Heinrich-Böll-Gymnasium Troisdorf Schulinterner Lehrplan Informatik 1 Vorbemerkungen Da es im Fach Informatik für die Sekundarstufe I keine verbindlichen Richtlinien und Lehrpläne des Landes NRW gibt, stellt das diesbezügliche Konzept eine vollständige Eigenentwicklung der Schule dar. Sie orientiert sich an den von der Gesellschaft für Informatik (GI) herausgegebenen Bildungsstandards für den Informatikunterricht. Mit dem Einführungskurs in der Jahrgangsstufe 5 sollen die SuS grundsätzlich in die Lage versetzt werden, alle mit dem Schulungsnetz des HBG verbundenen Ressourcen nutzen zu können. Unberührt bleibt davon die Notwendigkeit, sie zunächst noch stark anzuleiten. Der verpflichtende Informatikunterricht des Jahrgangs 6 verfolgt das Ziel, ähnlich dem Europäischen Computer-Führerschein ECDL eine informationstechnologische Grundbildung zu vermitteln. Das Konzept orientiert sich dabei an dem bayrischen Modell, das eine Einführung in die objektorientierte Sprech- und Schreibweise beinhaltet. Der Informatikunterricht im Differenzierungsbereich der Sekundarstufe I wird fächerübegreifend mit dem Fach Mathematik durchgeführt. Er soll Raum bieten für eine Vertiefung bzw. Erweiterung mathematischen Verständnisses durch das Medium Computer, aber ebenfalls die informationstechnologischen Schlüsseltechnologien vermitteln, für die im Rahmen einer an den Vorgaben des Zentralabiturs orientierten Sekundarstufe II kein Platz bleibt. Um dem neu einsetzenden Unterricht der Sekundarstufe II nicht vorzugreifen, beschränkt sich dieser Differenzierungskurs auf das imperative Programmierparadigma. Inhaltsverzeichnis 1 Vorbemerkungen...1 2 Einführungskurs Jahrgang 5...1 3 Informationstechnologische Grundbildung Jahrgang 6...2 4 Differenzierungskurs Jahrgang 8...3 5 Differenzierungskurs Jahrgang 9 (10 für G9)...5 6 Grundkurs Informatik Jahrgang 10 (11 für G9)...6 7 Grundkurs Informatik Jahrgang 11 (12 für G9)...6 8 Grundkurs Informatik Jahrgang 12 (13 für G9)...8 2 Einführungskurs Jahrgang 5 Am Ende des ersten Halbjahres findet eine vierstündige Einführungsveranstaltung für alle fünften Klassen statt, bei der die Klassen halbiert werden. Am Ende der Veranstaltung sollen die SuS in der Lage sein, unter Anleitung einfache und begrenzte Aufgaben innerhalb des lokalen Schulungsnetztes am HBG zu lösen. Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 1/10
Überprüfung der zuvor generierten Accountdaten und E-Mail-Adressen Übersicht über den Aufbau eine zentral verwalteten Domäne, Unabhängigkeit des personalisierten Desktops vom jeweiligen Arbeitsplatz Anwendungen starten, Ordner anlegen und Dateien finden mit dem Dateibrowser Start und erste Übungen für Basisanwendungen: Textverarbeitung, Internetbrowser, E-Mail- Client Anmeldung bei Moodle und erste Übungen zur Funktionsweise von Moodle 3 Informationstechnologische Grundbildung Jahrgang 6 Vektorgraphik Erstellen einfacher Zeichnungen Speichern von Dateien Umgang mit der Lernplattform Moodle Objektorientierte Bezeichnungsweise: Klassen, Objekte, Attribute, Attributwerte, Methoden Anlegen von Ordnern Pixelgraphik Vergleich von Vektor-und Graphikprogrammen Anwenden des Filters Tabellenkalkulation Formatieren von Tabellen Autofunktionen Eingabe von Formeln Zeichnen von Diagrammen Schreiben eigener kleiner Programme E-Mails Das Schreiben einer E-Mail mit Anhang Sicherheitsbelehrung Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 2/10
