Didaktische FWU-DVD. Daten auf dem Weg. Daten, Informationen und ihre Übertragung

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1 Didaktische FWU-DVD Daten auf dem Weg Daten, Informationen und ihre Übertragung

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen Bedeutung und Darstellungsform einer Nachricht; stellen Information in unterschiedlicher Form dar; interpretieren Daten im Kontext der repräsentierten Information; beurteilen Vor- und Nachteile unterschiedlicher Informationsdarstellungen; kennen Grundlagen der rechnerinternen Darstellung von Daten; können die binäre Darstellung von Daten erläutern; können Kommunikation in Rechnernetzen in ihren Grundlagen erklären; bilden Modelle für Objekte der realen Welt, um sie mit Rechnern zu bearbeiten; können Information zur Weiterverarbeitung in Informatiksystemen aufbereiten und sachgerecht Information aus den Verarbeitungsergebnissen gewinnen; können Information zur Weiterverarbeitung mit dem Computer strukturiert und formalisiert darstellen; können die Bezeichnungen Bit, Byte und Datei (als Behälter für Bits bzw. Bytes) klären; können die Darstellung von natürlichen Zahlen im Dual- und Hexadezimalsystem besprechen; können die logische Interpretation der Bitwerte 0 und 1 klären; können die Darstellung mit standardisierten Codes (z. B. ASCII, Unicode) aufzeigen; können einfache Kommunikationsvorgänge experimentell durchführen (z. B. Morsen, Lichtsignale, Handzeichen) und dabei die Konzepte Sender, Empfänger, Nachricht und Protokoll erarbeiten; können historische Verfahren (z. B. optische Telegrafie) und Kommunikationsvorgänge aus dem Alltag mithilfe der Konzepte beschreiben. 2

3 Zum Inhalt Vom Signal zur Nachricht (Kurzfilm 5:10 min) Überall im Alltag begegnen uns elektronische Geräte. Sie alle verarbeiten Daten. Doch was sind Daten eigentlich? Und was haben sie mit Informationen zu tun? Daten sind übliche Bezeichnungen für die Darstellungsform einer Information. Zur Übertragung von Information sind diese zuerst vom Menschen als Daten darzustellen. Daten können übertragen, gespeichert oder verarbeitet und schließlich wieder vom Menschen als Information interpretiert werden. Die Darstellung der Information als Daten bzw. die Interpretation der Daten als Information ist eine gedankliche Leistung des Menschen. Analoge und digitale Signale (Kurzfilm 3:50 min) Physikalische Vorgänge, die man in der Natur beobachten kann, laufen kontinuierlich, d. h. ohne Sprünge, ab. So steigt die Temperatur im Laufe des Vormittags langsam an und nimmt dabei jeden Wert zwischen minimaler Nachttemperatur und maximaler Tagestemperatur (mindestens) 3

4 einmal an. Auch eine Wanne füllt sich beim Einlassen von Wasser kontinuierlich mit Wasser. Kippt jemand plötzlich einen ganzen Eimer Wasser hinzu, so steigt der Wasserstand zwar schneller, aber trotzdem noch kontinuierlich. In der Nachrichtentechnik bezeichnet man solche elementaren (elektronisch) feststellbaren Veränderungen als Signale. Signale, die durch den Schülern bekannten physikalischen Größen erzeugt werden, verändern sich kontinuierlich. Derartige Signale werden als analoge Signale bezeichnet. Es gibt aber auch Signale, die nur bestimmte, abzählbare Werte annehmen können und die nur zu bestimmten, regelmäßigen Zeitpunkten gemessen werden. Diese bezeichnet man als digital. Der Signalwert ändert sich hier sprunghaft. Zum Beispiel die Anzeige auf einem digitalen Thermometer. A/D-Wandler (Kurzfilm 3:40 min) Sensoren können analoge Signale erfassen. Um die analogen Signale weiter mit Computern verarbeiten, speichern oder übertragen zu können, ist die Umwandlung in digitale Signale notwendig. Hierzu kommen sogenannte Analog-Digital- Wandler zum Einsatz. Ein A/D-Wandler muss sowohl das zeitkontinuierliche Eingangssignal in ein zeitdiskretes Signal umwandeln (Abtastung), als auch den kontinuierlichen Wertebereich auf diskrete Werte abbilden (Quantisierung). Hierfür nutzt der A/D-Wandler eine bestimmte Frequenz, die sogenannte 4

