Inhaltliche Schwerpunkte des Faches Informatik in der Mittelstufe (Differenzierungskurs der Jahrgangsstufen 8 und 9)

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1 Inhaltliche Schwerpunkte des Faches Informatik in der Mittelstufe (Differenzierungskurs der Jahrgangsstufen 8 und 9) In den Differenzierungskursen des Faches Informatik in den Jahrgangsstufen 8 und 9 soll den Schülern ein möglichst unverzerrter Einblick in die Fachwissenschaft der Informatik gewährt werden. Da bei Schülern und Eltern gleichermaßen Fehlvorstellungen wie die Gleichsetzung des Schulfaches Informatik mit einem Computerkurs oder einem Kurs zur Computerbedienung festzustellen sind, sollte der Abbau von Fehlvorstellungen über die Informatik bei der Auswahl der inhaltlichen Schwerpunkte eine wesentliche Rolle spielen. Außerdem ist der Computer nicht das zentrale Element des Unterrichts, sondern lediglich ein Arbeitswerkzeug. Ein Zitat des niederländischen Informatikers Edsger W. Dijkstra unterstreicht diese Einschätzung: In der Informatik geht es genauso wenig um Computer wie in der Astronomie um Teleskope. Es ist nicht Ziel des Unterrichts, die Schüler zu Experten für ein bestimmtes Teilgebiet der Informatik auszubilden. Die nachfolgend aufgeführten Unterrichtsinhalte ermöglichen den Schülern vielmehr einen Einstieg in die Fachwissenschaft Informatik, indem typische Elemente der Informatik in elementarisierter Form aufgegriffen werden, mit denen Schüler in ihrer Lebenswelt in Berührung kommen oder die sie sogar täglich intensiv nutzen, wie z. B. das Internet, das W3 (world wide web) und soziale Netzwerke. Darüber hinaus werden auch grundlegende Kenntnisse der EDV vermittelt, insbesondere der Umgang mit Dateisystemen, Textverarbeitungs- und Tabellenkalkulationswerkzeugen. Im Sinne der informatischen Grundbildung werden auch diese Inhalte unter Bezug auf die Prinzipien der Objektorientierung gelehrt. Die detaillierte Ausgestaltung der unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte nach den oben genannten Kriterien obliegt der unterrichtenden Lehrkraft, ebenso wie die Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge. Zum Verständnis: Zu jedem der unten aufgeführten inhaltlichen Schwerpunkte werden wesentliche Teilthemen angegeben, die im Unterricht behandelt werden. Zu vielen dieser Aspekte sind auch Präzisierungen/Vorgehensweisen für die Umsetzung im Unterricht angegeben. Diese sind als Vorschläge zu verstehen und können von den Lehrkräften aufgegriffen werden, zumal auch die Voraussetzungen in der Schule gegeben sind (Material vorhanden und Rechner vorbereitet). In Abhängigkeit der persönlichen Stärken der Lehrkräfte sind aber auch alternative Präzisierungen/Vorgehensweisen im Unterricht möglich und sinnvoll, solange sie zur Vermittlung der inhaltlichen Schwerpunkte geeignet sind. Jahrgangsstufe 8 1 Hardware/Software 1.a Typische Komponenten von Digitalrechnern/Digitalcomputern auf der Basis der von- Neumann-Architektur 1.a.i Aufgaben, 1.a.ii Funktionen und 1.a.iii Performanzaspekte der verschiedenen Komponenten 1.b Das Mainboard Grundlegende Aufgaben und Funktionen des Herzstücks eines Rechners 1.c Vertiefung: Demontage, Montage und Inbetriebnahme vorinstallierter Rechner

