SCHULINTERNER LEHRPLAN FÜR DAS FACH INFORMATIK IN DER SEKUNDARSTUFE I

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1 SCHULINTERNER LEHRPLAN FÜR DAS FACH INFORMATIK IN DER SEKUNDARSTUFE I VORBEMERKUNGEN Die moderne Gesellschaft, in der sich unsere Schülerinnen bewähren müssen, wird in hohem Maße von Informations- und Kommunikationstechnologien bestimmt und zunehmend von automatisierten Prozessen durchdrungen. Das betrifft in gleicher Weise das private, das berufliche und das gesellschaftliche Umfeld. Ein Grundverständnis der verwendeten Technologien ist daher Voraussetzung, um ein selbstbestimmtes Leben in dieser Umgebung führen zu können. Der Informatikunterricht befähigt unsere Schülerinnen zum reflektierten und verantwortungsbewussten Umgang mit Informatiksystemen. Bei der Verwendung informatischer Werkzeuge und Arbeitstechniken zur Problemlösung erfahren unsere Schülerinnen die Möglichkeiten und Grenzen sowie Chancen und Risiken dieser Systeme. Dazu gehört zum Beispiel die Arbeit mit Modellen, mit Algorithmen und mit Simulationen, aber auch mit Softwarewerkzeugen. Dabei eignen sich unsere Schülerinnen ein systematisches und produktunabhängiges Grundwissen über den Aufbau und die Funktionsweise von Informatiksystemen an, das ihnen einen selbstständigen, kompetenten und selbstbewussten Umgang mit diesen dauerhaft ermöglicht. Die Methoden der Informatik dienen häufig auch dem Lösen von Fragestellungen aus anderen Fachbereichen. Diesem im Niedersächsischen Kerncurriculum (KC 1 ) formulierten Bildungsaspekt fühlt sich die Liebfrauenschule Vechta als modernes Mädchengymnasium in besonderer Weise verpflichtet. 1 Zugriff: /13

2 Dementsprechend wird an unserer Schule in der Sekundarstufe I ein durchgängiges Unterrichtsangebot im Fach Informatik vorgehalten, das in dieser Form beispielhaft ist 2 : In den Klassen 5 und 6, die als didaktische Einheit zu sehen sind, werden verpflichtend für alle Schülerinnen wichtige Basiskompetenzen aus den Lernfeldern Daten und ihre Spuren sowie Computerkompetenz vermittelt, die in AG-Form in Jahrgang 7 vertieft werden können. Für die Klassen 8 bis 10 wird Informatik als zweistündiges Wahlpflichtfach (WPF) angeboten. Im Rahmen dieses Wahlpflichtunterrichts werden die zuvor erworbenen Kompetenzen ausgebaut und die Lernfelder Algorithmisches Problemlösen sowie Automatisierte Prozesse grundlegend und z.t. vertiefend behandelt. Dem Informatikunterricht in Klasse 11, der unabhängig von der Teilnahme am Wahlpflichtunterricht besucht werden kann, kommt schließlich eine Brückenfunktion zu: Einerseits ergänzt er die zuvor erworbenen Grundlagen, andererseits bereitet er unsere Schülerinnen auf den Informatikunterricht in der Kursstufe (Jahrgang 12 und 13) vor. Im Zentrum stehen die objektorientierte Programmierung bzw. Modellierung sowie der Algorithmusbegriff mit zugehörigem Methoden- und Variablenkonzept. Darüber hinaus werden Einblicke in weitere Themenbereiche der Informatik gegeben (u.a. SQL-Datenbanken, Robotik und Automatentheorie). Methodisch ermöglicht dieses inhaltliche Konzept viele praktische Unterrichtsphasen bis hin zu möglichst praxisnaher, selbständiger Arbeit an kleineren Projekten im Team. Darüber hinaus werden im Informatikunterricht soziale, ökonomische, ökologische, politische und ethische Fragestellungen thematisiert (z.b. soziale Medien, Datenschutz, gesellschaftliche Auswirkungen), damit wir unsere Schülerinnen befähigen, ihre am christlichen Menschenbild orientierten Wertmaßstäbe für ihr eigenes Handeln sowie ein Verständnis für gesellschaftliche Entscheidungen und globale Zusammenhänge weiter zu entwickeln. 2 Im Jahr 2012 gewann die Liebfrauenschule Vechta mit diesem Konzept u.a. den von der Stiftung der Metallindustrie im Nord-Westen organisierten Wettbewerb Informatik in Schulen, vgl. Rückblick auf die Preisverleihung, IÖB / Carl von Ossietzky Universität Oldenburg: Zugriff: /13