5 Abtastfrequenz, mit der er das analoge Eingangssignal abtastet. Die Einheit der Abtastfrequenz ist Hz (d. h. 1/s). Bei jeder Abtastung bildet der A/D-Wandler den aktuellen Signalwert auf einen binär darstellbaren Wert ab. Um das analoge Signal später wieder möglichst gut aus dem digitalen Signal rekonstruieren zu können, ist die Abtastfrequenz von entscheidender Bedeutung. Wird das Signal zu selten abgetastet, wird das analoge Signal sehr fehlerhaft wiederhergestellt. Bits und Byte (Kurzfilm 5:10 min) Das einfachste digitale Signal kennt zwei Zustände. In der Informatik bezeichnet man ein digitales Signal als Datum und eine Folge von Signalen als Nachricht (oder Daten). Informationen lassen sich durch Daten darstellen. Die Maßeinheit für Information ist das Bit. Ihr Einheitszeichen lautet bit. Ein Bit beschreibt genau die Informationsmenge, die mit dem einfachsten digitalen Signal dargestellt werden kann. Hierzu werden üblicherweise die binären Ziffern 0 und 1 verwendet. Unter der Maßeinheit Byte versteht man heute im Allgemeinen 8 Bit. Im Alltag findet man vor allem Vielfache, zum Beispiel auf Festplatten oder USB-Sticks. Zur besseren Einordnung der Größen werden die Informationsmengen alltäglicher Dinge wie die von Büchern oder digitale Bilder vorgestellt. 5

6 Binäre Darstellung von Zahlen, Buchstaben und Zeichen (Kurzfilm 7:20 min) Durch das Aneinanderreihen von Schriftzeichen können wir Wörter bilden. Im Binärsystem ist das sehr ähnlich, nur, dass es hier lediglich 2 binäre Ziffern gibt, nämlich die Null und die Eins. Durch das Aneinanderhängen dieser zwei Ziffern entstehen auch Wörter. Diese Datenwörter können von Programmen als Informationen interpretiert werden. Natürliche Zahlen werden durch ganz bestimmte Reihenfolgen von Nullen und Einsen dargestellt. Auch Farben sind durch Zahlen codiert. Jede Zahl steht für einen Farbwert. Und auch Buchstaben und Sonderzeichen kann man mit binären Zahlen codieren. In Zeichensätzen wie dem ASCII- oder dem Unicode ist festgelegt, welches Zeichen welchen Binärcode bekommt. Übertragung (Kurzfilm 4:30 min) In der heutigen Zeit werden analoge Daten nur noch selten genutzt. Meist werden Informationen digital übertragen. Nachdem analoge Daten in digitale umgewandelt wurden, werden sie vom Sender zum Empfänger übertragen. Die Übermittlung von Informationen von einem Sender zu einem Empfänger bezeichnet man als Datenübertragung oder beim Menschen als Empfänger als Informationsübertragung. Es gibt verschiedene Endgeräte, die digital übertragene Daten empfangen und decodieren können. Festnetztelefone, Handys und natürlich Computer. Und auch beim Internet werden Daten übertragen. Hier werden Daten über Kabel verbreitet. In Netzwerkknoten werden riesige Datenmengen dann verteilt und ausgetauscht und kommen meistens über elektrische Leiter zum Empfänger. Grafiken Sender, Kanal und Empfänger Diese Grafik zeigt das Sender-Empfänger-Modell am Beispiel des gerufenen Wortes Hallo. Informationsverarbeitung (nur im Arbeitsmaterial) Diese Grafik zeigt das Strukturmodell der Informationsverarbeitung oder -übertragung. Die Beschriftung kann hinzugeblendet werden. Es bietet sich ein Einsatz als Overheadfolie oder am digitalen Whiteboard an. Informationen und Daten Mit diesem Modell der Datenverarbeitung lässt sich erarbeiten, dass Daten 6

