1 Überblick Schwerpunktfach - Algorithmen und Programmierung (10 ECTS) Schwerpunktfach - Internet und Multimedia (10 ECTS)...

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1 Curriculum Inhaltsverzeichnis: 1 Überblick Schwerpunktfach - Algorithmen und Programmierung (10 ECTS) Schwerpunktfach - Internet und Multimedia (10 ECTS) Schwerpunktfach - Datenbanken und Informationssysteme (10 ECTS) Wahlfach - Spiele (4 ECTS) Wahlfach - Robotik (4 ECTS) Wahlfach - Visualisierung (4 ECTS) Wahlfach Simulation Wahlfach Theoretische Informatik Fachdidaktik (10 ECTS) Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 1

2 1 Überblick Das unten abgebildete Curriculum bildet die Grundlage für alle angebotenen Abschlüsse (CAS, DAS und MAS) und die angebotenen Fachinhalte sind Grundvoraussetzung für das Unterrichten von Informatik an den Mittelschulen. Je nach Vorkenntnissen können die potentiellen Teilnehmenden zwischen 3 Abschlüssen wählen: Bei einem CAS wird ein Zertifikat im Umfang von 22 ECTS Punkten vergeben, bestehend aus Basismodulen bzw. aus Anwendungsmodulen der Schwerpunktfächer zzgl. der Fachdidaktik (10 ECTS) Bei einem DAS kann zwischen einem anwendungsorientierten inklusive Basismodule oder einem vertiefungsorientierten DAS, der ein Schwerpunktfach vollständig enthält, gewählt werden. 10 ECTS Fachdidaktik, die Erarbeitung einer Diplomarbeit (4 ECTS) und ein Wahlfach komplettieren den DAS (34-38 ECTS). Ein MAS erfordert aller angebotenen Module also insgesamt 60 ECTS Fachunterricht und 10 ECTS Fachdidaktik. Die Tabelle zeigt die einzelnen Module mit ihren Hauptinhalten sowie die Anbieter: UB = Universität Basel, UZH = Universität Zürich; UniFr = Universität Fribourg; HSLU = Hochschule Luzern; PHZ = Pädagogische Hochschule Zentralschweiz; PHB = Pädagogische Hochschule Bern Basismodule Anwendungsmodule Trendmodule Schwerpunktfach (10) Algorithmen und Programmierung Schwerpunktfach (10) Internet Grundlagen der Programmierung (4) (Sprachen, Paradigmen, Algorithmen und Datenstrukturen) Software Engineering (4) Anwendungen: GUI, mobile Geräte Paralleles Programmieren (2) Ausblicke: Beweisbare Programme, Selbstheilende Software UniBas / HSLU HSLU / UniBas UniBas / HSLU Grundlagen der Internet- Technologien und Konzepte (2) (Protokolle, XML, Webformulare) Fortgeschrittene Internet- Technologien (2) (Webservices, elearning, Webentwicklung) Perspektiven und Lernen mit Web 2.0 (2) UniFr PHZLU / UniBas UniBas Multi Media Grundlagen der Bild- und Videokomprimierung Graphikelemente (2) UniFr Audio- und Videoanwendungen in Software und im Internet (2) PHZLU Schwerpunktfach (10) Informationssysteme Daten und Information (2) Informatik in Unternehmen (2) CSCW (2) UZH UZH UZH Datenbanken Einführung in Datenbanken (2) UniFr Datenanalyse und Wissenserwerb (2) UZH Wahlfach: Robotik (4) AI und Robotik (2) Bausatz Robotikkurs (2) UZH UZH/HSLU Wahlfach: Spiele (4) Entwurf und Design von Spielen (2) UZH Digitale Spiele konzipieren und realisieren (2) UZH Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 2

3 Wahlfach: Visualisierung (4) Wahlfach: Simulation (4) Wahlfach: Theoretische Informatik (4) Datenvisualisierung Computergraphik (2) UniBas Modellierung dynamischer Systeme (2) UniFr Anwendungen in (2) Medizin, Architektur, Mikroskopie, Meteorologie UniBas Simulation und Modellierung Wissenschaftliche Simulationen (2) UniFr/UniBas Fachdidaktik (7) Lernplanorientierte Fachstudien / Zertifikatsarbeit (3) Verschiedene Zugänge im Informatikunterricht (1) Integration in Fachunterricht (1) Elemente eines konkreten Unterrichtsprogramms für das EF Informatik (5) Potenziale IT-gestützter kooperativer Lernformen (1) PHBern PHBern PH Bern Integration in Fachunterricht (1) Integration in Fachunterricht (1) Masterarbeit (10) Diplomarbeit (4) 1.1 Planungsziele der Zusatzausbildung Modularer Aufbau: Jedes Modul ist unabhängig und kann einzeln abgeschlossen werden. Jeder ECTS Punkt entspricht 1 Tag Präsenz und 1 Tag Übung (fakultativ präsent) zzgl. Zeit zum Vor- und Nachbereiten (1 Tag ist mit 8 h gerechnet). Jedes Fachmodul stellt einen Leistungsnachweis aus. Leistungsausweise in Prüfungsform werden für mehrere Module an einem Tag durchgeführt und sind auch offen für Personen, die keinen Anerkennungsnachweis für bereits erbrachte Leistungen erbringen können. Minimalzeit: CAS in knapp 1 Jahr, DAS in 1.5 Jahren und MAS in gut 2 Jahren Der Masterstudiengang wird 2008 und 2009 angeboten. Damit werden die Module mindestens zweimal angeboten. Die Studierenden können ihre Studienzeit individuell verlängern, haben aber keine Gewähr, dass die Module weitere Male durchgeführt werden. Integration der Fachdidaktik: 7 ECTS Fachdidaktik entsprechen 14 Präsenztagen zzgl. Aufgaben Der grösste Teil der Fachdidaktik wird ins CAS Studium integriert, weitere Ergänzungen erfolgen im Masterstudium. 3 LOFs werden in die Vermittlung der Inhalte integriert (dafür wird den Dozierenden eine eintägige Schulung angeboten). Mit der Zertifikatsarbeit in Fachdidaktik (2 ECTS) weisen die Teilnehmenden die erfolgte Integrationsleistung nach. Unterstützung der Lehre durch e-learning Module und deren Widerverwendbarkeit: Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 3