3 Im Folgenden werden die im KC beschriebenen Kompetenzen den Jahrgangsstufen zugeordnet. Die KC-Kompetenzen sind in die drei Kategorien Basis, Vertiefung und Ergänzung eingeteilt, wobei i. d. R. die Kompetenzen der Kategorie Basis sowie die aufgeführten Kompetenzen der Kategorie Vertiefung verpflichtend und die Kompetenzen der Kategorie Ergänzung fakultativ (d.h. nicht verpflichtend, sondern optional) vermittelt werden. ÜBERSICHT ÜBER DIE ZUORDNUNG DER KC-KOMPETENZBEREICHE ZU DEN VERSCHIEDENEN JAHRGANGSSTUFEN Auf den folgenden Seiten wird für die fakultativen Angebote Kursivdruck verwendet. Eine zeitliche Reihenfolge ist durch die Auflistung innerhalb der einzelnen Jahrgangsstufen nicht vorgeschrieben. Der Informatikunterricht in den Klassen 5 und 6 bildet eine didaktische Einheit (s.o.). 3/13

4 KLASSE 5 / 6 Kompetenzen: Unsere Schülerinnen LERNFELD DATEN UND IHRE SPUREN Aufbau von Netzwerken mit Schwerpunkt Internet beschreiben und kategorisieren die Nutzungsmöglichkeiten des Internets im Alltag (B). formulieren gezielt Suchanfragen an Suchmaschinen (B). beurteilen die Seriosität und Authentizität von Informationen aus dem Internet (V). nennen Möglichkeiten und Risiken der Nutzung sozialer Netzwerke (V). Datenaustausch in Netzwerken erläutern die Notwendigkeit, Daten in geeigneter Form zu codieren, um sie mit dem Computer verarbeiten zu können (B). Datenschutz und Datensicherheit nennen mögliche Formen des Datenmissbrauchs (B). nennen Maßnahmen wie z. B. Schutz durch Passwörter oder Verschlüsselung, um sicher in Netzwerken zu kommunizieren und Daten vor Fremdzugriff zu sichern (B). Verwaltung von Daten gewinnen Informationen aus den Daten einer Tabellenkalkulation z.b. durch Sortieren (B). LERNFELD COMPUTERKOMPETENZ Aufbau von Computersystemen beschreiben die Hardwarekomponenten eines Computers und ihre Funktionen (B). beschreiben das Prinzip der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe (EVA-Prinzip) (B). 4/13

5 Speichern von Daten benennen verschiedene Arten von Speichermedien und Speicherorten und erläutern die Unterschiede (B). erläutern Prinzipien der Verwaltung von Dateien (B). wenden Operationen zur Dateiverwaltung zielgerichtet an (B). ordnen gängigen Dateiendungen ihre Dateitypen und passende Anwendungen zu (B). erläutern Möglichkeiten, Sicherheitskopien anzulegen (V). Textverarbeitung gestalten Texte unter Verwendung verschiedener Formatierungen und eingebetteter Objekte (B). Präsentation gestalten Präsentationen unter Verwendung verschiedener Formatierungen und eingebetteter Objekte (B). erstellen zielgruppenorientierte Präsentationen unter Verwendung geeigneter Software (z.b. Mindmaps) (B). Bildbearbeitung bearbeiten und verfremden Fotos und Grafiken mit einer Bildbearbeitungssoftware (B). KLASSE 7 (AG) (z. Zt. nur als AG-Angebot zur Vertiefung der in den Klassen 5 und 6 erworbenen Kompetenzen) 5/13

