Informatik - Gymnasium Norf · bestückte Laptop-Wagen eingesetzt werden. ... Modellierung und Implementierung von Klassen- ... Problemstellung Zentrale Kompetenzen:

Schulinterner Lehrplan des Gymnasium Norfzum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

Informatik

(Stand: 04.09.2014)

Gymnasium NorfEichenallee 8 41469 Neuss

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Inhalt

1 Die Fachgruppe Informatik am Gymnasium Norf..................................................................................................................... 3

2 Entscheidungen zum Unterricht.................................................................................................................................................. 5

2.1 Unterrichtsvorhaben..................................................................................................................................................................52.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben............................................................................................................................................6

2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben..............................................................................................................................................15

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit..............................................................................562.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung............................................................................57

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen......................................................................................59

4 Qualitätssicherung und Evaluation............................................................................................................................................ 61

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1 Die Fachgruppe Informatik am Gymnasium Norf

Beim Gymnasium Norf handelt es sich um eine sechszügige Schule im südlichen Randbereich der Stadt Neuss mitzurzeit ca. 1200 Schülerinnen und Schülern und ca. 100 Lehrerinnen und Lehrern. Das Einzugsgebiet der Schuleumfasst die südlichen Stadtteile von Neuss, die Schule versteht sich als Stadtteilschule. Auf Grund der exponiertenLage ist eine Kooperation mit anderen Schulen zur Zeit nicht möglich.Das Fach Informatik kombiniert mit Mathematik wird am Gymnasium Norf ab der Jahrgangsstufe 8 imWahlpflichtbereich II (WP II) dreistündig unterrichtet und hierbei von etwa 25 bis 45 Schülerinnen und Schülerngewählt. In der zweijährigen Laufzeit dieser Kurse wird in altersstufengerechter Weise unter anderem auf Umgangmit Tabellenkalkulation und Datenbanken sowie auf die technischen Grundlagen der Informatik am Beispiel vonSchaltwerken und Schaltnetzen eingegangen. Auf algorithmische Grundlagen wird bei einer Unterrichtssequenz inder Programmiersprache LOGO eingegangen; dabei wird darauf geachtet, nicht zu viel Inhalte der Oberstufevorwegzunehmen, damit die Wahl des Faches Informatik auch für die Schülerinnen und Schüler ohneBenachteiligung möglich ist, die das Fach nicht im Differenzierungsbereich belegen.

In der Jahrgangsstufe 5 wird eine der Eingangsklassen als IT-Klasse eingerichtet; diese Schülerinnen und Schülererhalten zusätzlich eine Stunde Unterricht im Fach Informatik und werden dort in altersgerechter Weise mit denGrundlagen des Fachs vertraut gemacht. Darüber hinaus sollen auch alle anderen Fächer in verstärkter Weise diemodernen Medien und den Umgang mit Computer und Internet in den Unterricht einbeziehen.

Wenn die personellen Möglichkeiten der Schule es gestatten, wird in den Jahrgangsstufen 6 und 7 für interessierteSchülerinnen und Schüler eine Arbeitsgemeinschaft „Informatik“ angeboten.

In der Sekundarstufe II bietet das Gymnasium Norf für die eigenen Schülerinnen und Schüler in derEinführungsphase 2 bis 3 Grundkurse im Fach Informatik an.

In der Qualifikationsphase kann in der Regel neben einem Grundkurs auch stets ein Leistungskurs eingerichtetwerden.

Um insbesondere Schülerinnen und Schülern gerecht zu werden, die in der Sekundarstufe I keinenInformatikunterricht besucht haben, sei nochmals betont, dass in den Kursen der Einführungsphase besondererWert darauf gelegt wird, keine Vorkenntnisse aus der Sekundarstufe I zum erfolgreichen Durchlaufen des Kurseseinzufordern.

Der Unterricht der Sekundarstufe II wird mit Hilfe der Programmiersprache Java durchgeführt, wobei dieEntwicklungsumgebungen Greenfoot und BlueJ, im Leistungskurs auch professionellere Entwicklungsumgebungenwie Netbeans oder Eclipse zum Einsatz kommen.

Durch projektartiges Vorgehen, offene Aufgaben und Möglichkeiten, Problemlösungen zu verfeinern oder zuoptimieren, entspricht der Informatikunterricht der Oberstufe in besonderem Maße den Erziehungszielen,Leistungsbereitschaft zu fördern, ohne zu überfordern.

Die gemeinsame Entwicklung von Materialien und Unterrichtsvorhaben, die Evaluation von Lehr- undLernprozessen sowie die stetige Überprüfung und eventuelle Modifikation des schulinternen Curriculums durch dieFachkonferenz Informatik stellen einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung und -entwicklung des Unterrichtsdar.

Zurzeit besteht die Fachschaft Informatik des Gymnasium Norf aus fünf Lehrkräften, denen zwei Computerräumemit jeweils 16 Computerarbeitsplätzen zur Verfügung stehen. Darüber hinaus können auch mit jeweils 16 Laptopsbestückte Laptop-Wagen eingesetzt werden. Die Mediothek, die insbesondere Oberstufenschülern in Freistundenzur Verfügung steht, ist ebenfalls mit 15 Computerarbeitsplätzen ausgestattet.

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Alle Arbeitsplätze und Laptops sind an das schulinterne Rechnernetz angeschlossen, so dass Schülerinnen undSchüler über einen Zugang zum zentralen Server der Schule alle Arbeitsplätze der drei Räume zum Zugriff auf ihreeigenen Daten, zur Recherche im Internet oder zur Bearbeitung schulischer Aufgaben verwenden können.

Der Unterricht erfolgt im 45-Minuten-Takt. Die Kursblockung sieht grundsätzlich für Grundkurse eine Doppelstundeund eine Einzelstunde vor.

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2 Entscheidungen zum Unterricht

Hinweis:

Die nachfolgend dargestellte Umsetzung der verbindlichen Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans findet aufzwei Ebenen statt. Das Übersichtsraster gibt den Lehrkräften einen raschen Überblick über die lautFachkonferenz verbindlichen Unterrichtsvorhaben pro Schuljahr. In dem Raster sind außer dem Thema desjeweiligen Vorhabens das schwerpunktmäßig damit verknüpfte Inhaltsfeld bzw. die Inhaltsfelder, inhaltlicheSchwerpunkte des Vorhabens sowie Schwerpunktkompetenzbereiche ausgewiesen. Die Konkretisierung vonUnterrichtsvorhaben führt weitere Kompetenzerwartungen auf und verdeutlicht vorhabenbezogene Absprachen,z.B. zur Festlegung auf einen Aufgabentyp bei der Lernerfolgsüberprüfung durch eine Klausur.

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplanangeführten Kompetenzen abzudecken. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, Schülerinnen undSchülern Lerngelegenheiten zu ermöglichen, so dass alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans von ihnenerfüllt werden können.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebene.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäßFachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dientdazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zuden einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichenSchwerpunkten zu verschaffen. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nachBedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Freiraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen,aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten,wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ zur Gewährleistungvergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alleMitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, beinhaltet die Ausweisung „konkretisierterUnterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) Beispiele und Materialien, die empfehlenden Charakter haben. Referendarinnenund Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenenOrientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternenAbsprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -ortensowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.3 zu entnehmen sind.

Da in den folgenden Unterrichtsvorhaben Inhalte in der Regel anhand von Problemstellungen inAnwendungskontexten bearbeitet werden, werden in einigen Unterrichtsvorhaben jeweils mehrere Inhaltsfelderangesprochen.

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

I) Einführungsphase

Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-I

Thema:Was macht Informatik? – Einführung in die Inhaltsfelder der Informatik

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: • Informatiksysteme• Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte:• Einsatz, Nutzung und Aufbau von

Informatiksystemen• Wirkung der Automatisierung•

Zeitbedarf: 3 Stunden

Unterrichtsvorhaben E-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung

Zentrale Kompetenzen:• Modellieren• Implementieren • Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: • Daten und ihre Strukturierung• Formale Sprachen und Automaten

Inhaltliche Schwerpunkte:• Objekte und Klassen• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-III

Thema: Algorithmischer Grundstrukturen in Java

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Modellieren• Implementieren • Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: • Daten und ihre Strukturierung• Algorithmen• Formale Sprachen und Automaten


Programmiersprache• Analyse, Entwurf und Implementierung

einfacher Algorithmen

Zeitbedarf : 18 Stunden

Unterrichtsvorhaben E-IV

Thema: Das ist die digitale Welt! – Einführung in die Grundlagen, Anwendungsgebiete und Verarbeitung binärer Codierung



Inhaltliche Schwerpunkte:• Binäre Codierung und Verarbeitung• Besondere Eigenschaften der digitalen

Speicherung und Verarbeitung von Daten


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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-V

Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von grafischen Spielen, Simulationen oder lebensnahen Anforderungsbeispielen

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Modellieren• Implementieren• Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren



Programmiersprache• Analyse, Entwurf und Implementierung

einfacher Algorithmen


Unterrichtsvorhaben E-VI

Thema: Such- und Sortieralgorithmen anhand kontextbezogener Beispiele

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Modellieren• Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: • Algorithmen• Daten und ihre Strukturierung

Inhaltliche Schwerpunkte:• Algorithmen zum Suchen und Sortieren• Analyse, Entwurf und Implementierung

einfacher Algorithmen• Objekte und Klassen


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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben E-VII

Thema: Leben in der digitalen Welt – Immer mehr Möglichkeiten und immer mehr Gefahren!?


Inhaltsfelder: • Informatik, Mensch und Gesellschaft• Informatiksysteme

Inhaltliche Schwerpunkte:• Wirkungen der Automatisierung• Geschichte der automatischen

Datenverarbeitung• Digitalisierung


Summe Einführungsphase: 81

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II) Qualifikationsphase (Q1 und Q2) – GRUNDKURS

Qualifikationsphase 1

Unterrichtsvorhaben Q1-I

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung anhand einer kontextbezogenen Problemstellung

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Modellieren• Implementieren

• Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: • Daten und ihre Strukturierung• Algorithmen• Formale Sprachen und Automaten• Informatiksysteme

Inhaltliche Schwerpunkte:• Objekte und Klassen• Analyse, Entwurf und Implementierung von

Algorithmen• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache• Nutzung von Informatiksystemen


Unterrichtsvorhaben Q1-II

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungenmit dynamischen, linearen Datenstrukturen





Algorithmen• Algorithmen in ausgewählten

informatischen Kontexten• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


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Unterrichtsvorhaben Q1-III

Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen



Inhaltsfelder: • Algorithmen• Formale Sprachen und Automaten

Inhaltliche Schwerpunkte:• Analyse, Entwurf und Implementierung von

Algorithmen• Algorithmen in ausgewählten informatischen

Kontexten• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


Unterrichtsvorhaben Q1-IV

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten



Inhaltsfelder: • Daten und ihre Strukturierung• Algorithmen• Formale Sprachen und Automaten• Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte:• Datenbanken• Algorithmen in ausgewählten

informatischen Kontexten• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache• Sicherheit


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Unterrichtsvorhaben Q1-V

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren



Inhaltliche Schwerpunkte:• Einzelrechner und Rechnernetzwerke• Sicherheit• Nutzung von Informatiksystemen,

Wirkungen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 1: 74 Stunden

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Unterrichtsvorhaben Q2-I

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren • Modellieren• Implementieren• Darstellen und Interpretieren• Kommunizieren und Kooperieren



Algorithmen• Algorithmen in ausgewählten informatischen

Kontexten• Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


Unterrichtsvorhaben Q2-II

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Modellieren


Inhaltsfelder: • Endliche Automaten und formale Sprachen

Inhaltliche Schwerpunkte:• Endliche Automaten• Grammatiken regulärer Sprachen• Möglichkeiten und Grenzen von

Automaten und formalen Sprachen


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Unterrichtsvorhaben Q2-III

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit

Zentrale Kompetenzen:• Argumentieren• Kommunizieren und Kooperieren


Inhaltliche Schwerpunkte:• Einzelrechner und Rechnernetzwerke• Grenzen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 2: 56 Stunden

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2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Im Folgenden sollen die im Unterkapitel 2.1.1 aufgeführten Unterrichtsvorhaben konkretisiert werden.

