Informatik in der Sekundarstufe I

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1 Informatik in der Sekundarstufe I Das Fach bietet für interessierte Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, sich vertieft mit den Funktionsweisen moderner Informations- und Kommunikationstechnologien auseinander zu setzen. Der Informatikkurs der differenzierten Mittelstufe ist so angelegt, dass die Inhalte auch für diejenigen, die sich nicht ständig mit Computern beschäftigen, weitgehend neu ist. Computerbegeisterte Jungen haben also gegenüber weniger technikorientierten Mädchen keinen Vorteil, alle müssen sich gemeinsam in eine neue Thematik einarbeiten. Dieses geschieht nicht an allgemein bekannten Standardprogrammen, vielmehr wird Schritt für Schritt die Funktionsweise eines Computers erarbeitet. Besondere Vorkenntnisse sind dabei nicht erforderlich. Der Aufbau des Informatikkurses ist so angelegt, dass keine entscheidenden Themen für Informatik in der Oberstufe vorweg genommen werden. Damit soll ein weiterer Einstieg in die Informatik auch für diejenigen möglich bleiben, die in der differenzierten Mittelstufe z.b. eine weitere Fremdsprache erlernen wollen. 1. Schulhalbjahr 8.1 (Funktionsweise von Hardware) 1.1. Grundelemente der Aussagenlogik und Zahlensysteme NICHT-/UND/-ODER-Schaltung 1.2. Wie rechnet der Computer Codierung von Zahlen Äquivalenzschaltung, Antivalenzschaltung Halbaddierer, Volladdierer, 4 Bit-Paralleladdierer Flipflops, Dualzähler, Schieberegister 1.3 Aufbau eines Mikrocomputersystems (Modellrechner) Taktgeber RAM, Befehlsstruktur Operation - Adresse Programmgesteuerter Rechner 2. Schulhalbjahr 8.2 (Funktionsweise von Software) 2.1 Aufbau eines Computersystems Komponenten des Systems Aufteilung des Speichers in verschiedene Bereiche Der Bootprozess Übertragung der am Modellrechner gewonnenen Erkenntnisse auf den Computer Zusammenspiel der installierten Komponenten 2.2. Konzept von Programmiersprachen

2 Schulhalbjahr 9.1 (Entwicklung grundlegender Algorithmen) 3.1 Unter Benutzung eines Programmiersystems: Einführung in Textverarbeitungssysteme Erarbeiten wichtiger Elemente des Programmiersprachenbefehlssatzes mit Hilfe der Kenntnisse aus Klasse Algorithmik Kontrollstrukturen Ablaufdiagramme 3.2 Elementare Datentypen 3.3 Individuelle und gesellschaftliche Auswirkungen der Informationstechnik 3.4 Datenschutz, Urheberrechtsfragen 4. Schulhalbjahr 9.2 (Softwareprojekte) 4.1 Strukturierte Datentypen 4.2 Methode der schrittweisen Verfeinerung 4.3 Strukturierung eines Problems in Teilprobleme, Modularisierung 4.4 Softwareprojekt nach Absprache mit dem Kurs (z.b. Lagerverwaltung, Bruchrechnungsprogramm, Vokabeltrainer, Zeichnen am Computer, Auswertung von Messreihen, Aufbereitung von Messdaten, Roboterprogrammierung) Informatik in der Sekundarstufe 2 Im Zentrum fachlicher Inhalte des Informatikunterrichts in der gymnasialen Oberstufe stehen grundlegende informatische Strukturen, darauf aufbauende Datenstrukturen und allgemeine Techniken zur Modellbildung. Alle Inhalte des Faches werden meist an kleinen oder größeren Projekten vermittelt. Hierzu benötigt man zwar auch eine Programmiersprache, Informatik ist aber kein Programmierkurs! Jahrgangsstufe 10 Einführung in die visuelle und ereignisorientierte Programmierung Die in Delphi zur Verfügung stehenden Klassen werden genutzt um konkrete Problemstellungen zu bearbeiten. Dazu werden die Objekte dieser Klassen in ihrem äußeren Erscheinungsbild (Position, Größe, Beschriftung, Farbe,...) durch Festlegen (Zuweisungen) von Eigenschaften gestaltet und Ereignismethoden als Reaktion auf Ereignisse erstellt.

