Bildungsplan für das berufliche Gymnasium der dreijährigen Aufbauform. Band 2 Berufsbezogene Fächer

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1 Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Ausgabe C LEHRPLANHEFTE REIHE I Nr. 28 Bildungsplan für das berufliche Gymnasium der dreijährigen Aufbauform Band 2 Berufsbezogene Fächer Technische Richtung (TG) Profil Informationstechnik Heft 9 Informationstechnik Eingangsklasse Jahrgangsstufen 1 und November 2004 Lehrplanheft 6/2004 NECKAR-VERLAG

2 Inhaltsverzeichnis 1 Inkraftsetzung 2 Vorbemerkungen 5 Lehrplanübersicht Auf den Inhalt des Hefts Allgemeine Aussagen zum Bildungsplan wird besonders hingewiesen: Vorwort Hinweise für die Benutzung Der Erziehungs- und Bildungsauftrag der beruflichen Schulen Der besondere Erziehungs- und Bildungsauftrag für das berufliche Gymnasium Verzeichnis der Lehrplanhefte für das berufliche Gymnasium Band 1 Allgemeine Fächer Verzeichnis der Lehrplanhefte für das berufliche Gymnasium Band 2 Berufsbezogene Fächer Impressum Kultus und Unterricht Ausgabe C Herausgeber Lehrplanerstellung Verlag und Vertrieb Bezugsbedingungen Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Lehrplanhefte Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg; Postfach , Stuttgart Landesinstitut für Schulentwicklung, Fachbereich Bildungspläne, Rotebühlstraße 131, Stuttgart, Fernruf Neckar-Verlag GmbH, Klosterring 1, Villingen-Schwenningen Die fotomechanische oder anderweitig technisch mögliche Reproduktion des Satzes bzw. der Satzanordnung für kommerzielle Zwecke nur mit Genehmigung des Verlages. Die Lieferung der unregelmäßig erscheinenden Lehrplanhefte erfolgt automatisch nach einem festgelegten Schlüssel. Der Bezug der Ausgabe C des Amtsblattes ist verpflichtend, wenn die betreffende Schule im Verteiler vorgesehen ist (Verwaltungsvorschrift vom 8. Dezember 1993, K.u.U S. 12). Die Lehrplanhefte werden gesondert in Rechnung gestellt. Die einzelnen Reihen können zusätzlich abonniert werden. Abbestellungen nur halbjährlich zum 30. Juni und 31. Dezember eines jeden Jahres schriftlich acht Wochen vorher beim Neckar- Verlag, Postfach 1820, Villingen-Schwenningen. Das vorliegende LPH 6/2004 erscheint in der Reihe I Nr. 28 und kann beim Neckar- Verlag bezogen werden.

3 Informationstechnik (TG) 1 Amtsblatt des Ministeriums für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Stuttgart, 25. November 2004 Lehrplanheft 6/2004 Bildungsplan für das berufliche Gymnasium; hier: Berufliches Gymnasium der dreijährigen Aufbauform Vom 25. November /92 I. II. Für das berufliche Gymnasium gilt der als Anlage beigefügte Lehrplan. Der Lehrplan tritt für die Eingangsklasse mit Wirkung vom 1. August 2004, für die Jahrgangsstufe 1 am 1. August 2005 und für die Jahrgangsstufe 2 am 15. August 2006 in Kraft.