Hinweis:

Verbindliche Festlegungen der Fachkonferenz:Die Fachkonferenz des Gymnasium Norf hat Themen, Leitfragen und die Ausführungen unter der ÜberschriftVorhabenbezogene Konkretisierung verbindlich vereinbart, ebenso die Sequenzierung der Unterrichtsvorhaben(erste Tabellenspalte) und die ausgewiesenen Kompetenzen (zweite Tabellenspalte). Alle Mitglieder derFachkonferenz haben sich darauf verständigt, in ihrem Unterricht Lerngelegenheiten anzubieten, so dassSchülerinnen und Schüler diese Kompetenzen im Rahmen der festgelegten Unterrichtssequenzen erwerben odervertiefen können.

Unterrichtliche Anregungen:Die angeführten Beispiele, Medien und Materialien sind dagegen Vorschläge bzw. Hilfen für die Lehrkräfte. Indiesen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen möglich. Die Angabe derKapitel bezieht sich auf das Lehrbuch Informatik 1 des Schöningh-Verlags und dient vor allem der unterrichtendenLehrkraft als Unterstützung. Das Buch kann aus dem Handapparat der Informatik ausgeliehen werden.

In der Einführungsphase werden die didaktischen Bibliotheken der Entwicklungsumgebungen Greenfoot und BlueJverwendet. Diese stehen als kostenlose Downloads unter www.greenfoot.org und www.bluej.org zur Verfügung. In der Qualifikationsphase werden die Unterrichtsvorhaben unter Berücksichtigung der Vorgaben für dasZentralabitur Informatik in NRW konkretisiert. Diese sind zu beziehen unter der Adresse

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15 (abgerufen: 30.04. 2014)

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http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15

http://www.bluej.org/

http://www.greenfoot.org/

I) Einführungsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen Unterrichtsvorhaben der Einführungsphase vertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht in jedem Unterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:

Die Schülerinnen und Schüler

• verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K),• präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse (K),• kommunizieren und kooperieren in Gruppen und in Partnerarbeit (K),• nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen Verwendung

von Daten unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K).

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Unterrichtsvorhaben EF-I

Thema: Was macht Informatik? - Einführung in die Inhaltsfelder der Informatik

Leitfragen: Was macht Informatik? Welche fundamentalen Konzepte müssen Informatikerinnen und Informatiker inihre Arbeit einbeziehen, damit informatische Systeme effizient und zuverlässig arbeiten können? Wo lassen sichdiese Konzepte (in Ansätzen) in dem schuleigenen Netzwerk- und Computersystem wiederfinden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Im ersten Unterrichtsvorhaben werden die fünf Inhaltsfelder des Faches Informatik beispielhaft an einemInformatiksystem erarbeitet. Das Unterrichtsvorhaben ist so strukturiert, dass die Schülerinnen und Schüler anhandbekannter Alltagstechnik die Grundideen fundamentaler informatischer Konzepte (Inhaltsfelder) größtenteilsselbstständig erarbeiten und nachvollziehen.

Ausgehend von dem bekannten Bedienungs- und Funktionalitätswissen eines informatischen Systems (z.B.Navigationsgerät) werden die Strukturierung von Daten, das Prinzip der Algorithmik, die Eigenheit formalerSprachen, die Kommunikationsfähigkeit von Informatiksystemen und die positiven und negativen Auswirkungen aufMensch und Gesellschaft thematisiert. Das am Navigationsgerät erworbene Wissen kann auf weitere denSchülerinnen und Schülern bekannte Informatiksysteme übertragen werden.

Zeitbedarf: ca. 3 Stunden

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Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien

1. Informatiksysteme und ihrgenereller Aufbau(a) Daten und ihre Strukturierung(b) Algorithmen(c) Formale Sprachen undAutomaten(d) Informatiksysteme(e) Informatik, Mensch undGesellschaft

Die Schülerinnen und Schüler- bewerten anhand von Fallbeispielen dieAuswirkungen des Einsatzes vonInformatiksystemen (A)- nutzen die im Unterricht eingesetztenInformatiksysteme selbstständig, sicher,zielführend und verantwortungsbewusst (D)

Kapitel 1 „Was machtInformatik“Als Anschauungsmaterialbieten sich Navigationsgerätean

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Unterrichtsvorhaben EF-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung

Leitfragen: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und in einem Greenfoot-Szenarioinformatisch realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Ein zentraler Bestandteil des Informatikunterrichts der Einführungsphase ist die Objektorientierte Programmierung.Dieses Unterrichtsvorhaben führt in die Grundlagen der Analyse, Modellierung und Implementierung in diesemKontext ein.

Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler analysiertund im Sinne des objektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die grundlegenden Begriffe derObjektorientierung und Modellierungswerkzeuge wie Objektdiagramme und Klassendiagramme eingeführt.

Im Anschluss wird die objektorientierte Analyse für ein vom Lehrer vorgestelltes Greenfoot-Szenario durchgeführt.Die von diesem Szenario vorgegebenen Klassen werden von Schülerinnen und Schülern in Teilen analysiert undentsprechende Objekte anhand einfacher Problemstellungen erprobt. Die Lernenden implementieren und testeneinfache Programme. Die Greenfoot-Umgebung ermöglicht es, Beziehungen zwischen Klassen zu einem späterenZeitpunkt (Kapitel 4) zu thematisieren. So kann der Fokus hier auf Grundlagen wie der Unterscheidung zwischenKlasse und Objekt, Attribute, Methoden, Objektidentität und Objektzustand gelegt werden.

Schließlich implementieren die Schülerinnen und Schüler selbstständig einfache Klassen (z.B. Batterie oderPommestüte), deren Funktionalitäten sie in Greenfoot testen und mit dem Objektinspektor überprüfen können.

Da in Kapitel 2 zudem auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der Quellcode aus einer reinlinearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die Grundlagen der Objektorientierungmöglich, ohne dass algorithmische Probleme ablenken. Natürlich kann die Arbeit an diesen Projekten unmittelbarzum nächsten Unterrichtsvorhaben (Kapitel 3) führen. Dort stehen Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.


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1. Identifikation von Objektenund Klassen(a) An einem lebensweltnahenBeispiel werden Objekte undKlassen im Sinne derobjektorientierten Modellierungeingeführt.(b) Objekte werden durchObjektdiagramme, Klassen durchKlassendiagramme dargestellt.(c) Die Modellierungen werdeneinem konkreten Anwendungsfallentsprechend angepasst.

Die Schülerinnen und Schüler- ermitteln bei der Analyse einfacherProblemstellungen Objekte, ihreEigenschaften und ihre Operationen (M),- stellen den Zustand eines Objekts dar (D),- modellieren Klassen mit ihren Attributenund ihren Methoden (M),- implementieren einfache Algorithmenunter Beachtung der Syntax und Semantikeiner Programmiersprache (I),- implementieren Klassen in einerProgrammiersprache, auch unter Nutzungdokumentierter Klassenbibliotheken (I).

Kapitel 2 Einführung in dieObjektorientierung2.1 ObjektorientierteModellierung

2. Analyse von Objekten undKlassen im Greenfoot-Szenario(a) Schritte der objektorientiertenAnalyse, Modellierung undImplementation(b) Analyse und Erprobung derObjekte im Greenfoot-Szenario

Kapitel 2 Einführung in dieObjektorientierung2.2 Ein Greenfoot-SzenaVon der Realität zu ObjektenVon den Objekten zuKlassen,KlassendokumentationObjekte inspizierenMethoden aufrufenObjektidentität undObjektzustand

3. Implementierung einfacherAktionen in Greenfoot(a) Quelltext einer Java-Klasse(b) Implementation eigenerMethoden, Dokumentation mitJavaDoc(c) Programme übersetzen(Aufgabe des Compilers) undtesten

Kapitel 2 Einführung in dieObjektorientierung2.3 Programmierung inGreenfootMethoden schreibenProgramme übersetzen undtesten

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Unterrichtsvorhaben EF-III

Thema: Algorithmische Grundstrukturen in Java

Leitfragen: Wie lassen sich Aktionen von Objekten flexibel realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das Ziel dieses Unterrichtsvorhabens besteht darin, das Verhalten von Objekten flexibel zu programmieren. Einerster Schwerpunkt liegt dabei auf der Erarbeitung von Kontrollstrukturen. An Beispielen aus dem Alltag (z.B.Kochen) werden Algorithmen unabhängig von einer Programmiersprache zunächst umgangssprachlich, darananschließend formal (in Pseudocode) beschrieben. Die Strukturen Wiederholung und bedingte Anweisung werdenan einfachen Beispielen eingeführt und anschließend anhand komplexerer Problemstellungen erprobt. Da die zuentwickelnden Algorithmen zunehmend umfangreicher werden, werden systematische Vorgehensweisen zurEntwicklung von Algorithmen thematisiert. Als weitere Darstellungsform für Algorithmen wird derProgrammablaufplan eingeführt.

Ein zweiter Schwerpunkt des Unterrichtsvorhabens liegt auf dem Einsatz von Variablen. Beginnend mit lokalenVariablen, die in Methoden und Zählschleifen zum Einsatz kommen, über Variablen in Form von Parametern undRückgabewerten von Methoden, bis hin zu Variablen, die die Attribute einer Klasse realisieren, lernen dieSchülerinnen und Schüler die unterschiedlichen Einsatzmöglichkeiten des Variablenkonzepts anzuwenden.


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1. Algorithmen(a) Wiederholungen (While-Schleife)(b) bedingte Anweisungen(c) Verknüpfung vonBedingungen durch die logischenFunktionen UND, ODER undNICHT(d) Systematisierung desVorgehens zur Entwicklung vonAlgorithmen zur Lösungkomplexerer Probleme

Die Schülerinnen und Schüler- analysieren und erläutern einfacheAlgorithmen und Programme (A),- entwerfen einfache Algorithmen und stellensie umgangssprachlich, formal (Pseudocode)und grafisch (Programmablaufplan) dar (M),- ordnen Attributen, Parametern undRückgaben von Methoden einfacheDatentypen zu (M),- modifizieren einfache Algorithmen undProgramme (I),- implementieren Algorithmen unterVerwendung von Variablen undWertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowieMethodenaufrufen (I),- implementieren Klassen in einerProgrammiersprache auch unter Nutzungdokumentierter Klassenbibliotheken (I),- implementieren einfache Algorithmen unterBeachtung der Syntax und Semantik einerProgrammiersprache (I),- testen Programme schrittweise anhand vonBeispielen (I), - interpretieren Fehlermeldungen undkorrigieren den Quellcode (I).