7 verarbeitet, gespeichert oder übertragen werden können und diese anschließend von Menschen als Information interpretiert werden können. Analog und digital Mithilfe dieser Grafik lassen sich die Unterschiede eines digitalen und eines analogen Signals erarbeiten. Kilobyte, Megabyte und Co. In Tabellenform finden sich hier die Informationsmengen (in Byte) von Kilobyte bis Petabyte. gegenübergestellt. So erkennt man auf einen Blick die Unterschiede zwischen den beiden Systemen und die Notwendigkeit unterschiedlicher Präfixe für die jeweiligen Systeme. ASCII-Code Figuren Diese Grafik zeigt einige Beispiele der ASCII-Art. Sie kann als Impuls oder Einstieg in das Thema Zeichensätze genutzt werden. Kilobyte und Kibibyte In dieser Tabelle werden die Informationsmengen der Maßeinheiten des Dezimalsystems und des Binärsystems 7

8 Didaktische Hinweise Computerunterstützte Informationsverarbeitung ist zu einem wesentlichen Bestandteil unserer Gesellschaft geworden. Schülerinnen und Schüler sollen daher lernen, sich in einer Informationsgesellschaft sicher und verständig zu behaupten und deren Weiterentwicklung kritisch mitzugestalten. Dazu sind solide Kenntnisse über die Grundlagen der Informationsverarbeitung erforderlich, die mithilfe dieser Produktion vermittelt werden können. Die Inhalte, mit denen sich Schülerinnen und Schüler im Fach Informatik / informationstechnische Bildung beschäftigen sollen, orientieren sich am Grundschema einer rechnerunterstützten Informationsverarbeitung. Dazu muss verdeutlicht werden, dass Informationen zunächst in Form von Daten formal dargestellt werden müssen, bevor sie einer automatisierten Verarbeitung zugänglich werden. Diese Daten können dann mit Hilfe von Informatiksystemen zu neuen Daten verarbeitet werden oder innerhalb von Rechnernetzen transportiert werden. Die hierdurch erzeugten bzw. transportierten Daten können vom Menschen gedeutet werden, es entstehen so neue Informationen. Die Informationen müssen zur Weiterverarbeitung mit dem Computer adäquat dargestellt werden. Dazu wird eine binäre Darstellung der Daten benötigt. Die Bedeutung binärer Daten für die technische Verarbeitung sollte geklärt und Darstellung von Zahlen im Dualsystem besprochen werden. Die Binärdarstellung von Zeichen wird als Darstellung mit standardisierten Codes (z. B. ASCII, Unicode) aufgezeigt. Abschließend sollte auf die Kommunikation in Rechnernetzen eingegangen werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei, Grundstrukturen von Kommunikationssystemen zu analysieren und zu beschreiben. Auch in diesen Bereich der Informatik gibt die Produktion einen Einblick. Ziel dieser Produktion ist eine Basis für einen flexiblen Umgang der Schülerinnen und Schüler mit digital dargestellten Informationen zu schaffen. Die Kurzfilme eignen sich gleichermaßen als Einführung in die Thematik als auch zur zusammenfassenden Ergebnissicherung. Im begleitenden Einsatz können sie den Unterricht in anschaulicher Weise unterstützen. 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können direkt am Computer ausgefüllt oder ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen; z. T. differenziert) Infotexte Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz der Kurzfilme, der Grafiken und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Vom Signal zur Nachricht 2) Codes 3) Analog und digital 4) Bits und Byte 5) Binäre Darstellung von Zahlen und Buchstaben 6) Datentransfer Der Morsecode Der ASCII-Code Sender, Kanal und Empfänger Informationen und Daten Informationsverarbeitung Analog und digital Kilobyte, Megabyte und Co. Kilobyte und Kibibyte ASCII-Code Figuren