4 2 Informationstechnik (TG) Vorbemerkungen Im Unterricht des Faches Informationstechnik gewinnen die Schülerinnen und Schüler Erfahrungen, Einsichten und Fähigkeiten, die ihnen die Denk- und Arbeitsweise der Informationstechnik anschaulich erschließen. Sie verstehen, dass technische Problemlösungen oft Kompromisse verlangen. Insbesondere lernen sie die Übertragung und Umsetzung ingenieurwissenschaftlicher Erkenntnisse und Verfahren in technische Systeme. Das Denken in Systemen ist eine für die Technik typische Vorgehensweise. Durch den Erwerb technischer Kenntnisse und Denkweisen lernen sie den rational geprägten Umgang mit sachbezogenen Inhalten. Sie erfahren darüber hinaus, dass Technik nicht nur angewandte Naturwissenschaft ist, sondern vom Menschen zur Entlastung von Arbeit und damit zur Erleichterung des Lebens eingesetzt wird. Sie erkennen, dass die Aufgabenstellung der Technik von den vielfältigen Wünschen und Bedürfnissen des Menschen abhängt und dass Technik unauflöslich zum Wesen und zur Entwicklungsgeschichte des Menschen gehört. Die Schülerinnen und Schüler begreifen Technik als wesentlichen Pfeiler unserer Kultur und Zivilisation. Sie sollen neben dem Nutzen aber auch die Probleme erkennen, welche die Technik den Einzelnen, der Gesellschaft und der Umwelt bringt und dass dafür Verantwortung übernommen werden muss. Inhalte des Unterrichts sind: Erwerb eines informationstechnischen Grundlagenwissens anhand ausgewählter Themen, Erlernen und Anwenden ingenieurwissenschaftlicher Arbeitsmethoden: Analysieren, Lösungswege suchen, Ergebnisse experimentell überprüfen, Grenzen von Modellvorstellungen erkennen und Teilsysteme entwickeln, bei der Durchführung einer Projektarbeit sollen theoretische Kenntnisse in die Praxis umgesetzt und das Arbeiten im Team trainiert werden, Einüben sorgfältiger Planung und Dokumentation beim Arbeiten mit informationstechnischen Systemen und bei der Entwicklung von Programmen, Entwickeln der Fähigkeit, Ergebnisse darzustellen und zu beurteilen, Einüben von Problemlösestrategien anhand informationstechnischer Problemstellungen, Gewinnen der Einsicht, dass die Umsetzung informationstechnischer Ideen von einer Vielzahl von Faktoren abhängt, Hinführen zum Verständnis technikgeschichtlicher Entwicklungen, Erkennen der gesellschaftlichen Auswirkungen der Datenverarbeitung und Vernetzung, und der damit verbundenen Sicherheits- und Schutzmaßnahmen. Der Unterricht ermöglicht den Schülerinnen und Schülern anhand ausgewählter und exemplarischer Einheiten eine Orientierung in der von Informationsverarbeitung geprägten Umwelt. Sie erwerben eine Studierfähigkeit für technische und nichttechnische Disziplinen. Darüber hinaus erhalten sie ein allgemeines Verständnis für die in alle Lebensbereiche eingreifende Informationstechnik. Damit leistet das Fach Informationstechnik einen wesentlichen Beitrag zur Allgemeinbildung. Eine Voraussetzung dafür ist, das Interesse an technischen Fragestellungen zu fördern und zu vertiefen, technikwissenschaftliche Grundlagen zu vermitteln und die Einsicht zu wecken, technische Problemlösung als Veränderung der Umwelt zu erfassen. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei, die Vor- und Nachteile informationstechnischer Problemlösungen kritisch zu betrachten und gegeneinander abzuwägen. Sie werden befähigt, eine ausgewogene Beurteilung der Informationstechnik vorzunehmen, sich für technische Entwicklungen zu öffnen und die Konsequenz ihres Handelns zu bedenken. Sie erkennen an anschaulichen Beispielen, dass technische Entwicklungen Ergebnisse wissenschaftlicher Forschung sind und Technik sich wissenschaftlicher Methoden bedient. Sie erkennen die zunehmende Bedeutung von Informationen für technische Prozesse und lernen konkrete Beispiele der Informationsverarbeitung in technischen Systemen