Kapitel 3 Algorithmen3.1 Wiederholungen3.2 Bedingte Anweisungen3.3 Logische Funktionen3.4 Algorithmen entwickeln

2. Variablen und Methoden(a) Implementierung eigenerMethoden mit lokalen Variablen,auch zur Realisierung einerZählschleife(b) Implementierung eigenerMethoden mitParameterübergabe und/oderRückgabewert(c) Implementierung vonKonstruktoren (d) Realisierung von Attributen

Kapitel 4 Variablen und Methoden4.1 lokale Variablen4.2 Methoden4.3 Attribute

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Unterrichtsvorhaben EF-IV

Thema: Das ist die digitale Welt! - Einführung in die Grundlagen, Anwendungsgebiete und Verarbeitungbinärer Codierung

Leitfragen: Wie werden binäre Informationen gespeichert und wie können sie davon ausgehend weiter verarbeitetwerden? Wie unterscheiden sich analoge Medien und Geräte von digitalen Medien und Geräten? Wie ist derGrundaufbau einer digitalen Rechenmaschine?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das Unterrichtsvorhaben hat die binäre Speicherung und Verarbeitung sowie deren Besonderheiten zum Inhalt.

Im ersten Schritt erarbeiten die Schülerinnen und Schüler anhand ihnen bekannter technischer Gegenstände dieGemeinsamkeiten, Unterschiede und Besonderheiten der jeweiligen analogen und digitalen Version. Nach dieser ersten grundlegenden Einordnung des digitalen Prinzips wenden dieSchülerinnen und Schüler das Binäre Zahlensystem mit arithmetischen und logischen Operationen an und codierenZeichen binär. Als praktische Anwendung lernen die Schüler den Huffman-Code kennen.

Zum Abschluss soll der grundlegende Aufbau eines Rechnersystems im Sinne der von-Neumann-Architekturerarbeitet werden.


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1. Analoge und digitaleAufbereitung und Verarbeitungvon Daten(a) Erarbeitung der Unterschiedevon analog und digital(b) Zusammenfassung undBewertung der technischenMöglichkeiten von analog unddigital

Die Schülerinnen und Schüler- bewerten anhand von Fallbeispielen dieAuswirkungen des Einsatzes vonInformatiksystemen (A)- stellen ganze Zahlen und Zeichen inBinärcodes dar (D), - interpretieren Binärcodes als Zahlen undZeichen (D)- beschreiben und erläutern den strukturellenAufbau und die Arbeitsweise singulärerRechner am Beispiel der „Von-Neumann-Architektur “ (A)- nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation (K)

Exkurs „Analog und Digital“

2. Der Umgang mit binärerCodierung von Informationen(a) Das binäre (und hexadezimale)Zahlensystem(b) BinäreInformationsspeicherung(c) Binäre Verschlüsselung(d) Implementation einesBinärumrechners

Exkurs „Binäre Welt“,Huffman-Code

3. Aufbau informatischerSysteme(a) Identifikation des EVA-Prinzipsals grundlegende Arbeitsweiseinformatischer Systemen(b) Nachvollziehen der von-Neumann-Architektur alsrelevantes Modell der Umsetzungdes EVA-Prinzips

Exkurs „Arbeitsweise einesComputers“

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Unterrichtsvorhaben EF-V

Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von grafischenSpielen, Simulationen oder lebensnahen Anforderungsbeispielen

Leitfragen: Wie werden realistische Systeme anforderungsspezifisch reduziert, als Entwurf modelliert undimplementiert? Wie kommunizieren Objekte und wie wird dieses dargestellt und realisiert?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das Unterrichtsvorhaben hat die Entwicklung von Objekt -und Klassenbeziehungen zum Schwerpunkt. Dazuwerden, ausgehend von der Realität, über Objektidentifizierung und Entwurf bis hin zur Implementation kleineSoftwareprodukte in Teilen oder ganzheitlich erstellt.

Zuerst identifizieren die Schülerinnen und Schüler Objekte und stellen diese dar. Aus diesen Objekten werdenKlassen und ihre Beziehungen in Entwurfsdiagrammen erstellt.

Nach diesem ersten Modellierungsschritt werden über Klassendokumentationen und der Darstellung vonObjektkommunikationen anhand von Sequenzdiagrammen Implementationsdiagramme entwickelt. Danach werdendie Implementationsdiagramme unter Berücksichtigung der Klassendokumentationen in Javaklassen programmiert.In einem letzten Schritt wird das Konzept der Vererbung sowie seiner Vorteile erarbeitet.

Schließlich sind die Schülerinnen und Schüler in der Lage, eigene kleine Softwareprojekte zu entwickeln. Ausgehendvon der Dekonstruktion und Erweiterung eines Spiels wird ein weiteres Projekt von Grund auf modelliert undimplementiert. Dabei können arbeitsteilige Vorgehensweisen zum Einsatz kommen. In diesem Zusammenhang wirdauch das Erstellen von graphischen Benutzeroberflächen eingeführt.


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1. Umsetzung vonAnforderungen inEntwurfsdiagramme(a) AusAnforderungsbeschreibungenwerden Objekte mit ihrenEigenschaften identifiziert(b) Gleichartige Objekte werdenin Klassen (Entwurf)zusammengefasst und umDatentypen und Methodenerweitert

Die Schülerinnen und Schüler- analysieren und erläutern eineobjektorientierte Modellierung (A),- stellen die Kommunikation zwischen Objektengrafisch dar (M), - ermitteln bei der Analyse einfacherProblemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften,ihre Operationen und ihre Beziehungen (M), - modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihrenMethoden und Assoziationsbeziehungen (M), - ordnen Attributen, Parametern undRückgaben von Methoden einfache Datentypen,Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu(M), - ordnen Klassen, Attributen und Methodenihren Sichtbarkeitsbereich zu (M), - modellieren Klassen unter Verwendung vonVererbung (M), - implementieren Klassen in einerProgrammiersprache auch unter Nutzungdokumentierter Klassenbibliotheken (I),- testen Programme schrittweise anhand vonBeispielen (I), - interpretieren Fehlermeldungen undkorrigieren den Quellcode (I),- analysieren und erläutern einfacheAlgorithmen und Programme (A)- modifizieren einfache Algorithmen undProgramme (I),- entwerfen einfache Algorithmen und stellen sieumgangssprachlich und grafisch dar (M).- stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungs-beziehungen in Diagrammen grafisch dar (D), - dokumentieren Klassen durch Beschreibungder Funktionalität der Methoden (D)

Kapitel 6 Klassenentwurf6.1. Von der Realität zumProgramm6.2. Objekte identifizieren6.3. Klassen undBeziehungen entwerfen

2. Implementationsdiagrammeals erster Schritt derProgrammierung(a) Erweiterung desEntwurfsdiagramms umKonstruktoren und get- und set-Methoden(b) Festelegung von Datentypenin Java, sowie von Rückgaben undParametern(c) Entwicklung vonKlassendokumentationen(d) Erstellung vonSequenzdiagrammen alsVorbereitung Vorbereitung für dieProgrammierung

Kapitel 6 Klassenentwurf6.4 Klassen und Beziehungenimplementieren6.5 Vererbung

3. Programmierung anhand derDokumentation und desImplementations- undSequenzdiagrammes(a) Klassen werden in Java-Quellcode umgesetzt(b) Das Geheimnisprinzip wirdumgesetzt (c) Einzelne Klassen und dasGesamtsystem werden anhandder Anforderungen undDokumentationen auf ihreKorrektheit überprüft.

Kapitel 6 Klassenentwurf6.4 Klassen und Beziehungenimplementieren6.5 Vererbung

4. Vererbungsbeziehungen(a) Das Grundprinzip derVererbung wird erarbeitet(b) Die Vorteile derVererbungsbeziehungen werdendiskutiert

Kapitel 6 Klassenentwurf6.5 Vererbung

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(c) Vererbung wird implementiert

5. Softwareprojekt (a) Analyse und Dekonstruktioneines Spiels (Modelle, Quelltexte)(b) Erweiterung des Spiels umweitere Funktionalitäten(c) Modellierung eines Spielsaufgrund einerAnforderungsbeschreibung,inklusive einer grafischenBenutzeroberfläche(d) (arbeitsteilige) Implementationdes Spiels

Kapitel 8 Softwareprojekte8.1 Softwareentwicklung8.2 Oberflächen

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Unterrichtsvorhaben EF-VI

Thema: Such- und Sortieralgorithmen

Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient gesucht und sortiert werden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Such- und Sortieralgorithmen. DieImplementierung ausgewählter Sortieralgorithmen nach vorliegendem Pseudocode vertieft die Fähigkeiten derSchülerinnen und Schüler im Bereich der Programmierung von Algorithmen in Java.

Zunächst lernen die Schülerinnen und Schüler das Feld als eine erste Datensammlung kennen. Optional könnennun zunächst die wesentlichen Eigenschaften von Algorithmen wie z.B. Korrektheit, Terminiertheit, Effizienz undVerständlichkeit sowie die Schritte einer Algorithmenentwicklung erarbeitet werden (Klärung der Anforderung,Visualisierung, Zerlegung in Teilprobleme).

Daran anschließend lernen die Schülerinnen und Schüler zunächst Strategien des Suchens (lineare Suche, binäreSuche) und dann des Sortierens (Selection Sort, Insertion Sort, Bubble Sort) kennen. Die Projekteinstiege dienendazu, die jeweiligen Strategien handlungsorientiert zu erkunden und intuitive Effizienzbetrachtungen derSuchalgorithmen vorzunehmen.

Schließlich wird die Effizienz unterschiedlicher Sortierverfahren beurteilt.


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Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Kapitel und Materialien1. Modellierung undImplementation vonDatenansammlungen(a) Modellierung von Attributenals Felder(b) Deklaration, Instanziierungund Zugriffe auf ein Feld

Die Schülerinnen und Schüler- analysieren Such- und Sortieralgorithmenund wenden sie auf Beispiele an (D)

- beurteilen die Effizienz von Algorithmen amBeispiel von Sortierverfahren hinsichtlich Zeitund Speicherplatzbedarf (A)- ordnen Attributen lineareDatenansammlungen zu (M)- implementieren ausgewählteSortieralgorithmen (I)

Kapitel 7 Sortieren undSuchen auf Feldern7.1 Das Feld – EineSammlung von Daten

2. Explorative Erarbeitung vonSuchverfahren(a) Erkundung von Strategien fürdas Suchen auf unsortiertenDaten, auf sortierten Daten undmithilfe einerBerechnungsfunktion.(b) Vergleich der drei Verfahrendurch intuitiveEffizienzbetrachtungen.

