Schulinterner Lehrplan Informatik Sek II Stand: Version 0.2 vom

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1 Inhalt Schulinterner Lehrplan des Theodor-Heuss-Gymnasiums für das Fach Informatik in der Sekundarstufe II 1 Einleitung Grundsätze zur Leistungsbewertung Mündliche Beteiligung am Unterricht Schriftliche Beteiligung am Unterricht Referate Unterrichtsinhalte Einführungsphase Qualifikationsphase I Qualifikationsphase II / 7

2 1 Einleitung Dieser Lehrplan berücksichtigt neben dem noch gültigen offiziellen Lehrplan 1 die Ausweisung konkreter Lerninhalte nach den Vorgaben für das Zentralabitur des entsprechenden Jahrgangs. Die Einführung in die Grundlagen der Objektorientierten Modellierung (OOM) und Programmierung (OOP) erfolgt mit Hilfe der Programmiersprache Java und einer didaktisch konzipierten Klassenbibliothek ( Stifte und Mäuse 2 ) oder hidden Classes 3 ). Die Umsetzung erfolgt in kleineren Programmierprojekten. Als Lehrwerke dienen: Informatik mit Java - Eine Einführung mit BlueJ und der Bibliothek Stifte und Mäuse; Band III; Bernard Schriek; Nili-Verlag, Werl; 2006 Geheime Codes: Die berühmtesten Verschlüsselungstechniken und ihre Geschichte ; Stephen Pincorck; Bergisch Gladbach; 2007 Ehrenwirth-Verlag sowie vom Lehrer zusammenstelle Arbeitsblätter und Informationsmaterialien. 1 Richtlinien und Lehrpläne für das Gymnasium - Sekundarstufe II - in Nordrhein Westfalen - Informatik, Frechen, / 7

3 2 Grundsätze zur Leistungsbewertung Mündliche Beteiligung am Unterricht Alle Mitglieder eines Teams müssen sich aktiv in den Arbeitsprozess einbringen und in der Lage sein, die Ergebnisse aus Teamarbeitsphasen hinsichtlich der verwendeten Datenstrukturen und Algorithmen kommentierend darzustellen. Die Schülerinnen und Schüler beteiligen sich während des Arbeitens im Plenum am Unterrichtsgespräch Beiträge zum Unterrichtsgespräch in Form von Lösungsvorschlägen, Aufzeigen von Zusammenhängen oder Widersprüchen oder der Bewertung von Ergebnissen. mit Fragen und Antworten, die erkennen lassen, dass sie dem Gang des Unterrichts folgen. Die Schülerinnen und Schüler stellen bei mündlichen Leistungsüberprüfungen Unterrichtsergebnisse in wiederholenden Schülervorträgen angemessen dar und wenden sie an Schriftliche Beteiligung am Unterricht Die Schülerinnen und Schüler zeigen durch ihre (Projekt-)Arbeiten, dass sie die Modellierungs- und Programmiersprachen im geforderten Maße anwenden können. Ergänzt wird dies durch im Unterricht geforderte Leistungsnachweise (vorgetragene Hausaufgaben, Protokolle der Gruppenarbeit o.ä) Referate Die Schülerinnen und Schüler übernehmen nach Vereinbarung mit der Lehrkraft Referate: Sie halten dabei die vorgegebenen Vorbereitungs- und Vortragszeiten ein. Sie halten zu ihrem Thema einen sprachlich und inhaltlich angemessenen und für ihre Mitschülerinnen und Mitschüler verständlichen Vortrag. Sie nutzen während ihres Vortrags die jeweils sinnvollen Medien (Tafel, Folie, Computerwerkzeuge). Sie stellen ihren Mitschülerinnen und Mitschülern und der Lehrkraft eine schriftliche Zusammenfassung ihres Vortrags zur Verfügung. 3 / 7

4 3 Unterrichtsinhalte 3.1 Einführungsphase Nach einem kurzen Überblick über die verschiedenen Gebiete und Fragestellungen der Informatik ( praktische Informatik, theoretische Informatik und technische Informatik ) werden in der EF unterschiedliche Programmierkonzepte voneinander abgegrenzt und dabei im weiteren Verlauf der objektorientierte Ansatz verfolgt. Nach einer Einführung in die Arbeits- und Lernumgebung (Eclipse 4 oder BlueJ 5 ) werden erste einfache Programme erstellt. Hierbei wird schon direkt ein Schwerpunkt auf die Formulierungen von Algorithmen und deren Umsetzung über erste grafische Darstellungen (z. B. Programmablaufplan) bis hin zum Pseudocode und der Programmierung in Java gelegt. Neben der Programmierung wird der objektorientierten Modellierung besondere Aufmerksamkeit gewidmet, indem Problemlösungen zunächst (z.b. in Klassendiagrammen) entworfen und später implementiert werden. Die Umsetzung erfolgt dabei jeweils in kleinen Projekten. Inhaltlicher Schwerpunkt: Konzepte des objektorientierten Modellierens (I.1) Was geschieht im Unterricht? Einführung in das Fach Gebiete und Fragestellungen der Informatik Java und die Welt der Programmiersprachen Konzepte des objektorientierten Modellierens und Programmierens Klasse, Objekt, Attribut, Methode Hat-Beziehung, Kennt- Beziehung, Ist- Beziehung Klassendiagramme Abstrakte Klassen, Vererbung, Polymorphie (ggf. auch erst in Q1 und dafür: Arrays und einfache Sortierverfahren) Wie geschieht es im Unterricht? (Fragestellungen, Methoden und Projekte) Was ist Informatik? Was ist eine Programmiersprache? Grafische Elemente der Basis- Bibliothek zur Veranschaulichung der Grundbegriffe Klasse und Objekt Kontrollstrukturen (Sequenz, Verzweigung, Schleife) zum automatisierten Zeichen und zur Umsetzung von Animationen Vererbung zur Spezialisierung von Klassen (Bsp. Stift, Buntstift) Projekte: E-Projekt Haus des Nikolaus Taschenrechner Währungsumrechner Zählautomat Einarmiger Bandit den Aufbau eines Stift-und-Maus- Programms nachvollziehen. Dokumentation anwenden und erstellen die Grundbegriffe Klasse, Objekt, Dienst, Nachrichtenkonzept zuordnen und anwenden Den Lebenszyklus von Objekten kennen Die Prinzipien der Animations- Programmierung anwenden Grundlegende Programmierstrukturen (Sequenz, Schleife, Verzweigung) unterscheiden und sachgerecht anwenden Struktogramme und Programmablaufpläne erstellen und in Java-Programme übersetzen die o.g. Programmierstrukturen selbstständig und sachgerecht einsetzen / 7