5 Informationstechnik (TG) 3 kennen und analysieren. Sie erkennen die Bedeutung informationstechnischer Systeme für eine wissensbasierte Gesellschaft und lernen die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Entwicklungen auf die Gesellschaft abzuschätzen. Der Unterricht im Fach Informationstechnik verdeutlicht, dass zur Lösung technischer Fragestellungen das Denken in Systemen wichtig ist. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass erarbeitete Kenntnisse oder Lösungsverfahren auch auf andere technische Bereiche übertragbar sind. Sie lernen informationstechnische Inhalte zu ordnen und zu gliedern. Sie üben das Auswerten und Abfassen informationstechnischer Beschreibungen und Berichte, erwerben dabei die Fähigkeit, diese Sachverhalte knapp und klar unter Verwendung der Fachsprache darzustellen und zwischen Tatsachen und Meinungen zu unterscheiden. In der Lehrplaneinheit Systemgestaltung lernen die Schülerinnen und Schüler die Methoden und Instrumentarien der Systemtechnik. Sie lernen den Systemansatz bzw. die Systems-Engineering- Philosophie als Grundlage der Systemtechnik. Diese ist gekennzeichnet durch das Systemdenken und durch die ganzheitliche Betrachtungsweise von Objekten und Systemen. Sie erkennen die Systemtechnik als Vorgehensmodell und als Leitfaden zur Problemlösung. Sie lernen insbesondere, das Systemdenken zur Lösungsfindung und -entscheidung bei der Planung, Realisierung, Nutzung und Entsorgung rechnergestützter Informationssysteme anzuwenden. In den Lehrplaneinheiten der Technischen Informatik erfahren die Schülerinnen und Schüler die digitale Technik als eine Basistechnologie, die weite Bereiche unserer Gesellschaft nachhaltig bestimmt. Es sind Kenntnisse auf diesem Gebiet zum Verständnis unserer Umwelt notwendig. Dabei stehen nicht die grafischen oder mathematischen Verfahren zur Minimierung im Vordergrund, sondern die Anwendung verschiedener Lösungsstrategien für das gegebene Problem. Die zentrale Aufgabe des Hardwareunterrichts ist es, zu zeigen, wie technische Komponenten systematisch entwickelt werden und wie diese Schaltungen auf unterschiedliche Situationen reagieren. Dabei erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass digitale Systeme nicht nur von außen bedient werden können, sondern auch auf sich selbst zurückwirken. Der Begriff des Zustandes als eine Art Speicher des Systems und die Abfolge solcher Zustände als Reaktion auf unterschiedliche Bedingungen werden ersichtlich. Mit programmierbarer Logik lassen sich Schaltnetze und Schaltwerke mit Hilfe von Funktionstabellen besonders anschaulich entwickeln und implementieren. Dabei erfahren die Schülerinnen und Schüler die Grenzen dieser Verfahren und erkennen, dass komplexe Systeme modular aufgebaut werden. Komplexe Systeme können mit Tabellen und Zustandsdiagrammen nicht mehr übersichtlich beschrieben werden. Daher muss an dieser Stelle mit Blockschaltbildern gearbeitet werden. Einfache programmierbare Systeme werden entwickelt, deren Aufbau nun mit den Grundlagen der Informationslogik verständlich ist. Anhand eines Mikrocontrollers kann der Aufbau von komplexeren Befehlen aus Mikroprogrammschritten vermittelt werden und der Übergang zu höheren Programmiersprachen wird vollzogen. In der Lehrplaneinheit Grundlagen der Programmentwicklung werden die Schülerinnen und Schüler in das algorithmische Problemlösen mit dem Computer eingeführt. Die Algorithmen werden in abstrakter, grafischer Form dargestellt. Ferner werden Grundelemente einer höheren Programmiersprache erlernt und zur Problemlösung herangezogen. Dabei wird das problemanalytische und objektorientierte Denken der Schülerinnen und Schüler besonders gefördert. Die Lehrplaneinheit ist eng verknüpft mit dem Fach Angewandte Informationstechnik. In den Lehrplaneinheiten Objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design lernen die Schülerinnen und Schüler Methoden, die beim Entwurf von Softwaresystemen angewendet werden. Aufbauend auf der Lehrplaneinheit Grundlagen der Programmentwicklung lernen sie, Elemente der realen Welt auf Objekte abzubilden und deren Basiskonzepte zu beschreiben. Die Schülerinnen und Schüler modellieren objektorientierte Softwaresysteme unter statischen und dynamischen

