Fachgruppe Informatik. Schulinterner Lehrplan. Informatik. Sekundarstufe I. Stand: März Seite 1

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1 Fachgruppe Informatik Schulinterner Lehrplan Informatik Sekundarstufe I Fachgruppe Informatik Stand: März 2015 Seite 1

2 Wilhelm-Gymnasium Fachgruppe Informatik Leonhardstraße Braunschweig Hinweise zum schulinternen Lehrplan Der vorliegende schulinterne Lehrplan basiert auf dem Kerncurriculum für die Schulformen des Sekundarbereichs I Schuljahrgänge 5 10 Informatik in der Fassung vom August Seite 2

3 Inhaltsverzeichnis Der Bildungsbeitrag des Fachs Informatik und unser Verständnis eines modernen Informatikunterrichts Seite 4 Kompetenzorientierung, -entwicklung und die informatischen Kompetenzbereiche Seite 5 Prozessbezogene Kompetenzbereiche gemäß KC Seite 6 Inhaltsbezogene Kompetenzbereiche gemäß KC Seite 7 Grundprinzipien der inneren Differenzierung im Informatikunterricht Seite 8 Kompetenzfeststellung und Leistungsbewertung Seite 9 Informatik im Jahrgang 7 Rahmenbedingungen Seite 10 Übersicht der Lernbereiche für den Jahrgang 7 Seite 11 Informatik in der Einführungsphase Rahmenbedingungen Seite 15 Übersicht der Lernbereiche für die Einführungsphase Seite 16 Seite 3

4 Der Bildungsbeitrag des Fachs Informatik und unser Verständnis eines modernen Informatikunterrichts Zum Bildungsbeitrag des Faches Informatik heißt es im Kerncurriculum: Der Informatikunterricht befähigt die Schülerinnen und Schüler zum refektierten und verantwortungsbewussten Umgang mit Informatiksystemen. Bei der Verwendung informatischer Werkzeuge und Arbeitstechniken zur Problemlösung erfahren die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeiten und Grenzen sowie Chancen und Risiken dieser Systeme. Dazu gehört zum Beispiel die Arbeit mit Modellen, mit Algorithmen und mit Simulationen, aber auch mit Softwarewerkzeugen. Dabei eignen sich die Schülerinnen und Schüler ein systematisches und produktunabhängiges Grundwissen über den Aufbau und die Funktionsweise von Informatiksystemen an, das ihnen einen selbstständigen, kompetenten und selbstbewussten Umgang damit dauerhaft ermöglicht. Die Methoden der Informatik dienen häufg auch dem Lösen von Fragestellungen aus anderen Fachbereichen, wodurch die im Informatikunterricht erworbenen Fähigkeiten von Nutzen für die Problemlösung in vielen Anwendungsgebieten sind. Neue WeGe in der Informatik mit Kopf, Herz und Hand - unser Anspruch an einen modernen Informatikunterricht Die Attraktivität des modernen, allgemeinbildenden Informatikunterrichts liegt darin, bekannte und noch unbekannte Informatiksysteme für Schülerinnen und Schüler begreifbar zu machen, sowie eigenständige Rekreationen und Weiterentwicklungen zu ermöglichen. Moderner Informatikunterricht sollte die Schülerinnen und Schüler nicht ausschließlich im Sinne einer informationstechnischen Grundbildung als Anwender von Informatiksystemen schulen. Vielmehr ist für die zukünftigen Informatiker, Ingenieure und Entscheidungsträger unserer Gesellschaft ein Wechsel von der Anwender- hin zur Entwicklerperspektive im Informatikunterricht wichtig und notwendig, in der eigenständiges Denken und Handeln sowie kommunikative und Teamarbeit gefordert und gefördert werden. In diesem Sinne fel mit Beginn des Schuljahres 2013/14 am Wilhelm-Gymnasium der Startschuss des Projektes Neue WeGe in der Informatik mit Kopf, Herz und Hand. Innerhalb dieses Projektes werden kontextorientierte Lernumgebungen für Schülerinnen und Schüler geschaffen, die ein ganzheitliches Lernen in der Informatikausbildung aller Jahrgangsstufen auf Basis aktueller fachdidaktischer Ergebnisse stärker unterstützen. Die Informatik soll sich dadurch noch spürbarer zu einem für alle Schülerinnen und Schüler mit Kopf, Herz und Hand erlebbaren Unterrichtsfach weiterentwickeln. Seite 4

5 Kompetenzorientierung, -entwicklung und die informatischen Kompetenzbereiche Im Kerncurriculum heißt es zum kompetenzorientierten Unterricht und der twicklung im Informatikunterricht: Im Kerncurriculum des Faches Informatik werden die Zielsetzungen des Bildungsbeitrags durch verbindlich erwartete Lernergebnisse konkretisiert und als formuliert. Die erwarteten werden in Kompetenzbereichen zusammengefasst, die das Fach strukturieren. Aufgabe des Unterrichts im Fach Informatik ist es, die twicklung der Schülerinnen und Schüler anzuregen, zu unterstützen, zu fördern und langfristig zu sichern. Weiter heißt es zur twicklung: Die stehen nicht allein, sie werden gemeinsam im Kontext informatischer Sachverhalte erworben und geschult. Deshalb ist es wichtig Lernumgebungen zu schaffen, die das Interesse der Schülerinnen und Schüler wecken und ihnen einen Rahmen bieten, in dem sie selbständig arbeiten und ihre Interessen entfalten können. Die im KC erwarteten lassen sich den folgenden Kompetenzbereichen zuordnen: Auf den folgenden Seiten werden die einzelnen Kompetenzbereiche durch die Angabe einzelner konkretisiert. Seite 5