4 In jedem Modul werden unterstützende und ergänzende sog. e-learning Module eingesetzt, mit denen die Teilnehmenden zu Hause Fachinhalte vertiefen bzw. sich neue Fachinhalte erarbeiten können. Bei der Auswahl der e-learning Module orientieren wir uns an den im Rahmen des Virtual Campus entwickelten Modulen. Diese Module werden evaluiert und auf ihre Einsatzfähigkeit hin geprüft. Sie werden dann den entsprechenden Referenten zum Einsatz empfohlen. Weiterhin wird geprüft, inwieweit diese Module auch im Unterricht einsetzbar sind (down sizing). 1.2 Anforderungen an die Teilnehmenden Formale Anforderungen Die Teilnehmenden müssen ein Lehrdiplom für Gymnasien vorweisen und Lehrerfahrung nachweisen, um einen EDK anerkannten Abschluss zu erlangen. Teilnehmende ohne formale Voraussetzung können bei genügend Platz aufgenommen werden, erhalten jedoch keinen EDK anerkannten Abschluss (es gelten die Aufnahmebedingungen für die universitäre Weiterbildung). Anerkennung von Leistungen Lehrpersonen die bereits Aus- und Weiterbildung in Informatik besucht haben und diese nachweisen, können sich bis zu 4 ECTS für einen CAS, 8 ECTS für ein Diplom und 12 ECTS für den MAS anrechnen lassen. Können keine formalen Leistungsnachweise vorgelegt werden, so besteht die Möglichkeit die Anerkennung durch eine Prüfung zu erhalten im Rahmen der o.g. Anzahl von ECTS Punkten. Empfohlene Abschlüsse CAS Basis für Lehrpersonen mit fundiertem Anwendungswissen in Informatik. CAS Anwendung für Lehrpersonen mit fundiertem Basiswissen in Informatik. DAS Anwendung oder Vertiefung für Lehrpersonen mit punktuellem Fachwissen. MAS für Lehrpersonen ohne Vorwissen empfohlener Abschluss für alle Lehrpersonen. 1.3 Rahmenbedingungen der Programmgestaltung (Terminierung) Freitag und Samstag sind die obligatorischen Weiterbildungstage, an denen Inhalte vermittelt, in Gruppen Aufgaben gelöst und die Umsetzung in den Unterricht diskutiert werden. 1ECTS entspricht 30h, diese werden wie folgt aufgeteilt: 8h Präsenzstudium, gemeinsam an einem Kursstandort (an Freitagen) 8h begleitetes Selbststudium, fakultativ am Kursort oder zu Hause (an Samstagen) 14h Selbststudium für e-learning sowie Vor- Nach- und Prüfungsvorbereitungen wird nicht ausgewiesen als Unterrichtszeit Der erste MAS Studiengang beginnt im August 2008, der zweite beginnt im August 2009, somit können auch die CAS und DAS Abschlüsse in 2008 oder 2009 gestartet werden, oder über 2 Jahre gezogen werden. CAS Anwendung und der CAS Basis werden alternierend angeboten. MAS Studierenden haben einen hohen Aufwand, da sie Basis und Anwendungsmodule nacheinander besuchen (sie können jedoch die Last auch auf 3 Jahre verteilen, wenn sie im August 2008 beginnen). Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 4

5 Ferien, hohe Feiertage und Notenkonferenzen werden so gut es geht berücksichtigt. CAS, DAS und MAS Anwärter für 2009 haben die Möglichkeit frühzeitig zu planen. 1.4 Folgen des Planungsvorschlags für die verschiedenen Abschlüsse: CAS Basis (22 ECTS) Start Kickoff 15./16. August 2008 und August 2009 mit Fachdidaktik 6 weitere Kurswochenenden Fachdidaktik (7 ECTS) 12 Kurswochenenden Basismodule von September 2008 bis Juni 2009 (12 ECTS und 1 ECTS LOF) 3 Leistungsnachweise Fachmodule, 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik an einem Tag und eine Zertifikatsarbeit im Bereich Lehrplanorientierte Fachstudien (2 ECTS LOF) Abschluss oder CAS Anwendung (22 ECTS) Start Kickoff 15./16. August 2008 oder August 2009 mit Fachdidaktik 6 weitere Kurswochenenden Fachdidaktik (7 ECTS) 12 Kurswochenenden Anwendungsmodule von September 2008 bis Juni 2009 (12 ECTS und 1 ECTS LOF) 3 Leistungsnachweise Fachmodule, 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik an einem Tag und eine Zertifikatsarbeit im Bereich Lehrplanorientierte Fachstudien (2 ECTS LOF) Abschluss oder DAS Anwendung ohne Basiskenntnisse (34 38 ECTS) Start Kickoff 15./16. August oder August 2009 mit Fachdidaktik 7 weitere Kurswochenenden Fachdidaktik (10 ECTS) 12 Kurswochenenden Anwendung (12 ECTS) 12 Kurswochenende Basis (12 ECTS) 6 Leistungsnachweise Fachmodule, 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik und eine Diplomarbeit im Teilgebiet der Informatik mit fachdidaktischer Anwendung (4 ECTS) Abschluss August 2009 oder August 2010 DAS Vertiefung mit Basiskenntnissen (34 ECTS) Start Kickoff 15./16. August oder August 2009 mit Fachdidaktik 7 weitere Kurswochenenden Fachdidaktik (10 ECTS) 10 Kurswochenenden Schwerpunktfach (10 ECTS) 4 Kurswochenenden Anwendung (4 ECTS) 6 Kurswochenenden Wahlfach (6 ECTS) 5 Leistungsnachweise Fachmodule, 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik und eine Diplomarbeit im Vertiefungsfach mit fachdidaktischer Anwendung (4 ECTS) Abschluss oder MAS 2. Lehrfach (50 ECTS Fach, 10 ECTS Masterarbeit und 10 ECTS Fachdidaktik) Start Kickoff Juni 2008 oder August 2009 mit Fachdidaktik 7 Kurswochenenden Fachdidaktik (10 ECTS) 30 Kurswochenenden Schwerpunktfächer (30 ECTS) 20 Kurswochenenden Wahlfächer (20 ECTS) Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 5