Textverarbeitung Textformatierungen Nummerierungs- und Aufzählungszeichen Überschriftenformate Das Internet Der Umgang mit dem Internet Suchmaschinen Gefahren im Internet (Internetführerschein) Präsentationen Erstellen einer Präsentation 4 Differenzierungskurs Jahrgang 8 Der Differenzierungskurs Mathematik/Informatik verfolgt die Absicht, sowohl in zentrale Themenfelder der Informatik einzuführen als auch mathematische Inhalte mit Hilfe informationstechnologischer Methoden zu vertiefen. Einführung in die Programmierung: Logic first! Die Einführung in die Programmierung erfolgt anhand von Werkzeugen, die sich grafisch programmieren lassen (Kara, Scratch, Alice etc.). Probleme der Programmsyntax sollen damit ausgeblendet werden und so der Blick für wichtige Prinzipien des Programmierens geöffnet werden: Analyse von Problemen Modularisierung von Problemen Schrittweise Lösung von Problemen mit Hilfe von logischen Kontrollstrukturen Reflexion von Problemlösungen Zugleich wird durch die Vermeidung von Syntaxfehlern einer schnellen Frustration entgegengewirkt, die beim Erlernen einer Programmiersprache entstehen kann. Die SuS werden so motiviert, sich weiter mit Programmierung zu beschäftigen. Mathematik mit der Tabellenkalkulation Da eine grundlegende Einführung in die Arbeit mit der Tabellenkalkulation schon im Jahrgang 6 erfolgt ist, sollen nun die folgenden Inhalte im Vordergrund stehen: Verwendung von Formeln in Tabellen Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 3/10
feste und variable Tabelleninhalte Wenn-dann-Bedingungen in Tabellenzellen iterative Verfahren, Approximation von Grenzwerten Fortgeschrittene Textverarbeitung Die SuS sollen in die Lage versetzt werden, optisch ansprechende und gut lesbare Dokumente zu erstellen, indem sie zentrale Hilfsmittel moderner Textverarbeitungsprogramme benutzen. Als Anlass für die Einübung der entsprechenden Techniken bieten sich die üblichen Kursarbeiten, aber auch eine größere Projektarbeit an, die eine Kursarbeit pro Jahr ersetzen kann. Kopf- und Fußzeilen automatische Seitenzahlen und Kapitelnummerierungen Benutzung von Formatvorlagen auomatisches Erstellen von Verzeichnissen Einfügen von Objekten in Texte (Bilder, Formeln, Tabellen) Einführung in die Programmierung mit Python Die Prgrammiersprache Python wird als erste vollwertige Programmiersprache gewählt, da die Strukturierung der Programme durch Einrückungen erfolgt. Dadurch entfallen die in vielen Sprachen üblichen Klammern und Satzzeichen, die gerade bei Programmieranfängern immer wieder zu frustrierenden Syntaxfehlern führen. Darüber hinaus erzieht die Strukturierung anhand von Einrückungen zu einem sauberen Programmierstil. Programme schreiben und ausführen Turtle-Grafik oder Python-Kara Funktionen, Werte, Variablen Interaktive Programme Kontrollstrukturen Listen Programmierung des LEGO-RCX mit NQC Die mit Python gewonnen Grundkenntnisse der imperativen Programmierung sollen an einem zugleich motivierenden und anschaulichen Gegenstand vertieft werden. Die bereits erlernten Programmierprinzipien und Strukturen werden in eine andere Programmiersprache übertragen und so generalisiert. Die höheren syntaktischen Hürden von NQC werden durch eine verminderte Komplexität der Programme kompensiert. Einfache Motorsteuerung Steuerung mit Hilfe von Tast- und Lichtsensoren Kommunikation zwischen Robotern (fakultativ) Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 4/10