6 KLASSE 8 (WPF) Kompetenzen: Unsere Schülerinnen LERNFELD DATEN UND IHRE SPUREN Datenaustausch in Netzwerken nennen Beispiele für die Codierung von Daten wie Morsecode, ASCII (B). unterscheiden zwischen Informationen und ihrer Repräsentation durch Daten (V). codieren und decodieren Daten mithilfe eines vorgegebenen Verfahrens (V). entwerfen eine Codierung zur Übertragung von Daten über einen Kommunikationskanal (E). entwerfen ein Protokoll zur Übertragung von Daten über einen Kommunikationskanal (E). LERNFELD ALGORITHMISCHES PROBLEMLÖSEN Algorithmusbegriff benennen und beschreiben Handlungsabläufe aus ihrer Lebenswelt (B). strukturieren Handlungsabläufe in logische Teileinheiten (B). benennen typische Bestandteile von algorithmischen Abläufen wie z. B. eindeutige Handlungsanweisungen, Wiederholungen, Verzweigungen (B). entwickeln einen informellen Algorithmus zu einem gegebenen Problem (V). überprüfen einen gegebenen Algorithmus durch systematisches Testen (V). Algorithmisieren und Implementieren beschreiben einen gegebenen Algorithmus in ihren eigenen Worten (B). stellen einen Algorithmus grafisch dar (B). führen einen gegebenen Algorithmus aus (B). benennen Anweisung, Sequenz, Schleife und Verzweigung als elementare Kontrollstrukturen (B). 6/13

7 entwickeln und implementieren einen Algorithmus in einer grafischen Programmiersprache auf experimentelle Weise (B). überprüfen, ob eine Implementierung die Problemstellung löst (B). entwerfen einen Algorithmus unter zielgerichteter Verwendung der elementaren Kontrollstrukturen (V). formulieren Bedingungen mithilfe der logischen Verknüpfungen Und, Oder und Nicht (V). verwenden Variablen und Wertzuweisungen in einfachen Algorithmen (V). LERNFELD AUTOMATISIERTE PROZESSE Automatisierte Prozesse im Alltag benennen automatisierte Prozesse aus ihrer unmittelbaren Lebenswelt (B). beschreiben die einzelnen Schritte beim Ablauf eines automatisierten Prozesses (V). Technische Realisierung automatisierter Prozesse benennen Typen von Sensoren, Aktoren und Verarbeitungskomponenten von technischen Geräten und ordnen sie der Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe zu (B). lesen Sensoren aus und steuern Aktoren an (B). konstruieren aus vorgegebenen Bauteilen ein Informatiksystem, z. B. einen Roboter (V). implementieren einen Algorithmus zur Steuerung einer technischen Komponente (B). entwerfen und implementieren einfache Schaltnetze unter der Verwendung von Logikbausteinen (E). 7/13

8 KLASSE 9 (WPF) Kompetenzen: Unsere Schülerinnen LERNFELD DATEN UND IHRE SPUREN Aufbau von Netzwerken mit Schwerpunkt Internet diskutieren die Interessen der Betreiber von Webseiten und Suchmaschinen (V). diskutieren die Auswirkungen des Internets auf die Gesellschaft (E). benennen die für die Nutzung von sozialen Netzwerken relevanten gesetzlichen Grundlagen im Bereich Datenschutz und Urheberrecht (E). beschreiben und begründen den dezentralen Aufbau des Internets (B). nennen die zentralen Komponenten des Internets, z. B. Client, Server, Router, DNS, und erläutern ihre Funktion (B). untersuchen Lebensdauer und Verbreitung von Informationen im Internet (V). beschreiben die Kommunikationswege im Internet und beurteilen die Sicherheit der Kommunikation über das Internet (V). unterscheiden zwischen lokalen und verteilten Anwendungen (E) und entwerfen ggfs. ein lokales Netzwerk (E). Datenschutz und Datensicherheit erläutern das Prinzip der Substitution und Transposition als Grundlage der Datenverschlüsselung (V). wenden einfache symmetrische Verschlüsselungsverfahren an, z. B. Caesar-Code, Vigenère-Verfahren (V). beurteilen die Sicherheit von einfachen Verschlüsselungsverfahren (V). beschreiben das Prinzip der asymmetrischen Verschlüsselung (E). unterscheiden zwischen symmetrischen und asymmetrischen Verfahren (E). verschlüsseln und signieren Daten mithilfe aktueller Software (E). erläutern die rechtlichen Rahmenbedingungen für den Umgang mit ihren persönlichen Daten wie z. B. informationelle Selbstbestimmung, Allgemeine Geschäftsbedingungen (AGB) und Datenschutzrichtlinien (B) und diskutieren ggfs. ausgewählte Fälle in Bezug auf die Grundlagen des Datenschutzes (V). 8/13