6 13 Leistungsnachweise Fachmodule, 1 Leistungsnachweis Fachdidaktik und eine Masterarbeit im Teilgebiet der Informatik mit fachdidaktischer Anwendung (10 ECTS) Abschluss oder Modulbeschreibung Auf Grund der beschränkten Stundenzahl wird es extrem wichtig, sich auf das Wesentliche zu konzentrieren. Die Kunst besteht im Weglassen! Die Beschreibung der Modulteile erfolgt einheitlich gemäss folgendem Raster: Leitideen und Lernziele Inhalt Themen welche bewusst weggelassen werden Operationalisierte Handlungskompetenzen Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 6

7 2 Schwerpunktfach - Algorithmen und Programmierung (10 ECTS) 2.1 Basismodul Algorithmen und Programmierung (4 ECTS) Universelle Programmierkonzepte auf unterschiedlichen Niveaus erlernen Algorithmisches Denken und Datenstrukturierung betonen Programmieren Try & Error; Programmieren = Theorie + Abstraktion + Engineering Unterschiedliche Programmierparadigmen zeigen Objekt-orientiertes Programmieren exemplarisch umsetzen Programmieren als Problemlösen begreifen Programmieren mit Mathematikpaketen (z.b. SciLab) Spielerisches Programmieren (z.b. Alice) OOP- Programmierlabor (z.b. Java) Unix-Werkzeuge im Kleinen (z.b. awk) Grundlagen: Formale Sprachen und Automatentheorie (Syntax, Semantik, reguläre Ausdrücke, endliche Automaten, ) Fundamentale Algorithmen und Datenstrukturen (z.b. Collections Framework) Komplexitätsbetrachtungen, Grenzen der Berechenbarkeit (O-Kalkül) Themen welche bewusst weggelassen werden: Theorie, deren Bedeutung nicht unmittelbar umgesetzt werden kann. Systemnahes Programmieren (Assembler, C). Benutzeroberflächen Entwicklungswerkzeuge Feinheiten (z.b. Java vs. C#) Nach dem Basis-Informatik Block besitzen die Teilnehmenden die Fähigkeit, einfache kurze Programme zu schreiben (Programmieren im Kleinen) und kennen wiederkehrende Muster der Programmiertechnik (z.b. Fallunterscheidungen, Schleifen, Makrobildung). Das heute dominante Programmierparadigma OOP ist in den Grundzügen vermittelt. Die Teilnehmenden können Programmierung vom Spielerischen bis hin zur anspruchsvollen Problemlösung mit Hilfe von Anwenderpaketen vermitteln. 2.2 Anwendungsmodul Algorithmen und Programmierung (4 ECTS) Den Sprung vom Programmieren im Kleinen zur Erstellung von Software machen. Software Engineering und Projektdenken exemplarisch praktizieren. Den Nutzen und die Notwendigkeit von Werkzeugen und Bibliotheken vermitteln. Prinzipielle Grundmuster heutiger Softwaresysteme kennenlernen. Einsatzgebiete, sowie Vor- und Nachteile verschiedener Programmiersprachen kennen. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 7

8 Elemente des Software Engineering: Planung, Analyse, Entwurf, Projektmanagement, Qualitätsmanagement, Konfigurationsmanagement und Dokumentation. Vorgehensmodelle bei der Softwareerstellung (z.b. Spiralmodell, XP) Systematisches Testen (z.b. Unit-Tests) Erstellung von Mensch-Maschine-Schnittstellen und Ereignis-basiertes Programmieren (z.b. Java Klassenbibliothek) Prinzip der Client/Server Programmierung Kennenlernen einer Integrierten Entwicklungsumgebung (z.b. Eclipse) Kennenlernen einer dynamischen Skriptsprache (z.b. Perl, Python, Ruby) Themen welche bewusst weggelassen werden: Netzwerk- und Webprogrammierung (s. Modul Internet) Multimediaprogrammierung (s. Modul Multimedia) Embedded Systems, Technische Informatik UML Die Teilnehmenden kennen das prinzipielle Vorgehen bei einem Softwareprojekt und haben dies mit Hilfe einer IDE praktisch demonstriert. Sie kennen praktische Techniken und Konzepte lernen um stabile und nachhaltige Programme zu entwerfen und zu testen. Die Erstellung von Benutzeroberflächen mit Hilfe von Bibliotheken ist eingeübt, ebenso sind die Möglichkeiten und Einsatzgebiete von Skriptsprachen vermittelt. 2.3 Trendmodul Algorithmen und Programmierung (2 ECTS) Herausforderungen der Informatik in Bezug auf die Softwareerstellung erarbeiten. Parallelismus begreifen Korrektes Programmieren als Herausforderung sehen Mobile Geräte heute und Pervasive Computing in der Zukunft in den Fokus nehmen. Programmierung mobiler Geräte (z.b. J2ME) Paralleles Programmieren (z.b. Cellprozessoren, GPGPUs) Verifikation (z.b. Design by Contract) Patterns und Mega-Programming; Programming by Example Visuelles Programmieren (z.b. LabView, MAX/MSP, VirTools) Modellieren statt Programmieren (z.b. PSE) Themen welche bewusst weggelassen werden: Radikale Innovationen: Quantencomputing, Bio-inspired computing Alles mit Planungshorizont > 10 Jahre Die Teilnehmenden kennen in ausgewählten Bereichen den Stand der Technik, können diesen kritisch beschreiben und haben mögliche künftige Entwicklungen gesehen. Sie sind auf den Übergang hin zu mobilen Systemen und vom sequentiellen zum parallelen Programmieren vorbereitet. Die Wichtigkeit von wiederverwendbaren Komponenten z.b. Bibliotheken ist Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 8