6 4 Informationstechnik (TG) Aspekten. Sie stellen die Strukturen und Wechselwirkungen der Objekte in grafischer Notation dar. Einzelne Entwürfe werden in einer objektorientierten Programmiersprache umgesetzt. In der Lehrplaneinheit Datenbanksysteme lernen die Schülerinnen und Schüler eine der Hauptanwendungen der Informationstechnik. Die Lehrplaneinheit vermittelt einen Einblick in verschiedene Datenmodelle. Schwerpunkte sind die Datenanalyse und der Entwurf einer relationalen Datenbank. Die Schülerinnen und Schüler lernen außerdem das Erstellen von Datenbankabfragen in SQL. Im Fach Informationstechnik fertigen die Schülerinnen und Schüler eine Projektarbeit an. Sie sollen dabei weitgehend selbstständig ein fachliches Problem analysieren, strukturieren und praxisgerecht lösen. Durch die Anwendung der gefundenen Lösungen in der Praxis erhalten die theoretischen Überlegungen ein wichtiges Feedback. Die Aufgabe ist Fächer übergreifend und kann alle Fächer einbeziehen. Gerade hier kann Teamarbeit eingeübt werden. Dafür notwendig sind: Zeitplanung, Modulbildung, Absprachen und regelmäßige Kommunikation. Dabei haben die Lehrerinnen und Lehrer die individuell geleistete Arbeit zu beurteilen und gegebenenfalls korrigierend einzugreifen. Dazu erfolgen Beratungsgespräche, die den Schülerinnen und Schülern die Sicherheit geben, dass sie in der angestrebten Weise zum geplanten Ziel kommen. Ihre Selbstständigkeit und Eigenverantwortlichkeit werden dadurch gefördert, dass zur Durchführung der Arbeit fehlende Informationen möglichst eigenständig gewonnen werden und Beratungsgespräche nur gezielt stattfinden. Der Fortgang der Arbeit soll kontinuierlich dokumentiert werden. Der Umfang und die Ausführung der abschließenden Dokumentation ist der Problemstellung und dem Zeitrichtwert anzupassen. Durch die Dokumentation und Präsentation der Projektarbeit werden insbesondere die Ausdrucks- und Diskussionsfähigkeit gefördert. Betriebssysteme haben die Aufgabe, die Hardware vom Anwender abzuschirmen und dem Softwareentwickler einfacheren Zugriff auf die Hardware zu geben. Sie sind unverzichtbarer Bestandteil jedes informationsverarbeitenden Systems. Es ist daher notwendig Betriebssysteme in ihrer Funktion und ihrem inneren Aufbau zu verstehen, sie unterscheiden und anwenden zu können. Die Schülerinnen und Schüler sollen exemplarisch an konkreten Systemen diese Zusammenhänge nachvollziehen um diese grundlegenden Aufgaben zu erkennen. Mit der Lehrplaneinheit Vernetzte Systeme erfassen die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung der Rechnervernetzung zum globalen Informationsaustausch. Sie lernen neben Protokollen, der Hardware und der Software auch die gesellschaftlichen Auswirkungen von Netzwerken. Am Beispiel verbreiteter Netzwerktechnologien wird das theoretische Grundlagenwissen in konkrete Anwendungen umgesetzt und vertieft. In Gruppen können sie lokale Netzwerke aufbauen und analysieren. Wahlthemen Die in der Jahrgangsstufe 2 angegebenen Themen ermöglichen den Lehrerinnen und Lehrern in pädagogischer Verantwortung je nach Interessenlage der Klasse und den Gegebenheiten der Schule ein neues Wissensgebiet aufzugreifen.

7 Informationstechnik (TG) 5 Lehrplanübersicht Schuljahr Lehrplaneinheiten Zeitrichtwert Gesamtstunden Seite Eingangs- 1 Systemgestaltung 30 7 klasse 2 Technische Informatik I Laborübungen zur Technischen Informatik Grundlagen der Programmentwicklung Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung 40 Jahrgangs- 5 Technische Informatik II stufe 1 6 Technische Informatik III Objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design I 8 Datenbanksysteme Durchführung einer Projektarbeit Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung Jahrgangs- 10 Technische Informatik IV stufe 2 11 Objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design II 12 Betriebssysteme Vernetzte Systeme Wahlthemen* Einrichten einer Workstation Netzwerkprogrammierung Einführung in die Kryptographie und Kryptoanalyse Ausgewählte Themen der Informationstechnik Zeit für Leistungsfeststellung und zur möglichen Vertiefung * Drei Wahlthemen sind auszuwählen. 192

8 6 Informationstechnik (TG)

