Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Informatik (Stand: 06. Mai 2014) Inhalt

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).
  

Unterrichtsvorhaben EF-I

Thema: Einführung in die Nutzung von Informatiksystemen und in grundlegende Begrifflichkeiten

Leitfragen: Womit beschäftigt sich die Wissenschaft der Informatik? Wie kann die in der Schule vorhandene informatische Ausstattung genutzt werden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Das erste Unterrichtsvorhaben stellt eine allgemeine Einführung in das Fach Informatik dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für manche Schülerinnen und Schüler in der Einführungsphase der erste Kontakt mit dem Unterrichtsfach Informatik stattfindet, so dass zu Beginn Grundlagen des Fachs behandelt werden müssen.
Zunächst wird auf den Begriff der Information eingegangen und die Möglichkeit der Kodierung in Form von Daten thematisiert. Anschließend wird auf die Übertragung von Daten im Sinne des Sender-Empfänger-Modells eingegangen. Dabei wird eine überblickartige Vorstellung der Kommunikation von Rechnern in Netzwerken erarbeitet. Bei der Beschäftigung mit Datenkodierung, Datenübermittlung und Datenverarbeitung ist jeweils ein Bezug zur konkreten Nutzung der informatischen Ausstattung der Schule herzustellen. So wird in die verantwortungsvolle Nutzung dieser Systeme eingeführt.

Zeitbedarf: 3 Stunden

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde Kompetenzen	Beispiele, Medien, Materialien
Information, deren Kodierung und Speicherung Informatik als Wissenschaft der Verarbeitung von Informationen Darstellung von Informationen in Schrift, Bild und Ton Speichern von Daten mit informatischen Systemen am Beispiel der Schulrechner Vereinbarung von Richtlinien zur Datenspeicherung auf den Schulrechnern und dem nur für den Informatikunterricht genutzten USB-Stick (Ordnerstruktur, Dateibezeichner usw.)	Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erläutern die Arbeitsweise singulärer Rechner zum Beispiel durch die „Von-Neumann-Architektur“ (A), nutzen die im Unterricht eingesetzten Informatiksysteme selbstständig, sicher, zielführend und verantwortungsbewusst (D), nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation (K).	Beispiel: Textkodierung Kodierung und Dekodierung von Texten mit unbekannten Zeichensätzen (z.B. Wingdings) Beispiel: Bildkodierung Kodierung von Bildinformationen in Raster- und Vektorgrafiken Beispiel: Kettengeschichte Ergänzen von Texten die über das schulinterne Netz ausgetauscht werden
Informations- und Datenübermittlung in Netzen „Sender-Empfänger-Modell“ und seine Bedeutung für die Eindeutigkeit von Kommunikation Informatische Kommunikation in Rechnernetzen am Beispiel des Schulnetzwerks (z.B. Benut-zeranmeldung, Netzwerkordner, Zugriffsrechte, Client-Server) Richtlinien zum verantwortungsvollen Umgang mit dem Internet		Beispiel: Rollenspiel zur Paketvermittlung im Internet Schülerinnen und Schüler übernehmen die Rollen von Clients und Routern. Sie schicken spielerisch Informationen auf Karten von einem Schüler-Client zum anderen. Jede Schülerin und jeder Schüler hat eine Adresse, jeder Router darüber hinaus eine Routingtabelle. Mit Hilfe der Tabelle und einem Würfel wird entschieden, wie ein Paket weiter vermittelt wird.
Aufbau informatischer Systeme Identifikation typischer Komponenten informatischer Systeme und anschließende Beschränkung auf das Wesentliche, Herleitung der „Von-Neumann-Architektur“ Identifikation des EVA-Prinzips (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) als Prinzip der Verarbeitung von Daten und Grundlage der „Von-Neumann-Architektur“		Material: Demonstrationshardware Durch Demontage eines Demonstrationsrechners entdecken Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Hardwarekomponenten eines Informatiksystems. Als Demonstrationsrechner bietet sich ein ausrangierter Schulrechner an.

Unterrichtsvorhaben EF-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung anhand der Erweiterung vorgegebener Klassen mit grafischer Darstellung

Leitfrage: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und im Sinne einer Simulation informatisch 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 diesem Kontext ein.
Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler analysiert und im Sinne des Objektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die grundlegenden Begriffe der Objektorientierung und Modellierungswerkzeuge wie Objektkarten, Klassenkarten oder Beziehungsdiagramme eingeführt.
Im Anschluss werden die von der Bibliothek vorgegebenen Klassen von Schülerinnen und Schülern in Teilen analysiert und entsprechende Objekte anhand einfacher Problemstellungen erprobt. Dazu muss der grundlegende Aufbau einer Java-Klasse thematisiert und zwischen Deklaration, Initialisierung und Methodenaufrufen unterschieden werden.
Da bei der Umsetzung dieser ersten Projekte konsequent auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der Quellcode aus einer rein linearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die Grundlagen der Objektorientierung möglich, ohne dass algorithmische Probleme ablenken. Natürlich kann die Arbeit an diesen Projekten unmittelbar zum nächsten Unterrichtsvorhaben führen. Dort stehen unter anderem Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.