5 Differenzierungskurs Jahrgang 9 (10 für G9) Der Differenzierungsunterricht dieser Jahrgangsstufe gliedert sich in zwei Blöcke: Auf der einen Seite steht eine Einführung in die Gestaltung moderner dynamischer Webseiten. Alle dazu notwendigen Elemente sollen zumindest angerissen werden, so dass die SuS davon ausgehend selbstständig in der Lage, sich weitergehende Elemente zu erarbeiten. Auf der anderen Seite steht die Vertiefung zweier zentraler mathematischer Inhalte, nämlich die Erstellung von Programmen zu Koordinatengeometrie und Funktionen. Die SuS lernen dabei insbesondere, die aus dem Mathematikunterricht bekannten Inhalte formalisiert und verallgemeinert zu behandeln, was zu einem vertieften Verständnis führt. Einführung in HTML und CSS Grundlagen der Textformatierungen Tabellen Links Bilder Formatierungen mit CSS Dynamische Webseiten mit PHP und MySQL Zeichen und Variablen Verzweigungen Arrays Formulare mathematische Operatoren Funktionen Schleifen Schreiben in und lesen aus MySQL-Datenbanken Mathematik mit Python Geradengleichungen Schnittpunkte ausgezeichneter Geraden im Dreieck Funktionenplotter Berechnung von Nullstellen Approximation von Nullstellen Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 5/10
6 Grundkurs Informatik Jahrgang 10 (11 für G9) Der Grundkurs der Jahrgangsstufe 11 bereitet den an den Vorgaben für das Zentralabitur ausgerichteten Unterricht in der Qualifizierungsphase vor. Weiter setzt er die Vorgaben der gültigen Richtlinien und Lehrpläne des Landes NRW um. Durchgängiges Programmierparadigma ist der objektorientierte Ansatz in der Variante Java. Einführung in die objektorientierte Programmierung (Greenfoot/BlueJ) 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 Lösungen nach einem Programmierkonzept realisieren, überprüfen und weiterentwickeln Lösungskonzepte implementieren und testen Lösungen dokumentieren Lösungen nach vorgegebenen Kriterien bewerten Problemlösungen optimieren und weiterentwickeln 7 Grundkurs Informatik Jahrgang 11 (12 für G9) Objektorientiertes Modellieren Klasse, Objekt, Attribut, Methode Hat-Beziehung, Kennt-Beziehung, Ist-Beziehung Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 6/10
Abstrakte Klassen, Vererbung, Polymorphie Klassendiagramme 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 Dynamische Datenstrukturen Stapel, Schlange, Liste mit Standardoperationen Suchen und Sortieren von Daten (Bubble-, Selection- und Insertion-Sort) Binärbaum und geordneter Binärbaum mit Standardoperationen und Traversierungsalgorithmen 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 Netzwerke Schichtenmodell Protokolle Implementation einfacher Clients und Server Verschlüsselungsverfahren (Cesar, Vigenére, RSA) Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 7/10
Schlüsselaustausch nach Diffie-Hellmann 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 8 Grundkurs Informatik Jahrgang 12 (13 für G9) Automaten und reguläre Sprachen Modellieren kontextbezogener Problemstellungen als endliche Automaten Darstellung von deterministischen endlichen Automaten als Graph und als Tabelle Akzeptor als spezielle Form des endlichen Automaten Reguläre Sprachen 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 Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 8/10
Stufen zwischen Hardware und Software Zahlenkonverter (Basis 2, 10 und 16) interne Repräsentation von Daten einfache bitweise Operationen einfacher Modellrechner 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 Projekte Die Projekte zum Abschluss des Grundkurses dienen vor allem dazu, die im Folgenden zitierten obligatorischen Vorgaben zur Kontextorientierung und zunehmend selbstständigen Arbeitsweise zu vertiefen. Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 9/10
Idealerweise wird ein Projekt in Gruppen vom Klassendiagramm über eine arbeitsteilige Implementation bis hin zur Vereinigung der Teilklassen und einer Evaluation durchgeführt. Lehrplan Informatik, Stand: 1. Halbjahr 2009/2010, Autor: Ja, Seite 10/10