6 Prozessbezogene Kompetenzbereiche gemäß KC P1 Strukturieren und Modellieren Die SuS... a) zerlegen Problemstellungen in geeignete Teilprobleme. b) beschreiben und strukturieren Handlungsabläufe. c) strukturieren Daten im Kontext einer gegebenen Problemstellung. d) analysieren und beurteilen ein Modell nach vorgegebenen Kriterien. e) entwickeln einfache Modelle und stellen diese dar. P2 Implementieren Die SuS... a) verwenden bei der Implementierung geeignete Entwicklungsumgebungen. b) setzen ihre Problemlösungen in ausführbare Prozesse um. c) refektieren ihre Vorgehensweise bei der Implementierung. d) untersuchen vorgegebene Implementierungen. P3 Kommunizieren und Darstellen Die SuS... a) kommunizieren unter Verwendung der Fachsprache über informatische Inhalte und stellen diese sachgerecht dar. b) stellen ihre Lösungsansätze und Lösungen mithilfe etablierter Diagrammtypen und Darstellungsformen dar. c) dokumentieren Ablauf und Ergebnisse ihrer Arbeit. d) präsentieren ihre Ergebnisse mithilfe geeigneter (Software)-Werkzeuge. P4 Begründen und Bewerten Die SuS... a) überprüfen, ob ein vorliegendes Verfahren ein Problem löst. b) vergleichen unterschiedliche Lösungsansätze und nennen Vor- und Nachteile. c) begründen Zusammenhänge im Kontext der Informatik. d) bewerten die Bedeutung eines Informatiksystems für das Individuum und die Gesellschaft. P5 Informatiksysteme als Werkzeuge nutzen Die SuS... a) setzen bei der Problemlösung unterstützende Hard- und Softwarewerkzeuge ein. b) wählen geeignete Werkzeuge unter Berücksichtigung ihrer Vor- und Nachteile zur Problemlösung aus. c) übertragen ihr grundlegendes Wissen über Informatiksysteme auf die Nutzung ihnen fremder Werkzeuge. d) wenden für die Recherche, Kommunikation und Kooperation geeignete Werkzeuge an. Seite 6

7 Inhaltsbezogene Kompetenzbereiche gemäß KC I1 Informationen und ihre Darstellung Die SuS... a) unterscheiden zwischen Informationen und ihrer Repräsentation durch Daten. b) wählen geeignete Dateiformate je nach Anwendung, Qualität und Dateigröße. c) organisieren und strukturieren Daten mithilfe geeigneter Werkzeuge. d) wählen geeignete Darstellungsformen für Daten im Kontext einer konkreten Problemstellung. I2 Algorithmen Die SuS... a) interpretieren einen gegebenen Algorithmus und führen diesen aus. b) entwerfen Algorithmen und stellen diese geeignet dar. c) testen die Korrektheit eines Algorithmus systematisch. I3 Informatiksysteme Die SuS... a) beschreiben die Funktionsweise von Informatiksystemen und ihren Komponenten. b) konstruieren Informatiksysteme. c) beschreiben die Struktur von vernetzten Systemen. d) erschließen sich die Funktionsweise ausgewählter Informatiksysteme. I4 Informatik und Gesellschaft Die SuS... a) beschreiben die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen auf die Gesellschaft. b) benennen die Interessen, die bei der Ausgestaltung von Informatiksystemen eine Rolle spielen. c) benennen die Chancen und Risiken vernetzter Systeme. d) erläutern gesellschaftliche Aspekte des Datenschutzes. e) benennen die Grundzüge des Urheberrechts. Seite 7