2 2 objektorientierte Modellierung (OOM): Einführung von Objekten 2.a Objektorientierte Betrachtung von Quartettkarten (Supertrumpf bzw. engl. top trumps) 2.a.i Einführungsrunde: Spielen von Supertrumpf zum Kennenlernen der Karten 2.a.ii Betrachtung der Quartettkarten als eigenständige Objekte 2.a.iii Eigenschaften der Quartettkarten: Attribute eines Objektes 2.a.iv Erweiterung der Quartettkarten um Methoden (mit Parametern) 2.b Objektkarten 2.b.i Darstellung der vorliegenden Quartettkarten 2.b.ii Quartettkarten als reine Objektkarten dargestellt 2.b.iii Modellierung von Objekten im Allgemeinen und Darstellung als Objektkarten 2.c Vertiefung: Eigenes Supertrumpf entwickeln 2.c.i praktisch beliebige Themen denkbar, falls angemessen für die Schule; Rollenspielthemen bieten sich insbesondere an 2.c.ii Modellierung von Attributen und auch Methoden, die sich gegenseitig ausstechen (Mögliches Prinzip für die Methoden: wie beim Spiel Stein, Schere, Papier) 2.c.iii Erweiterung: Methoden können auch Parameter empfangen (z. B. für die Verwendung von Würfelergebnissen) 3 Datei-/Verzeichnissysteme (OOM) 3.a Dateien und Verzeichnisse: Grundlegende Konzepte zur Strukturierung von Daten 3.a.i Datei als Container für inhaltlich zusammenhängende Daten 3.a.ii Verzeichnis als Container für Dateien und weitere Verzeichnisse (Ersteindruck zu einer rekursiven Datenstruktur) 3.a.iii Erarbeitung über Analogie Behältern und Inhalten aus der Lebenswelt (z. B. Schrank, Schublade, Kiste, Dose usw. und Gegenstände, die man in diesen Behältern ablegen kann) 3.b Umgang mit Verzeichnisstrukturen und Dateien 3.b.i Darstellung von Verzeichnisstrukturen als Bäume 3.b.ii Angabe absoluter und relativer Verzeichnispfade/Dateipfade 3.b.iii Navigation im Verzeichnisbaum über eine Kommandozeile 3.b.iv Darstellung und Verwendung von Verzeichnisstrukturen in graphischen Betriebssystem 3.c objektorientierte Modellierung von Dateien und Verzeichnisse 3.c.i typische Attribute von Dateien und Verzeichnissen 3.c.ii typische Methoden von Dateien und Verzeichnissen 4 Einführung in die Verwendung von Betriebssystemen 4.a Aufgaben und Funktionen eines Betriebssystems 4.b Verwendung verschiedener Dateitypen anhand von Beispielen 4.b.i Ausführbare Dateien (Programme) 4.b.ii Textdokumente 4.b.iii Mediendokumente 4.b.iv evtl. weitere Dateitypen 4.b.v Vertiefung: Gegenüberstellung der Darstellung unterschiedlicher Dateitypen mit für diese geeigneten Programmen und mit einem einfachen Texteditor

3 4.c Grundlegende Elemente eines Betriebssystems 4.c.i Dateisystem 4.c.ii Unterscheidung der Referenzen auf Dateien und Verzeichnisse von den eigentlichen Daten auf dem Datenträger 4.c.iii Verwaltung von Programmen 4.c.iv Schnittstellen (Ein- und Ausgabegeräte, Datenträger, Sound, Grafik, Netzwerk, ) 4.c.v graphische Oberfläche (falls vorhanden) 5 Textverarbeitung (OOM) 5.a Einführung in ein Textverarbeitungsprogramm 5.b Formatieren von Text 5.b.i Die Schüler versuchen einen Text gemäß einer Vorlage zu formatieren und diskutieren ihre Vorgehensweisen und Ergebnisse 5.b.ii Vor- und Nachteile harter und weicher Formatierung von Text 5.c objektorientierte Betrachtung von Textbausteinen 5.c.i Textbausteine als Objekte 5.c.ii Elemente der Formatierung als Attribute der Textbausteine (Textobjekten) 5.d Textauszeichnung zur Kennzeichnung von Textbausteinen (als Vorbereitung auf die Gestaltung von Webseiten unter Verwendung von Auszeichnungssprachen) 6 Gestaltung von Webseiten (OOM) 6.a Grundlegendes Prinzip: Textauszeichnung 6.a.i Unterscheidung logischer und physischer Textauszeichnung 6.a.ii Vergleich zwischen der Textauszeichnung mit Textverarbeitungsprogrammen und der Textauszeichnung mit Tags (Auszeichnungsmarken) 6.b Die Auszeichnungssprache (X)HTML (extended hyper text markup language) 6.b.i HTML als Sprache zur logischen Textauszeichnung 6.b.ii Kennenlernen der Syntax und grundlegender Tags 6.b.iii Umsetzung und Festigung des Gelernten an Projekten, die die Schüler selbst wählen können (je nach Schwierigkeit und zeitlichem Umfang vom Lehrer gesteuert) 6.c OOM von Webseiten 6.c.i Aufbau einfacher Webseiten als Objektdiagramm/Objektbaum 6.c.ii Weiterführende Elemente mit expliziter Angabe von Attributen (z. B. Querverweise) 6.d CSS (cascading style sheets) 6.d.i CSS zur physischen Textauszeichnung (die logische und physische Ebene bleiben strikt getrennt) 6.d.ii Grundlegende Syntax und Elemente von CSS 6.d.iii Betrachtung der Formatangaben mit CSS als Attribute der HTML-Tags 7 Grafiken (OOM) 7.a Rastergrafiken 7.a.i Erarbeitung des Prinzips von Rastergrafiken anhand von Beispieldateien, die die wesentlichen Eigenschaften von Rastergrafiken betonen 7.a.ii Erstellung eigener Rastergrafiken im ASCII-Textformat (z. B. Bilddateien vom Typ xpm; Darstellung z. B. mit xnview.exe)