Kapitel 7 Sortieren undSuchen auf FeldernProjekteinstieg 1: Suchen7.2 Suchen mit SystemLineare SucheBinäre Suche

3. Systematisierung vonAlgorithmen undEffizienzbetrachtungen(a) Formulierung (falls selbstgefunden) oder Erläuterung vonmehreren Algorithmen imPseudocode (b) Anwendung vonSortieralgorithmen aufverschiedene Beispiele (c) Bewertung von Algorithmenanhand der Anzahl der nötigenVergleiche(d) Effizienzbetrachtungen aneinem konkreten Beispielbezüglich der Rechenzeit unddes Speicherplatzbedarfs (e) Analyse eines weiterenSortieralgorithmus (sofern nichtin (a) bereits geschehen)

Kapitel 7 Sortieren undSuchen auf FeldernProjekteinstieg 2: Sortieren7.3 Ordnung ist das halbeLeben!? – Sortieren

Selection SortInsertion SortBubble Sort

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Unterrichtsvorhaben EF-VII

Thema: Leben in der digitalen Welt – Immer mehr Möglichkeiten und immer mehr Gefahren!?

Leitfragen: Welche Entwicklungen, Ideen und Erfindungen haben zur heutigen Informatik geführt? WelcheAuswirkungen hat die Informatik für das Leben des modernen Menschen?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das Unterrichtsvorhaben stellt die verschiedenen Entwicklungsstränge der Informatik in den Fokus. Darüber hinauswird beispielhaft analysiert und bewertet, welche Möglichkeiten und Gefahren die moderneInformationsverarbeitung mit sich bringt.

Im ersten Schritt des Unterrichtsvorhabens wird anhand von Themenkomplexen entscheidende Entwicklungen derInformatik erarbeitet. Dabei werden auch übergeordnete Tendenzen identifiziert.

Ausgehend von dieser Betrachtung kann die aktuelle Informatik hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit analysiertwerden. Dabei soll herausgestellt werden, welche positiven und negativen Folgen Informatiksysteme mit sichbringen können. Dies kann mit der Auseinandersetzung eines fiktiven Szenarios aus dem Bereich des Filmseinhergehen.


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1. Schriftzeichen,Rechenmaschine, Computer(a) Anhand von Schwerpunkten,wie z.B. Datenspeicherung,Maschinen, Vernetzung sollenwichtige Entwicklungen derInformatik vorgestellt werden.(b) Anhand der unterschiedlichenSchwerpunkte sollen universelleTendenzen der Entwicklung derInformationsverarbeitungerarbeitet werden.

Die Schülerinnen und Schüler- bewerten anhand von Fallbeispielen dieAuswirkungen des Einsatzes vonInformatiksystemen (A), - erläutern wesentliche Grundlagen derGeschichte der digitalen Datenverarbeitung (A)- nutzen das Internet zur Recherche, zumDatenaustausch und zur Kommunikation (K)

Exkurs „Geschichte derInformatik“

2. Die Informationsverarbeitungund ihre Möglichkeiten undGefahren(a) Ausgehend von 1. werdenTendenzen der Entwicklung derInformatik erarbeitet(b) Informatik wird alsHilfswissenschaft klassifiziert, dieweit über ihren originären Bereichhinaus Effizienz- undLeistungssteigerungen erzeugt(c) Anhand von Fallbeispielenwerden technische undorganisatorische Vorteile, sowiederen datenschutzrechtlichenNachteile betrachtet.

Exkurs „Informatik undGesellschaft“

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II) Qualifikationsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allenUnterrichtsvorhaben der Qualifikationsphase vertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht in jedemUnterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:


• verwenden die Fachsprache bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K),• nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung von Dateien unter Berücksichtigung

der Rechteverwaltung (K), • organisieren und koordinieren kooperatives und eigenverantwortliches Arbeiten (K), • strukturieren den Arbeitsprozess, vereinbaren Schnittstellen und führen Ergebnisse zusammen (K),• beurteilen Arbeitsorganisation, Arbeitsabläufe und Ergebnisse (K), • präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse adressatengerecht (K).

Unterrichtsvorhaben Q1-I:

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung

Leitfragen: Wie modelliert und implementiert man zu einer Problemstellung in einem geeignetenAnwendungskontext Java-Klassen inklusive ihrer Attribute, Methoden und Beziehungen? Wie kann man dieModellierung und die Funktionsweise der Anwendung grafisch darstellen?

Vorhabenbezogenen Konkretisierung: Zu einer Problemstellung in einem Anwendungskontext soll eine Java-Anwendung entwickelt werden. DieProblemstellung soll so gewählt sein, dass für diese Anwendung die Verwendung einer abstrakten Oberklasse alsGeneralisierung verschiedener Unterklassen sinnvoll erscheint und eine Klasse durch eine Unterklasse spezialisiertwerden kann. Um die Aufgabe einzugrenzen, können (nach der ersten Problemanalyse) einige Teile(Modellierungen oder Teile von Java-Klassen) vorgegeben werden.

Die Schülerinnen und Schülern erläutern und modifizieren den ersten Entwurf und modellieren sowieimplementieren weitere Klassen und Methoden für eine entsprechende Anwendung. Klassen und ihre Beziehungenwerden in einem Implementationsdiagramm dargestellt. Dabei werden Sichtbarkeitsbereiche zugeordnet.Exemplarisch wird eine Klasse dokumentiert. Der Nachrichtenaustausch zwischen verschiedenen Objekten wirdverdeutlicht, indem die Kommunikation zwischen zwei ausgewählten Objekten grafisch dargestellt wird. In diesemZusammenhang wird das Nachrichtenkonzept der objektorientierten Programmierung wiederholt.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien

1. Wiederholung und Erweiterung der objektorientierten Modellierung und Programmierung durch Analyse und


• analysieren und erläutern objektorientierte Modellierungen (A),

• beurteilen die syntaktische Korrektheit und die

Beispiel: Wetthuepfen Für ein Wetthüpfen zwischeneinem Hasen, einem Hund undeinem Vogel werden die Tieregezeichnet. Alle Tiere springenwiederholt nach links. Die Höheund Weite jedes Hüpfers ist

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Erweiterung eines kontextbezogenen Beispiels(a) Analyse der

Problemstellung (b) Analyse der

Modellierung (Implementationsdiagramm)

(c) Erweiterung der Modellierung im Implementationsdiagramm (Vererbung, abstrakte Klasse)

(d) Kommunikation zwischen mindestens zwei Objekten (grafische Darstellung)

(e) Dokumentation von Klassen

(f) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung

Funktionalität von Programmen (A),

• modellieren Klassen mit ihrenAttributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten (M),

• ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre Sichtbarkeitsbereiche zu (M),

• modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),

• implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I),

• nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),

• wenden eine didaktisch orientierte Entwicklungsumgebung zur Demonstration, zum Entwurf,zur Implementierung und zum Test von Informatiksystemen an (I),

• interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),

• stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammengrafisch dar (D),

• dokumentieren Klassen (D),• stellen die Kommunikation

zwischen Objekten grafisch dar (D).

zufällig. Evtl. marschieren sieanschließend hintereinander her.

oder

Beispiel: TannenbaumEin Tannenbaum soll mitverschiedenen Arten vonSchmuckstücken versehen werden,die durch unterschiedlichegeometrische Objekte dargestelltwerden. Es gibt Kugeln, Päckchenin der Form von Würfeln undZuckerringe in Form von Toren.Ein Prototyp, der bereits mitKugeln geschmückt werden kann,kann zur Verfügung gestelltwerden. Da alle Schmuckstückeüber die Funktion des Auf- undAbschmückens verfügen sollen,liegt es nahe, dass entsprechendeMethoden in einer gemeinsamenOberklasse realisiert werden.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.1-Wiederholung(Download Q1-I.1)

Unterrichtsvorhaben Q1-II:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen

Leitfrage: Wie können beliebig viele linear angeordnete Daten im Anwendungskontext verwaltet werden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

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Nach Analyse einer Problemstellung in einem geeigneten Anwendungskontext, in dem Daten nach dem First-In-First-Out-Prinzip verwaltet werden, werden der Aufbau von Schlangen am Beispiel dargestellt und die Operationender Klasse Queue erläutert. Anschließend werden für die Anwendung notwendige Klassen modelliert undimplementiert. Eine Klasse für eine den Anforderungen der Anwendung entsprechende Oberfläche sowie die KlasseQueue wird dabei von der Lehrkraft vorgegeben. Anschließend wird die Anwendung modifiziert, um den Umgangmit der Datenstruktur zu üben. Anhand einer Anwendung, in der Daten nach dem Last-In-First-Out-Prinzipverwaltet werden, werden Unterschiede zwischen den Datenstrukturen Schlange und Stapel erarbeitet. Umeinfacher an Objekte zu gelangen, die zwischen anderen gespeichert sind, wird die Klasse List eingeführt und ineinem Anwendungskontext verwendet. In mindestens einem weiteren Anwendungskontext wird die Verwaltung vonDaten in Schlangen, Stapeln oder Listen vertieft. Modellierungen werden dabei in Entwurfs- undImplementationsdiagrammen dargestellt.




1. Die Datenstruktur Schlange im Anwendungskontext unterNutzung der Klasse Queue(a) Analyse der

Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen

(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Queue

(c) Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekteder Klasse Queue


• erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),

• analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),

• beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),

• ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),

• ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihreEigenschaften, ihre Operationenund ihre Beziehungen (M),

• modifizieren Algorithmen und Programme (I),

• implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),

• nutzen die Syntax und Semantikeiner Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),

• interpretieren Fehlermeldungen

Beispiel: Patientenwarteschlange(jeder kennt seinen Nachfolgerbzw. alternativ: seinenVorgänger)Sobald ein Patient in einerArztpraxis eintrifft, werden seinName und seine Krankenkasseerfasst. Die Verwaltung derPatientenwarteschlangegeschieht über eine Klasse, diehier als Wartezimmer bezeichnetwird. Wesentliche Operationensind das „Hinzufügen“ einesPatienten und das „Entfernen“eines Patienten, wenn er zurBehandlung gerufen wird.Die Simulationsanwendung stellteine GUI zur Verfügung, legt einWartezimmer an und steuert dieAbläufe. Wesentlicher Aspekt desProjektes ist die Modellierungdes Wartezimmers mit Hilfe derKlasse Queue.Anschließend wird derFunktionsumfang derAnwendung erweitert: Patientenkönnen sich zusätzlich in dieWarteschlange zumBlutdruckmessen einreihen.Objekte werden von zweiSchlangen verwaltet.

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und korrigieren den Quellcode (I),

• testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I),

• stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D).

Materialien:Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.2 –Warteschlange(Download Q1-II.1)

2. Die Datenstruktur Stapel im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse Stack(a) Analyse der

Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen

(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Stack

(c) Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekteder Klasse Stack

Beispiel: Heftstapel In einem Heftstapel soll das Hefteiner Schülerin gefundenwerden.

oder

Beispiel: Kisten stapelnIn einem Stapel nummerierterKisten soll eine bestimmte Kistegefunden und an einen Kundengeliefert werden. Dazu müssenKisten auf verschiedene Stapelgestapelt und wiederzurückgestellt werden.