8 Grundprinzipien der inneren Differenzierung im Informatikunterricht Im Kerncurriculum heißt es zur inneren Differenzierung im Informatikunterricht u.a.: Aufbauend auf einer Diagnose der individuellen Lernvoraussetzungen unterscheiden sich die Lernangebote z. B. in ihrer Offenheit und Komplexität, dem Abstraktionsniveau, den Zugangsmöglichkeiten, den Schwerpunkten, den bereitgestellten Hilfen und der Bearbeitungszeit. Vor allem leistungsschwache Schülerinnen und Schüler brauchen zum Erwerb der verpfichtend erwarteten vielfältige Übungsangebote, um bereits Gelerntes angemessen zu festigen. Für besonders leistungsstarke Schülerinnen und Schüler werden Lernangebote bereitgestellt, die deutlich über die als Kern an alle Schülerinnen und Schüler bereits gestellten Anforderungen hinausgehen und einen höheren Anspruch haben. Diese Angebote dienen der Vertiefung und Erweiterung und lassen komplexe Fragestellungen zu. Solche komplexeren Fragestellungen ergeben sich aus den in diesem Lehrplan aufgestellten Lernbereichen innerhalb der Abschnitte Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung. Die Teilnahme an Arbeitsgemeinschaften mit informatischem Inhalt und Informatik- Wettbewerben (wie z. B. Informatik-Biber, Bundeswettbewerb Informatik, Invent-a-chip, Jugend forscht) fördert einen erweiterten Kompetenzerwerb der Schülerinnen und Schüler. Schülerinnen und Schüler der Einführungs- und Qualifkationsphase erhalten die Möglichkeit an der Teilnahme des von den hiesigen Informatik-Instituten organisierten Tag der Informatik im Rahmen der allgemeinen Berufsorientierung. Seite 8

9 Kompetenzfeststellung und Leistungsbewertung Die Grundlage einer Kompetenzfeststellung und Leistungsbewertung im Fach Informatik bilden die von den Schülerinnen und Schülern gezeigten im Bereich der Schriftlichen Leistungen und dem Bereich der weiteren fachspezifschen Leistungen. Die Schriftlichen Leistungen sowie die weiteren fachspezifschen Leistungen besitzen bei der Leistungsbewertung unterschiedlichen Stellenwert. Eine entsprechende Gewichtung erfolgt durch die Fachkonferenz für jede Jahrgangsstufe. Schriftliche Leistungen: Klassenarbeiten bzw. Klausuren dienen dem Kompetenznachweis. Sie sind so anzulegen, dass die Schülerinnen und Schüler im Unterricht erworbene inhaltssowie prozessbezogene nachweisen können. Schriftliche Leistungsüberprüfungen können einen theoretischen und/oder einen praktischen Schwerpunkt haben. Wird ein praktischer Schwerpunkt gewählt, so kann dies auch eine Anwendung von Informatikwerkzeugen unter Prüfungsbedingungen einschließen. Weitere fachspezifsche Leistungen ( mündliche Leistungen ): (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) Beiträge zum Unterrichtsgespräch, zum Beispiel in Form von Ideen zur jeweiligen Problematik (Lösungsvorschläge), Weiterentwicklung von Ideen, Fortführung von Lösungsansätzen, Aufzeigen von Zusammenhängen und Widersprüchen, Bewertung von Ergebnissen. Durchgeführte Arbeiten am Computer. Hierbei wird insbesondere auch das kooperative Arbeiten im Zusammenhang des Verständniserwerbs und des Erkenntnistransfers bewertet. Entsprechende Leistungen in Einzel-, Partner und Gruppenarbeiten und der hierfür notwendigen kooperativen Leistungen. Die korrekte informatische Verschriftlichung von Aufgabenbearbeitungen. Im Unterricht eingeforderte Leistungsnachweise, zum Beispiel in Form von vorgetragenen vor- und nachbereiteten Hausaufgaben, angemessene Führung eines Ordners etc. Kurze schriftliche Leistungsüberprüfungen (Dauer: i. d. R. 20 min, maximal 45 min, nicht benotet). Diese Überprüfungen müssen nicht angekündigt werden. Die Dokumentation von Projektarbeit. Seite 9

10 Informatik im Jahrgang 7 Rahmenbedingungen Der Informatikunterricht wird im Jahrgang 7 für die Klassen des mathematischnaturwissenschaftlichen Schulzweiges im Umfang von einer Wochenstunde angeboten. Die Lerngruppen werden i.d.r. zweistündig im zweiwöchentlichen Rhythmus unterrichtet. Dem Informatikunterricht in Jahrgang 7 kommt eine Sonderrolle zu, da dieser für viele Schülerinnen und Schüler einen ersten Kontakt zu informatischen Fragestellungen darstellt. Deren Auswahl sollte daher ein möglichst vielfältiges Bild von Informatik vermitteln und setzt sich dabei aus den in der folgenden Tabelle aufgeführten Lernbereichen zusammen: Lernbereich Zeitlicher Umfang Halbjahr Grundbegriffe im Kontext von Computersystemen und deren Peripherie ca. 2 Stunden 1 Informatische Grundlagen der Bildverarbeitung ca. 10 Stunden 1 Präsentation von Informationen ca. 6 Stunden 1 Informatiksysteme im Alltag entdecken, erforschen und rekonstruieren ca. 18 Stunden 2 Regelung der schriftlichen Leistungsüberprüfungen: Die schriftliche Leistungsüberprüfung erfolgt im ersten Halbjahr in Form einer Klassenarbeit (45 Minuten Bearbeitungszeit). Im zweiten Halbjahr wird die schriftliche Leistungsüberprüfung durch eine fachpraktische Prüfung ersetzt. Seite 10