9 Informationstechnik (TG) 7 Eingangsklasse Zeitrichtwert 1 Systemgestaltung 30 Die Schülerinnen und Schüler erläutern Problem und Problemlösen als Begriffe der Systemgestaltung. Sie analysieren, beurteilen und gestalten Systeme. Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Lebensphasen eines Systems. Sie wenden Vorgehensprinzipien und Methoden im Problemlösungszyklus an. Ist- und Soll-Zustand Systemdefinition Elemente (Komponenten) Eigenschaften (Attribute) Beziehungen (Relationen) Systemabgrenzung Z. B. Sonnensystem, Verkehrssysteme, periodisches System chemischer Elemente, Produktionssysteme, biologische Systeme Black-Box, Aspektsysteme, Systemhierarchie Soziotechnische Systeme Modellbildung Abbildungs-, Verkürzungs- und pragmatisches Merkmal Vorgehensprinzipien vom Groben zum Detail (Top-Down) das Prinzip der Variantenbildung Berücksichtigung der zeitlichen Veränderung Lebensphasen eines Systems: Entwicklungsphase Anstoß zu einer Systemgestaltung Vorstudie Hauptstudie Detailstudie Realisierungsphase Systembau Systemeinführung Nutzungsphase Systembenutzung Anstoß zur Um- oder Neugestaltung oder Außerdienststellung Entsorgungsphase Planung der Entsorgung Durchführung der Entsorgung Problem Lösungsprinzip Gesamtkonzept Detailpläne Einführungsbereites System Eingeführtes System

10 8 Informationstechnik (TG) Problemlösungszyklus: Zielsuche Situationsanalyse Zielformulierung Lösungssuche Synthese von Lösungen Analyse von Lösungen Auswahl Bewertung Entscheidung Checkliste, Befragungstechnik, Black-Box, Bubble-Chart Ziel-Operationalisierung, Zielkatalog, Ziel-Gewichtung Kartenabfrage, Morphologie Nutzwert-Analyse, verbale Bewertung 2 Technische Informatik I 30 Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten Grundbegriffe und Grundfunktionen der binären Informationsverarbeitung und wenden sie an. Durch die Analyse gegebener Schaltungen und den Entwurf eigener Lösungen können sie wichtige Codierungen (Darstellungen) von Zeichen und Ziffern bewerten. Sie sind in der Lage typische und spezielle Schaltnetze zu entwerfen und können unterschiedliche Speicher beschreiben. Information Redundanz Signal Zahlensysteme Dual, Hex BCD Codierung Grundfunktionen UND, ODER, NICHT, XOR Schaltsymbol, Funktionstabelle, Funktionsgleichung Disjunktive Normalform Typische Schaltnetze Codewandler Addierer und Subtrahierer Multiplexer und Demultiplexer Vergleicher Bit, Byte Analog, digital, binär Umrechnung (Taschenrechner, Strukturierte Programmierung) Gray-Code, ASCII Antivalenz, Äquivalenz Schaltung zeichnen Modularer Aufbau BCD/7-Seg, Adressdecoder Voll- und Halbaddierer, 2er Komplement Auswahlschaltungen, zyklisches und wahlfreies Adressieren

11 Informationstechnik (TG) 9 Speicherelemente SR-FF D-FF statisch/dynamisch Organisation von Speicherelementen Register RAM, ROM Zustandsdiagramme Tabellarische Beschreibung Latch, positive bzw. negative Taktflankentriggerung Unterschiedliche Darstellungen (vgl. LPE 6) Einfache Blockschaltbilder, Schaltnetzrealisierung mit ROM 3 Laborübungen zur Technischen Informatik 30 Die Schülerinnen und Schüler entwickeln mit Hilfe eines rechnergestützten Entwicklungssystems eigene Schaltungen. Sie sind in der Lage, die Aufgabenstellung tabellarisch zu beschreiben und das Ergebnis auf ein Zielsystem (PLD) zu übertragen. Entwicklungsumgebung für programmierbare Logik Editieren Implementieren Testen Tabellen, Gleichungen, Zustandsdiagramme, Hierarchisches Design, Blockschaltbilder, Simulation, reales System 4 Grundlagen der Programmentwicklung 30 Die Schülerinnen und Schüler erklären Grundbegriffe der Programmierung und erläutern die Phasen der systematischen Programmentwicklung und Modellbildung. Gemäß dieser Phasen analysieren sie Probleme, finden geeignete Modelle, entwerfen Lösungsalgorithmen und stellen diese in Form eines Struktogramms grafisch dar. Dabei wenden sie Grundelemente einer höheren Programmiersprache an. Maschinennahe und höhere Programmiersprachen Nur programmiersprachliche Ebenen unterscheiden Phasen der Programmentwicklung Problemanalyse Entwurf mit Modellbildung, Modularisierung und Entwurf von Algorithmen Implementierung Test Strukturelemente von Algorithmen Sequenz Auswahl Wiederholung Ein- und zweiseitige Auswahl, Mehrfachauswahl Schleife mit Eintritts- oder Austrittsbedingung Darstellung von Algorithmen als Struktogramm DIN 66261