9 vermittelt. Einige der grossen Herausforderungen (Grand Challenges) für die nächsten 10 Jahre sind angesprochen. 3 Schwerpunktfach - Internet und Multimedia (10 ECTS) Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 3.1 Basismodul Internet und Multimedia (4 ECTS) Protokolle, Datenformate und Kompressionstechniken im Web einschätzen Webformulare programmieren und auswerten Wichtige Sicherheitsaspekte von Computern in Netzwerken kennen geeignete Schutzmassnahmen ergreifen können PHP, CSS, Java Script TCP/IP Protokollfamilie Mögliche Bedrohungen und Schutzziele Angriffsformen auf Computer, Netzwerke Einführung in Firewall-Infrastrukturen Themen welche bewusst weggelassen werden: Vertiefung XML Die Teilnehmenden kennen gängige Protokolle, Datenformate und Kompressionstechniken im Web. Sie können Webformulare mit verschiedenen Konzepten programmieren und auswerten. Sie kennen wichtige Sicherheitsaspekte von Computern in Netzwerken und können geeignete Schutzmassnahmen treffen. 3.2 Anwendungsmodul Internet und Multimedia (4 ECTS) grundlegende Webtechnologien kennen, beurteilen und gezielt einsetzen Grundprinzipien des Lehrens und Lernens mit Multimedia und Hypermedia kennen Multimedia-/Autorenprogramme bedienen und gezielt im Unterricht einsetzen pädagogische Implikationen im Zusammenhang mit dem altersspezifischen Medienkonsum und in der Produktion von digitalen Medien einschätzen können den fach- und mediengerechten Einsatz des Internets bezüglich Interaktion, Wissenserwerb, Kommunikation und Publikation Webservices Webhosting Content Management Websuche, Digital Divide, Quellen- und Suchstrategien Multimedia: Streaming-Technologie (z.b. Video-, Podcast) Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 9

10 Autorenprogramme Themen welche bewusst weggelassen werden: Lokalisierungsdienste Webapplikationen im Bereich elearning (eher bei Fachdidaktik anzusiedeln) Die Teilnehmenden sind mit den grundlegenden Webtechnologien vertraut, können diese beurteilen und gezielt im Unterricht einsetzen. Sie sind mit den Grundprinzipien des Lehrens und Lernens mit Multimedia vertraut und kennen die Implikationen des Medienkonsums auf spezielle Altersklassen. 3.3 Trendmodul Internet und Multimedia (2 ECTS) Die Teilnehmenden Grundkonzepte von Web 2.0 und aktuellen Anwendungen aus der Praxis kennen Web 2.0 Services einrichten und optimal für den Unterricht nützen Generationsspezifisches Verhalten im Bereich Medien, speziell Web enschätzen Vom Nutzenden zum Medienproduzierenden (kulturelle Veränderung in der Nutzung) Web 2.0: Möglichkeiten und Perspektiven in der Schulpraxis Web 2.0 Applikationen (Wiki, Weblog, RSS, Social Bookmarking, Google Applikationen, Technocrati, Youtube, Flickr, Myspace ) AJAX - Grundlagen Social Software Semantic Web Themen welche bewusst weggelassen werden: Vertiefung in AJAX-Programmierung Die Teilnehmenden kennen die Grundkonzepte von Web 2.0, können aktuelle Anwendungen bewerten. Sie sind in der Lage Web 2.0 Services einzurichten und für den Unterricht zu nutzen. Bemerkungen: Grundsätzlich stellt sich die Frage, ob Teile von B.3 in B.2 aufgenommen werden sollten Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 10

11 4 Schwerpunktfach - Datenbanken und Informationssysteme (10 ECTS) Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 4.1 Basismodul - Datenbanken und Informationssysteme (4 ECTS) Da dieses Modul aus zwei wichtigen Themenbereichen der Informatik besteht, die zwar durchaus inhaltlich im Zusammenhang stehen, werden sie im Basismodul gesondert aufgeführt: Basismodul Informationssysteme (2 ECTS) Schauer, Glinz und Bernstein/Schwabe Grundlagen von Daten und Information kennen Mensch-Maschine Kommunikation realistisch einschätzen Methoden der Informations- und Datenmodellierung kennen Den Stellenwert von Informationssystemen im Unternehmen einschätzen Den Wert von Informationen bemessen können Inhalte: Informationstheorie: Grundbegriffe wie Daten, Information, analoge und digitale Speicherung Grundbegriffe und Prinzipien der Modellbildung, Aufgabe und Bedeutung von Modellen in der Informatik, Informationssysteme: IS Typologie, Wert von Information, Sicherheit von Informationssystemen Bewusst weggelassene Themen Hardware und Software- Grundlagen Operationalisierte Handlungskompetenzen für Informationssysteme Die Teilnehmenden haben ein Verständnis zu Information, welches über das Allerweltsverzeichnis hinausgeht und können mit dem Informationsbegriff sowohl aus Informatiksicht als auch aus ökonomischer Sicht umgehen. Sie verstehen, wie ein Sachverhalt aus einer Domäne im Modell abgebildet wird und kennen Chancen und Risiken der Modellierung Basismodul Datenbanken (2 ECTS) Andreas Meier (Fribourg) Betriebliche und organisatorische Aspekte beim Datenmanagement erkennen Entwurfsschritte für die Datenmodellierung beherrschen Abfrage- und Manipulationssprachen für Datenbanken einordnen Datenbanken entwerfen, entwickeln und nutzen können Datenschutz und Datensicherheit gewährleisten Inhalte: Aufgaben des Datenmanagements: Architektur, Technik und Nutzung Entitätenbeziehungsmodell sowie Generalisation und Aggregation Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 11

