Marianne-Weber-Gymnasium Ganztagsgymnasium der Alten Hansestadt Lemgo. Schulinterner Lehrplan für die Gymnasiale Oberstufe. Fach.

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1 Marianne-Weber-Gymnasium Ganztagsgymnasium der Alten Hansestadt Lemgo Schulinterner Lehrplan für die Gymnasiale Oberstufe Fach Informatik 1

2 Inhalt Seite 1 Die Fachgruppe Informatik am MWG 3 2 Entscheidungen zum Unterricht Unterrichtsvorhaben Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Konkretisierte Unterrichtsvorhaben 9 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben EF 9 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Q1 15 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Q Grundsätze der fachmethodischen und 25 fachdidaktischen Arbeit 2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und 25 Leistungsrückmeldung Beurteilungsbereich Klausuren Beurteilungsbereich Sonstige Mitarbeit 26 3 Entscheidungen zu fachunterrichtsübergreifenden Fragen 27 4 Qualitätssicherung und Evaluation 27 2

3 1. Die Fachgruppe Informatik am MWG Informatik wird am Marianne-Weber-Gymnasium in den Jahrgangsstufen 8 und 9 im Differenzierungsbereich als Wahlfach Informationstechnologie zweistündig unterrichtet. Zusätzlich wird ein einstündiges Neigungsprojekt zur Einführung in die Programmierung im Jahrgang 8 angeboten. In der Oberstufe ist Informatik als Grundkurs wählbar. Ein Leistungskurs wird zurzeit nicht angeboten. Der Unterricht in der Oberstufe erfolgt in Kooperation mit dem Engelbert- Kaempfer-Gymnasium in Lemgo. Ebenso sind die schulinternen Lehrpläne beider Schulen für Informatik in der Sekundarstufe II gemeinsam erarbeitet und aufeinander abgestimmt worden. Die Fachgruppe Informatik am Marianne-Weber-Gymnasium besteht zurzeit aus Herrn Artmann und Herrn Wellenkrüger. Lemgo, Januar Entscheidungen zum Unterricht Im Fach Informatik geht es im Wesentlichen darum, zu einer gegebenen informatischen Problemstellung ein effizientes Lösungsverfahren zu entwickeln, das dann mit Hilfe eines Computers umgesetzt werden kann. Der Unterricht orientiert sich dabei an den fundamentalen Ideen der Informatik - Algorithmisierung - Strukturierte Zerlegung - Sprache Dabei kommt es nicht auf kurzfristig anwendbares, abfragbares Wissen sondern vielmehr auf grundlegende Verfahren und Konzepte (Kompetenzen) an, die längerfristig Gültigkeit besitzen. Mit Beginn des Unterrichts in der Einführungsphase wird die Programmiersprache Java gelehrt. Da es sich für viele Schülerinnen und Schüler um ein neu einsetzendes Fach handelt, sind Vorkenntnisse in diesem Bereich nicht nötig. 3

4 2.1 Unterrichtsvorhaben Die im Folgenden dargestellten Unterrichtsvorhaben sind auf Grundlage des Kernlehrplans Informatik für die Sekundarstufe II Gymnasium / Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen erstellt worden. Ein Unterrichtsvorhaben setzt sich aus Kompetenzbereichen und Inhaltsfeldern zusammen. Diese werden im Kernlehrplan ausführlich beschrieben. Hier ist eine Übersicht: Kompetenzbereiche: - Argumentieren - Modellieren - Implementieren - Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder: - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Formale Sprachen und Automaten - Informatiksysteme - Informatik, Mensch und Gesellschaft Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken. Dies bedeutet für die Lehrkraft, Schülerinnen und Schülern Lerngelegenheiten zu ermöglichen, so dass alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans von ihnen erfüllt werden können. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebene, die im Folgenden beschrieben werden. 4