12 10 Informationstechnik (TG) Grundelemente höherer Programmiersprachen Variablen, Konstanten, elementare Datentypen, ein- und mehrdimensionale Felder Zuweisung Operatoren Kontrollstrukturen Unterprogrammtechnik zusammengesetzte Datentypen Elementare Konzepte des objektorientierten Ansatzes Objekt und Klasse Attribut Operation Kapselung Arithmetische und logische Operatoren, Vergleichsoperatoren Umsetzung der Strukturelemente von Algorithmen Parameterübergabe, Rückgabewert Strukturen Nur den Standardkonstruktor verwenden Geheimnisprinzip, Sichtbarkeit

13 Informationstechnik (TG) 11 Jahrgangsstufe 1 Zeitrichtwert 5 Technische Informatik II 20 Die Schülerinnen und Schüler entwerfen synchrone Schaltwerke mit Hilfe von Zustandsdiagrammen und Tabellen. Sie entwickeln in einer computergestützten Entwicklungsumgebung unterschiedliche Lösungskonzepte und sind in der Lage, diese Konzepte mit Hilfe von Blockschaltbildern darzustellen. Durch die Analyse typischer Schaltwerke werden unterschiedliche Beschreibungsformen vertieft und beurteilt. Beschreibungsarten von Schaltwerken Zustandsdiagramme Zustandsübergangstabelle Impulsdiagramm Unterschiedliche Lösungsansätze Zustandscodierung Typische Schaltwerke Synchrone Zähler Registerschaltungen Situationsangepasste und übersichtliche Beschreibungsformen wählen Minimaler Speicheraufwand, optimale Codierung, Schaltungen mit und ohne Ausgangsschaltnetz, Zustandscodierung und Zustandsübergänge können zusammengefasst werden (codierte Zustandsübergangstabelle) Blockschaltbilder UP/Dn, Reset, Load, EN, CS Schieberegister, Ringregister... Parallel-Seriellwandlung (serielle Addition) 6 Technische Informatik III 55 Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Baugruppen in einem Mikrocomputersystem (Blockschaltbild). Sie wenden den Grundbefehlssatz eines konkreten Mikrocontrollers in einem Entwicklungssystem an und erstellen die Programmdokumentation. Sie erkennen an typischen Assemblerbefehlen den Zusammenhang mit entsprechenden Schaltwerken und verstehen ein Mikrocomputersystem als ein System einzelner Schaltwerke, die über ein Bussystem miteinander kooperieren. Funktionseinheiten eines Mikrocontrollers ALU Register Flags Befehlszähler Stack RAM ROM Adressbus Datenbus Steuerbus Blockschaltbild einer CPU Vgl. LPE 2 Vgl. LPE 5 Einsatz Programmablauf/Reset Vgl. LPE 2 Intern/extern Tri-State Adressierung Multiplexen

14 12 Informationstechnik (TG) Befehlsverarbeitung Befehlsarten Einfache Assemblerprogramme mit Entscheidungen, Wiederholungen und Unterprogrammen Programmdokumentation Programmablaufplan (PAP) Befehlszyklus Datentransfer Arithmetik Logik Verschieben Sprung Taster und Schalter Lauflicht Zeitschleife Schrittmotor Modularer Aufbau (Unterprogramme, Schnittstellen) Programmentwicklung aufgrund eines vorhandenen PAP 7 Objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design I 45 Die Schülerinnen und Schüler entwickeln Lösungen für Probleme durch objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design. Sie entwerfen objektorientierte Modelle und stellen die Objektstrukturen und Wechselwirkungen zwischen den Objekten in UML-Notation dar. Die Schülerinnen und Schüler implementieren einzelne Lösungsentwürfe. Modellbildung und Problemlösung Objekt- und Klassenstrukturen Lebensdauer von Objekten Konstruktoren mit Parameter Vererbung Sichtbarkeit Assoziation Überladen und Überschreiben von Operationen Polymorphie Interaktion zwischen Objekten Die Anforderungen der 3-Schichten Architektur sollen berücksichtigt werden. Konstruktor, Destruktor Generalisierung, Spezialisierung Private, protected, public Nachrichten, Botschaften Darstellung in UML-Notation Klassendiagramm Objektdiagramm Sequenzdiagramm Zustandsdiagramm