3. Die Datenstruktur lineare Liste im Anwendungskontext unterNutzung der Klasse List(a) Erarbeitung der

Vorteile der Klasse List im Gegensatz zu den bereits bekannten linearen Strukturen

(b) Modellierung und Implementierung einer kontextbezogenen Anwendung unter Verwendung der Klasse

Beispiel: AbfahrtslaufBei einem Abfahrtslauf kommendie Skifahrer nacheinander anund werden nach ihrer Zeit ineine Rangliste eingeordnet. DieseRangliste wird in einer Anzeigeausgegeben. AnkommendeAbfahrer müssen an jeder Stelleder Struktur, nicht nur am Endeoder Anfang eingefügt werdenkönnen. Materialien:Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.2 - Listen(Download Q1-II.2)

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List.

4. Vertiefung - Anwendungen von Listen, Stapeln oder Schlangen in mindestens einem weiteren Kontext

Beispiel: Skispringen Ein Skispringen hat folgendenAblauf: Nach dem Sprung erhältder Springer eine Punktzahl undwird nach dieser Punktzahl ineine Rangliste eingeordnet. Diebesten 30 Springer qualifizierensich für den zweiten Durchgang.Sie starten in umgekehrterReihenfolge gegenüber derPlatzierung auf der Rangliste.Nach dem Sprung erhält derSpringer wiederum einePunktzahl und wird nach derGesamtpunktzahl aus beidenDurchgängen in die endgültigeRangliste eingeordnet.

Beispiel: Terme in Postfix-Notation Die sog. UPN (Umgekehrt-Polnische-Notation) bzw. Postfix-Notation eines Terms setzt denOperator hinter die Operanden.Um einen Term aus dergewohnten Infixschreibweise ineinen Term in UPN umzuwandelnoder um den Wert des Terms zuberechnen, kann ein Stackverwendet werden.

Beispiel: RangierbahnhofAuf einem Güterbahnhof gibt esdrei Gleise, die nur zu einer Seiteoffen sind. Wagons können alsovon einer Seite auf das Gleisfahren und nur rückwärts wiederhinausfahren. Die Wagons tragenNummern, wobei die Nummerjedoch erst eingesehen werdenkann, wenn der Wagon dervorderste an der offenenGleisseite ist. (Zwischen denWagons herumzuturnen, um dieanderen Wagonnummern zulesen, wäre zu gefährlich.)Zunächst stehen alle Wagons

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unsortiert auf einem Gleis. Ziel istes, alle Wagons in ein anderesGleis zu fahren, so dass dort dieNummern der Wagons vomGleisende aus aufsteigend inrichtiger Reihenfolge sind.Zusätzlich zu diesen beidenGleisen gibt es ein Abstellgleis,das zum Rangieren benutztwerden kann.

Beispiel: Autos an einer Ampel zurZufahrtsregelungEs soll eine Ampel zurZufahrtsregelung in Javasimuliert werden. An einemgeradlinigen, senkrecht vonunten nach oben verlaufendenStraßenstück, das von Autos nureinspurig in eine Richtungbefahren werden kann, ist einHaltepunkt markiert, an dem dieAmpel steht. Bei einem Klick aufeine Schaltfläche mit derAufschrift „Heranfahren“ soll einneues Auto an den Haltepunktheranfahren bzw. bis an dasletzte Auto, das vor demHaltepunkt wartet. Grünphasender Ampel werden durch einenKlick auf eine Schaltfläche mit derAufschrift „Weiterfahren“simuliert. In jeder Grünphasedarf jeweils nur ein Autoweiterfahren. Die anderen Autosrücken nach.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1-II.3 –Anwendungen für lineareDatenstrukturen(Download Q1-II.3)

Unterrichtsvorhaben Q1-III:

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Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen

Leitfrage: Wie kann man gespeicherte Informationen günstig (wieder-)finden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: In einem Anwendungskontext werden zunächst Informationen in einer linearen Liste bzw. einem Feld gesucht.Hierzu werden Verfahren entwickelt und implementiert bzw. analysiert und erläutert, wobei neben einem iterativenauch ein rekursives Verfahren thematisiert wird und mindestens ein Verfahren selbst entwickelt und implementiertwird. Die verschiedenen Verfahren werden hinsichtlich Speicherbedarf und Zahl der Vergleichsoperationenmiteinander verglichen.

Anschließend werden Sortierverfahren entwickelt und implementiert (ebenfalls für lineare Listen und Felder).Hierbei soll auch ein rekursives Sortierverfahren entwickelt werden. Die Implementationen von Quicksort sowiedem Sortieren durch Einfügen werden analysiert und erläutert. Falls diese Verfahren vorher schon entdeckt wurden,sollen sie hier wiedererkannt werden. Die rekursive Abarbeitung eines Methodenaufrufs von Quicksort wird grafischdargestellt.

Abschließend werden verschiedene Sortierverfahren hinsichtlich der Anzahl der benötigten Vergleichsoperationenund des Speicherbedarfs beurteilt. Zeitbedarf: 16 Stunden



1. Suchen von Daten in Listen und Arrays(a) Lineare Suche in Listen

und in Arrays(b) Binäre Suche in Arrays

als Beispiel für rekursives Problemlösen

(c) Untersuchung der beiden Suchverfahren hinsichtlich ihrer Effizienz (Laufzeitverhalten, Speicherbedarf)



• beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen(A),

• beurteilen die Effizienz von Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherbedarfs und der Zahl der Operationen (A),

• entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Strategien „Modularisierung“ und „Teilen und Herrschen“ (M),


• implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),

• implementieren und erläutern

Beispiel: Karteiverwaltung Für einAdressverwaltungsprogrammsoll eine Methode zum Sucheneiner Adresse geschriebenwerden.

oder

Beispiel: BundesjugendspieleDie Teilnehmer anBundesjugendspielen nehmenan drei Disziplinen teil underreichen dort Punktzahlen.Diese werden in einerWettkampfkarte eingetragenund an das Wettkampfbürogegeben. Zur Vereinfachungsollte sich das Modell auf diedrei Disziplinen „Lauf”, „Sprung“und „Wurf“ beschränken.Im Wettkampfbüro wird dasErgebnis erstellt. Das Programmsoll dafür zunächst den Besteneiner Disziplin heraussuchen

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iterative und rekursive Such- und Sortierverfahren (I),

• nutzen die Syntax und Semantikeiner Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),

• interpretieren Fehlermeldungenund korrigieren den Quellcode (I),

• testen Programme systematischanhand von Beispielen (I),

• stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D).

können und später das gesamteErgebnis nach gewissen Kriteriensortieren können.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.3 -Suchen und Sortieren(Download Q1-III.1)

2. Sortieren in Listen und Arrays - Entwicklung und Implementierung von iterativen und rekursiven Sortierverfahren(a) Entwicklung und

Implementierung eineseinfachen Sortierverfahrens für eine Liste

(b) Implementierung eineseinfachen Sortierverfahrens für ein Feld

(c) Entwicklung eines rekursiven Sortierverfahren für ein Feld (z.B. Sortieren durch Mischen)

Beispiel: Karteiverwaltung (s.o.)

oder

Beispiel: Bundesjugendspiele(s.o.)

Materialien:(s.o.)

3. Untersuchung der Effizienz der Sortierverfahren „Sortieren durch direktes Einfügen“ und „Quicksort“ auf linearen Listen (a) Grafische

Veranschaulichung derSortierverfahren

(b) Untersuchung der Anzahl der Vergleichsoperationen

Beispiel: Karteiverwaltung (s.o.)

oder Beispiel: Bundesjugendspiele(s.o.)

Materialien:(s.o.)

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und des Speicherbedarf bei beiden Sortierverfahren

(c) Beurteilung der Effizienz der beiden Sortierverfahren

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Unterrichtsvorhaben Q1-IV:

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten

Leitfragen: Wie können Fragestellungen mit Hilfe einer Datenbank beantwortet werden? Wie entwickelt man selbsteine Datenbank für einen Anwendungskontext?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Ausgehend von einer vorhandenen Datenbank entwickeln Schülerinnen und Schüler für sie relevanteFragestellungen, die mit dem vorhandenen Datenbestand beantwortet werden sollen. Zur Beantwortung dieserFragestellungen wird die vorgegebene Datenbank von den Schülerinnen und Schülern analysiert und dienotwendigen Grundbegriffe für Datenbanksysteme sowie die erforderlichen SQL-Abfragen werden erarbeitet.

In anderen Anwendungskontexten müssen Datenbanken erst noch entwickelt werden, um Daten zu speichern undInformationen für die Beantwortung von möglicherweise auftretenden Fragen zur Verfügung zu stellen. Dafürermitteln Schülerinnen und Schüler in den Anwendungssituationen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen undKardinalitäten und stellen diese in Entity-Relationship-Modellen dar. Entity-Relationship-Modelle werdeninterpretiert und erläutert, modifiziert und in Datenbankschemata überführt. Mit Hilfe von SQL-Anweisungenkönnen anschließend im Kontext relevante Informationen aus der Datenbank extrahiert werden.

Ein Entity-Relationship-Diagramm kann auch verwendet werden, um die Entitäten inklusive ihrer Attribute undRelationen in einem vorgegebenen Datenbankschema darzustellen.

An einem Beispiel wird verdeutlicht, dass in Datenbanken Redundanzen unerwünscht sind und Konsistenzgewährleistet sein sollte. Die 1. bis 3. Normalform wird als Gütekriterium für Datenbankentwürfe eingeführt.Datenbankschemata werden hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform untersucht und (soweit nötig) normalisiert.


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Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens


1. Nutzung von relationalen Datenbanken(a) Aufbau von

Datenbanken und Grundbegriffe• Entwicklung von

Fragestellungen zur vorhandenen Datenbank

• Analyse der Struktur der vorgegebenen Datenbank und Erarbeitung der Begriffe Tabelle, Attribut, Datensatz, Datentyp, Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Datenbankschema

(b) SQL-Abfragen• Analyse

vorgegebener SQL-Abfragen und Erarbeitung der Sprachelemente von SQL (SELECT (DISTINCT) …FROM, WHERE,

AND, OR, NOT) auf einer Tabelle

• Analyse und Erarbeitung von SQL-Abfragen auf einer und mehrerer Tabelle zur Beantwortung derFragestellungen (JOIN, UNION, AS,GROUP BY,ORDER BY, ASC, DESC, COUNT, MAX, MIN,

SUM, Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, (…), Vergleichsoperatoren:=, <>, >, <, >=,


• erläutern die Eigenschaften und den Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung (A),

• analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbankabfrage (A),

• analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung (A),

• erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata (A),

• bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),

• ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationenund Kardinalitäten (M),

• modifizieren eine Datenbankmodellierung (M),

• modellieren zu einem Entity-Relationship-Diagramm ein relationales Datenbankschema (M),

• bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),

• überführen Datenbankschematain vorgegebene Normalformen (M),

• verwenden die Syntax und Semantik einer Datenbankabfragesprache, um Informationen aus einen Datenbanksystem zu extrahieren(I),

• ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen (D),

• stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar (D),

• überprüfen Datenbankschemata

Beispiel: VideoCenterVideoCenter ist die Simulationeiner Online-Videothek für denInformatik-Unterricht mitWebfrontends zur Verwaltungder Kunden, der Videos und derAusleihe. Außerdem ist esmöglich direkt SQL-Abfrageneinzugeben. Es ist auch möglich,die Datenbank herunter zuladen und lokal zu installieren.Unterhttp://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html(abgerufen: 30. 03. 2014) findetman den Link zu demVideoCenter-System sowienähere Informationen.Lesenswert ist auch die dortverlinkte „Dokumentation derFallstudie” mit didaktischemMaterial, welches alternativ bzw.ergänzend zu der im Folgendenbeschriebenen Durchführungverwendet werden kann.