9 Verwaltung von Daten nennen Kriterien zur Strukturierung von Daten und erstellen Tabellen mithilfe eines Datenbanksystems (B). unterscheiden Datensatz, Attribut, Schlüsselattribut, Tabelle und Datenbank (V). erläutern die Notwendigkeit, Datensätze eindeutig identifizieren zu können (Primärschlüssel) (V). nutzen Schlüsselattribute zur Verknüpfung von Daten (V). gewinnen Informationen aus den Daten einer Datenbank, z. B. durch Filtern und Sortieren (B). stellen Daten in Form von Diagrammen grafisch dar, z. B. im E-R-Modell (B). formulieren einfache Suchanfragen an Datenbanken (V), ggfs. über mehrere Tabellen (V) bzw. auch durch Verwendung von Aggregatfunktionen (E). erläutern die Chancen und Risiken der automatisierten Datenanalyse (E). LERNFELD COMPUTERKOMPETENZ Textverarbeitung gestalten Texte unter Verwendung eingebetteter Objekte (B). erstellen Textdokumente unter Verwendung von Formatvorlagen (V). erstellen Inhaltsverzeichnisse unter Verwendung entsprechender Funktionen der Textverarbeitungssoftware (E). Präsentation gestalten Präsentationen unter Verwendung eingebetteter Objekte (B). überprüfen anhand eines selbst erstellten medialen Produkts rechtliche Aspekte der Veröffentlichung (V). erstellen Dokumente unter Verwendung von Auszeichnungssprachen, z. B. HTML und CSS (mögliches Projekt: Website-Gestaltung) (E). Bildbearbeitung erläutern, wie Farben mithilfe von RGB- und CMYK-Modell dargestellt werden (V). benennen Eigentumsrechte an digitalen Werken und das Recht am eigenen Bild (B). 9/13

10 KLASSE 10 (WPF) Kompetenzen: Unsere Schülerinnen LERNFELD COMPUTERKOMPETENZ Aufbau von Computersystemen erläutern die Funktionsweise verschiedener Arten von Ein- und Ausgabegeräten (B). erläutern verschiedene Kenngrößen einzelner Hardwarekomponenten (V). erläutern die Bedeutung von Betriebssystem und Anwendungsprogrammen bei Computersystemen (V). benennen die Unterschiede zwischen den Lizenzmodellen für Software (V). benennen die Bedeutung von Treibersoftware für den Betrieb spezieller Hardwarekomponenten (E). Speichern von Daten benennen die Unterschiede in Dateigröße und Qualität von verschiedenen Dateiformaten für Bilder, Musik bzw. Videos (V). erläutern die Vor- und Nachteile verlustfreier und verlustbehafteter Kompression von Daten (V). erläutern Codierungsverfahren für Bilddaten bzw. einfache Verfahren der Datenkompression, z. B. Lauflängenkodierung (E). Bildbearbeitung nutzen verschiedene Ebenen beim Bearbeiten von Grafiken (V). erläutern den Unterschied zwischen Pixel- und Vektorgrafiken (E). erstellen Grafiken, Videosequenzen oder Trickfilme mit geeigneter Software (E) (mögliches Projekt: Fotorealistische Grafiken und/oder Animationen mit Blender 3D). 10/13