11 Lernbereich Grundbegriffe im Kontext von Computersystemen und deren Peripherie Jahrgang 7 Umfang: 2 h In unserer heutigen Gesellschaft kommen Menschen alltäglich mit Computersystemen und deren Peripherie (bzw. Informatiksystemen im Allgemeinen) in verschiedensten Situationen in Kontakt. Ausgehend von der Dekonstruktion eines realen Rechnersystems werden die Schülerinnen und Schüler Kenntnisse über den Computer als technisches System und Aufgaben von dessen Komponenten erwerben bzw. erweitern. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Informatiksysteme (inhaltsbezogen) Sekundär: Kommunizieren und darstellen (prozessbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - beschreiben die Hardwarekomponenten eines Computers und ihre Funktionen. - beschreiben das Prinzip der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe (EVA- Prinzip) - erläutern die Funktionsweise von verschiedenen Arten von Ein- und Ausgabegeräten. - Die Rechnerperipherie und deren Aufgaben beschreiben. - Das Innere eines Desktop-Rechners untersuchen und Rechnerkomponenten aus-/bzw. einbauen. - Die Aufgaben ausgewählter Rechnerkomponenten erarbeiten. - Rechnerperipherie und -komponenten in das EVA-Prinzip einordnen. P3a I3a, I3d Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - erläutern verschiedene Kenngrößen einzelner Hardwarekomponenten. - erläutern die Bedeutung von Betriebssystem und Anwendungsprogrammen bei Computersystemen. - Spezifkationen von Rechnerkomponenten zu deren Klassifkation nutzen können. - Spezifkationen von Rechnerkomponenten im historischen Kontext einordnen. P3a I3a, I3d Seite 11

12 Lernbereich Informatische Grundlagen der Bildverarbeitung Jahrgang 7 Umfang: 10 h Bilder und Grafken auf dem Computer sind für Schülerinnen und Schüler allgegenwärtig, denkt man an Computerspiele oder auch an digitale Fotoalben. Ausgehend von realitätsbezogenen Phänomenen der digitalen Bilderzeugung befassen sich die Schülerinnen und Schüler in diesem Lernbereich mit informatischen Grundlagen der Grafk- und Bildbearbeitung. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Informatiksysteme als Werkzeuge nutzen (prozessbezogen) Sekundär: Informationen und ihre Darstellung (inhaltsbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - bearbeiten und verfremden Fotos und Grafken mit einer Bildbearbeitungssoftware. - nutzen verschiedene Ebenen beim Bearbeiten von Grafken. - erläutern, wie Farben mithilfe des RGB- und des CMYK-Modells dargestellt werden. - erläutern den Unterschied zwischen Pixel- und Vektorgrafk. - Die Programmoberfäche der Bildbearbeitungssoftware Paint.NET kennen lernen. - Für eigene bzw. Beispielbilder Anwendungen zu den Aspekten Auswahl, Zuschneiden, Qualitätsverbesserung, Helligkeits- und Kontrastveränderung, Klonen u.ä. durchführen. - Ausgehend von Färbungen an Beispielbildern und der Problemstellung der Farbdarstellung im Computer im Gegensatz zu Farben in der Umwelt, die verschiedenen Farbmodelle mithilfe didaktischer Software erarbeiten. - Den prinzipiellen Unterschied von additiven und subtraktiven Farbmodellen anhand der sich in einem Drucker befndlichen Farbpatronen klarmachen. - Ausgehend von der Problematik des Qualitätsverlustes bei der Vergrößerung gewisser Bilder in der Bildbearbeitungssoftware, die Darstellungsformen Pixelbzw. Vektorgrafk in Form eines Rollenspiels erarbeiten und hiermit Rückbezug auf die Einstiegsproblematik des Qualitätsverlustes nehmen. P5a, P5b P1c, P5a P4c, P5a P5a, P5b, P4c I1b I1d I1b - benennen Eigentumsrechte an digitalen Werken und das Recht am eigenen Bild. - Ausgehend von einer Erarbeitung des Begriffs Urheberrecht und dem Abgleich mit der tatsächlichen Formulierung, anhand von Beispielen aus dem Umfeld der Schülerinnen und Schüler (Facebook, Homepages etc.) dessen Einhaltung überprüfen bzw. etwaige Probleme herausarbeiten. P3a I4e Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - erstellen Filme / Trickflme mit geeigneter Software. - Ein digitales Daumenkinos in Form eines animiertes GIF erstellen. P5a, P5b I1a, I1d Seite 12