12 Relationenmodell mit Normalformen, Relationenalgebra und Relationenkalkül Structured Query Language (SQL), Query By Example (QBE) et al. Formulierung von Integritätsbedingungen und Datenschutzaspekten Überblick Transaktionskonzept und Mehrbenutzerbetrieb Durchführung eines Datenbankprojekts mit MySQL resp. Access Bewusst weggelassene Themen: Spezialthemen der Datenbanksystemarchitektur Data Warehouse und Data Mining Temporale Datenbankkonzepte Wissensbasierte resp. deduktive Datenbanken Leistungsbewertung in Datenbanksystemen Operationalisierte Handlungskompetenzen Datenbanken Die Teilnehmenden kennen die grundlegenden Konzepte heutiger Datenbanksysteme. Sie können einen Datenbankentwurf nach dem Entity Relationship Modell durchführen. Sie verstehen die wichtigsten Datenauswertungs- und Datenmanipulationssprachen und können diese anwenden. Sie sind befähigt, Chancen und Risiken beim Einsatz von Datenbankensystemen einzuschätzen. 4.2 Anwendungsmodul - Datenbanken und Informationssysteme (4 ECTS) Informatik im Unternehmen (2 ECTS) - Schwabe Leitideen und Lernziele Sie wissen, wo und wie Informationssysteme in Unternehmen eingesetzt werden. Sie kennen den Unterschied zwischen Informatik als einem Werkzeug für einen Einzelanwender und dem Einsatz von Informatik in einem organisatorischen Kontext. Inhalte ausserbetriebliche Informationssystem: e-commerce und E-Business. innerbetriebliche Informationssysteme: Prozesse und ERP. Informationsmanagement: IT-Strategie und IT-Projekte. Bewusst weggelassene Themen CSCW (da später) Outsourcing Operationalisierte Handlungskompetenzen für Informatik im Unternehmen: Die Teilnehmenden kennen das Zusammenwirken von Mensch, Informatik und Organisation Datenanalyse und Wissenserwerb (2 ECTS) - Bernstein Leitideen und Lernziele Die Teilnehmenden verstehen den Hauptunterschied zwischen Entscheidungsfindung und Problemlösung Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 12

13 wie ein Entscheidungsunterstützungssystem die Entscheidungsfindung unterstützt. die Bedeutung von Modellen für den Entscheidungsfindungsprozess die grundlegenden Unterschiede zwischen modellbasierten und datenbasierten Entscheidungsunterstützungssystemen nennen. Inhalte Entscheidungsunterstützungssysteme Grundlagen des Data Mining Praktische Algorithmen: Baum Lernen, Bayes sches Lernen, Neuronale Netzwerke und Markov Modelle Evaluation von Data Mining Resultaten Praktische Übungen zur Data Mining Analyse mit Open Source Software Operationalisierte Handlungskompetenzen für Datenanalyse und Wissenserwerb: Die Teilnehmenden können: das Grundkonzept und die Hauptfunktionen von Data-Mining erklären. erkennen wo und wann welche Data Mining Methoden angebracht sind. einfachste Data-Mining Algorithmen anwenden. Resultate von Data Mining Algorithmen beurteilen. 4.3 Trendmodul Datenbanken und Informationssysteme (2 ECTS) Computer Supported Cooperative Work (Gerhard Schwabe) Leitideen und Lernziele Kenntnis der Anforderungen und Probleme des kooperativen Arbeitens und ihrer Lösungsmöglichkeiten mit Hilfe technologischer Unterstützung; Verstehen grundlegender CSCW- und Wissensmanagement-Konzepte, Ansätze und Mechanismen; Kenntnis über den Stand der Technik in Kooperationstechnologien; Verstehen der Prozessbausteine des Wissensmanagements und Know-How, wie diese mit Kollaborations- und Wissenstechnologien bzw. -Werkzeugen unterstützt werden können.. Inhalte: Grundlagen der Gruppenarbeit, Werkzeuge für kollaboratives Arbeiten (CSCW) incl. Social Software, Web 2.0, Mechanismen und Konzepte: gemeinsames Material, Awareness, kollaboratives Filtern Anwendungen: Unterstützung von Workshops, Communities, Mobile Kooperation einschl. Mobiles Lernen bewusst weggelassen Entwicklung und Einführung von Kooperationssystemen. Operationalisierte Handlungskompetenzen Die Teilnehmenden können Gruppenprozesse mit Informatik-Werkzeugen unterstützen Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 13

14 5 Wahlfach - Spiele (4 ECTS) Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 5.1 Basismodul Spiele (2) Die Kernelemente von digitalen Spielen verstehen (Regeln, Formalismen) Spielgenres und deren Elemente unterscheiden Den Unterschied zwischen Game Design und Game Balancing kennen Erfolgsfaktoren von Spielen abschätzen können Sensibilisierung auf neue Lernmethoden: Spielend lernen (Flow Erlebnis, Spass Immersion...) Beschreibung und Entwurf formalisierter Systeme Spielarten: Multi-Player Spiele vs. Single-Player Spiele, Lernspiel vs. Unterhaltungsspiel Spiele spielen (Man muss Spiele spielen, um sie zu verstehen) Bestandteile von Spielen analysieren und synthetisieren Instrumente von Game Designern und Patterns in Spielen kennen lernen Metagaming (Mensch Computer Umwelt) Game based learning Gewalt in Spielen Themen, welche bewusst weggelassen werden: 3D Graphik Nach dem Basismodul besitzen die Teilnehmenden die Fähigkeit, digitale Unterhaltungsspiele den Genres zu zuordnen und ihre Hauptbestandteile zu extrahieren. Sie verstehen die dahinter stehenden Formalismen und haben Einblick in die Programmierung regelbasierter Systeme. Sie sind auf die Problematik Gewalt und digitale Spiele sensibilisiert und kennen positive und negative Eigenschaften von Spielen. 5.2 Anwendungsmodul Spiele (2) Teilnehmende werden zu Game Designern: Jeder entwirft sein eigenes Spiel. Konfrontation mit den Schwierigkeiten im Entwicklungsprozess, indem die Phasen des Spielentwicklungszyklus angewendet werden. Einschätzen der selbst entwickelten Spiele durch Diskussion in der Gruppe. Ein digitales Spiel konzipieren und realisieren oder Modding von Spielen (mit Scratch oder Virtools) Anwenden iterativer Software-Entwicklung Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 14

15 OO-Programmierung mit Autorentools (Visuelle Programmierung) Game-Balancing Aktuelle Forschung im Bereich Game-based Learning Einbindung von Spielen in den Unterricht Themen welche bewusst weggelassen werden: 3D und Physic Engines Programmieren in höheren Programmiersprachen (Java, C++) Die Teilnehmenden können mit Hilfe eines Spielgenerators einfache Spiele selbst entwickeln. Sie lernen durch die Konzeption und Realisierung von Spielen den Entwicklungsprozess und dessen Schwierigkeiten in der Praxis kennen. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 15

