäume
gemeinsam zu besprechen und wenn nötig mit Blick auf die Erweiterbarkeit abzuändern.
Tipp zu Aufgabe 3: Den Dateityp (Text-, Musik, Video, …) erkennt man an der Dateiendung. In Abbil-
dung 5 geht es z. B. um Fotodateien (Turnier.jpg, Team.jpg, Flug.jpg und Strand.jpg). Mögliche Endun-
gen für Fotodateien sind jp(e)g/tif/(gif/)/png/heic/…, für Textdateien odt/doc/txt/pdf/rtf/…, für Vi-
deodateien mp4/mov/avi/… und für Musikdateien mp3/wave(/acc /aif)/… .
Kopiervorlage 04 (KV 04): Ordnung statt Chaos – Verzeichnisse für deine Fotos
Kopiervorlage 05a-b (KV 05a-b): Ein Baum schafft Ordnung – Deine Verzeichnisstruktur für den Schul-
server
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Eine Möglichkeit (mit und ohne Dateien):
Start
Klassisch Modern
Chor Orchester Rap Rock
Chor 1 Chor 2 Rapper X Rapper Y Rockband 1 Rockband 2
Stück1.mp3 Stück2.mp3
0 2 Individuelle Lösungen. Hilfen zur Strukturierung für die Schülerinnen und Schüler sind in der Kopier-
vorlage 05a-b zu finden.
$ 3 Individuelle Lösungen
151 I Informatik – Was ist das?
⟶ SB S. 18/19 Informatische Modellierung – zentrale Arbeitsweise
(mittlere
Abschlüsse/ der Informatik
Gymnasium)
Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• beschreiben einfache Darstellungen von informatischen Sachverhalten (DI),
• erstellen informatische Modelle zu gegebenen Sachverhalten (MI),
• beschreiben einfache informatische Sachverhalte unter Verwendung von Fachbegriffen sachge-
recht (KK).
Sachinformation
Die informatische Modellierung kann als zentrale Arbeitsweise der Informatik und somit auch als zent-
rale Perspektive auf das gesamte Lehrwerk betrachtet werden. Der im Lehrwerk abgebildete Kreislauf
basiert auf dem hier dargestellten Modell von Humbert:
validieren
Ergebnisse Situation
interpretieren
Welt
Informatik
formalisieren
Konsequenzen verarbeiten Modell
Lösung Problem
Abb. 3: Informatischer Modellierungskreislauf (vgl. Humbert, 2006, S. 14)
Die Sequenz der Stationen „Situation – Modell – Konsequenzen – Ergebnisse“ wird bei allen informa
tischen Problemlösungen durchlaufen. Die Situation, die ein Problem darstellt oder beinhaltet, ent-
stammt der realen Welt (in der Regel – es gäbe aus strukturwissenschaftlicher Perspektive auch denk-
bare Situationen, die keinen Realitätsbezug hätten). Gerade im unterrichtlichen Zusammenhang ist die
Problemstellung aus einer den Schülerinnen und Schülern vertrauten Situation zu wählen, die es ihnen
erlaubt, ihre eigene Lebenswelt in ihr wiederzufinden. Die Gestaltung dieser Situation durch informa
tische Modellierung bewirkt am Ende Ergebnisse, die in der realen Welt von uns Menschen sichtbar
werden. Die Stationen „Modell“ und „Konsequenzen“ hingegen liegen in der „Welt der Informatik“.
Nach der Formalisierung der Situation zu einem Modell folgt dessen Verarbeitung, die zunächst noch
innerinformatische Konsequenzen hat, ehe das gesamte Modell in die reale Welt („Ergebnisse“) zu-
rückwirkt.
Hinweise zum Unterricht
Die Variante des Modells von Humbert, die im Lehrwerk abgedruckt ist, lässt die Achse „Welt–Informa-
tik“ aus, um der Überforderung der Schülerinnen und Schüler durch die Grafik vorzubeugen (Die Achse
„Problem – Lösung“ wurde jedoch aufgenommen, da diese sehr bedeutsam für die Unterrichtsgestal-
tung ist). Die Abbildung enthält dennoch viele weitere Elemente und ist auch nicht selbsterklärend.