5 2.1.1 Übersichtsraster I) Einführungsphase Quartal Unterrichtsvorhaben Zugeordnete Themenfelder EF 1.1 Einführung in die Nutzung von Informationssystemen und in grundlegende Begrifflichkeiten - Informatiksysteme - Informatik, Mensch und Gesellschaft Schwerpunkte des Kompetenzerwerbes - Argumentieren - Kommunizieren und Kooperieren Klausur EF 1.2 Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung anhand von Beispielen - Daten und ihre Strukturierung - Formale Sprachen und Automaten - Modellieren - Implementieren EF 1.3 Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Formale Sprachen und Automaten - Modellieren - Argumentieren - Implementieren Klausur im 2. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte EF 2.1 Vertiefung der objektorientierten Programmierung, Modellierung und Implementierung von Klassen und Objektbeziehungen - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Formale Sprachen und Automaten - Modellieren - Implementieren 5

6 Quartal Unterrichtsvorhaben Zugeordnete Themenfelder EF 2.2 Besondere Algorithmen anhand kontextbezogener Beispiele - Algorithmen - Daten und ihre Strukturierung Schwerpunkte des Kompetenzerwerbes - Argumentieren - Implementieren Klausur Klausur im 3. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte EF 2.3 Phasen der Softwareentwicklung am Beispiel eines anwendungsorientierten Projektes - Informatiksysteme - Daten und ihre Strukturierung - Modellieren - Kommunizieren und Kooperieren - Implementieren 6

7 II) Qualifikationsphase Q1 Grundkurs Quartal Unterrichtsvorhaben Zugeordnete Themenfelder Q1 1.1 Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung anhand kontextbezogener Problemstellungen - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Informatiksysteme Schwerpunkte des Kompetenzerwerbes - Implementieren - Kommunizieren und Kooperieren - Modellieren - Argumentieren Klausur Q1 1.2 Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Modellieren - Implementieren Klausur im 1. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte Q1 1.3 Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Modellieren - Implementieren Klausur im 2. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte Q1 2.1 Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Informatik, Mensch und Gesellschaft - Modellieren - Argumentieren - Kommunizieren und Kooperieren Klausur im 3. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte Q1 2.2 Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen - Informatiksysteme - Informatik, Mensch und Gesellschaft - Argumentieren - Kommunizieren und Kooperieren Klausur im 4. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte 7

8 III) Qualifikationsphase Q2 Grundkurs Quartal Unterrichtsvorhaben Zugeordnete Themenfelder Q2 1.1 Kryptografie Von Caesar bis PGP Eine anwendungsorientierte Einführung - Informatiksysteme - Informatik, Mensch und Gesellschaft - Algorithmen Schwerpunkte des Kompetenzerwerbes - Argumentieren - Kommunizieren und Kooperieren - Implementieren Klausur Q2 1.2 Endliche Automaten und formale Sprachen - Endliche Automaten und formale Sprachen - Modellieren - Argumentieren Klausur im 1. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte Q2 1.3 Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Modellieren - Implementieren - Argumentieren Klausur im 2. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte Q2 2 Projektarbeit und allgemeine Wiederholung / Vorbereitung auf das Abitur - Informatiksysteme - Daten und ihre Strukturierung - Algorithmen - Informatik, Mensch und Gesellschaft - Endliche Automaten und formale Sprachen - Modellieren - Implementieren - Argumentieren - Kommunizieren und Kooperieren Klausur im 3. Quartal Überprüfen der erarbeiteten Inhalte 8

9 2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase EF 1.1 Einführung in die Nutzung von Informationssystemen und in grundlegende Begrifflichkeiten - Was ist Informatik? Übersicht über die Geschichte und Bereiche der Informatik - Information als Größe, duales und hexadezimales Zahlsystem - weitere Kodierungen, z.b. Unicode - Grundlagen des Rechneraufbaus Kompetenz Argumentieren - erläutern wesentliche Grundlagen der Geschichte und Bereiche der digitalen Datenverarbeitung - beschreiben und erläutern den strukturellen Aufbau und die Arbeitsweise singulärer Rechner am Beispiel der Von Neumann Architektur Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen ganze Zahlen und Zeichen in Binär- und Hexadezimalcodes dar - lernen den Informationsbegriff als Größe kennen, der in der Einheit Byte gemessen werden kann - beschreiben und nutzen weitere Kodierungen wie den Unicode und UTF-8 Kompetenz Kommunizieren und Kooperieren - erläutern wesentliche Grundlagen der Geschichte der digitalen Datenverarbeitung - nutzen das verfügbare Informatiksystem (Rechner) zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen Verwendung von Daten unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Nutzen des Internets Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 2. Quartal 9