11 LERNFELD AUTOMATISIERTE PROZESSE Automatisierte Prozesse im Alltag erläutern Möglichkeiten der Anwendung von robotergestützen Systemen (B). nennen gesellschaftliche Konsequenzen des Einsatzes automatisierter Prozesse, z. B. in der industriellen Produktion (V). Technische Realisierung automatisierter Prozesse entwickeln einen Algorithmus zur Steuerung eines einfachen Informatiksystems (mögliches Projekt: Roboter im Labyrinth) (V). LERNFELD ALGORITHMISCHES PROBLEMLÖSEN Algorithmisieren und Implementieren Ggfs. Aspekte der Künstlichen Intelligenz (KI) (mögliches Projekt: Deklaratives Programmieren mit einer logischen Programmiersprache, z. B. PROLOG) [E]. 11/13

12 KLASSE 11 Kompetenzen: Unsere Schülerinnen LERNFELD DATEN UND IHRE SPUREN Verwaltung von Daten erstellen Tabellen zur Strukturierung von Daten mithilfe eines Datenbanksystems (B). formulieren Suchanfragen an Datenbanken über mehrere Tabellen (V) bzw. auch durch Verwendung von Aggregatfunktionen (E). erläutern die Chancen und Risiken der automatisierten Datenanalyse (E). LERNFELD ALGORITHMISCHES PROBLEMLÖSEN Algorithmusbegriff strukturieren Handlungsabläufe in logische Teileinheiten (B). entwickeln einen informellen Algorithmus zu einem gegebenen Problem (V). überprüfen einen gegebenen Algorithmus durch systematisches Testen (V). Algorithmisieren und Implementieren beschreiben einen gegebenen Algorithmus in ihren eigenen Worten (B). stellen einen Algorithmus grafisch dar (B). führen einen gegebenen Algorithmus aus (B). benennen Anweisung, Sequenz, Schleife und Verzweigung als elementare Kontrollstrukturen (B). überprüfen, ob eine Implementierung die Problemstellung löst (B). entwerfen einen Algorithmus unter zielgerichteter Verwendung der elementaren Kontrollstrukturen (V). formulieren Bedingungen mithilfe der logischen Verknüpfungen Und, Oder und Nicht (V). verwenden Variablen und Wertzuweisungen in einfachen Algorithmen (V). 12/13

13 beschreiben Objekte anhand ihrer Attribute und Operationen (V). zerlegen einen komplexeren Algorithmus in mehrere Operationen, um z. B. Teillösungen wiederzuverwenden (E). verwenden geeignete Datenstrukturen, um mehrere Variablen des gleichen Typs zu verarbeiten (E). implementieren einen Algorithmus in einer textbasierten Programmiersprache (i. d. R. in Java) (E). testen systematisch, ob eine Implementierung die Problemstellung löst (V) bzw. vergleichen Algorithmen hinsichtlich ihrer Effizienz (E). LERNFELD AUTOMATISIERTE PROZESSE Automatisierte Prozesse im Alltag erläutern Möglichkeiten der Anwendung von robotergestützen Systemen (B). Modellierung von Automaten beschreiben Automaten als Summe ihrer Zustände und Zustandsübergänge (B). entwickeln und implementieren ein Automatenmodell in Form eines Zustandsgraphen (V). vergleichen verschiedene Automaten zur Lösung des gleichen Problems (E). erläutern die Verarbeitung einer Eingabe eines durch einen Zustandsgraphen gegebenen Automaten (B). analysieren die Funktionsfähigkeit eines durch einen Zustandsgraphen vorgegebenen Automaten (V). simulieren einen gegebenen Automaten mit geeigneter Software (B). Technische Realisierung automatisierter Prozesse konstruieren aus vorgegebenen Bauteilen ein Informatiksystem, z. B. einen Roboter (V). implementieren einen Algorithmus zur Steuerung einer technischen Komponente (B). Stand: Beschluss der Fachkonferenz Informatik vom (Unl) 13/13