Das Beispiel auf der Doppelseite soll einen ersten Zugang bieten. Dieser ist bewusst ohne Informa-
tiksystembezug gestaltet. In Ergänzung – auch um die analoge Struktur zu verdeutlichen – würde sich
anbieten, die Modellierung eines „informatischen Erzeugnisses“ mit Informatiksystembezug mit den
Schülerinnen und Schülern zu diskutieren. Hier bietet sich etwa die informatische Entwicklung eines
„sozialen Netzwerkes“ an, die etwa folgenden Durchlauf erfahren könnte:
16Informatik – Was ist das? I 1
1. Situation: Menschen möchten sich auch über weit entfernte Strecken miteinander „vernetzen“.
2. Modell:
– Welche Daten sollen von den Menschen erfasst werden? Z. B. Eigenschaften (Name, Hobbys, …)
oder Beziehungen zu anderen Menschen.
– Wie kann ein Netzwerk entstehen? – Verbindung einzelner Menschen (Knoten) untereinander zu
einer großen Datenstruktur (Graph). Dabei kann es ein zentrales Informatiksystem geben, über das
der Austausch bzw. die Vernetzung stattfindet (muss aber nicht so sein).
3. Konsequenzen: Durch die Verarbeitung (Implementierung) des oben beschriebenen Modells steht
nun eine vernetzte Datenstruktur zur Verfügung, die Menschen untereinander verbindet.
4. Ergebnisse: Inwieweit wurde die Ausgangssituation erfolgreich gelöst? Welche Vor- und Nachteile
bringt die Entwicklung eines „sozialen Netzwerkes“ mit sich?
Solch ein Beispiel kann jedoch zunächst nur auf einer Metaebene im Anfangsunterricht skizziert wer-
den. Weitere Beispiele mit und ohne Informatiksystembezug folgen in allen weiteren Kapiteln des
Lehrwerkes. Dabei sollten im Unterricht auch scheinbar „triviale“ Schritte erklärt und sichtbar gemacht
werden. Jeder noch so kleine Schritt in der informatischen Modellierung kann später bedeutsam sein.
Um dies zu üben, eignen sich u. a. auch die Aufgaben 2 und 3 dieser Doppelseite. Als weiteres Beispiel
kann auch die Kopiervorlage „Verhalten bei Feueralarm“ (KV 06a-b) herangezogen werden.
Kopiervorlage 06a-b (KV 06a-b): Verhalten bei Feueralarm
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Conrad könnte seine Anziehsachen auch nach Größe, Farbe oder Art des Kleidungsstücks sortieren.
$ 2 a) Individuelle Lösungen, z. B.: Hefte, diverse Stifte, Federmappe, Heftkassette, Trinkflasche, zwei Bü-
cher, Butterbrotdose (leer). Ich möchte Hefte und Stifte trennen und trenne sie dazu in Federmappe
und Heftkassette. In der Federmappe trenne ich farbige Buntstifte von Bleistiften und Füllern. Die
Hefte kommen in der Reihenfolge in die Heftkassette, in der ich sie am nächsten Schultag brauche.
b) Individuelle Lösungen
c) Individuelle Lösungen
. 3 a) Die Menschen stehen in einer Warteschlange einer hinter dem anderem. Derjenige, der sich zuerst
angestellt hat, kommt direkt dran. Wenn die erste Person geht, rückt die nächste in der Warteschlange
auf und kommt als nächstes dran, solange bis der letzte aus der Warteschlange drankommt. Neue
Wartende stellen sich hinten an.
b) Bis ich am Kiosk etwas kaufen kann, passiert Folgendes: 1. Ich stelle mich ans Ende der Warte-
schlange; 2. Nach und nach sind die Leute vor mir dran, bis ich vorne am Kiosk stehe. 3. Ich kaufe etwas
am Kiosk. 4. Ich gehe weg.
c) Individuelle Lösungen
. 4 Individuelle Lösungen, z. B.: Zu Anfang stehe ich in einer bestimmten Situation (z. B. Kleidung in Klei-
derschrank räumen) vor einem Problem (Wie soll ich die Kleider einräumen, wenn ich …?). Ich überle-
ge mir ein Modell, das das Problem darstellt, also eine Skizze oder einen Plan. Anschließend führe ich
meinen Plan aus und habe Konsequenzen (meines Modells), die eine Lösung darstellen (z. B. Kleider
sind einsortiert). Schließlich frage ich mich, ob die Ergebnisse meiner Modellierung nun tatsächlich
eine Lösung für mein Anfangsproblem zu meiner Zufriedenheit sind.
