Hausinternes Curriculum Mathematik, G8

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1 Hausinternes Curriculum Mathematik, G8 (Stand Februar 2009) Vereinbarung der verbindlichen Unterrichtsinhalte aus der Fachkonferenz Informatik 2009 für die SII (E, Q1 und Q2 nach G8). Generell gilt für den Unterricht Gliederung in die drei Bereiche: ITG (Informationstechnische Grundlagen) Dokument: KLP Informatik G8 (schulintern) ITG Differenzierung Mathematik-Informatik - Dokument: KLP Informatik G8 (schulintern) Differenzierung Grund- und Leistungskurs Informatik Dieses Dokument Nach einer Vorlage des Arbeitskreises: Entwicklung eines schulinternen Curriculums Mathematik auf Grundlage der neuen Kernlehrpläne SI

2 Inhaltliche Schwerpunkte laut Ministerium: Eintelung I. Objektorientiertes Modellieren und Implementieren von kontextbezogenen Anwendungen I.1 Konzepte des objektorientierten Modellierens E.1 Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Geheimnisprinzip Klassendiagramme Beziehungen zwischen Klassen: (Gerichtete) Assoziation mit Multiplizität,Vererbung Abstrakte Klassen, Polymorphie I.2 Datenstrukturen E.1/E.2 Lineare Strukturen mit den Akzenten Schlange und Stapel Implementation der Standardoperationen Lineare Liste Such- und Sortieralgorithmen für Felder und Listen Suchen Sortieren durch direktes Einfügen Quicksort (nur Leistungskurs) Baumstrukturen mit den Akzenten E.2 / Q1.2 Binärbaum Traversierungsalgorithmen Binärer Suchbaum Implementation von insert und search (nur Leistungskurs) Ungerichteter gewichteter Graph (nur Leistungskurs) mit den Akzenten Q2.1 in Ansätzen Breiten- und Tiefensuche E1 (Binnendif.) Suche des kürzesten Weges zwischen zwei Knoten: Backtracking, Dijkstra-Algorithmus Q1.1 I.3 Modellieren und implementieren kontextbezogener Problemstellungen als Netzwerkanwendungen E.2 Netzwerkprotokolle E.2 Client-Anwendungen E.2 Client-Server-Anwendungen E.2 Kryptografie Q2.1 Symmetrische Verschlüsselungsverfahren (Caesar, Vigenére) Asymmetrische Verschlüsselungsverfahren (RSA) Schlüsselaustausch (Diffie-Hellmann) II. Relationale Datenbanken Modellieren kontextbezogener Problemstellungen als Datenbanken mit dem Entity-Relationship-Modell Q1.1 Normalisierung: Überführung einer Datenbank in die 1. bis 3. Normalform Q1.1 Relationenalgebra (Selektion, Projektion, Vereinigung, Differenz, kartesisches Produkt, Umbenennung, Join) Q1.1 SQL-Abfragen über eine und mehrere verknüpfte Tabellen Q1.1 Datenschutzaspekte Q1.1 III. Endliche Automaten und formale Sprachen Modellieren kontextbezogener Problemstellungen als deterministische endliche Automaten Q1.2 Darstellung von deterministischen endlichen Automaten als Graph und als Tabelle Q1.2 Formale Sprachen: Reguläre Sprachen und ihre Grammatiken Q1.2 Entwicklung eines Parsers für eine einfache formale Sprache (nur Leistungskurs) Q2.1

3 Der Unterricht umfasst im Grundkurs zwei Wochenstunden (Langstunden 1 ), so dass pro Schuljahr mit ca. 80 Stunden gerechnet werden kann. Ein Leistungskurs Informatik kam bisher auf Grund von Lehrkräftemangel nicht zu Stande, so dass hier keine Erfahrungswerte vorliegen. Es wird vorausgesetzt, dass alle SuS 2 auch außerhalb der Unterrichtszeit einen Zugang zu einem internetfähigen Computer mit gängigem Betriebssystem (Microsoft ab W2k, Linux, MacOS X) haben. Generell wurde versucht, die vom Ministerium vorgegebenen Lerninhalte auf die einzelnen Halbjahre zu verteilen. Schwerpunktmäßig wurde dabei die angewandte Informatik (Programmieren in Java) in die E-Phase gelegt, während in der Q1-Phase überwiegend die Bereiche technische und theoretische Informatik zu Tragen kommen. Einführungsphase Zum Unterricht Auf Grund starker Heterogenität vor allem im Bereich der Programmierung wird während des ersten Halbjahres in heterogenen Paaren und überwiegend an Hand von Leitprogrammen gearbeitet. Dies schult die erfahreneren Schüler im Umgang mit ihren Mitschülern, gibt ihnen ein Stück Verantwortung für ihren Partner und bindet sie so stärker in den Unterricht mit ein. 1 Eine Langstunde entspricht 67,5 Minuten 2 Hier und im Weiteren steht SuS für Schülerinnen und Schüler, SoS für Schülerinnen oder Schüler