16 6 Wahlfach - Robotik (4 ECTS) Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 6.1 Basismodul Künstliche Intelligenz und Robotik (2) Die «Künstliche Intelligenz» (AI, Artificial Intelligence) wurde 1956 begründet. Spitzenvertreter aus Informatik und Psychologie wollten eine Maschine bauen, die das menschliche Denken imitieren kann. Diese aus heutiger Sicht «klassische AI» genannte Forschungsrichtung konnte in den folgenden Jahrzehnten durchaus gewisse Erfolge feiern und nützliche Produkte hervorbringen wie etwa Bild- und Textverarbeitung, Texterkennung, Data Mining, Steuerung von Maschinen, etc. Allerdings trugen diese Entwicklungen nicht wesentlich zum Verständnis von Intelligenz bei, sondern ermöglichten «nur» effizientere Methoden der Datenverarbeitung. Mitte der 1980er Jahre kam dann die Wende, als erkannt wurde, dass intelligentes Verhalten nur aus dem Zusammenspiel von Gehirn, Körper und Umwelt entstehen kann. Diese moderne, sogenannte «embodied» AI versucht, die Prinzipien intelligenten Verhaltens mit einem synthetischen Ansatz zu erklären (d.h. mit Robotern und entsprechenden Simulationen). Es geht also vorerst weniger um direkte Anwendungen, sondern um ein tieferes Verständnis davon, was gemeinhin unter «Intelligenz» zusammengefasst wird. Das Basismodul gibt einen Überblick der Erfolge und Probleme der klassischen AI, der Schwerpunkt liegt aber auf dem Paradigmenwechsel zur embodied AI, deren Konzepte anhand aktueller Entwicklungen und mit praktischen Übungen im Unterricht erklärt werden. Was ist Künstliche Intelligenz (AI)? Geschichte der AI Traditionelle AI vs. Embodied AI Prinzipien der Embodied AI Das Forschungsgebiet «Artificial Life» AI/Robotik für den Unterricht in Schulen State of the art in der Forschung, Industrie und Ausblick Themen, welche bewusst weggelassen werden: Technische Details der meisten Roboter und Komponenten; Formeln, Algorithmen, Programmierung werden nur sehr bedingt verwendet Themengebiete der klassischen AI, wie Expertensysteme, Suchalgorithmen, Agentensysteme, Sprach- und Bilderkennung werden nur summarisch genannt Nach dem Basis-Modul Robotik und Künstliche Intelligenz haben die Teilnehmenden das Gebiet der AI kennen gelernt und ihnen wurden konkrete Anwendungsbeispiele von Robotern für den Unterricht aufgezeigt. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 16

17 6.2 Anwendungsmodul - Robotik (2 ECTS) Im praktischen Block wird das Wissen durch Übungsaufgaben (e-learning) vertieft. Durch das Experimentieren mit Robotern werden Erfahrungen gesammelt, wie sich die virtuelle Welt von der Realität unterscheidet und was die Schwierigkeiten bei der Roboterentwicklung sind. Alle Übungen sind so konzipiert, dass sie auch im Unterricht angewendet werden können. Dies wird in einer Diskussionsrunde evaluiert. Anlässlich einer Labtour im AI Lab der Universität Zürich werden die aktuellen Forschungsprojekte vorgestellt und die Teilnehmenden erhalten einen «forschungsorientierten» Einblick in die Ansätze, die Sie zuvor vorwiegend aus theoretischer Perspektive und eigenen kleinen Experimenten kennen gelernt haben. Inhalte: Diverse e-learning Übungen in AI C-Programmierung von Khepera-Robotern in Simulation (Webots) und Realität Experimentieren mit Lego-Mindstorms-Robotern Besuch des AI Labs der Universität Zürich Themen, welche bewusst weggelassen werden: Technische Details der Mechatronik Oben genannte Gebiete der klassischen AI Durch die Übungen können die Teilnehmenden das gelernte Wissen in AI vertiefen. Sie können ihre Programmierkenntnisse durch die Roboterprogrammierung vertiefen und sammeln Erfahrungen mit Sensoren und Motoren (Simulation vs. Realität). Sie lernen verschiedene kommerzielle Roboterplattformen kennen, welche sie auch im Unterricht benutzen können. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 17

18 7 Wahlfach - Visualisierung (4 ECTS) Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 7.1 Basis-Modul Visualisierung (2) Theoretisches Verständnis für digitale Bildinformationen und deren Basisoperationen entwickeln Kennenlernen der wichtigsten in der Praxis vorkommenden Bildformate. Praktische Bildbearbeitung exemplarisch mit verschiedenen Werkzeugen durchführen. Darstellung von Bildern: Vektor- und Rastergrafik, Bildspeicherformate Transformationen und Koordinatensysteme: Transformationen in 2D, Weltkoordinatensystem, Objektkoordinatensystem, 3D-Koordinatensysteme Geometrische Projektionen Farbmodelle Grafikfilter: Theorie und automatisierte Anwendungen Modellieren und Rendering im 2D: Kurven, Flächen und Objekte SVG Grafiken Darstellung von Volumendaten Schnittflächen / Oberflächendarstellung Praktisches Arbeiten mit verschiedenen Werkzeugen (z.b. GIMP, gnuplot, Scilab, ParaView, POV-Ray, Blender, Google Sketchup) Themen welche bewusst weggelassen werden: Visualisierung von Statistiken Rasterung von geometrischen Figuren im 2D Eingabegeräte (z. B. Scanner, Tablett oder Maus) Scankonvertierung und Antialiasing Sichtbarkeitsberechnung, Entfernen von verdeckten Kanten und Flächen Programmierung mit JAVA 2D und Java 3D CAD/CAM Anwendungen Nach dem Basismodul Visualisierung besitzen die Teilnehmenden die Fähigkeit eigene 2D und 3D Modelle mit unterschiedlichen Programmen zu erstellen. Sie besitzen grundlegendes Wissen auf dem Gebiet der Darstellung und Transformation von Bildern und kennen die verschiedenen Farbmodelle. 7.2 Anwendungsmodul - Visualisierung (2) Das Prinzip von 3D Welten verstehen und bei eigenen Beispielen nutzen können. Verschiedene Kategorien von wissenschaftlichen Daten animiert visualisieren können. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 18