Beispiel: Schulbuchausleihe Unterw ww.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php (abgerufen: 30.03. 2014) wird eine Datenbankzur Verfügung gestellt, dieDaten einer Schulbuch-Ausleiheenthält (über 1000 Entleiher, 200Bücher mit mehreren tausendExemplaren und vieleAusleihvorgänge). DieDatenbank kann in OpenOfficeeingebunden werden.

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http://www.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php




http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html



<=, LIKE, BETWEEN, IN, IS

NULL) (c) Vertiefung an einem

weiteren Datenbankbeispiel

auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften (D).

2. Modellierung von relationalen Datenbanken(a) Entity-Relationship-

Diagramm• Ermittlung von

Entitäten, zugehörigen Attributen, Relationenund Kardinalitäten in Anwendungssituationen und Modellierung eines Datenbankentwurfs inForm eines Entity-Relationship-Diagramms

• Erläuterung und Modifizierung einer Datenbankmodellierung

(b) Entwicklung einer Datenbank aus einem Datenbankentwurf• Modellierung eines

relationalen Datenbankschematas zu einem Entity-Relationship-Diagramm inklusive der Bestimmung von Primär- und Sekundärschlüsseln

(c) Redundanz, Konsistenzund Normalformen• Untersuchung einer

Datenbank hinsichtlich Konsistenzund Redundanz in einer Anwendungssituation

Beispiel: Fahrradverleih Der Fahrradverleih BTR (BikesToRent) verleiht unterschiedliche Typen von Fahrrädern diverser Firmen anseine Kunden. Die Kunden sind bei BTR registriert (Name, Adresse, Telefon). BTR kennt von den Fahrradfirmen den Namen unddie Telefonnummer. Kunden von BTR können CityBikes, Treckingräder und Mountainbikes ausleihen.

Beispiel: ReedereiDie Datenverwaltung einerReederei soll in einemDatenbanksystem umgesetztwerden. Ausgehend von derModellierung soll mit Hilfe einesER-Modells und einesDatenbankschemas dieser ersteEntwurf normalisiert und ineinem Datenbanksystemumgesetzt werden. Es schließensich diverse SQL-Abfragen an,wobei auf die Relationenalgebraeingegangen wird.

Beispiel: Buchungssystem

In dem Online-Buchungssystemeiner Schule können die LehrerMedienräume, Beamer, Laptops,Kameras, usw. für einenbestimmten Zeitpunkt buchen,der durch Datum und dieSchulstunde festgelegt ist.

Dazu ist die Datenbank zumodellieren, ggf. zunormalisieren und im

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• Überprüfung von Datenbankschemata hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform und Normalisierung (um Redundanzen zu vermeiden und Konsistenz zu gewährleisten)

Datenbanksystem umzusetzen.Weiter sollen sinnvolle Abfragenentwickelt werden.

Unterhttp://mrbs.sourceforge.net (abgerufen: 30.03. 2014)findet man ein freies Online-Buchungssystem inklusiveDemo, an Hand derer manerläutern kann, worum es indem Projekt geht.

Beispiel: SchulverwaltungIn einer Software werden dieSchulhalbjahre, Jahrgangsstufen,Kurse, Klassen, Schüler, Lehrerund Noten einer Schuleverwaltet. Man kann dannablesen, dass z.B. Schüler X vonLehrer Y im 2. Halbjahr desSchuljahrs 2011/2012 in derJahrgangsstufe 9 imDifferenzierungsbereich im FachInformatik die Note „sehr gut“erhalten hat. Dazu ist dieDatenbank zu modellieren, ggf.zu normalisieren und imDatenbanksystem umzusetzen.Weiter sollen sinnvolle Abfragenentwickelt werden und dasThema Datenschutz besprochenwerden.

Unterrichtsvorhaben Q1-V:

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen

Leitfragen: Wie werden Daten in Netzwerken übermittelt? Was sollte man in Bezug auf die Sicherheit beachten?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anschließend an das vorhergehende Unterrichtsvorhaben zum Thema Datenbanken werden der Datenbankzugriffaus dem Netz, Topologien von Netzwerken, eine Client-Server-Struktur, das TCP/IP-Schichtenmodell sowieSicherheitsaspekte beim Zugriff auf Datenbanken und verschiedene symmetrische und asymmetrische

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http://mrbs.sourceforge.net/

http://mrbs.sourceforge.net/

kryptografische Verfahren analysiert und erläutert. Fallbeispiele zur Datenschutzproblematik und zum Urheberrechtrunden das Unterrichtsvorhaben ab. Zeitbedarf: 10 Stunden



1. Daten in Netzwerken und Sicherheitsaspekte in Netzen sowie beim Zugriffauf Datenbanken (a) Beschreibung eines

Datenbankzugriffs im Netz anhand eines Anwendungskontextesund einer Client-Server-Struktur zur Klärung der Funktionsweise eines Datenbankzugriffs

(b) Netztopologien als Grundlage von Client-Server-Strukturen und TCP/IP-Schichtenmodell als Beispiel für eine Paketübermittlung in einem Netz

(c) Vertraulichkeit, Integrität, Authentizitätin Netzwerken sowie symmetrische und asymmetrische kryptografische Verfahren (Cäsar-, Vigenère-, RSA-Verfahren) als Methoden Daten im Netz verschlüsselt zu übertragen


• beschreiben und erläutern Topologien, die Client-Server-Struktur und Protokolle sowie ein Schichtenmodell in Netzwerken (A),

• analysieren und erläutern Eigenschaften und Einsatzbereiche symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren (A),

• untersuchen und bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen, die Sicherheit von Informatik-systemen sowie die Einhaltung der Datenschutzbestimmungenund des Urheberrechts (A),

• untersuchen und bewerten Problemlagen, die sich aus demEinsatz von Informatiksystemen ergeben, hinsichtlich rechtlicherVorgaben, ethischer Aspekte und gesellschaftlicher Werte unter Berücksichtigung unterschiedlicher Interessenlagen (A),

• nutzen bereitgestellte Informatiksysteme und das Internet reflektiert zum Erschließen, zur Aufbereitung und Präsentation fachlicher Inhalte (D).

Materialien: Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben,Verschlüsselung Q1.5 - Zugriffauf Daten in Netzwerken(Download Q1-V.1)

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2. Fallbeispiele zur Datenschutzproblematik und zum Urheberrecht

Materialien: Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1 5 -Datenschutz beim Videocenter,Materialblatt-Datenschutzgesetz(Download Q1-V.2)

Unterrichtsvorhaben Q2-I:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen

Leitfragen: Wie können Daten im Anwendungskontext mit Hilfe binärer Baumstrukturen verwaltet werden? Wie kanndabei der rekursive Aufbau der Baumstruktur genutzt werden? Welche Vor- und Nachteile haben Suchbäume für diegeordnete Verwaltung von Daten?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand von Beispielen für Baumstrukturen werden grundlegende Begriffe eingeführt und der rekursive Aufbaubinärer Bäume dargestellt.Anschließend werden für eine Problemstellung in einem der Anwendungskontexte Klassen modelliert undimplementiert. Dabei werden die Operationen der Datenstruktur Binärbaum thematisiert und die entsprechendeKlasse BinaryTree (der Materialien für das Zentralabitur in NRW) der Vorgaben für das Zentralabitur NRWverwendet. Klassen und ihre Beziehungen werden in Entwurfs- und Implementationsdiagrammen dargestellt. DieFunktionsweise von Methoden wird anhand grafischer Darstellungen von Binärbäumen erläutert.

Unter anderem sollen die verschiedenen Baumtraversierungen (Pre-, Post- und Inorder) implementiert werden.Unterschiede bezüglich der Möglichkeit, den Baum anhand der Ausgabe der Bauminhalte via Pre-, In- oderPostorder-Traversierung zu rekonstruieren, werden dabei ebenfalls angesprochen, indem die fehlendeUmkehrbarbeit der Zuordnung Binärbaum Inorder-Ausgabe an einem Beispiel verdeutlicht wird.

Eine Tiefensuche wird verwendet, um einen in der Baumstruktur gespeicherten Inhalt zu suchen.

Zu einer Problemstellung in einem entsprechenden Anwendungskontext werden die Operationen derDatenstruktur Suchbaum thematisiert und unter der Verwendung der Klasse BinarySearchTree (der Materialien fürdas Zentralabitur in NRW) weitere Klassen oder Methoden in diesem Anwendungskontext modelliert undimplementiert. Auch in diesem Kontext werden grafische Darstellungen der Bäume verwendet.

Die Verwendung von binären Bäumen und Suchbäumen wird anhand weiterer Problemstellungen oder anderenKontexten weiter geübt.




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1. Analyse von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten

(a) Grundlegende Begriffe (Grad, Tiefe, Höhe, Blatt, Inhalt, Teilbaum, Ebene, Vollständigkeit)

(b) Aufbau und Darstellung von binären Bäumen anhand von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten


• erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),


• beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität vonProgrammen (A),

• ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

• ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineareund nichtlineare Datensammlungen zu (M),

• modellieren abstrakte undnicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),

• verwenden bei der Modellierung geeigneter Problemstellungen die Möglichkeiten der Polymorphie (M),

• entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Konstruktionsstrategien „Modularisierung“ und „Teilen und Herrschen“ (M),

• implementieren iterative und rekursive

Beispiel: Termbaum

Der Aufbau von Termen wirdmit Hilfe von binärenBaumstrukturen verdeutlicht.

oder

Beispiel: Ahnenbaum

Die binäre Baumstruktur ergibtsich daraus, dass jede Persongenau einen Vater und eineMutter hat.

Weitere Beispiele fürAnwendungskontexte für binäreBäume:

Beispiel: Suchbäume (zursortierten Speicherung von Daten)

Alle Inhalte, die nach einerOrdnung vor dem Inhalt imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen linkem Teilbaum, alledie nach dem Inhalt imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen rechtem Teilbaum.(Dies gilt für alle Teilbäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume

Um eine Entscheidung zutreffen, werden mehrere Fragenmit ja oder nein beantwortet.Die Fragen, die möglich sind,wenn die Antwort auf eineFrage mit „ja“ beantwortetwird, befinden sich im linken

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Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),


• nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),

• interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),

• testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I),

• stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläuternihren Aufbau (D),

• stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D).