3 - 3 Eigenschaften von Objekten Maus-Ereignisse und Ereignismethoden Reaktionen auf Ereignisse Entscheidungen (IF..THEN) Mehrfachentscheidungen (IF..THEN..ELSE) Programmgesteuertes Zeichnen Hierbei geht es um grafische Aufgabenstellungen, die mithilfe des Canvas-Konzeptes bearbeitet werden. Dies erfordert die Verwendung eigener, selbst definierter Variablen (Zustandsvariablen oder lokaler Hilfsvariablen) sowie selbst definierter Methoden. Desweiteren werden hier weitere Elemente der klassischen Algorithmik (Wiederholschleifen (REPEAT- und WHILE-Schleifen)) eingeführt. Selbstdefinierte Methoden Wiederholung mit Eingangsbedingung (WHILE-Schleife) Methoden mit Eingabeparameter Wiederholung mit Zählvariable (FOR-Schleife) Wiederholung mit Ausgangsbedingung (REPEAT-Schleife) Numerische und alphanumerische Daten Behandelt werden hier vor allem die Typen Integer und Real, die Ein- und Ausgaben über Editier-Felder sowie die erforderlichen Konvertierungen. Anwendungen sind z.b. Rechen- Trainer, Euro-Umrechner, Glücksspiele mit Hilfe der Random-Funktion,.... Zeichenketten (Strings) als höhere Datentypen, auf denen entsprechende Operationen definiert sind, werden anhand kleinerer Aufgaben oder Projekte eingeübt. Die Reihung (Array) wird als Mittel eingeführt um strukturiert mit Daten zu operieren. Sortierund Suchalgorithmen lassen sich mithilfe eines Arrays simulieren und bezüglich ihres Zeitaufwandes analysieren. Editierfelder, Textfelder: Eigenschaften Umwandlung von Zeichenfolgen in Zahlen numerische Datentypen: Integer, Real Buchstaben und Zeichenketten (Strings) String-Operationen Reihung (Array) Standardalgorithmen (Suchen, Minimum, Maximum) Sortieralgorithmen (insertion sort, selection sort, bubblesort) Zeitaufwands-Analysen Ein Informatikmodell gewinnen, Probleme eingrenzen und spezifizieren, reduzierte Systeme definieren Problemstellungen eingrenzen und Probleme strukturieren Anforderungen an ein Modell aufstellen ein reduziertes Modell für die Problemstellung definieren eine erste Lösungsstrategie entwerfen Daten und Algorithmen abstrahieren allgemeine Strategien und Standardlösungen kennen lernen und anwenden Programmierkonzepte allgemeiner und spezieller Art verstehen und benutzen Formen des Strukturierens einsetzen problembezogene Objekte und ihre Wechselwirkungen spezifizieren ein Lösungskonzept als Denkschema entwickeln

4 - 4 - Lösungen nach einem Programmierkonzept realisieren, überprüfen und weiterentwickeln Lösungskonzepte implementieren und testen Lösungen dokumentieren Lösungen nach vorgegebenen Kriterien bewerten Problemlösungen optimieren und weiterentwickeln Jahrgangstufe 11 Objektorientierte Modellierung Objekte, Klasse, Attribute, Methoden UML-Klassendiagramme Beziehungen zwischen Klassen (kennt, hat, ist) Strukturierte Darstellung von Ausschnitten der Wirklichkeit Polymorphie Ereignissteuerung Ein Informatikmodell gewinnen, Probleme eingrenzen und spezifizieren, reduzierte Systeme definieren Problemstellungen eingrenzen und Probleme strukturieren Anforderungen an ein Modell aufstellen ein reduziertes Modell für die Problemstellung definieren eine erste Lösungsstrategie entwerfen Lösungen nach einem Programmierkonzept realisieren, überprüfen und weiterentwickeln Lösungskonzepte implementieren und testen Lösungen dokumentieren Lösungen nach vorgegebenen Kriterien bewerten Problemlösungen optimieren und weiterentwickeln Datenstrukturen abstrakter Datentyp lineare Strukturen o Lineare Liste Implementieren der Standardoperationen: Einfügen, suchen, löschen, vor, zurück u.ä. Sortieren von Listen (mindestens Sortieren durch Einfügen) Quicksort o Stapel o Schlange o Anwendungsbeispiele, z.b. Bibliotheksverwaltung, Rangierproblem, Term auswerten, Türme von Hanoi Baumstrukturen o Binärbaum Traversierungsalgorithmen Suchbaum als Spezialfall Operationen einfügen, suchen und löschen (Implementation)