19 Modelle im Umfeld der 3D Visualisierung: Bildfunktion, Geometrische Modelle, Radiometrische Modelle, Farbmodelle, Licht-, Szene- (Bühne), Oberflächen- und Kameramodelle 3D Mathematik, 3D Transformationen, Rotationen mit Quaternionen Darstellung von 3D Körpern, Schnittfiguren von 3D Körpern Erstellen eigener Objekte (z.b. Sketchup von Google) Verschiedene Ansätze zur 3D Visualisierung wissenschaftlicher Daten (z.b. Para- View) Visualisierung komplexer Moleküle mit JMol, RasMol, PyMol und Chimera Virtual und Augmented Reality Themen welche bewusst weggelassen werden: Echtzeitbilddarstellung, OpenGL Programmierung, RealTime Rendering Erstellen von 3D Modellen mit Autodesk Maya Z-Buffer-Algorithmus Graphik-Pipeline Triangulierungen, Modellierung mit Dreiecksnetzen Nach dem Anwendungsmodul Visualisierung besitzen die Teilnehmenden die Fähigkeit aus verschiedenen Gebieten wissenschaftliche Daten in 3D darzustellen. Sie kennen praktische Techniken und Konzepte, um animierte Bildsequenzen (wissenschaftliche Trickfilme) zu erstellen und diese in den aktuellen Formaten zu speichern bzw. auf dem Internet zu veröffentlichen. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 19

20 8 Wahlfach Simulation Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 8.1 Basismodul Simulation (2) Verstehen, was Simulation ist und was Simulation kann Systeme in simulierbarer Weise modellieren lernen Die formalen Grundlagen der Simulation verstehen Abstraktionen zur Reduktion der Komplexität berücksichtigen können Softwarewerkzeuge zur interaktiven und automatisierten Simulation benutzen lernen Modellierung von Systemen Gegenüberstellung verschiedener Modellierungssprachen Detaillierte Vermittlung einer Modellierungssprache Einführung in verschiedene Simulationsmethoden Exemplarische Simulationen von vorgegebenen Beispielmodellen Eigenständige Modellierung eines Systems und dessen Simulation Anwendung eines Simulations-Softwarewerkzeugs Verifikation als ein Beispiel einer vollständigen Simulation Themen, welche bewusst weggelassen werden: Branching-time Modelle im Gegensatz zu den betrachteten linear-time Modellen Die Teilnehmenden werden in die Lage versetzt, Systeme zu modellieren und mit Hilfe von Simulationen zu analysieren. Darüber hinaus werden die Teilnehmenden aus Simulationsergebnissen abgeleitete Optimierungen oder Fehlerkorrekturen in den Systemmodellen durchführen können. 8.2 Anwendungsmodul Simulation (2) Simulationsmethoden anwenden Systeme entwickeln können, die Simulationen durchführen Algorithmen, die in Simulationssystemen (Simulatoren, d.h. Systeme, mit deren Hilfe man Simulationen durchführen kann, und nicht Systeme, die simuliert werden) angewendet werden Überlegungen zu Eingabesprachen für Simulationssysteme Entwicklungsdetails von Simulationssystemen Implementierung und Test von Simulationssystemen Anwendung der Implementierten Systeme auf Beispiele Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 20

21 Themen, welche bewusst weggelassen werden: Programmierung (nicht Inhalt diese Moduls) Compiler für Eingabesprachen von Simulationssystemen Die Teilnehmenden werden in die Lage versetzt, Simulationssysteme, also Systeme, die Simulationen durchführen, im Detail zu verstehen und selbst solche Systeme zu realisieren und zu implementieren. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 21

22 9 Wahlfach Theoretische Informatik Die einzelnen Module können unabhängig voneinander belegt werden. 9.1 Basismodul Theoretische Informatik (2) Verstehen, was berechenbar ist und was nicht Verstehen, wann ein Problem schwieriger ist als ein anderes Formale Maschinenmodelle und deren Grenzen kennen Verfahren zur Darstellung und Manipulation von Zeichenketten kennen und anwenden können Die Grenzen des tatsächlich bzw. praktisch Machbaren der Informatik kennen Endliche Automaten, Kellerautomaten und Turingmaschinen Church-Turing These Grenzen der Berechenbarkeit Komplexität von Algorithmen Schwierige Probleme Formale Grammatiken und reguläre Ausdrücke Zusammenhang zwischen Grammatiken und Maschinenmodellen Grenzen der Ausdrucksfähigkeit formaler Systeme Themen, welche bewusst weggelassen werden: Quantum Computing (wird im Anwendungsmodul betrachtet) Die Teilnehmenden werden in die Lage versetzt, formale Maschinenmodelle unterschiedlicher Komplexität einordnen zu können und auf Grund der Grenzen dieser Modelle Aussagen über die Grenzen der Informatik treffen zu können. 9.2 Anwendungsmodul Simulation (2) Die Bedeutung der Komplexitätstheorie für Anwendungsbereiche wie z.b. die Kryptographie erkennen Chancen und Grenzen neuer formaler Modelle beurteilen Die Theorie formaler Sprachen auf praktische Probleme wie die Syntaxanalyse von Programmiersprachen anwenden können Die Existenz NP-vollständiger Probleme: Cooks Theorem Reduktionsbeweise in der Theorie NP-vollständiger und unentscheidbarerer Probleme Die Bedeutung der algorithmischen Komplexität für asymmetrische kryptographische Verfahren Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 22

23 Turingmaschinen versus Quantencomputer ein entscheidender Durchbruch? Syntaxanalyse (Parsing) von Programmiersprachen Themen, welche bewusst weggelassen werden: Informationstheorie Probabilistische Systeme Die Teilnehmenden werden in die Lage versetzt, formal zu beweisen, dass bestimmte Probleme schwierig bzw. unentscheidbar sind. Sie werden verstehen wie stark heutige kryptographische Verfahren von der Schwierigkeit bestimmter Probleme abhängen. Weiterhin werden sie Algorithmen anwenden können, die in unterschiedlich effizienter Weise die syntaktische Korrektheit von Computerprogrammen entscheiden. Darüber hinaus werden die Teilnehmenden in der Lage sein, die Möglichkeiten und Grenzen neuer Berechnungsmodelle (Quantencomputer) zu beurteilen. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 23