⟶ SB S. 20/21 Vertiefung: Informatik in meinem Zimmer
(Gymnasium)
Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• erstellen informatische Modelle zu gegebenen Sachverhalten (MI),
• stellen informatische Sachverhalte in geeigneter Form dar (DI),
• interpretieren informatische Darstellungen (DI).
171 I Informatik – Was ist das?
Sachinformation
Im Anschluss an die Vorstellung des informatischen Modellierungskreislaufes wird hier das prominen-
te Beispiel der objektorientierten Modellierung behandelt. Neben funktionaler und wissensbasierter
Modellierung stellt die Objektorientierung eine der drei Grundtypen von informatischer Modellierung
dar.
Die Besonderheit liegt im Begriff des Objektes: Die Schülerinnen und Schüler schließen zunächst auf
reale Gegenstände, die sie haptisch erfahren können. Sehr bedeutsam ist der Grundsatz „Strictly Ob-
jects First“, was bedeutet, dass man die Abstraktion von Objekten in Form einer Klasse zu Beginn un-
bedingt auslassen sollte. So kommt die Einführung der Objektorientierung auf dieser Seite auch gänz-
lich ohne den Klassenbegriff aus. Allein eine objektorientierte Sicht einzunehmen und alles mögliche
um sich herum als Objekt mit Eigenschaften (Attributen) und Fähigkeiten (Methoden) aufzufassen, ist
bereits ein großer Schritt aus informatikdidaktischer Perspektive.
Hinweise zum Unterricht
Eine häufige Fehlerquelle, der hier zu Beginn der Doppelseite vorgebeugt wird, ist die Einmaligkeit
(Identität) von Objekten und die Notwendigkeit eindeutiger Bezeichner. Elif und Conrad beschäftigen
sich mit ihren alten Spielsachen und erfassen sie objektorientiert – zwecks Verkauf oder aber auch
zwecks Lagerung. Die Absicht der Modellierung ist entscheidend für das, was man sich notieren sollte.
Die Schülerinnen und Schüler können für ihre eigenen Spielsachen ebenfalls Überlegungen dieser Art
anstellen (vgl. Aufgabe 2). Der im Fließtext dargestellte Transfer dieser Modellierungsweise auf ein In-
formatiksystem verweist auf die Programmierung in Scratch (Hierzu ist zu bemerken, dass Scratch kei-
ne objektorientierte Programmiersprache ist, aber – wie hier auf der Seite gezeigt – dennoch unter
dieser Sichtweise betrachtet werden kann).
Neben realweltlichen Gegenständen wie Spielzeugen können sich die Schülerinnen und Schüler auch
an „virtuellen“ bzw. „immateriellen“ Objekten versuchen, z. B. solchen, die sie von Informatiksystemen
kennen (vgl. Dateien in Aufgabe 3). Die Besonderheit bei „leblosen“ Objekten ist, dass die Methoden
ggf. weniger Aktivität denn Passivität zum Ausdruck bringen, bspw. die Methode öffnen() bei einer Da-
tei. Dies ist etwas, was mit der Datei gemacht wird – anders als beim Bären, der selbst geht.
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 Ergänzung der Objektkarte um die Attribute: farbe = braun; alter = 9.
$ 2 Individuelle Lösungen, z. B. Objektkarte zu meinBasketball:
• Attribute: durchmesser = 30, farbe = orange
• Methoden: rolle(), fliege()
. 3 Individuelle Lösungen, z. B.: musikDatei:
• Attribute: name = song01.mp3, ort = /home/ich/musik/, typ = MP3, geändert = 01.06.2021,
größe: 6 MB
• Methoden: öffnen(), senden(), umbenennen(), kopieren(), ausschneiden(), löschen()
⟶ SB S. 20/21 Vertiefung: Netzwerke – der Weg einer Nachricht
(mittlere
Abschlüsse) durch das Internet
⟶ SB S. 22/23
(Gymnasium)
Kompetenzbezug
Die Schülerinnen und Schüler …
• benennen Beispiele für (vernetzte) Informatiksysteme aus ihrer Erfahrungswelt (DI),
• setzen zielgerichtet Informatiksysteme zur Verarbeitung von Daten ein (MI),
• setzen Informatiksysteme zur Kommunikation und Kooperation ein (KK).