15 Informationstechnik (TG) 13 8 Datenbanksysteme 30 Die Schülerinnen und Schüler grenzen verschiedene Datenbankmodelle ab. Sie führen anhand konkreter Beispiele eine Datenanalyse durch und entwerfen passende relationale Datenmodelle. Sie beschreiben und dokumentieren vorgegebene Datenmodelle und führen Auswahlabfragen an bestehenden Datenbanken mit Hilfe einer Datenbanksprache durch. Datenbankmodelle Entity-Relationship-Modell Datenobjekte und Beziehungen Darstellung mit numerischer Notation Modellierung von Entitäten und Beziehungen Hierarchische Datenbanken Netzwerkdatenbanken Relationale Datenbanken Objektorientierte Datenbanken Objektrelationale Datenbanken Chen-Notation Relationales Datenmodell Transformation des ER-Modells in ein relationales Modell Normalisierung Zur Überprüfung, ob das relationale Modell in der 3. Normalform ist Datenbankerstellung Auswahlabfragen mit SQL Datensuche und Datenanzeige Aggregatfunktionen Rechenoperationen Datenabfrage aus mehreren Tabellen Sortierung und Gruppierung Sprachelemente 9 Durchführung einer Projektarbeit 30 Die Schülerinnen und Schüler planen und führen selbstständig eine Projektarbeit mit einfachen Methoden der Systemgestaltung und des Projektmanagements durch. Sie dokumentieren und präsentieren die Projektarbeit inhaltlich richtig und formal angemessen. Informationstechnische Problemstellung Vgl. LPE 2 bis 8 Methoden der Systemgestaltung Vgl. LPE 1 Projektdefinition Projektauftrag Problemanalyse und -beschreibung, Projektziele, Projektorganisation, Kick-Off- Meeting

16 14 Informationstechnik (TG) Projektplanung Projektstrukturplan Terminplan (Gantt-Diagramm) Projektdurchführung Projektdokumentation Lastenheft Pflichtenheft Projektabschluss Abschlussbericht Abschlusspräsentation Arbeitspakete Projektsteuerung und -controlling Prozess- und Produktdokumentation Die Dokumentation soll parallel zum Fortgang der Arbeit erstellt werden. Der Lösungsweg und seine Besonderheiten sind zu begründen. Abnahme des Projektergebnisses, Schulung, Abschlussbesprechung, Teamauflösung

17 Informationstechnik (TG) 15 Jahrgangsstufe 2 Zeitrichtwert 10 Technische Informatik IV 15 Die Schülerinnen und Schüler lösen komplexe Aufgaben mit Hilfe der Hochsprache C in einem konkreten Entwicklungssystem und erkennen die Vorteile dieser Problemlösung Programmentwurf mit Struktogramm Programmdokumentation Polling Interrupt Timer Vergleich PAP (Assembler) und Struktogramm (Hochsprache) Analyse der Compilerergebnisse anhand einfacher Problemstellungen (Umsetzung einfacher Kontrollstrukturen aus der Hochsprache in Assembler) Parkhaus (Vergleich mit Schaltwerken) Aufzugsteuerung Matrixtastatur und Matrixanzeige (Zeitmultiplex) 11 Objektorientierte Analyse und objektorientiertes Design II 15 Die Schülerinnen und Schüler analysieren komplexere Problemstellungen und entwickeln Lösungen mit Hilfe der Methoden der objektorientierten Analyse und des objektorientierten Designs. Sie berücksichtigen hierbei im Besonderen die dynamischen Aspekte. Modellierung statischer und dynamischer Aspekte von objektorientierten Softwaresystemen Klassendiagramm Objektdiagramm Sequenzdiagramm Zustandsdiagramm Darstellung der Algorithmen von Operationen als Struktogramm Die LPE baut auf LPE 7 auf.