4 7.b Vektorgrafiken 7.b.i Erarbeitung des Prinzips von Vektorgrafiken anhand von Beispieldateien, die die wesentlichen Eigenschaften von Vektordateien betonen 7.b.ii Erstellung eigener Vektorgrafiken unter Verwendung von Vektorgrafik-Programmen (z. B. Bilddateien vom Typ svg; Darstellung z. B. mit Webbrowsern) 7.b.iii Erstellung eigener Vektorgrafiken unter Verwendung von Texteditoren. Auch hier eignet sich der Typ svg. Grundlegende Kenntnisse über Auszeichnungssprachen sind notwendig, weswegen die textbasierte Bearbeitung von Vektorgrafiken unbedingt nach der Behandlung von HTML stattfinden sollte. 7.c Vergleiche 7.c.i Gegenüberstellung Rastergrafik und Vektorgrafik 7.c.ii Gegenüberstellung verschiedener Bild-Formate 7.d Vertiefung: Farbräume/Farbsysteme Jahrgangsstufe 9 8 Zahlensysteme 8.a Das Dezimalsystem 8.a.i Reflexion des den Schülern aus dem Mathematikunterricht bekannten Dezimalsystems 8.a.ii Analyse des Aufbaus großer Zahlen des Dezimalsystems 8.b Das Binärsystem 8.b.i Vorstellung des Binärsystems als Grundlage für die Datenverarbeitung mit Digitalrechnern 8.b.ii Umrechnungen von Zahlen aus dem Binärsystem in das Dezimalsystem 8.b.iii Umrechnungen von Zahlen aus dem Dezimalsystem in das Binärsystem 8.c Anwendungen des Binärsystems in Digitalcomputern 8.c.i Einfache Rechenoperationen im Binärsystem 8.c.ii Funktionsweise von Datenspeichern 8.d Vertiefung: Oktal- und Hexadezimalsystem 9 Zeichencodierung 9.a Feststellung der Notwendigkeit der Verwendung von Zeichenkodierungen für die Arbeit mit Digitalcomputern 9.a.i hardwarenahe Ebene erfordert Zeichencodierung im Binärsystem 9.a.ii Zeichencodierung in Zahlen letztlich auch in Hochsprachen 9.b Beispiele für gebräuchliche Zeichencodierungen 9.b.i Das Morsealphabet 9.b.ii ASCII 9.b.iii weitere wie z. B. UTF8 10 Kryptographie/Kryptologie 10.a Abgrenzung der Kryptographie zur Zeichencodierung 10.b Caesar Chiffre 10.b.i Erarbeitung des Prinzips; Verweis auf die Verwendung der Technik in der Geschichte 10.b.ii Entwicklung eines Werkzeugs zur (De-)Chiffrierung von Daten