Teilbaum, die Fragen, diemöglich sind, wenn die Antwort„nein“ lautet, stehen im rechtenTeilbaum.

oder

Beispiel: Codierungsbäume fürCodierungen, deren Alphabet ausgenau zwei Zeichen besteht

Morse hat Buchstaben als Folgevon Punkten und Strichencodiert. Diese Codierungenkönnen in einem Binärbaumdargestellt werden, so dass einÜbergang zum linken Teilbaumeinem Punkt und ein Übergangzum rechten Teilbaum einemStrich entspricht. Wenn man imGesamtbaum startet und durchÜbergänge zu linken oderrechten Teilbäumen einen Pfadzum gewünschten Buchstabensucht, erhält man dieMorsecodierung desBuchstabens.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 –Binärbaum

(Download Q2-I.1)

2. Die Datenstruktur Binärbaum im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse BinaryTree

Beispiel: Informatikerbaum alsbinärer Baum

In einem binären Baum werdendie Namen und dieGeburtsdaten vonInformatikern lexikographisch

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(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen im Anwendungskontext

(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung einesImplementationsdiagramms

(c) Erarbeitung der KlasseBinaryTree und beispielhafte Anwendung der Operationen

(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung

(e) Traversierung eines Binärbaums im Pre-, In- und Postorderdurchlauf

geordnet abgespeichert. AlleNamen, die nach dieserOrdnung vor dem Namen imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen linkem Teilbaum, alledie nach dem Namen imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen rechtem Teilbaum.(Dies gilt für alle Teilbäume.)

Folgende Funktionalitätenwerden benötigt:

• Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum

• Suchen nach einem Informatiker über den Schlüssel Name

• Ausgabe des kompletten Datenbestands in nach Namen sortierter Reihenfolge

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator Unterrichtsvorhaben Q2.1 – Binärbaum

(Download Q2-I.2)

3. Die Datenstruktur binärer Suchbaum im Anwendungskontext unter Verwendung der Klasse BinarySearchTree

(a) Analyse der Problemstellung,

Beispiel: Informatikerbaum alsSuchbaum

In einem binären Suchbaumwerden die Namen und dieGeburtsdaten vonInformatikern lexikographischgeordnet abgespeichert. AlleNamen, die nach dieserOrdnung vor dem Namen imaktuellen Teilbaum stehen, sind

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Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen

(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung einesImplementationsdiagramm,

grafische Darstellung eines binären Suchbaums und Erarbeitung der Struktureigenschaften

(c) Erarbeitung der KlasseBinarySearchTree und Einführung des Interface Item zur Realisierung einer geeigneten Ordnungsrelation

(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendunginklusive einer sortierten Ausgabe des Baums

in dessen linkem Teilbaum, alledie nach dem Namen imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen rechtem Teilbaum.(Dies gilt für alle Teilbäume.)

Folgende Funktionalitätenwerden benötigt:

• Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum

• Suchen nach einem Informatiker über den Schlüssel Name

• Ausgabe des kompletten Datenbestands in nach Namen sortierter Reihenfolge

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 –Binärer Suchbaum (DownloadQ2-I.3)

4. Übung und Vertiefungen der Verwendung von Binärbäumen oder binären Suchbäumen anhand weiterer Problemstellungen

Beispiel: Codierungsbäume (s.o.) oder Huffman-Codierung

oder

Beispiel: Buchindex

Es soll eine Anwendung

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entwickelt werden, die anhandvon Stichworten undzugehörigen Seitenzahlen einStichwortregister erstellt.

Da die Stichwörter bei derAnalyse des Buches häufiggesucht werden müssen,werden sie in der KlasseBuchindex als Suchbaum(Objekt der KlasseBinarySearchTree)verwaltet.

Alle Inhalte, die nach einerOrdnung vor dem Inhalt imaktuellen Teilbaum stehen, sindin dessen linkem Teilbaum, alledie nach dem Inhalt im aktuellenTeilbaum stehen, sind in dessenrechtem Teilbaum. (Dies gilt füralle Teilbäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume (s.o.)

oder

Beispiel: Termbaum (s.o.)

oder

Beispiel: Ahnenbaum (s.o.)

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Materialien:

Ergänzungsmaterialien zumLehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 –Anwendung Binärbaum

(Download Q2-I.4)

Unterrichtsvorhaben Q2-II:

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen

Leitfragen: Wie kann man (endliche) Automaten genau beschreiben? Wie können endliche Automaten (in alltäglichenKontexten oder zu informatischen Problemstellungen) modelliert werden? Wie können Sprachen durch Grammatikenbeschrieben werden? Welche Zusammenhänge gibt es zwischen formalen Sprachen, endlichen Automaten undregulären Grammatiken?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand kontextbezogener Beispiele werden endliche Automaten entwickelt, untersucht und modifiziert. Dabeiwerden verschiedene Darstellungsformen für endliche Automaten ineinander überführt und die akzeptiertenSprachen endlicher Automaten ermittelt. An einem Beispiel wird ein nichtdeterministischer Akzeptor eingeführt alsAlternative gegenüber einem entsprechenden deterministischen Akzeptor.

Anhand kontextbezogener Beispiele werden Grammatiken regulärer Sprachen entwickelt, untersucht undmodifiziert. Der Zusammenhang zwischen regulären Grammatiken und endlichen Automaten wird verdeutlichtdurch die Entwicklung von allgemeinen Verfahren zur Erstellung einer regulären Grammatik für die Sprache einesgegebenen endlichen Automaten bzw. zur Entwicklung eines endlichen Automaten, der genau die Sprache einergegebenen regulären Grammatik akzeptiert.

Auch andere Grammatiken werden untersucht, entwickelt oder modifiziert. An einem Beispiel werden die Grenzenendlicher Automaten ausgelotet.


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Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materialien

1. Endliche Automaten

(a) Vom Automaten in den Schülerinnen und Schülern bekannten Kontexten zur formalen Beschreibung eines endlichenAutomaten

(b) Untersuchung, Darstellung und Entwicklung endlicher Automaten


• analysieren und erläutern die Eigenschaften endlicher Automaten einschließlich ihres Verhaltens auf bestimmte Eingaben (A),

• analysieren und erläutern Grammatiken regulärer Sprachen (A),

• zeigen die Grenzen endlicher Automaten und regulärer Grammatiken im Anwendungszusammenhang auf (A),

• ermitteln die formale Sprache, die durch eine Grammatik erzeugt wird (A),

• entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten (M),

• entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten (M),

• entwickeln zur akzeptierten Sprache eines Automaten die zugehörige Grammatik (M),

• entwickeln zur Grammatik einer regulären Sprache einen zugehörigen endlichen Automaten (M),

• modifizieren Grammatiken regulärer Sprachen (M),

• entwickeln zu einer regulären Sprache eine Grammatik, die die Sprache erzeugt (M),

• stellen endliche Automaten in Tabellen oder Graphen dar und überführen sie in die jeweils andere Darstellungsform (D),

• ermitteln die Sprache, die ein endlicher Automat akzeptiert (D).

• beschreiben an Beispielen den Zusammenhang zwischen Automaten und Grammatiken (D).

Beispiele:

Cola-Automat, Geldspielautomat,

Roboter, Zustandsänderung eines Objekts „Auto“,Akzeptor für bestimmte Zahlen, Akzeptor fürTeilwörter in längeren Zeichenketten, Akzeptor fürTerme

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.2 – Endliche Automaten,Formale Sprachen

2. Untersuchung und Entwicklung von Grammatiken regulärer Sprachen

(a) Erarbeitung der formalen Darstellung regulärer Grammatiken

(b) Untersuchung, Modifikation und Entwicklung von Grammatiken

(c) Entwicklung von endlichen Automaten zum Erkennen regulärer Sprachen die durch Grammatiken gegeben werden

(d) Entwicklung regulärer Grammatiken zuendlichen Automaten

Beispiele:

reguläre Grammatik für Wörter mit ungeraderParität, Grammatik für Wörter, die bestimmteZahlen repräsentieren, Satzgliederungsgrammatik

Materialien: (s.o.)

3. Grenzen endlicher Automaten Beispiele:

Klammerausdrücke, a

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Unterrichtsvorhaben Q2-III:

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit

Leitfragen: Was sind die strukturellen Hauptbestandteile eines Computers und wie kann man sich die Ausführungeines maschinenahen Programms mit diesen Komponenten vorstellen? Welche Möglichkeiten bietenInformatiksysteme und wo liegen ihre Grenzen?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand einer von-Neumann-Architektur und einem maschinennahen Programm wird die prinzipielle Arbeitsweisevon Computern verdeutlicht.

Ausgehend von den prinzipiellen Grenzen endlicher Automaten liegt die Frage nach den Grenzen von Computernbzw. nach Grenzen der Automatisierbarkeit nahe. Mit Hilfe einer entsprechenden Java-Methode wird plausibel, dasses unmöglich ist, ein Informatiksystem zu entwickeln, dass für jedes beliebige Computerprogramm und jedebeliebige Eingabe entscheidet ob das Programm mit der Eingabe terminiert oder nicht (Halteproblem).Anschließend werden Vor- und Nachteile der Grenzen der Automatisierbarkeit angesprochen und der Einsatz vonInformatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen beurteilt.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materialien

1. Von-Neumann-Architektur und die Ausführung maschinennaher Programme

a) prinzipieller Aufbau einer von Neumann-Architektur mit CPU, Rechenwerk, Steuerwerk, Register und Hauptspeicher

b) einige maschinennahe Befehlen und ihre Repräsentation in einem Binär-Code, der in einem Register gespeichert werden kann

c) Analyse und Erläuterung der Funktionsweise eines einfachen maschinennahen Programms


• erläutern die Ausführung eines einfachen maschinennahen Programms sowie die Datenspeicherung auf einer „Von-Neumann-Architektur“ (A),

• untersuchen und beurteilen Grenzen des Problemlösens mit Informatiksystemen (A).

Beispiel:

Addition von 4 zu einer eingegeben Zahl mit einemRechnermodell

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator Unterrichtsvorhaben Q2.3 –Von-Neumann-Architektur und maschinennahe Programmierung

(Download Q2-III.1

2. Grenzen der Automatisierbarkeit Beispiel: Halteproblem

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a) Vorstellung des Halteproblems

b) Unlösbarkeit des Halteproblems

c) Beurteilung des Einsatzes von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.3 - Halteproblem

(Download Q2-III.2

Unterrichtsvorhaben Q2-IV:

Wiederholung und Vertiefung ausgewählter Kompetenzen und Inhalte des ersten Jahrs der Qualifikationsphase

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2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulprogramms hat die FachkonferenzInformatik des Konrad-Zuse-Gymnasiums die folgenden fachmethodischen und fachdidaktischen Grundsätzebeschlossen. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, dieauch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 21 sind fachspezifisch angelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmen die Struktur derLernprozesse.

2) Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungsvermögen derSchüler/innen.

3) Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt.4) Medien und Arbeitsmittel sind schülernah gewählt.5) Die Schüler/innen erreichen einen Lernzuwachs.6) Der Unterricht fördert eine aktive Teilnahme der Schüler/innen.7) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Schülern/innen und bietet ihnen

Möglichkeiten zu eigenen Lösungen.8) Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen Schüler/innen.9) Die Schüler/innen erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei unterstützt.10) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Partner- bzw. Gruppenarbeit.11) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum.12) Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten.13) Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt.14) Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht.

Fachliche Grundsätze:

15) Der Unterricht unterliegt der Wissenschaftsorientierung und ist dementsprechend eng verzahnt mitseiner Bezugswissenschaft.

16) Der Unterricht ist problemorientiert und soll von realen Problemen ausgehen und sich auf solcherückbeziehen.

17) Der Unterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und soll ermöglichen, informatische Strukturenund Gesetzmäßigkeiten in den ausgewählten Problemen und Projekten zu erkennen.