10 EF 1.2 Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung anhand von Beispielen - Einführung in die Programmierung mit Java, Implementieren und Testen einfacher Programme - Syntax und Semantik der Programmiersprache - Klassen und Objekte Kompetenz Modellieren - ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen - modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammen grafisch dar Kompetenz Implementieren - testen Programme schrittweise anhand von Beispielen - modifizieren einfache Algorithmen und Programme - implementieren Klassen in Java auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken - interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor BlueJ und der didaktischen Umgebung GLOOP zur Implementierung von Java- Programmen - selbst erstelltes Skript Einführung in Java Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 2. Quartal 10

11 EF 1.3 Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java - Daten und ihre Strukturierung in Java - Algorithmen - Syntax und Semantik der Programmiersprache - Klassen und Objekte Kompetenz Modellieren - entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar - modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten - ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen oder Objekttypen zu Kompetenz Argumentieren - analysieren und erläutern einfache Algorithmen und Programme Kompetenz Implementieren - implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik von Java - implementieren Klassen in Java auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken - interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner oder BlueJ zur Implementierung von Java-Programmen - selbst erstelltes Skript Einführung in Java Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 2. Quartal 11

12 EF 2.1 Vertiefung der objektorientierten Programmierung, Modellierung und Implementierung von Klassen und Objektbeziehungen - Klassen und Objekte: Assoziation und Vererbung - Klassendiagramme - Syntax und Semantik der Programmiersprache Kompetenz Modellieren - modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen - modellieren Klassen unter Verwendung von Vererbung - stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungsbeziehungen in Diagrammen grafisch dar - dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden Kompetenz Implementieren - implementieren Klassen in Java auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner oder BlueJ zur Implementierung von Java-Programmen - selbst erstelltes Skript Einführung in Java Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - schriftlicher Test - ggf. Klausur im 3. Quartal 12

13 EF 2.2 Besondere Algorithmen anhand kontextbezogener Beispiele - Algorithmen zum Suchen und Sortieren - weitere besondere Algorithmen z.b. zum Lösen des Rucksackproblems - Effizienz von Algorithmen, Analyse der Laufzeit Kompetenz Modellieren - entwerfen Algorithmen, insbesondere zum Sortieren von Daten, und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar Kompetenz Darstellen und Interpretieren - analysieren Algorithmen hinsichtlich ihrer Korrektheit und Effizienz (Zeitaufwand) - erkennen übergeordnete Lösungsstrategien, z.b. Zerlegen in Teilprobleme Kompetenz Implementieren - implementieren Algorithmen unter Verwendung von Variablen und Wertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen - testen Programme schrittweise anhand von Beispielen - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner oder BlueJ zur Implementierung von Java-Programmen Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 3. Quartal 13

14 EF 2.3 Phasen der Softwareentwicklung am Beispiel eines anwendungsorientierten Projektes - Informatiksysteme - Daten und ihre Strukturierung Kompetenz Modellieren modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren Sichtbarkeitsbereich zu. Kompetenz Kommunizieren nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen Verwendung von Daten unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation. Kompetenz Darstellen und Interpretieren stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungsbeziehungen in Diagrammen grafisch dar dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden nutzen die im Unterricht eingesetzten Informatiksysteme selbstständig, sicher, zielführend und verantwortungsbewusst. Kompetenz Implementieren implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode testen Programme schrittweise. - Java-Editor von Röhner oder BlueJ zur Implementierung von Java-Programmen - Internet Lernerfolgsüberprüfung - selbständiges Arbeiten in Einzel- oder Partnerarbeit am Projekt - schriftliche Dokumentation des Projekts - Benotung des Projekts und der Dokumentation 14