Sachinformation
Das Internet, wie wir es heute kennen, hat sich seit den 1970er Jahren aus dem so genannten ARPA-
Net herausgebildet. Von ursprünglicher militärischer und wissenschaftlicher Nutzung hat es sich heute
18Informatik – Was ist das? I 1
zur fast unumgänglichen kommunikativen Basis in Wirtschaft, Gesellschaft und bei Privatpersonen
entwickelt. Heute ist die Rede von dem Internet eine verständliche, alltägliche Redewendung. In infor-
matischer Hinsicht aber ist schon jeder Verbund von zwei oder mehr Informatiksystemen ein (kleines)
Internet (interconnected network). Ein Netzwerk ist aus Sicht der Theoretischen und Praktischen Infor-
matik als Datenstruktur-Graph zu verstehen, den mehrere Knoten (Informatiksysteme bzw. so genann-
te Hosts) über Kanten (physische Verbindung der Informatiksysteme/Hosts) verbinden. Ein zugrunde
liegendes Modell für das Internet ist ein vierschichtiges Modelll, das zwischen Schichten zur Anwen-
dung (z. B. E-Mail, Web-Browser, …), zum Transport (Art), zur Adressierung (Internetadressen, IP-Adres-
sen) und für das Netzwerk (Hardware-Schicht) unterscheidet. Wichtig ist, dass die verschiedenen Inter-
netdienste sich nicht allein auf das World-Wide-Web beschränken, sondern bekannte Internetdienste
wie E-Mail, Instant Messaging oder File-Transfer und viele weitere Dienste existieren.
Hinweise zum Unterricht
Das Schreiben einer Textnachricht ist ein übliches Anliegen, das Schülerinnen und Schüler mit einer
Chat-Anwendung auf einem Informatiksystem mit geringem Aufwand bewältigen können. Hierzu lässt
sich ein motivierender Einstieg kreieren, bei dem eine Textnachricht zwischen zwei Schülerinnen und
Schülern verschickt werden soll (wie bei Elif und Conrad). In dieser Situation besteht nun das Problem:
Wie kommt die Nachricht vom einen auf das andere Informatiksystem? Hierzu kann die Erarbeitung
des analogen Postweges, samt Paketen, hilfreich sein. Welche Daten werden dort benötigt? Wie läuft
der Prozess ab? Im folgenden Schritt könnte dann die Abgrenzung zum Internet erschlossen werden.
Schließlich könnte die in Abbildung 4 dargestellte Situation in einem Rollenspiel nachgestellt werden,
um den Ablauf der Nachrichtenübermittlung zu verdeutlichen (Kopiervorlage 07). Der Versand einer
Textnachricht von Sender zu Empfänger wird von den Schülerinnen und Schülern nachgespielt. Dazu
erhalten sie die in der KV abgebildeten Rollenkärtchen.
Der Sender bzw. die Senderin verfasst eine Textnachricht auf dem dafür vorgesehenen Kärtchen und
leitet sie weiter an Router A („seinen/ihren“ Router). Der gehört der Firma „Provider A“, an die die Nach-
richt als nächstes weitergeleitet wird. Analog zu Abbildung 4 auf S. 21 (mittlere Abschlüsse)/S. 23
(Gymnasium) im Schülerbuch) wird somit der Weg der Nachricht durch das Internet erkennbar (zwi-
schen Provider A und Provider B muss irgendwo der Server geschaltet sein; die übrigen Schülerinnen
und Schüler sind Hosts (Zwischenstationen) im Netz).
Dabei könnte die Relevanz von Sicherheitsfragen zu Tage gefördert werden, wenn klar ist, dass die
(nicht verborgene bzw. verschlüsselte) Nachricht offen von einem Informatiksystem zum anderen ge-
reicht wird.
Auf Details bezüglich Schichtenmodell und Paketierung von Daten sollte aus Gründen der themati-
schen Übersichtlichkeit für die Schülerinnen und Schüler verzichtet werden. Das Herausarbeiten des
Unterschiedes zwischen einem Internet und dem Internet ließe sich im Anschluss an das Beispiel
„Versand einer Textnachricht“ zur Vertiefung heranziehen. Für eine Vertiefung des grundlegenden
Verständnisses sei auch auf das „Internetspiel“ von Borowski verwiesen (vgl. Borowski, 2013).
Kopiervorlage 07 (KV 07): Netzwerke – Ein Rollenspiel
Lösungen und Lösungshinweise
0 1 „Arten von Daten“: Bilddaten, Textdaten, Ortsdaten (geographische Koordinaten), Audiodaten
$ 2 Das Internet wurde ursprünglich zu militärischen Zwecken errichtet und später dann von der Wis
senschaft zur Kommunikation über verschiedene, weit voneinander entfernte Standorte verwendet.