5 10.c Vigenère 10.c.i Erarbeitung einer Erweiterung des Caesar-Chiffres 10.c.ii Vigenère als Beispiel einer Erweiterung 10.d Verwendung der Kryptographie 10.d.i Notwendigkeit der Kryptologie 10.d.ii Verwendung von Codes zur Sicherung empfindlicher Daten, wie z. B. Drahtloskommunikation, Online-Banking, -Verschlüsselung) 10.d.iii Beispiele der technischen Umsetzung von Codes in Medien (z.b. im Code eines Bildes: RGB Werte werden nach genauem Muster verändern und wieder ausgelesen) 11 Netzwerke/Das Internet/Das W3 11.a Abgrenzung zwischen Netzwerken (LAN, WAN usw.), dem Internet und dem W3 11.b Netzwerktopologien 11.b.i Erarbeitung verschiedenen Topologien wie peer-to-peer, Ring, Baum, Bus, Stern, Vermaschtes Netz 11.b.ii Gegenüberstellung der Topologien und typische Einsatzszenarien 11.c vereinfachtes Schichtenmodell des Internets auf Basis des TCP-IP-Referenzmodells 11.c.i Netzzugangsschicht (Ethernet, Token Ring und Token Bus) 11.c.ii Internetschicht (Prinzip der Vermittlung; IP4 und IP6) 11.c.iii Transportschicht (TCP, UDP) 11.c.iv Anwendungsschicht (Prinzip von Protokollen, HTTP, POP, SMTP) 11.d Verschiedene Dienste des Internets in der Anwendungsschicht 11.d.i zunächst Client-Server Prinzip 11.d.ii mögliche Dienste z. B. W3, , Broadcasting, Spiele, Dateiverwaltung, VoIP, Chat usw.) 12 Datenschutz (ggf. in Zusammenarbeit mit den Sozialwissenschaften) 12.a Abgrenzung zu Kryptographie und Datensicherheit 12.a.i Datenschutz meint das Erheben, Verarbeiten und Nutzen personenbezogener Daten 12.b Datenschutzrelevante Gebiete wie z. B. soziale Netzwerke, Melderegister usw. 12.c Verwendung von Kryptologie als Versuch der Gewährleistung von Datenschutz 13 Tabellenkalkulation 13.a Klärung des Funktionenbegriffs 13.b Grundelemente des Funktionsumfangs von Tabellenkalkulationen 13.b.i Zellen, Spalten und Zeilen 13.b.ii Wertebereiche 13.b.iii relative und absolute Zellbezüge 13.b.iv Variablen und Konstanten 13.b.v Verwendung von Funktionen 13.b.vi Verkettung von Funktionen 13.b.vii Graphische Darstellung von Funktionen

6 13.c Darstellung von Funktionen durch Datenflussdiagramm 13.c.i Grundlage: Eingabe, Funktion, Ausgabe 13.c.ii Verkettung von Funktionen 13.c.iii Datenverteiler (Erweiterung des Datenflussdiagramms) 13.c.iv Bedingte Terme (Erweiterung des Datenflussdiagramms) 13.c.v Logische Funktionen (Erweiterung des Datenflussdiagramms) 14 (Relationale) Datenbanken 14.a Abgrenzung Datenbanksystem (DBS), Datenbankmanagementsystem (DBMS), Datenbank (DB), Datenbanksichten 14.b Aufbau einer Relation (Datentabelle) 14.b.i Attribut (Spalte) 14.b.ii Tupel (Zeile) 14.b.iii Zelle (Attributwert) 14.b.iv Domäne (Wertebereich) 14.c Datenbank aus mehreren Relationen 14.c.i Fremdschlüsselbeziehungen zur Verknüpfung der Relationen 14.d vereinfachte Relationenalgebra zur Abfrage von Daten aus Relationen 14.d.i die Relationenalgebra sollte je nach Lerngruppe reduziert werden auf Abfragen in einer einzelnen Relation 15 Algorithmik (zum Teil OOM) 15.a Kontrollstrukturen dargestellt als Struktogramme 15.a.i einfache Anweisungen 15.a.ii Fallunterscheidung/Verzweigung 15.a.iii ggf. Einschub: Auswertung von Bedingungen (bool sche Algebra) 15.a.iv Mehrfachverzweigung 15.a.v Schleifen 15.a.vi ggf. Rekursion 15.b Mögliche Anwendungsbeispiele für den Unterricht 15.b.i Modellierung von Rezepten 15.b.ii Modellierung von Gebrauchsanweisungen (z. B. Bedienung von Mobiltelefonen, Küchengeräten, Unterhaltungselektronik usw.) 15.b.iii Türme von Hanoi 15.b.iv Lösungsmöglichkeit des Rubik s Cubes 15.c Einführung in die graphische, objektorientierte Programmierumgebung Scratch 15.c.i Scratch liefert einige Beispiele mit. Außerdem findet man mittlerweile eine Vielzahl an Beispielen im W3, die für den Unterricht geeignet sind.

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