15 Qualifikationsphase Q1 Q1 1.1 Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung anhand kontextbezogener Problemstellungen - Objekte und Klassen in verschiedenen Sachkontext - Analyse, Entwurf und Implementierung von Algorithmen - Syntax und Semantik einer Programmiersprache - Nutzung von Informatiksystemen Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammen grafisch dar - dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden Kompetenz Modellieren - modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten - modellieren Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren - ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre Sichtbarkeitsbereiche zu Kompetenz Implementieren - implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik von Java - implementieren Klassen in Java auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken - interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode Kompetenz Kommunizieren und Kooperieren - verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Inhalte - kommunizieren und kooperieren in Gruppen- und Partnerarbeit Kompetenz Argumentieren - analysieren und erläutern objektorientierte Modellierungen - beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner oder zur Implementierung von Java-Programmen - selbst erstelltes Skript Einführung in Java 15

16 Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 1. Quartal Q1 1.2 Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen - Algorithmen zum Suchen und Sortieren ( darunter Sortieren durch Einfügen und Binäre Suche) - Vergleich der Effizienz von Algorithmen, Analyse der Laufzeit Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar - analysieren Algorithmen hinsichtlich ihrer Korrektheit und Effizienz (Zeitaufwand) - erkennen übergeordnete Lösungsstrategien, z.b. Zerlegen in Teilprobleme Kompetenz Implementieren - implementieren Algorithmen unter Verwendung Feldern (Arrays) und ggf. später dynamischen Datenstrukturen wie Listen - modifizieren Algorithmen und Programme - testen Programme schrittweise anhand von Beispielen Kompetenz Argumentieren - analysieren und erläutern Algorithmen und Programme - beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen - beurteilen die Effizienz von Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherbedarfs und der Zahl der Operationen - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner zur Implementierung von Java-Programmen Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 1. Quartal 16

17 Q1 1.3 Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen - Erarbeiten der linearen, dynamischen Datenstrukturen Liste, Keller und Schlange - Implementierung kontextbezogener Anwendungen wie eines Wörterbuchs Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen lineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau - stellen spezielle Algorithmen dieser Datenstrukturen umgangssprachlich dar Kompetenz Modellieren - modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen - ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen - finden für eine praxisbezogene Problemstellung ein praktikables informatisches Modell Kompetenz Implementieren - modifizieren Algorithmen und Programme - implementieren Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen - nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Java-Editor von Röhner zur Implementierung von Java-Programmen Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 2. Quartal 17

18 Q1 2.1 Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten - Nutzung von relationalen Datenbanken - Aufbau von Datenbanken und Grundbegriffe - Entwicklung von Fragestellungen zur vorhandenen Datenbank - Analyse der Struktur der vorgegebenen Datenbank und Erarbeitung der Begriffe Tabelle, Attribut, Datensatz, Datentyp, Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Datenbankschema - SQL-Abfragen auf einer und/oder mehrerer Tabellen - Modellierung von relationalen Datenbanken - Entity-Relationship-Diagramm, Ermittlung von Entitäten, zugehörigen Attributen, Relationen und Kardinalitäten, Entwicklung einer Datenbank aus einem Datenbankentwurf - Modellierung eines relationalen Datenbankschematas zu einem Entity-Relationship- Diagramm inklusive der Bestimmung von Primär- und Sekundärschlüsseln - Überprüfung von Datenbankschemata hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform und Normalisierung Kompetenz Darstellen und Interpretieren - ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen. - stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar. - überprüfen Datenbankschemata auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften. Kompetenz Modellieren - ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten. - modellieren zu einem Entity-Relationship-Diagramm ein relationales Datenbankschema - bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel - überführen Datenbankschemata in vorgegebene Normalformen. Kompetenz Implementieren - verwenden die Syntax und Semantik einer Datenbankabfragesprache (SQL), um Informationen aus einen Datenbanksystem zu extrahieren. Kompetenz Argumentieren - erläutern die Eigenschaften und den Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung - analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbankabfrage. - analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung. - erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata. 18