. 3 Damit Elifs und Conrads Smartphones miteinander „sprechen“ können, muss das Informatiksystem
des Anbieters (der Server) auf Anfragen lauschen können: „Kommt eine Nachricht an?“ Wenn das der
Fall ist, muss das Informatiksystem wissen, wie die Empfängerin oder der Empfänger erreicht werden
kann. Zudem muss es auch eine Antwort an die Absenderin bzw. den Absender der Nachricht senden
(z. B. Sendebestätigung).
0 4 Das transatlantische Seekabel ist ein unterirdisches Kabel, das unter dem Atlantik eine physikalische
Netzverbindung von Europa nach Amerika ermöglicht, sodass europäische Informatiksysteme über das
Internet problemlos auch mit amerikanischen Informatiksystemen in Verbindung treten können.
191 I Informatik – Was ist das?
⟶ SB S. 22/23 Extra: Berühmte Menschen aus der Informatik
(mittlere
Abschlüsse)
⟶ SB S. 24/25 Kompetenzbezug
(Gymnasium) Die Schülerinnen und Schüler …
• beschreiben an Beispielen die Bedeutung von Informatiksystemen in der Lebens- und Arbeits-
welt (KK),
• erläutern mögliche Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen (A).
Sachinformation
Viele ingeniöse Leistungen wurden im Bereich der Informatik vollbracht, die der Allgemeinheit Vieles
an Fortschritt ermöglicht haben, ihr aber weitestgehend unbekannt sind (Ada Lovelace als erster pro-
grammierender Mensch der Welt, Arbeiten von Frauen im 20. Jahrhundert, Alan Turings Modell – die
Turingmaschine – als theoretisches Fundament eines jeden Informatiksystems, auch heutzutage). Der
biographische Aufschluss der Geschichte der Informatik stellt die ohnehin im jeweiligen Themenbe-
reich aufgeführten historischen Gegenstände der Informatik in die zweite Reihe. Stattdessen bezeu-
gen die (z. T. auch sehr tragischen) Lebensgeschichten einzelner Informatikpersönlichkeiten insbeson-
dere von der Stärke und Begeisterung der Menschen für die Informatik (auch wenn sie z. T. noch gar
nicht als solche bezeichnet wurde). Informatik ist menschengemacht, Informatik hat auch eine Ge-
schichte. Das vergessen leider viele. Die heutigen „neuen“ Entwicklungen sind überwiegend Anwen-
dungen bestehender Grundlagen oder Rekonfigurationen bekannter Ideen, die dank einer starken
technischen Entwicklung neue Perspektiven erfahren, bspw. im Bereich „Maschinelles Lernen/Künstli-
che Intelligenz“.
Hinweise zum Unterricht
Die Arbeit an konkreten Biographien informatischer Persönlichkeiten ermöglicht den Schülerinnen
und Schülern, die Menschen, die die Informatik und die von ihr entwickelten Systeme überhaupt erst
möglich gemacht haben, kennenzulernen. Da auf dieser Doppelseite sehr viele Recherchearbeiten an-
stehen, sollte sichergestellt sein (oder zumindest bei der Unterrichtsplanung berücksichtigt werden),
dass die Schülerinnen und Schüler bereits entsprechende Recherchekompetenzen entwickelt haben
oder (ggf. sogar als Kooperation mit Geschichte oder Deutsch) diese in diesem Unterrichtsvorhaben
entwickeln. Die Kopiervorlage „Clever Suchen“ (KV 20) aus Kapitel 2 ist hier für eine informatische Auf-
arbeitung der Rechreche mittels einer Suchmaschine zu empfehlen.
Für den Informatikunterricht bietet sich im Bereich „Geschichte der Informatik“ auch eine Exkursion ins
größte Computermuseum der Welt, dem Heinz-Nixdorf-Musem in Paderborn (https://www.hnf.de), an.
Empfehlenswert, um die Rolle der Arbeit von Frauen in der Informatik authentisch zu thematisieren,
ist der Spielfilm „Hidden Figures“, der auf einer wahren Begebenheit beruht (vgl. 20th Century Fox,
2016). Die Gesellschaft für Informatik hat zudem eine interessante Posterreihe „Wir sind Informatik“ zu
Persönlichkeiten der Informatik entwickelt und herausgegeben (https://gi.de/persoenlichkeiten).
Kopiervorlage 08 (KV 08): Berühmte Menschen aus der Informatik
20Sie können auch lesen