13 Lernbereich Präsentation von Informationen Jahrgang 7 Umfang: 6 h Dieser Lernbereich fokussiert die Förderung der Visualisierungskompetenz als Teil der Präsentationskompetenz. Zur eigentlichen Visualisierung von Informationen dienen den Schülerinnen und Schüler entsprechend des eigenen Interesses eine klassische Präsentationssoftware bzw. die Nutzung von Grundelementen einer Auszeichnungssprache zur Beschreibung von Webseiten. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Informatiksysteme als Werkzeuge nutzen (prozessbezogen) Sekundär: Informatik und Gesellschaft (inhaltsbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - erstellen zielgruppenorientierte Präsentationen unter Verwendung geeigneter Software. - gestalten Präsentationen unter Verwendung verschiedener Formatierungen und eingebetteter Objekte. - überprüfen anhand eines selbst erstellten medialen Produkts rechtliche Aspekte der Veröffentlichung. - Wichtige Kriterien an eine gute Präsentation erarbeiten. - Eine Präsentation hinsichtlich der eingeführten Kriterien beurteilen. - Eine Präsentationen zum Thema Braunschweig und seine Sehenswürdigkeiten bzw. zu einem individuell gewählten Themenbereich (Sport, eigenes Hobby, o.ä.) erstellen. P2c, P5a P1c, P2c, P5a, P3d P3d I1c I4d, I4e Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - erstellen Dokumente unter Verwendung von Auszeichnungssprachen, wie HTML und CSS. - Sich dem Unterschied zwischen dem Quelltext einer Webseite und deren Browseransicht bewusst werden. - Einfache HTML-Dokumente durch einen Vergleich von Quelltext und Browseransicht analysieren. - Die verschiedenen Strukturbeschreibungen mit HTML (Gerüst einer Webseite aus Kopf und Körper, Titel der Webseite, Überschriften und Absätze, Listen, Verweise, Bilder, Hervorhebungen, etc.) exemplarisch herausarbeiten. - Eine eigene Webseite zum Thema Braunschweig und seine Sehenswürdigkeiten bzw. zu einem individuell gewählten Themenbereich (persönliche Homepage, Sport, eigenes Hobby, o.ä.) erstellen. P1c, P2a, P5a I1c Seite 13

14 Lernbereich Informatiksysteme im Alltag entdecken, erforschen und nachbauen Jahrgang 7 Umfang: 18 h In der heutigen Zeit sind Informatiksysteme, also Zusammenstellungen von Hard- und Software zur Lösung von Anwendungsproblemen, integraler Bestandteil aller Bereiche menschlicher Aktivität. Auch Schülerinnen und Schüler begegnen diesen alltäglich in der Welt um sie herum. Ausgehend von einer Charakterisierung des Begriffs des Informatiksystems werden die Schülerinnen und Schüler Beispiele aus der eigenen Lebenswelt mithilfe unterschiedlicher didaktischer Werkzeuge eigenständig rekonstruieren lernen. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Informatiksysteme (inhaltsbezogen) Sekundär: Algorithmen (inhaltsbezogen); Implementieren (prozessbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - benennen und beschreiben Handlungsabläufe aus ihrer Lebenswelt. - strukturieren Handlungsabläufe in logische Teileinheiten. - benennen typische Bestandteile von algorithmischen Abläufen, wie z. B. eindeutige Handlungsanweisungen, Wiederholungen, Verzweigungen. - entwickeln einen informellen Algorithmus zu einem gegebenen Problem und stellen ihn dar. - überprüfen einen gegebenen Algorithmus durch systematisches Testen. - Die grundlegenden Elemente der didaktischen Software Scratch durch die individuelle Erstellung einer Animation / eines Spiels erarbeiten, auch differenzierend unterstützt durch die Scratch-Cards. - In den Schülerprodukten wiederholt eingesetzte Strukturen durch einen Vergleich herausarbeiten. - Sich der Bedeutung der Grundstrukturen Anweisung, Wiederholung und Verzweigung durch Rückbezug auf Alltagsphänomene klar machen. - benennen Typen von Sensoren, Aktoren und Verarbeitungskomponenten von technischen Geräten und ordnen sie der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe zu. - lesen Sensoren aus und steuern Aktoren an. - konstruieren aus vorgegebenen Bauteilen ein Informatiksystem. - implementieren einen Algorithmus zur Steuerung einer technischen Komponente. - entwickeln einen Algorithmus zur Steuerung eines einfachen Informatiksystems. P1a-b P1a-b, P3c, P4a P1b, P3a P2a-d, P5a P2a-d, P3a, P4a P1b, P3, P5a I3a, I3d I2a I2 I3a, I3d I2a-c, I3b I3a I2, I3b - Den Begriff des Informatiksystems propädeutisch herausarbeiten und solche Systeme in der Lebenswelt ausfndig machen und beschreiben. - Die Themenbereiche Home automation, Einkaufswelt, Innerstädtische Verkehrsfüsse o.ä. exemplarisch nutzen, um mithilfe der didaktischen Software Scratch, den Picoboard-Sensoren sowie den Lego-WeDo-Aktoren Informatiksysteme zur Problemlösung einzusetzen. Seite 14