19 - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) - Datenbanken in verschiedenen Kontexten werden untersucht. - Als Arbeitsmittel werden OpenOffice-Base bzw. LibreOffice-Base und MySQL eingesetzt. Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 3. Quartal Q1 2.2 Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen - Wie werden Daten in Netzwerken übermittelt? Client-Server-Struktur, das TCP/IP- Schichtenmodell und Protokolle - Allgemeine Sicherheits- und Datenschutzaspekte in der Informationstechnologie Kompetenz Darstellen und Interpretieren - beschreiben und erläutern Topologien, die Client-Server-Struktur und Protokolle sowie ein Schichtenmodell in Netzwerken - nutzen bereitgestellte Informatiksysteme und das Internet reflektiert zum Erschließen, zur Aufbereitung und Präsentation fachlicher Inhalte Kompetenz Argumentieren - untersuchen und bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen, die Sicherheit von Informatiksystemen sowie die Einhaltung der Datenschutzbestimmungen und des Urheberrechts Kompetenz Kommunizieren und Kooperieren - erproben gemeinsam und erläutern am Beispiel von PGP eine Software zum Verschlüsseln und digitalen Signieren - Film Wie funktioniert das Internet? von der Sendung mit der Maus - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter, Präsentationen) - freie Software OpenPGP 19

20 Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 4. Quartal 20

21 Qualifikationsphase Q2 Q2 1.1 Kryptografie Von Caesar bis PGP Eine anwendungsorientierte Einführung - Kryptografische Verfahren: Caesar, Vigenere, DES/AES, RSA-Verfahren - Geschichte der Informatik Kompetenz Darstellen und Interpretieren - beschreiben die kryptografischen Verfahren umgangssprachlich und ggf. mathematisch-formal Kompetenz Argumentieren - analysieren und erläutern Eigenschaften und Einsatzbereiche symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren - erkennen die Bedeutung und bewerten die Verfahren im geschichtlichen Kontext Kompetenz Implementieren - implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik von Java (z.b. das Verfahren von Caesar oder das Faktorisieren großer Zahlen) Kompetenz Kommunizieren und Kooperieren - verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Inhalte - kommunizieren und kooperieren in Gruppen- und Partnerarbeit - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) und Präsentationen - Java-Editor von Röhner oder zur Implementierung von Java-Programmen - freie Software OpenPGP Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 1. Quartal 21

22 Q2 1.2 Endliche Automaten und formale Sprachen - Computermodelle: Endliche Automaten - Auch Programmiersprachen haben Regeln: Grammatiken - Was kann ein Computer? Berechenbarkeit Kompetenz Darstellen und Interpretieren stellen endliche Automaten in Tabellen oder Graphen dar und überführen sie in die jeweils andere Darstellungsform ermitteln die Sprache, die ein endlicher Automat akzeptiert beschreiben an Beispielen den Zusammenhang zwischen Automaten und Grammatiken erkennen und beschreiben das Halteproblem als unlösbares Problem Kompetenz Modellieren entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten entwickeln zur akzeptierten Sprache eines Automaten die zugehörige Grammatik entwickeln zur Grammatik einer regulären Sprache einen zugehörigen endlichen Automaten modifizieren Grammatiken regulärer Sprachen entwickeln zu einer regulären Sprache eine Grammatik, die die Sprache erzeugt Kompetenz Argumentieren analysieren und erläutern die Eigenschaften endlicher Automaten einschließlich ihres Verhalte ns auf bestimmte Eingaben analysieren und erläutern Grammatiken regulärer Sprachen ermitteln die formale Sprache, die durch eine Grammatik erzeugt wird beurteilen den Einsatz von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen ordnen Probleme und Algorithmen verschiedenen Klassen der Berechenbarkeit zu - Schulbuch Informatik 3 des Schöningh-Verlags - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) und Präsentationen Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 1. Quartal 22