4 Einteilung - E1 ZE 3 Inhaltsbezogene Aspekte 25 Abdeckung der in I.1 geforderten Inhalte an Hand eines Leitprogrammes. Arbeiten an Hand eines Leitprogramms in festen Zweiergruppen. Team-Teaching. Implementierung in Java mit der Entwisckulngsumgebung Greenfoot. Algorithmusidee. Leitprogramm Greenfoot Laufende Installation von Java und Greenfoot 15 Abdeckung folgender Inhalte aus I.2: Schlange und Stapel Anwendung und Standardoperationen Implementierung der SO Ausprobieren der einzelnen DS an geeigneten Beispielen (Stack = Türme von Hanoi, Schlange = Nachrichtenqueue) und Überleitung zum 2. Halbjahr Arbeiten in größeren Gruppen mit festen Rollen. Umstellen auf die Entwicklungsumgebung Eclipse. Klären von Fragen zu Klassen mit Hilfe der Java API. Nutzen von Subversioin. Laufende Installation von Eclipse mit Subversion-Plugin 3 Eine ZE entspricht 67,5 Minuten

5 Einteilung - E2 ZE 4 Inhaltsbezogene Aspekte 8 Computernetzwerke- Aufbau und Aufteilen der SuS in vier Gruppen und Kommunikation. arbeitsteiliges Vorbereiten einer Vorgabe des Zeitrahmens durch Lehrer 4-Schichten TCP-MODELL Präsentation zu je einer Schicht. Vortragen Angabe von Internetquellen Begriff Socket der Präsentation (2 Stunden). Projektgruppenhafter Charakter. 12 Client-Anwendungen und Client- Anwendungen programmieren. Chat Client erstellen, der mittels Sockets kommuniziert. Binnendif.: Chat Server erzeugen, der zur Datenhaltung eine Schlange benutzt. 6 Grafische Komponenten in Java: Die Klasse Frame und ihr Aufbau Einfache Layoutmanager Grafische Textkomponenten Butons und Eventhandling 14 I.2: Lineare Listen und einfache Such- und Sortieralgorithmen Je nach Erfahrung einteilen in eine von drei Gruppen: I Geführte Entwicklung eines Clients, Vorgabe einer Gui II Eigenständige Entwicklung des Clients, Vorgabe einer Gui III Eigenständige Entwicklung eines Servers nach vorgegebenen Spezifikationen An Hand der vorgegebenen Chat-Gui werden die grafischen Komponenten von Java näher erläutert. Hierzu sollen die SuS zunächst selber die entsprechenden Komponenten unersuchen. Rückgreifend auf Stack und Queue wird die lineare Liste definiert. Dann werden in arbeitsteiliger Gruppenarbeit Algoritmen zum Suchen und Sortieren vorbereitet und präsentiert. Gerüst der Chat Gui ohne Funktionalität Spezifikationen für die Gruppe III Beispielimplementierung eines Servers zu Gerüst der Chat Gui Merkblatt Grafische Komponenten Übersichtsblatt ADTs Übersichtsblatt Suchen und Sortieren 4 Eine ZE entspricht 67,5 Minuten

6 Qualifikationsphase 1 (Q1) Einteilung Q1.1 ZE 5 Inhaltsbezogene Aspekte 10 Binärbäume, Aufbau und Suchen auf BB. Definition der ADT, Visualisierung von Hand, Implementierung in Java 25 II Relationale Datenbanken, vom Modell zur Datenbank an Hand eines Lieferservices. 5 Exkurs: Dijkstra als Wegfindealgorithmus. Gemeinsames Durchgehen aller Entwicklungsschritte vom Modell über das ER-Diagramm bis hin zur Datenbank. Modellieren mit dem Werkzeug DIA DIA LAMP / XAMPP Einteilung Q1.2 Kernlehrplan ZE Inhaltsbezogene Aspekte 25 III Endliche Automaten und formale Sprachen. Durchgehen der verschiedenen Typen von Automaten. Vorhandene Materialien / Voraussetzung 15 Boolesche Logik: Grundlagen, Umformungen, Schrittweise Einführung an Hand gängiger Optimierung (KV-Diagramme), Don't Cares Beispiele (Aufzug, Ampel) 10 Komplexere Bauteile: Fliflips; FPGA / PLAs Zusammensetzen komplexerer Bauteile aus einfachen Operationen Skript Boolesche Logik LoCad 2004 LoCad Eine ZE entspricht 67,5 Minuten

7 Qualifikationsphase 2 (Q2) und Abitur Einteilung Q2.1 ZE 6 Inhaltsbezogene Aspekte 4 Sicherheit in Netzwerken: Vorstellen einfacher Filterregln an Hand Testsystem(e) für die Kommunikation Was macht eine Firewall? einer Firewall. Abhören von Netzen Beispielsitzung abhören (man in the middle) 20 Cryptographie in Theorie und Praxis 1.3 Alle Verfahren; zusätzlich Steganographie SuS bereiten in Kleingruppen eine Verschlüsselung vor und präsentieren diese geeignet, eventuell mit Programm. Quellen für SuS Datensicherung/Komprimierung 6 Zeit für weiterführende Interessen von SuS SuS sollen am Anfang des Schuljahrs äußern, was sie am Ende gerne noch wiederholt / erweitert haben wollen. Einteilung Q2.2 Eventuell Vorstellen von Projekten für Q2.2. Aufteilen des Kurses: 1.) Wiederholen wichtiger Inhalte für das Zentralabitur mit den SuS, welche Informatik im Abitur nehmen. 2.) Größtenteils eigenständige Projektarbeit (Programmierprojekt) zu Inhalten, die über den Lehrplan hinaus gehen, durch SuS, die Informatik nicht ins Abi nehmen. 6 Eine ZE entspricht 67,5 Minuten