15 Informatik in der Einführungsphase Rahmenbedingungen Laut Beschluss der Fachkonferenz Informatik vom 19. November 2013 kann das Fach Informatik beginnend ab dem Schuljahr 2014/15 in der Einführungsphase durch Schülerinnen und Schüler 1. als zweistündiger Basiskurs (im ersten Halbjahr eines Schuljahres) 2. als zweistündiger Ergänzungskurs (im zweiten Halbjahr eines Schuljahres) angewählt werden. Das Kerncurriculum sieht vor, dass Schülerinnen und Schüler, die Informatik in der Qualifkationsphase belegen wollen, in der Einführungsphase mindestens über ein Halbjahr einen zweistündigen Kurs in Informatik belegen. Durch den Fachkonferenzbeschluss vom wird diese Belegungsverpfichtung in der Regel durch den zweistündigen Basiskurs erfüllt, jedoch im Einzelfalle bei gemäß KC nachzuweisenden der Schülerin / des Schülers auch durch die alleinige Belegung des Ergänzungskurses. Hierüber entscheidet die Schulleitung auf Antrag. Im Basiskurs erwerben die Schülerinnen und Schüler diejenigen prozess- sowie inhaltsbezogenen, die ihnen eine erfolgreiche Mitarbeit in den unterschiedlichen Kursen der Qualifkationsphase ermöglicht. Der Ergänzungskurs dient den Schülerinnen und Schülern, die Informatik in der Qualifkationsphase belegen möchten, zum vertieften Kompetenzerwerb. Basis- und Ergänzungskurs setzen sich aus den folgenden Lernbereichen zusammen: Lernbereich Zeitlicher Umfang Kursart Darstellung von Daten ca. 4 Stunden Basis Wie rechnet ein Computer? ca. 8 Stunden Basis Algorithmisches Problemlösen im Kontext von Informatiksystemen ca. 18 Stunden Basis Klassische Verschlüsselungsverfahren ca. 6 Stunden Basis Einstieg in die textuelle Programmierung und die Grundlagen der Objektorientierung ca. 8 Stunden Ergänzung Klassische Algorithmen auf Reihungen ca. 16 Stunden Ergänzung Kommunikation in Rechnernetzen ca. 8 Stunden Ergänzung Regelung der schriftlichen Leistungsüberprüfungen: Zur schriftlichen Leistungsüberprüfung dient sowohl im Basis- als auch im Ergänzungskurs jeweils eine hilfsmittelfreie schriftliche Klausur (Bearbeitungszeit: Minuten). Seite 15

16 Lernbereich Darstellung von Daten E-Phase (Basis) Umfang: 4 h Computer-unterstützte Informationsverarbeitung läuft stets in drei Schritten ab: Information muss zunächst in geeigneter Form durch Daten dargestellt werden. Diese Daten können dann maschinell zu neuen Daten verarbeitet werden. Durch eine Interpretation der erzeugten Daten gewinnt man schließlich neue Information. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Informationen und ihre Darstellung (inhaltsbezogen) Sekundär: Begründen und bewerten (prozessbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - erläutern die Notwendigkeit, Daten in geeigneter Form zu codieren, um sie mit dem Computer verarbeiten zu können. - nennen Beispiele für die Codierung von Daten, wie Morsecode, ASCII. - unterscheiden zwischen Informationen und ihrer Repräsentation durch Daten. - codieren und decodieren Daten mithilfe eines vorgegeb. Verfahrens. - entwerfen eine Codierung zur Übertragung von Informationen über einen Kommunikationskanal. - Anhand von Beispielen herausarbeiten, dass Information immer durch Daten dargestellt werden muss, bevor sie vom Computer verarbeitet werden kann; dass neue Information durch die Deutung von Daten gewonnen werden kann. - Die Bezeichnungen Bit, Byte und Datei (als Behälter für Bits/Bytes) klären. - Einfache technische Realisierungen der Bit-Werte 0 und 1 aufzeigen. - Die Bedeutung binärer Daten für die technische Verarbeitung klären. - Darstellung von natürlichen Zahlen im Dezimal-, Dual- und Hexadezimalsystem besprechen, entsprechende Umrechnungen durchführen. - Darstellung von Zeichen mit standardisierten Codes (z. B. ASCII) aufzeigen und mit Hilfe eines Hex-Editors verdeutlichen. - Die Abhängigkeit des Speicherbedarfs einer ASCII-codierten Textdateien experimentell untersuchen und Zusammenhänge erarbeiten; auch für andere Dateiformate. P4c P4c P1c P1c P1e, P4b I1a, I1d I1d I1a, I1d I1a, I1d, I2a I1a, I1d Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - erläutern Codierungsverfahren für Bilddateien. - erläutern einfache Verfahren zur Datenkompression, z. B. Lauflängencodierung. - Die binäre Darstellung von Pixelgrafken exemplarisch erarbeiten. - Den Speicherplatzbedarf von Pixelgrafken in Abhängigkeit von der Art der Darstellung untersuchen. - Den Unterschied zwischen verlustbehafteter und verlustfreier Kompression von Daten erarbeiten. - Laufängencodierung und verwandte verlustfreie Kompressionsverfahren anwenden und entwickeln, entsprechende Beurteilung von Vor-/ Nachteilen. P1b, P5b P1b, P5b I1a, I1d I1a, I1d Seite 16