Filmkommentare als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Daten auf dem Weg Programmstruktur Daten auf dem Weg Daten, Informationen und ihre Übertragung Programmstruktur Hauptmenü Daten auf dem Weg Daten, Informationen und ihre Übertragung Vom Signal zur Nachricht Analoge und digitale Signale A/D-Wandler Bits und Byte Binäre Darstellung von Zahlen, Buchstaben und Zeichen 5:10 min 3:50 min 3:40 min 5:10 min 7:20 min Untermenü Daten und Informationen Übertragung 4:30 min Sender, Kanal und Empfänger Grafik Daten und Informationen 6 Grafiken Informationen und Daten Grafik Arbeitsmaterial Analog und digital Grafik Kilobyte, Megabyte und Co. Grafik Arbeitsmaterial Kilobyte und Kibibyte Grafik Didaktische Hinweise ASCII-Code Figuren Grafik 6 Arbeitsblätter (mit Lösungen) 2 Infotexte 7 Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben Daten auf dem Weg Daten, Informationen und ihre Übertragung (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Authoring und Design Dicentia Germany GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann Bilder / Grafiken Hgrobe Wikicommons, thinkstock Arbeitsmaterial Dr. Maike Schuchmann Pädagogische Referentin im FWU Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zu den Kurzfilmen Produktion SchwabenFilm im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 mit Sven Falge, Tatiana Falge, Noah Falge, Annemie Breymeier, Junior Owusu Drehbuch Markus Matschke Regie und ausführende Produktion Sven Falge, Markus Matschke Kamera Markus Matschke Kameraassistenz Thomas Trautsch Schnitt Thomas Trautsch, Markus Matschke Animation Thomas Trautsch Foto DE-CIX Germany Switch Rack ( ).jpg Stefan Funke Wikicommons Musik Bluevalley, Markus Matschke Rapper Christian Auerbacher Produktionshelfer Thomas Trautsch, Felix Karliczek Sounddesign & Mischung Tobias von Brockdorff TONSCHIEBER / Tonstudio-Stuttgart Sprecher Fabian Gröver Redaktion Dr. Maike Schuchmann Fachberatung Prof. Dr. Martin Hennecke Vielen Dank an Steffen Kayser, Anne Schüller, Hugo Schüller Second Dreams Stuttgart Anette Stramel, Andreas Isking, Heike Bührer Florian Stanger, Meike Jung Stadtbibliothek am Mailänder Platz Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2014 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Daten auf dem Weg Daten, Informationen und ihre Übertragung Computer, Smartphones viele Gegenstände unseres täglichen Lebens verarbeiten digitale Informationen. Doch was versteht man eigentlich unter einem digitalen Signal? Wie entsteht es und wie können damit Informationen übertragen werden? Und was ist eigentlich das Binärsystem? Die Produktion geht diesen und anderen spannenden Fragen auf den Grund. Zusätzlich stehen Arbeitsblätter, didaktische Hinweise und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2014 Laufzeit: 30 min Filme: 6 Grafiken : 6 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Adressaten: Unterrichtsmaterialien 6 (mit Lösungen, als PDFs zum Ausfüllen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-10) Schlagwörter: Abtastrate, analog, ASCII, Binärcode, Bit, Byte, Code, Codierung, Daten, Datenüber tragung, digital, Dualsystem, Empfänger, Informatik, Informationstechnik, Informationsverarbeitung, Informationswesen, Internet, Interpretation, Kommunikation, Kontext, Morsecode, Nachricht, Netz, Netzwerkknoten, Quantisierung, Sender, Signal, Stellenwert tabelle, Technik, Unicode Systematik: Informationstechnische Bildung Informationstechnische Grundbildung Physik Technologie FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI Bestell-Hotline: +49 (0)

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