24 10 Fachdidaktik (10 ECTS) Die Fachdidaktik-Module sind etwas anders gegliedert als die Module der restlichen Themen. Einerseits besteht die eigentliche Fachdidaktik aus einem prägnanten Hauptmodul, andererseits ist zu jedem Hauptthema (Programmieren, Internet und Multimedia, Informationssysteme und Datenbanken) eine eigene fachdidaktische Umsetzung vorgesehen. Es steht immer die Frage im Zentrum, welche fachtheoretischen Inhalte für den Informatikunterricht relevant sind und wie diese schülerinnen- und schülergerecht umgesetzt werden können. Diese Teile müssen in enger Verzahnung mit den Fachinhalt-Lieferanten konzipiert werden können. Innerhalb des Fachdidaktik-Hauptmoduls ist eine grössere individuelle Arbeit (ca. 60 Arbeitsstunden) vorgesehen.die Module sind aufeinander aufbauend. Die Module sind Pflicht für jeden angestrebten Abschluss Basismodul Fachdidaktik (1 ECTS) Im Informatikunterricht müssen die langlebigen Inhalte, d.h. die grundlegenden Konzepte und Methoden, im Mittelpunkt stehen. Die Gratwanderung zwischen theoretischen Grundlagen und praktischen Anwendungen ist im Informatikunterricht ausgeprägt. Verschiedene Zugänge, bei deutlich erkennbarer Strukturierung, sorgen für Abwechslung und Ausgleich und tragen den unterschiedlichen Lerntypen Rechnung. Inhalte: Fundamentale Ideen des Informatikunterrichts Verschiedene Zugänge im Informatikunterricht Lernziele im Informatikunterricht Operationalisierte Handlungskompetenzen Die Teilnehmenden können Unterrichtsinhalte anhand einer Kriterienliste auf ihre fundamentalen Ideen hin überprüfen und weiterentwickeln. Sie können mindestens vier verschiedene im Informatikunterricht einsetzbare Zugänge charakterisieren und können längere Unterrichtssequenzen danach gestalten Anwendungsmodul - Fachdidaktik (5 ECTS) Leitideen und Lernziele Inhalt Soll der Informatikunterricht nachhaltig sein, so darf er nicht einfach eine Aneinanderreihung einzelner Themen sein. Ein entscheidender Punkt ist, dass der Unterricht eine klar erkennbare Strukturierung aufweist. Meist geben die Lehrpläne wenig Anhaltspunkte über die gewünschte Lerntiefe und den erforderlichen Zeitaufwand zur Behandlung eines Themas. Gemeinsame Auseinandersetzung der Lehrkräfte über die Lesart und Ausgestaltung der Lehrpläne. Die heutigen Jugendlichen mit zeitgemässen Anknüpfungspunkten, aber ohne Effekthascherei, in ihrer Erfahrungswelt abholen. Elemente eines konkreten Unterrichtsprogramms für das EF-Informatik Spezifische Unterrichtsmethoden für den Informatikunterricht Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 24

25 Visualisierungen von Informatik-Unterrichtsinhalten Spezielle Punkte bei der Arbeit am Computer Schülerbeurteilung mit Noten im EF-Informatik Gendergerechter Informatikunterricht Informatikprojekte im Unterricht Erarbeiten und Testen von gemeinsam nutzbaren Unterrichtssequenzen Operationelle Handlungskompetenzen Nach diesem Hauptmodul haben sich die Teilnehmenden auf der Grundlage des Lehrplans ihres Kantons ein attraktives Repertoire an durchgespielten längeren Unterrichtssequenzen erarbeitet. Sie kennen und vermeiden die typischen Fehler beim intensiven Unterricht mit dem Computer. Sie haben sich auf die neuen Begebenheiten des EF-Informatik (z.b. Notenwirksamkeit) vorbereitet Trendmodul - Fachdidaktik (1 ECTS) Neue IT-gestützte kooperative Lernformen sollen im EF-Informatik einerseits Unterrichtsmittel sein, andererseits auch Untersuchungsthema. Potenziale IT-gestützter kooperativer Lernformen als Unterrichtsmittel im EF- Informatik (Blended Learning Tools) Einsatz von Web 2.0-Applikationen im EF-Informatik IT-gestützte kooperative Lernformen als Untersuchungsgegenstand im Informatikunterricht: Fundamentale Ideen, didaktische Werkzeuge, Unterrichtssequenzen, soziale Implikationen Operationalisierte Handlungskompetenzen Die Teilnehmenden kennen ein Repertoire an Web 2.0-Applikationen aus eigener Erfahrung und kennen Unterrichtsanwendungen dazu Lehrplanorientierte Fachstudien (je 1 ECTS für die Hauptthemen = 3 ECTS) Leitideen und Lernziele Inhalt Das Beherrschen des Fachinhalts garantiert noch keinen erfolgreichen Unterricht. Wer selber programmieren kann, kann noch lange nicht Programmieren unterrichten. Fachinhalte müssen für den Unterricht auf Stufe Gymnasium aufbereitet werden. Die schülerinnen- und schülergerechte Umsetzung der fachtheoretischen Inhalte für den Informatikunterricht ist anspruchsvoll und aufwändig. Herauskristallisieren der fundamentalen Ideen der Fachinhalte Umsetzung der Fachtheorie in konkrete Unterrichtsprojekte nach didaktischen Gesichtspunkten Erarbeiten und Testen von gemeinsam nutzbaren Unterrichtssequenzen Operationalisierte Handlungskompetenzen Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 25

26 Die Teilnehmenden haben den Fachinhalt in unterrichtstaugliche längere Unterrichtssequenzen verarbeitet und getestet. Kommentiertes Curriculum der Projektgruppe EFI-CH 26