17 Lernbereich Wie rechnet ein Computer? E-Phase (Basis) Umfang: 8 h Die Vorgänge in einem Computer zur maschinellen Verarbeitung von Daten sind komplex und können nur in groben Zügen erarbeitet werden. Neben einem Einblick in den Aufgabe eines Rechner steht die Erkenntnis im Vordergrund, dass verschiedenste Daten binär repräsentiert werden können und dass die Verarbeitung binärer Daten mit Mitteln der Logik beschrieben und mit hierauf abgestimmten Schaltungen technisch realisiert werden können. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Implementieren (prozessbezogen) Sekundär: Informatiksysteme (inhaltsbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - entwerfen und implementieren einfache Schaltnetze unter Verwendung von Logikbausteinen. - vergleichen verschiedene Konstruktionen zur Lösung des gleichen Problems. - Die logische Interpretation der Bit-Werte 0 und 1 klären. - Die logischen Verknüpfungen AND, OR, NOT mit ihren Wahrheitstabellen erarbeiten. - Die Verarbeitung binär dargestellter Daten in einfachen Fällen mit logischen Verknüpfungen beschreiben und mit logischen Schaltungen unter Zuhilfenahme einer geeigneten Software simulieren. - Eine 2 aus 3 Schaltung experimentell entwickeln. - Einen Halb- bzw. Volladdierer als Beispiel für die technische Realisierung einer Funktionseinheit eines Rechners entwickeln. - Eine logische Schaltung auf Basis der Tabellendarstellung minimieren. P1a, P2, P3b, P4b, P5a P4b I3b, I3d I3d Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - Beschreiben die Hardwarekomponenten eines Computers und ihre Funktionen. - Die Grundvorstellung des Von-Neumann-Rechnermodells erarbeiten und erläutern können. - Die Prinzipien verschiedener Rechnerarchitekturen erarbeiten und vergleichen. P1a, P2, P3b, P4b, P5a P3a I3b I3a, I3d Seite 17

18 Lernbereich Algorithmisches Problemlösen im Kontext von Informatiksystemen E-Phase (Basis) Umfang: 18 h In allen Bereichen der Informatik spielen Algorithmen eine zentrale Rolle. Jede automatisierte Verarbeitung von Daten mithilfe des Computers erfolgt auf der Grundlage präziser Verarbeitungsvorschriften bzw. Algorithmen. Ziel dieses Lernbereiches ist es, dass die Schülerinnen und Schüler ein Grundverständnis für diese Zusammenhänge im Kontext von Informatiksystemen aus deren Lebenswelten entwickeln. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Implementieren (prozessbezogen) Sekundär: Algorithmen (inhaltsbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - entwickeln und implementieren einen Algorithmus in einer grafschen Programmiersprache auf experimentelle Weise. - überprüfen, ob eine gegebene Implementierung die Problemstellung löst. - entwickeln einen informellen Algorithmus zu einem gegebenen Problem. - benennen Anweisung, Sequenz, Schleife und Verzweigung als elementare Kontrollstrukturen. - Entwicklung/Implementieren eines Computerspiels in Scratch; Präsentationen. - Anhand der Spiele herausarbeiten, dass jede automatisierte Verarbeitung von Daten mithilfe des Computers auf der Grundlage präziser Verarbeitungsvorschriften erfolgt. - Die Rolle von Kontrollstrukturen / algorithmischen Grundbausteinen zur Ablaufmodellierung bewusst machen und diese kontinuierlich verwenden. - Den Begriff Algorithmus klären und Anforderungen an einen Algorithmus formulieren. - Anhand von Beispielen aufzeigen, dass es Algorithmen schon gab, bevor es den Computer gegeben hat (z. B. durch Bezug zur Mathematik). - Sich der Möglichkeit der automatisierten Verarbeitung von Daten durch Algorithmen bewusst machen (auch gesellschaftsrelevante Aspekte). P1a-b, P2, P3a-b, P4a P4a P1a-b, P3c, P4a P1a-b, P2, P3a, P3d I2a-b, I3b I2, I3b I2a-b, I3b - entwerfen einen Algorithmus unter zielgerichteter Verwendung der elementaren Kontrollstrukturen. - formulieren Bedingungen mit Hilfe der logischen Verknüpfungen und, oder und nicht. - verwenden Variablen und Wertzuweisungen in einfachen Algorithmen. - zerlegen einen komplexeren Algorithmus in mehrere Operationen, um z. B. Teillösungen wiederzuverwenden. P1a-b, P2, P3, P4a I2, I3b - Informatiksysteme im Alltag wie z. B. Alarmanlagen, Obstsortenerkenner, Barcodescanner und nachführende Solaranlagen charakterisieren und mithilfe von Scratch und dem Picoboard realisieren. - Im Rahmen einer Realisierung von Informatiksystemen werden insbesondere... Grundvorstellungen zur Datenspeicherung mit Variablen entwickelt,... Wertzuweisungen als Grundoperation zur Veränderung von Variablenwerten besprochen, Seite 18