Zeitbedarf: 8 Stunden

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde Kompetenzen	Beispiele, Medien, Materialien
Identifikation von Objekten Am Beispiel eines lebensweltnahen Beispiels werden Objekte im Sinne der Objektorientierten Modellierung eingeführt. Objekte werden mit Objektkarten visualisiert und mit sinnvollen Attributen und „Fähigkeiten“, d.h. Methoden versehen. Manche Objekte sind prinzipiell typgleich und werden so zu einer Objektsorte bzw. Objektklasse zusammengefasst. Vertiefung: Modellierung weiterer Beispiele ähnlichen Musters	Die Schülerinnen und Schüler ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M), modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M), stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar (M), implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik der Programmiersprache Java (I), stellen den Zustand eines Objekts dar (D).	Beispiel: Autohaus Schülerinnen und Schüler betrachten das Angebot der Autos als Menge gleichartiger Objekte, die in einer Klasse mit Attributen und Methoden zusammengefasst werden können. Beispiel: Schatzsuche Schülerinnen und Schüler stilisieren eine Schatzkarte indem die Schatzsucher ihren Zustand (aktuelle Position) in einen Zustandsdiagramm darstellen. Materialien: Vorlagen Kapitel 1 und 2
Analyse von Klassen didaktischer Lernumgebungen Objektorientierte Programmierung als modularisiertes Vorgehen (Entwicklung von Problemlösungen auf Grundlage vorhandener Klassen)

Unterrichtsvorhaben EF-III

Thema: Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java anhand von einfachen Animationen

Leitfragen: Wie lassen sich Animationen und Simulationen optischer Gegenstandsbereiche unter Berücksichtigung von Methodenaufrufen realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Der Schwerpunkt dieses Unterrichtsvorhabens liegt auf der Erweiterung mehrerer Projekte, die durch Aktionen des Benutzers gesteuerte Animationen aufweisen. Zunächst wird ein Projekt bearbeitet, bei dem ein Roboterarm eines Fabrikroboters am Fließband mehrere Aufgaben erfüllen muss. Der Roboterarm ist stilisiert durch einfache grafische Objekte dargestellt und kann auf vordefinierte Methoden agieren.

Für die Umsetzung dieses Projekts werden Kontrollstrukturen in Form von Schleifen und Verzweigungen benötigt und eingeführt.

Sind an einem solchen Beispiel im Schwerpunkt Schleifen und Verzweigungen eingeführt worden, sollen diese Konzepte an weiteren Beispielprojekten eingeübt werden. Dabei muss es sich nicht zwangsläufig um solche handeln, bei denen Kontrollstrukturen lediglich zur Animation verwendet werden. Auch die Erzeugung größerer Mengen von Objekten und deren Verwaltung in einem Array bietet einen Anlass zur Verwendung von Kontrollstrukturen.
Das Unterrichtsvorhaben schließt mit einem Projekt, das die Abläufe eines Geldautomaten simuliert, bei der die Schülerinnen und Schüler alle ihnen bekannten Operationen auf einem Array, sowie Schleifen und Verzweigungen anwenden müssen.
Komplexere Assoziationsbeziehungen zwischen Klassen werden in diesem Unterrichtsvorhaben zunächst nicht behandelt. Sie stellen den Schwerpunkt des folgenden Vorhabens dar.

Zeitbedarf: 16 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde Kompetenzen	Beispiele, Medien, Materialien
Bewegungsanimationen am Beispiel einfacher vorgegebener grafischer Objekte Kontinuierliche Suche nach einem Objekt, das eine bestimmte Bedingung erfüllt, mit Hilfe einer Schleife (While-Schleife) Festgelegte Anzahl an Wiederholungen eines Algorithmus (For-Schleife) Mehrstufige Animationen mit mehreren sequenziellen Schleifen Berechnung von Mittelwert, Minimum und Maximum mit Hilfsvariablen	Die Schülerinnen und Schüler analysieren und erläutern einfache Algorithmen und Programme (A), entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar (M), ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M), modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M), ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu (M), ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M), modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I), implementieren Klassen in der Programmiersprache Java auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I), implementieren Algorithmen unter Verwendung von Variablen und Wertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen (I), implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I), testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I), interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I).	Beispiel: Fabrikroboter Die Schülerinnen und Schüler erweitern ein Programm so, dass ein stilisierter Roboterarm vorgegebene Aufgaben erfüllen kann. Materialien: Vordefinierte Klassen Kapitel 3
Erstellen und Verwalten größerer Mengen von Objekten Erzeugung von Objekten mit Hilfe von Zählschleifen (FOR-Schleife) Verwaltung von Objekten in eindimensionalen Feldern (Arrays) Ansprechen von Objekten, die in eindimensionalen Feldern (Arrays) verwaltet werden Vertiefung: Verschiedene Feldbeispiele