23 Q2 1.3 Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen - Grundlegende Begriffe der Datenstruktur Baum - Binärbäume und binäre Suchbäume zur Verwaltung von Daten - Spezifische iterative und rekursive Algorithmen Kompetenz Darstellen und Interpretieren - stellen nichtlineare Baumstrukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (Beispiel Morsealphabet) - stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar Kompetenz Modellieren - ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen, z.b. bei einer Verwaltung von Personendaten - ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen - modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren - entwickeln iterative und rekursive Algorithmen, z.b.. zum Suchen in Binären Suchbäumen Kompetenz Implementieren - implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen und der Klassen BinaryTree und BinarySearchTree - interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode - testen Programme systematisch anhand von Beispielen - modifizieren Algorithmen und Programme Kompetenz Argumentieren - erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen - analysieren und erläutern Algorithmen und Programme, z.b. Traversierungsalgorithmen - eigene Materialien (Informations- und Arbeitsblätter) und Präsentationen - Java-Editor von Röhner oder zur Implementierung von Java-Programmen 23

24 Lernerfolgsüberprüfung - Vorstellen von Ergebnissen und Hausaufgaben - ggf. Klausur im 2. Quartal Q2 2 Projektarbeit und allgemeine Wiederholung / Vorbereitung auf das Abitur - Informatiksysteme: Entwickeln eines Softwareprojekts - Wiederholung und Vertiefung ausgewählter Kompetenzen und Inhalte der Qualifikationsphase im Hinblick auf die Abiturprüfung Hinweise zu den Kompetenzen In diesem letzten Abschnitt werden möglichst alle Kompetenzen und Inhaltsfelder berücksichtigt, mit dem Schwerpunkt auf allgemeiner Wiederholung und der Abiturvorbereitung. Neben der inhaltlichen Wiederholung ist hier auch das Integrieren von Wissen und das Aufzeigen von Zusammenhängen von Bedeutung. So kann beispielsweise die Vererbung als spezielles Merkmal der Polymorphie (Vielgestaltigkeit) betrachtet werden, Grammatiken dienen als Vorlage für einen Parser, der Bestandteil eines Compilers ist. In einem umfangreicheren Softwareprojekt werden die erworbenen Programmierkenntnisse angewendet und vertieft. Hier kann mit Eclipse eine weitere, professionellere Java- Entwicklungsumgebung eingesetzt werden. - Java-Editor von Röhner oder Eclipse zur Implementierung von Java-Programmen - Internet Lernerfolgsüberprüfung - selbständiges Arbeiten in Einzel- oder Partnerarbeit am Projekt - schriftliche Dokumentation des Projekts - Benotung des Projekts und der Dokumentation - ggf. Klausur unter Abiturbedingungen 24

25 2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit Die Fachgruppe Informatik hat sich auf die folgenden Grundsätze geeinigt: 1. Der Unterricht unterliegt der Wissenschaftsorientierung und ist dementsprechend eng verzahnt mit seiner Bezugswissenschaft. 2. Der Unterricht ist problemorientiert und soll möglichst von realen Problemen ausgehen und sich auf solche rückbeziehen. 3. Der Unterricht ist anschaulich sowie gegenwarts- und zukunftsorientiert und gewinnt dadurch für die Schülern/innen an Bedeutsamkeit. 4. Der Unterricht beinhaltet Anwendungen von Informatiksystemen, die für die Schülern/innen nützlich sein können. 5. Der Unterricht ist handlungsorientiert, d.h. projekt- und produktorientiert angelegt. 6. Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Schülern/innen und bietet ihnen Möglichkeiten zu eigenen Lösungen. 7. Die Schüler/innen erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei unterstützt. 8. Der Unterricht fördert Partner- bzw. Gruppenarbeit. 9. Es herrscht ein positives Lernklima im Unterricht. 2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Beurteilungsbereich Klausuren In den Jgst kann Informatik als Grundkurs belegt werden. Die Teilnahme an Klausuren ist freiwillig. Sofern Informatik als Abiturfach (3. oder 4. Fach) belegt wird, müssen Klausuren in der EF und Q1/Q2 geschrieben werden. In der EF wird pro Halbjahr eine Klausur geschrieben. Nach Möglichkeit soll die erste Klausur im 2. Quartal und die zweite Klausur im 3. Quartal stattfinden. In der Q1/Q2 werden zwei Klausuren pro Halbjahr geschrieben. Sie gehen zu 50% in die Gesamtnote ein. Im zweiten Halbjahr der Q2 wird eine Klausur unter Abiturbedingungen geschrieben. Für eine ausreichende schriftliche Leistung sind 45% der Gesamtpunkte in einer Klausur zu erreichen. Die Note gut wird ab 75% der Punkte erteilt. 25