19 ... grundlegende Datentypen (Zahlen, Zeichen, Zeichenketten) thematisiert. - stellen einen gegebenen Algorithmus in einem Struktogramm dar. - interpretieren ein vorgegebenes Struktogramm. - überprüfen einen gegebenen Algorithmus durch systematisches Testen. - Neben der Umgangssprache zur informellen Beschreibung von Algorithmen auch elementare Kontrollstrukturen mithilfe von Struktogrammen darstellen. - Implementierung von durch Struktogramme dargestellte klassische Algorithmen wie Euklid, Heron, schnelles Potenzieren und weitere. - überprüfen einen Algorithmus durch systematisches Testen. - testen systematisch, ob eine Implementierung die Problemstellung löst. - stellen die Belegungen von Variablen bei der Ausführung eines Algorithmus in Form einer Tracetabelle dar. - Tracetabellen für die oben genannten Algorithmen bei einer Vorgabe von Eingaben aufstellen. - Sich der Funktionsweise von Algorithmen mithilfe von Tracetabellen bewusst werden und damit auch eine exemplarische Korrektheit überprüfen. P3c P3c P4a P1a-b, P3c, P4a P2c-d, P3c P1c, P4b I2c I2c I2c I2c I2c I1a Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - zerlegen einen komplexeren Algorithmus in mehrere Operationen, um z. B. Teillösungen wiederzuverwenden. - verwenden geeignete Datenstrukturen, um mehrere Variablen des gleichen Typs zu verarbeiten. - vergleichen Algorithmen hinsichtlich ihrer Effzienz. - implementieren einen Algorithmus in einer textbasierten Programmiersprache. - Die Effzienz von Algorithmen zum Potenzieren von Zahlen beispielsweise hinsichtlich der Anzahl von Schleifendurchläufen untersuchen und bewerten. - Algorithmen für Reihungen (Suchen, Sortieren) erarbeiten und untersuchen. - Klassische Algorithmen in Java oder einer anderen textbasierten bzw. vergleichbaren Programmiersprache implementieren. P1a, P4b P1c P1c, P4b P4a-c I1c-d I1c-d I1a I1a Seite 19

20 Lernbereich Klassische Verschlüsselungsverfahren E-Phase (Basis) Umfang: 6 h Ausgehend von Problemstellungen aus dem Bereich Verschlüsselung (private Daten, Kommunikation) wird eine Grundvorstellung in Bezug auf die Sicherheit von Informationen entwickelt. Der sichere Austausch von Informationen zwischen zwei oder mehreren Personen ist im Alltag oft gerade dann relevant, wenn ein unbefugter Dritter durch das Abhören diesen Personen Schaden zufügen kann. Die Problematik von nicht verschlüsselten Übertragungen soll erkannt und die Zweckmäßigkeit von Verschlüsselung je nach Thematik beurteilt werden. Vorrangig geförderte Kompetenzbereiche: Primär: Kommunizieren und Darstellen (prozessbezogen) Sekundär: Informationen und ihre Darstellung (inhaltsbezogen) Mögliche Umsetzung im Unterricht Die SuS... Konkretisierung der Lernaktivitäten/-umgebung Prozessbezogene Inhaltsbezogene - erläutern das Prinzip der Substitution und Transposition als Grundlage der Datenverschlüsselung. - wenden einfache symmetrische Verschlüsselungsverfahren an, wie z. B. Cäsar-Code, Vigenère-Verfahren usw. - beurteilen die Sicherheit von einfachen Verschlüsselungsverfahren. - verwenden geeignete Datenstrukturen, um mehrere Variablen des gleichen Typs zu verarbeiten. - Sicherheitsproblem bei Kommunikationsvorgängen im Alltag erkennen. - Die Brisanz von Sicherheitsproblemen bei elektronischer Kommunikation (z. B. Chat, , Online-Banking) herausstellen und diskutieren. - Vertraulichkeit, Authentizität, Integrität und Verbindlichkeit als Sicherheitsziele herausarbeiten. - Eigene Ideen zur Verschlüsselung von Daten erarbeiten. - Die klassischen Verfahren Cäsar und Vigenère zur Ver- und Entschlüsselung von Nachrichten anwenden; verschiedene Implementierungen diskutieren. - Ein Verschlüsselungsverfahren in Bezug auf das Kerkhoffsche Prinzip bzw. die Security through obscurity beurteilen. - Einfache Verschlüsselungsverfahren mithilfe einer Häufgkeitsanalyse brechen. - Die one-time-pad -Verschlüsselung implementieren und sich deren Sonderrolle in Bezug auf die Sicherheit der Verschlüsselung bewusst werden. P1b, P3a P3a P3a, P4c-d P1c I1d I1d, I2a I4a I1d Möglichkeiten zur inneren Differenzierung bzw. Individualisierung der Lernumgebung - beschreiben das Prinzip der asymmetrischen Verschlüsselung. - unterscheiden zwischen symmetrischen und asymmetrischen Verfahren. - verschlüsseln und signieren Daten mithilfe aktueller Software. P3a P4d P5a I1d I4a, I4c I4a-b - Ausgehend vom Problem eines sicheren Schlüsselaustausches die Grundprinzipien von symmetrischen und asymmetrischen Verfahren beschreiben und erarbeiten; entsprechende klassische Verfahren betrachten. - Das Prinzip der Einwegfunktion besprechen und an Beispielen verdeutlichen. - Die Begriffe digitale Signatur und Authentizität von Nachrichten einordnen. - Mit aktuellen Werkzeugen ver-/entschlüsseln und signieren (z. B. GnuPG). Seite 20

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