5 - 5 - ungerichteter gewichteter Graph o Anwendung der Standardoperationen Knoten / Kante einfügen und löschen o Problem des kürzesten Weges Algorithmus nach Dijkstra Backtracking Daten und Algorithmen abstrahieren allgemeine Strategien und Standardlösungen kennen lernen und anwenden Programmierkonzepte allgemeiner und spezieller Art verstehen und benutzen Formen des Strukturierens einsetzen problembezogene Objekte und ihre Wechselwirkungen spezifizieren ein Lösungskonzept als Denkschema entwickeln Jahrgangsstufe 12 Von den drei folgenden Inhaltsbereichen sind für den Grundkurs einer als dritter und für den Leistungskurs zwei als dritter und vierter Schwerpunkt zu wählen: Formale Sprachen & endliche Automaten Darstellung von Automaten durch Graphen und Tabellen Akzeptor als spezieller Automat Reguläre Sprachen Entwicklung eines Parsers für eine einfach formale Sprache Algorithmen, Sprachkonzepte und Automatenmodelle beurteilen den Algorithmenbegriff und den Begriff der Berechenbarkeit verstehen Grenzen von Verfahren und Methoden abschätzen Formale Sprachen und Grammatiken untersuchen Syntaxregeln und Beschreibungssysteme beurteilen Automatenmodelle und akzeptierte Sprachen analysieren und beurteilen Effizienzuntersuchungen durchführen Rechnerstrukturen Stufen zwischen Hard- und Software Funktionsmerkmale eines Prozessors Binäre Codierung von Zeichen und Zahlen Transformation auf eine maschinenorientierte Ebene mit den Akzenten Zuweisungen (Transport und arithmetische Befehle), Verzweigungen und Schleifen (bedingte und unbedingte Sprungbefehle), Prozeduren auch rekursiv mit Parametern auf einer maschinenorientierten Ebene; Stapel Technische, funktionale und organisatorische Prinzipien von Hard und Softwaresystemen kennen lernen und einordnen die Struktur und funktionsweise eines von Neumann-Rechners analysieren alternative Rechnerkonzepte und Maschinenmodelle beschreiben die Informationsdarstellung auf der Maschinenebene analysieren Funktionen und Komponenten der Systemsoftware kennen lernen und beschreiben

6 - 6 - Kommunikation zwischen Computern und Netzen Schichtenmodell Protokolle: TCP/IP, http, ftp,.. Client-Programm: Time- oder -Client Client-Server-Programm: Chat-Programm oder Netzwerkspiel Typische Einsatzbereiche, Möglichkeiten, Grenzen, Chancen und Risiken der Informations- und Kommunikationssysteme untersuchen und einschätzen die Entwicklung von Informatiksystemen kennen lernen und verstehen den Einsatz von Informations- und Kommunikationssystemen in verschiedenen gesellschaftlichen Bereichen untersuchen und bewerten den Strukturwandel in Industrie und Gesellschaft erkennen und beschreiben die Notwendigkeit des verantwortungsbewussten Umgangs mit Informationen einschätzen Technische,funktionale und organisatorische Prinzipien von Hard- und Softwaresystemen kennen lernen und einordnen Kommunikations- und Vernetzungsstrukturen einordnen Anwendungssoftware klassifizieren Benutzerführung, Funktionsumfang und Schnittstellen untersuchen und bewerten Es folgen: Vertiefungen der drei Schwerpunktthemen im Rahmen umfangreicherer Projekte Weitere Themenkreise o Datenbanken o Kryptographie o Computergrafik... o Funktionales Paradigma o Prädikatives Paradigma Inhalte für den Leistungskurs sind kursiv gedruckt.