18 16 Informationstechnik (TG) 12 Betriebssysteme 30 Die Schülerinnen und Schüler erkennen und verstehen die grundlegende Architektur von Betriebssystemen. Sie bewerten die dazugehörigen Dateisysteme und Verfahren nach deren Vorund Nachteilen. Die Schülerinnen und Schüler verstehen, dass Aktivitäten der Betriebssysteme durch Prozesse abgebildet werden. Sie erläutern die Notwendigkeit und die Verfahren zur Speicherverwaltung und zur Prozessorganisation. Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung von Sicherungsverfahren und bewerten diese. Sie wenden die gewonnenen Erkenntnisse dieser Lehrplaneinheit an aktuellen Betriebssystemen an. Anforderungen und Aufgaben Modelle Schalen Schichten Dateisysteme FAT Attribute, Rechte Hardwareabstraktion, Funktionsbibliothek, Sicherheit und Zuverlässigkeit Hybrid NTFS, EXT2 Prozesse Multitasking Prozesszustände Schedulingverfahren Threads Speicherkonzepte Virtueller Speicher Segmentorientierter Speicher Seitenorientierter Speicher Sicherungsverfahren Sicherungsmedien Vollsicherung, Differentielle Sicherung, Inkrementelle Sicherung Strategien Großvater, Vater, Sohn 13 Vernetzte Systeme 30 Die Schülerinnen und Schüler erkennen die Bedeutung der Vernetzung. Sie beschreiben und beurteilen die Strukturen und Verfahren vernetzter Systeme. Dazu stellen sie die Grundlagen der Kommunikation anhand des Schichtenmodells dar und wenden verschiedene Verfahren in der Praxis an. Technische und gesellschaftliche Bedeutung

19 Informationstechnik (TG) 17 Schichtenmodell OSI-7-Schichten-Modell Netzformen Stern Baum Bus Ring Netzwerkkomponenten Twisted Pair, Koaxial, LWL, drahtlos Netzwerkkarte Repeater Switch Router Hub Bridge Ethernet Rahmen CSMA/CD TCP/IP IP-Header und IP-Adresse TCP-Header Dienstekennung verbindungslose und verbindungsorientierte Kommunikation Subnetting Netzadresse, Netzmaske, Broadcastadresse, Default Gateway Routing Routingtabelle 14 Einrichten einer Workstation (Wahlthema) 18 Die Schülerinnen und Schüler richten eine Workstation ein. Dazu installieren und konfigurieren sie ein Betriebssystem. Anschließend installieren sie verschiedene Anwendersoftware. Betriebssystem Treiber Netzzugangskomponenten Anwendersoftware Backup Partitionierung, Dateisysteme Hardwareinstallationen (RAM, SCSI) Netzwerkkarte, ISDN-Karte, Modem Office-Paket, Internetbrowser Imaging, Backupsoftware

20 18 Informationstechnik (TG) 15 Netzwerkprogrammierung (Wahlthema) 18 Die Schülerinnen und Schüler erstellen einfache Programme zur Kommunikation über Netzwerke mit Hilfe von TCP/IP-Sockets (Berkley-Sockets). Dadurch verbinden Sie ihre Kenntnisse aus der Netzwerktechnik und Softwaretechnik. Sie analysieren den Aufbau einfacher Client- und Serverprogramme auf der Basis von TCP/IP-Sockets und passen sie an eigene Problemstellungen an. Client-Server-Kommunikation Echo-Server Chat-Client und Chat-Server Http-Client und Http-Server Mehrbenutzerfähige Server mit Threads Einfaches Netzwerkspiel Fernsteuerung und Fernwartung 16 Einführung in die Kryptographie und Kryptoanalyse (Wahlthema) 18 Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Verfahren der Kryptographie und beurteilen die Sicherheit der unterschiedlichen Verfahren. Sie analysieren und erstellen Algorithmen zum Verschlüsseln von Texten und zur Entschlüsselung von Texten bei unbekanntem Schlüssel. Einfache Verschlüsselungsverfahren und Methoden zur Entschlüsselung monoalphabetische Verschlüsselung polyalphabetische Verschlüsselung Moderne Verschlüsselungsverfahren symmetrische Verschlüsselung asymmetrische Verschlüsselung Häufigkeitsanalysen auch zur Erkennung der Sprache eines Textes Schlüsselwortlänge und Sicherheit Kasiski- und Friedmanntest DES RSA, PGP Public-Key-Verfahren, digitale Unterschrift