5 Was geschieht im Unterricht? Wie geschieht es im Unterricht? (Fragestellungen, Methoden und Projekte) Drei Chinesen mit dem... Was Scheibenwischer und Windmühlen gemeinsam haben. Flugzeuge lernen fliegen Lampen-Simulationen Die dummen sterben nicht aus (Simulation ) Memory einfache Datentypen unterscheiden und verwenden Vererbung als wichtiges Kennzeichen der Objektorientierung einordnen und verwenden formale Regeln zur Klassenstruktur kennen und anwenden die Grundbegriffe Attribut (Zustandsvariable), Auftrag und Anfrage, Daten-Kapselung (Geheimnisprinzip) erläutern und sachgerecht umsetzen die Datenstruktur Array mit den typischen Zugriffsbefehlen anwenden die Datenstruktur Array zur Lösung einer praxisnahen Anwendung sachgerecht einsetzten Die drei einfachen Grundstrategien des Sortierens benennen und beschreiben entsprechende Sortier-Methoden entwerfen und in Java implementieren 5 / 7

6 3.2 Qualifikationsphase I Schwerpunkte aus der Einführungsphase werden im Sinne eines Spiralcurriculums aufgegriffen und vertieft, neue Schwerpunkte kommen hinzu und werden objektorientierte modelliert und programmiert. Inhaltlicher Schwerpunkt: Datenstrukturen (I.2) Was geschieht im Unterricht? Lineare Datenstrukturen Standardoperationen von Schlange und Stapel Lineare Liste Such- und Sortieralgorithmen Baumstrukturen Binärbaum und Traversierung Geordneter Baum Wie geschieht es im Unterricht? (Fragestellungen, Methoden und Projekte) Wartezimmer Arzt-Anwendung das (De-) Codieren von Morsezeichen mit Hilfe eines Zeichenbaums beschreiben und in Java realisieren Implementierung rekursiver Methoden zu in-, pre und postorder Durchläufen Projekte: Morsebaum Rechenbaum Tierraten Ratebaum Die Datenstrukturen Array und Liste anhand geeigneter Kriterien vergleichen die Laufzeitunterschiede dieser Strategien messen und vergleichen vergleichende Aufwandsberechnungen zu diesen Strategien durchführen Lineare Datenstrukturen und Baumstrukturen anhand geeigneter Kriterien vergleichen und beurteilen 6 / 7

7 3.3 Qualifikationsphase II Für die Q2 wird nach der Erarbeitung endlicher Automaten und Einführung formaler Sprachen auf kryptographische Verfahren/Verschlüsselungstechniken (Chiffrierung und Codierung) und die Problematik der Entschlüsselung eingegangen, um die erworbenen Kenntnisse dann bei der Client- und Serverprogrammierung nutzen zu können. Besondere Bedeutung kommt der Wiederholung und Vertiefung der Unterrichtsinhalte im Rahmen von Unterrichtsprojekten zu. Die aktuellen ZA-Vorgaben haben Einfluss auf die Umsetzung der Schwerpunkte. Eine inhaltliche Verschränkung der Lernsequenzen von Q1 und Q2 ist möglich, sofern dies für den jeweiligen Kurs sinnvoll ist. Inhaltlicher Schwerpunkt: Modellieren und implementieren kontextbezogener Problemstellungen als Netzwerkanwendungen (I.3) sowie Endliche Automaten und formale Sprachen (III) Was geschieht im Unterricht? Endliche Automaten und formale Sprachen Deterministische endliche Automaten Akzeptoren Reguläre Sprachen Modellieren und implementieren kontextbezogener Problemstellungen als Netzwerkanwendungen Kryptografie: Cäsar, Vigenére, RSA Client-Server-Anwendungen Wie geschieht es im Unterricht? (Fragestellungen, Methoden und Projekte) Colaautomat als Transduktor Projekte: Daytime-, QOTD-, Echo-, Chat-, Mal- und Spieleserver, Mathe-Server 7 / 7

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