26 2.3.2 Beurteilungsbereich sonstige Mitarbeit Den Schülerinnen und Schülern werden die Kriterien zum Beurteilungsbereich sonstige Mitarbeit zu Beginn des Schuljahres genannt. Leistungsaspekte: Mündliche Leistungen Beteiligung am Unterrichtsgespräch Präsentation von Arbeitsergebnissen Mitarbeit in Partner-/Gruppenarbeitsphasen evtl. Referate Praktische Leistungen am Computer Implementierung, Test und Anwendung von Informatiksystemen Sonstige schriftliche Leistungen Bearbeitung von schriftlichen Aufgaben im Unterricht evtl. schriftliche Leistungsüberprüfung (Test) Die Beurteilungskriterien stützen sich dabei auf die Qualität der Beiträge, die Quantität der Beiträge und die Kontinuität der Beiträge Besonderes Augenmerk ist dabei auf die sachliche Richtigkeit, die angemessene Verwendung der Fachsprache, die Darstellungskompetenz, die Komplexität und den Grad der Abstraktion, die Selbstständigkeit im Arbeitsprozess, die Präzision und die Differenziertheit der Reflexion zu legen. Bei Gruppenarbeiten auch auf das Einbringen in die Arbeit der Gruppe, die Durchführung fachlicher Arbeitsanteile und die Qualität des entwickelten Produktes. Bei Projektarbeit darüber hinaus auf die Dokumentation des Arbeitsprozesses, den Grad der Selbstständigkeit, die Reflexion des eigenen Handelns und die Aufnahme von Beratung durch die Lehrkraft. Leistungsrückmeldungen erfolgen in der Regel am Ende eines jeden Quartals. Projektarbeiten und schriftliche Leistungsüberprüfungen können extra benotet werden. 26

27 3. Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen Im Informatikunterricht werden Kompetenzen anhand informatischer Inhalte in verschiedenen Anwendungskontexten erworben, in denen Schülerinnen und Schülern aus anderen Fächern Kenntnisse mitbringen können. Diese können insbesondere bei der Auswahl und Bearbeitung von Softwareprojekten berücksichtigt werden und in einem hinsichtlich der informatischen Problemstellung angemessenem Maß in den Unterricht Eingang finden. In der Einführungsphase kann im Rahmen des Themas Geschichte der Digitalen Datenverarbeitung eine Exkursion zum Heinz Nixdorf MuseumsForum (HNF) durchgeführt werden. Das HNF bietet auch Schülerworkshops zu verschiedenen Projekten, z.b. Robotik oder Informatik im Containerhafen an, die ggf. besucht werden können. Die außerunterrichtliche Veranstaltung wird jeweils im Unterricht vor- und nachbereitet. 4. Qualitätssicherung und Evaluation Die Kursleiter der Informatikgrundkurse der Jahrgangsstufe EF unterrichten nach diesem schulinternen Curriculum. In enger Kooperation überprüfen sie die Vorgaben hinsichtlich fachsystematischer und - methodischer Umsetzbarkeit in Bezug auf die Kompetenzorientierung der neuen Rahmenlehrpläne. Sie kontrollieren die zeitlichen Rahmen der einzelnen Unterrichtsreihen. Zentraler Punkt ist das Erproben und Bewerten alter und neuer Unterrichtsmaterialen unter dem Gesichtspunkt ihrer Nutzung unter den Bedingungen des kompetenzorientierten Lehrplans. In den Fachkonferenzen werden die im Unterricht gesammelten Erfahrungen zusammengetragen und ausgewertet. Auf deren Basis wird das schulinterne Curriculum weiterentwickelt. Das Fach Informatik ist ein modernes Fach, das ständig im Wandel ist. Die eigene Fortbildung ist daher ein wichtiger Bestandteil der Lehrtätigkeit für Informatik unterrichtende Lehrkräfte. 27

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