18) Der Unterricht ist anschaulich sowie gegenwarts- und zukunftsorientiert und gewinnt dadurch fürdie Schülerinnen und Schüler an Bedeutsamkeit.

19) Der Unterricht ist handlungsorientiert, d.h. projekt- und produktorientiert angelegt.20) Im Unterricht werden sowohl für die Schule didaktisch reduzierte als auch reale Informatiksysteme

aus der Wissenschafts-, Berufs- und Lebenswelt eingesetzt. 21) Der Unterricht beinhaltet reale Begegnung mit Informatiksystemen.

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2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung

Hinweis: Sowohl die Schaffung von Transparenz bei Bewertungen als auch die Vergleichbarkeit von Leistungensind das Ziel, innerhalb der gegebenen Freiräume Vereinbarungen zu Bewertungskriterien und deren Gewichtungzu treffen.

Auf der Grundlage von §13 - §16 der APO-GOSt sowie Kapitel 3 des Kernlehrplans Informatik für die gymnasialeOberstufe hat die Fachkonferenz des Konrad-Zuse-Gymnasiums im Einklang mit dem entsprechendenschulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zur Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldungbeschlossen. Die nachfolgenden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an das lerngruppenübergreifendegemeinsame Handeln der Fachgruppenmitglieder dar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzendweitere der in den Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfung zum Einsatz.

2.3.1 Beurteilungsbereich Klausuren

Verbindliche Absprachen:Bei der Formulierung von Aufgaben werden die für die Abiturprüfungen geltenden Operatoren des FachesInformatik schrittweise eingeführt, erläutert und dann im Rahmen der Aufgabenstellungen für die Klausurenbenutzt.

Instrumente:• Einführungsphase: 1 Klausur je Halbjahr

Dauer der Klausur: 2 Unterrichtsstunden• Grundkurse Q 1: 2 Klausuren je Halbjahr

Dauer der Klausuren: 2 Unterrichtsstunden• Grundkurse Q 2.1: 2 Klausuren

Dauer der Klausuren: 3 Unterrichtsstunden• Grundkurse Q 2.2: 1 Klausur unter Abiturbedingungen• Anstelle einer Klausur kann gemäß dem Beschluss der Lehrerkonferenz in Q 1.2 eine Facharbeit

geschrieben werden.

Die Aufgabentypen, sowie die Anforderungsbereiche I-III sind entsprechend den Vorgaben in Kapitel 3 desKernlehrplans zu beachten.

Kriterien

Die Bewertung der schriftlichen Leistungen in Klausuren erfolgt über ein Raster mit Hilfspunkten, die imErwartungshorizont den einzelnen Kriterien zugeordnet sind.

Spätestens ab der Qualifikationsphase orientiert sich die Zuordnung der Hilfspunktsumme zu den Notenstufen andem Zuordnungsschema des Zentralabiturs. Von diesem kann aber im Einzelfall begründet abgewichen werden, wenn sich z.B. besonders originelleTeillösungen nicht durch Hilfspunkte gemäß den Kriterien des Erwartungshorizontes abbilden lassen oder eineAbwertung wegen besonders schwacher Darstellung (APO-GOSt §13 (2)) angemessen erscheint.

Die Note ausreichend (5 Punkte) soll bei Erreichen von 45 % der Hilfspunkte erteilt werden.

2.3.2 Beurteilungsbereich Sonstige Mitarbeit

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Den Schülerinnen und Schülern werden die Kriterien zum Beurteilungsbereich „sonstige Mitarbeit“ zu Beginn desSchuljahres genannt.

Verbindliche Absprachen der Fachkonferenz

• Alle Schülerinnen und Schüler führen in der Einführungsphase in Kleingruppen ein Kurzprojekt durch undfertigen dazu eine Arbeitsmappe mit Arbeitstagebuch an. Dies wird in die Note für die Sonstige Mitarbeiteinbezogen.

• In der Qualifikationsphase erstellen, dokumentieren und präsentieren die Schülerinnen und Schüler inKleingruppen ein anwendungsbezogenes Softwareprodukt. Dies wird in die Note für die Sonstige Mitarbeiteinbezogen.

Leistungsaspekte

Mündliche Leistungen• Beteiligung am Unterrichtsgespräch• Zusammenfassungen zur Vor- und Nachbereitung des Unterrichts• Präsentation von Arbeitsergebnissen • Referate• Mitarbeit in Partner-/Gruppenarbeitsphasen

Praktische Leistungen am Computer• Implementierung, Test und Anwendung von Informatiksystemen

Sonstige schriftliche Leistungen• Arbeitsmappe und Arbeitstagebuch zu einem durchgeführten Unterrichtsvorhaben• Lernerfolgsüberprüfung durch kurze schriftliche Übungen

In Kursen, in denen höchstens 50% der Kursmitglieder eine Klausur schreiben, finden schriftliche Übungenmindestens einmal pro Kurshalbjahr statt, in anderen Kursen entscheidet über die Durchführung die Lehrkraft.Schriftliche Übung dauern ca. 20 Minuten und umfassen den Stoff der letzten ca. 4–6 Stunden.

• Bearbeitung von schriftlichen Aufgaben im Unterricht

Kriterien

Die folgenden allgemeinen Kriterien gelten sowohl für die mündlichen als auch für die schriftlichen Formen dersonstigen Mitarbeit.

Die Bewertungskriterien stützen sich auf• die Qualität der Beiträge,• die Quantität der Beiträge und• die Kontinuität der Beiträge.

Besonderes Augenmerk ist dabei auf• die sachliche Richtigkeit,• die angemessene Verwendung der Fachsprache,• die Darstellungskompetenz,• die Komplexität und den Grad der Abstraktion,• die Selbstständigkeit im Arbeitsprozess,• die Präzision und• die Differenziertheit der Reflexion zu legen.

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Bei Gruppenarbeiten auch auf • das Einbringen in die Arbeit der Gruppe,• die Durchführung fachlicher Arbeitsanteile und• die Qualität des entwickelten Produktes.

Bei Projektarbeit darüber hinaus auf• die Dokumentation des Arbeitsprozesses,• den Grad der Selbstständigkeit,• die Reflexion des eigenen Handelns und• die Aufnahme von Beratung durch die Lehrkraft.

Grundsätze der Leistungsrückmeldung und Beratung

Die Grundsätze der Leistungsbewertung werden zu Beginn eines jeden Halbjahres den Schülerinnen und Schülerntransparent gemacht. Leistungsrückmeldungen können erfolgen

• nach einer mündlichen Überprüfung,• bei Rückgabe von schriftlichen Leistungsüberprüfungen,• nach Abschluss eines Projektes,• nach einem Vortrag oder einer Präsentation,• bei auffälligen Leistungsveränderungen,• auf Anfrage,• als Quartalsfeedback und • zu Eltern- oder Schülersprechtagen.

Die Leistungsrückmeldung kann • durch ein Gespräch mit der Schülerin oder dem Schüler,• durch einen Feedbackbogen,• durch die schriftliche Begründung einer Note oder• durch eine individuelle Lern-/Förderempfehlung

erfolgen.

Leistungsrückmeldungen erfolgen auch in der Einführungsphase im Rahmen der kollektiven und individuellenBeratung zur Wahl des Faches Informatik als fortgesetztes Grund- oder Leistungskursfach in derQualifikationsphase.

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen

Fach- und aufgabenfeldbezogene sowie übergreifende Absprachen, z.B. zur Arbeitsteilung bei der Entwicklungcrosscurricularer Kompetenzen (ggf. Methodentage, Projektwoche, Facharbeitsvorbereitung, Schulprofil usw.)

Die Fachkonferenz Informatik hat sich im Rahmen des Schulprogramms für folgende zentrale Schwerpunkteentschieden:

Zusammenarbeit mit anderen FächernIm Informatikunterricht werden Kompetenzen anhand informatischer Inhalte in verschiedenenAnwendungskontexten erworben, in denen Schülerinnen und Schülern aus anderen Fächern Kenntnissemitbringen können. Diese können insbesondere bei der Auswahl und Bearbeitung von Softwareprojektenberücksichtigt werden und in einem hinsichtlich der informatischen Problemstellung angemessenem Maß in denUnterricht Eingang finden. Da im Inhaltsfeld Informatik, Mensch und Gesellschaft auch gesellschaftliche und

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ethische Fragen im Unterricht angesprochen werden, soll eine mögliche Zusammenarbeit mit den FächernSozialwissenschaften und Philosophie in einer gemeinsamen Fachkonferenz ausgelotet werden.

ProjekttageAlle zwei Jahre werden am Konrad-Zuse-Gymnasium Projekttage angeboten. Die Fachkonferenz Informatik bietetin diesem Zusammenhang mindestens ein Projekt für Schülerinnen und Schüler der gymnasialen Oberstufe an.

Vorbereitung auf die Erstellung der FacharbeitMöglichst schon zweiten Halbjahr der Einführungsphase, spätestens jedoch im ersten Halbjahr des ersten Jahresder Qualifikationsphase werden im Unterricht an geeigneten Stellen Hinweise zur Erstellung von Facharbeitengegeben. Das betrifft u. a. Themenvorschläge, Hinweise zu den Anforderungen und zur Bewertung. Es wirdvereinbart, dass nur Facharbeiten vergeben werden, die mit der eigenständigen Entwicklung einesSoftwareproduktes verbunden sind.

ExkursionenIn der Einführungsphase wird im Rahmen des Unterrichtsvorhabens „Geschichte der digitalen Datenverarbeitungund die Grundlagen des Datenschutzes“ eine Exkursion zum Heinz Nixdorf MuseumsForum durchgeführt. Dieaußerunterrichtliche Veranstaltung wird im Unterricht vor- und nachbereitet.

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4 Qualitätssicherung und Evaluation

Das schulinterne Curriculum stellt keine starre Größe dar, sondern ist als „lebendes Dokument“ zu betrachten.Dementsprechend sind die Inhalte stetig zu überprüfen, um ggf. Modifikationen vornehmen zu können. DieFachkonferenz (als professionelle Lerngemeinschaft) trägt durch diesen Prozess zur Qualitätsentwicklung und damitzur Qualitätssicherung des Faches bei.

Durch Diskussion der Aufgabenstellung von Klausuren in Fachdienstbesprechungen und eine regelmäßigeErörterung der Ergebnisse von Leistungsüberprüfungen wird ein hohes Maß an fachlicher Qualitätssicherungerreicht.

Das schulinterne Curriculum (siehe 2.1) ist zunächst bis 2017 für den ersten Durchgang durch die gymnasialeOberstufe nach Erlass des Kernlehrplanes verbindlich. Erstmalig nach Ende der Einführungsphase im Sommer 2015,werden in einer Sitzung der Fachkonferenz Erfahrungen ausgetauscht und ggf. Änderungen für den nächstenDurchgang der Einführungsphase beschlossen, um erkannten ungünstigen Entscheidungen schnellstmöglichentgegenwirken zu können.

Nach Abschluss des Abiturs 2017 wir die Fachkonferenz Informatik auf der Grundlage ihrer Unterrichtserfahrungeneine Gesamtsicht des schulinternen Curriculums vornehmen und ggf. eine Beschlussvorlage für die ersteFachkonferenz des folgenden Schuljahres erstellen.

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