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

Unterrichtsvorhaben EF-IV

Thema: Such- und Sortieralgorithmen anhand kontextbezogener Beispiele

Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient sortiert werden, so dass eine schnelle Suche möglich wird?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Such- und Sortieralgorithmen. Der Schwerpunkt des Vorhabens liegt dabei auf den Algorithmen selbst und nicht auf deren Implementierung in einer Programmiersprache. Lediglich das Bubblesort-Verfahren soll als ein Beispiel implementiert werden.

Zunächst erarbeiten die Schülerinnen und Schüler mögliche Einsatzszenarien für Such- und Sortieralgorithmen, um sich der Bedeutung einer effizienten Lösung dieser Probleme bewusst zu werden. Anschließend werden Strategien zur Sortierung mit Hilfe eines explorativen Spiels von den Schülerinnen und Schülern selbst erarbeitet und hinsichtlich der Anzahl notwendiger Vergleiche auf ihre Effizienz untersucht.
Daran anschließend werden die erarbeiteten Strategien systematisiert und im Pseudocode notiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen auf diese Weise das Sortieren durch Vertauschen, das Sortieren durch Auswählen und mindestens einen weiteren Sortieralgorithmus, kennen lernen.

Zeitbedarf: 12 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde Kompetenzen	Beispiele, Medien, Materialien
Explorative Erarbeitung eines Sortierverfahrens Sortierprobleme im Kontext informatischer Systeme und im Alltag (z.B. Dateisortierung, Tabellenkalkulation, Telefonbuch, Bundesligatabelle, usw.) Vergleich zweier Elemente als Grundlage eines Sortieralgorithmus Erarbeitung eines Sortieralgorithmus durch die Schülerinnen und Schüler	Die Schülerinnen und Schüler beurteilen die Effizienz von Algorithmen am Beispiel von Sortierverfahren hinsichtlich Zeit und Speicherplatzbedarf (A), entwerfen einen weiteren Algorithmus zum Sortieren (M), analysieren Such- und Sortieralgorithmen und wenden sie auf Beispiele an (D).	Beispiel: Sortieren mit Waage Die Schülerinnen und Schüler bekommen die Aufgabe, kleine, optisch identische Kunststoffbehälter aufsteigend nach ihrem Gewicht zu sortieren. Dazu steht ihnen eine Balkenwaage zur Verfügung, mit deren Hilfe sie das Gewicht zweier Behälter vergleichen können.
Systematisierung von Algorithmen und Effizienzbetrachtungen Formulierung (falls selbst gefunden) oder Erläuterung von mehreren Algorithmen im Pseudocode (auf jeden Fall: Sortieren durch Vertauschen, Sortieren durch Auswählen) Anwendung von Sortieralgorithmen auf verschiedene Beispiele Bewertung von Algorithmen anhand der Anzahl der nötigen Vergleiche Variante des Sortierens durch Auswählen (Nutzung eines einzigen oder zweier Felder bzw. lediglich eines einzigen zusätzlichen Ablageplatzes oder mehrerer neuer Ablageplätze) Effizienzbetrachtungen an einem konkreten Beispiel bezüglich der Rechenzeit und des Speicherplatzbedarfs Analyse des weiteren Sortieralgorithmus (sofern nicht in Sequenz 1 und 2 bereits geschehen) Implementierung des Bubblesort-Algorithmus unter Verwendung eines Arrays		Beispiele: Sortieren durch Auswählen, Sortieren durch Vertauschen, Quicksort Quicksort ist als Beispiel für einen Algorithmus nach dem Prinzip Teile und Herrsche gut zu behandeln. Kenntnisse in rekursiver Programmierung sind nicht erforderlich, da eine Implementierung nicht angestrebt wird. Beispiel: Die Schülerinnen und Schüler werden von einem Mitschüler so sortiert, dass sie der Größe nach in einer Reihe stehen. Strategie besprechen und Möglichkeiten der Implementation erarbeiten. Anschließend implementieren die Schülerinnen und Schüler ihre Idee.

Unterrichtsvorhaben EF-V

Thema: Geschichte der digitalen Datenverarbeitung und die Grundlagen des Datenschutzes

Leitfrage: Welche Entwicklung durchlief die moderne Datenverarbeitung und welche Auswirkungen ergeben sich insbesondere hinsichtlich neuer Anforderungen an den Datenschutz daraus?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Das folgende Unterrichtsvorhaben stellt den Abschluss der Einführungsphase dar. Schülerinnen und Schüler sollen selbstständig informatische Themenbereiche aus dem Kontext der Geschichte der Datenverarbeitung und insbesondere den daraus sich ergebenen Fragen des Datenschutzes bearbeiten. Diese Themenbereiche werden in Kleingruppen bearbeitet und in Form von Plakatpräsentationen vorgestellt. Schülerinnen und Schüler sollen dabei mit Unterstützung des Lehrenden selbstständige Recherchen zu ihren Themen anstellen und auch eine sinnvolle Eingrenzung ihres Themas vornehmen.
Anschließend wird verstärkt auf den Aspekt des Datenschutzes eingegangen. Dazu wird das Bundesdatenschutzgesetz in Auszügen behandelt und auf schülernahe Beispielsituationen zur Anwendung gebracht. Dabei steht keine formale juristische Bewertung der Beispielsituationen im Vordergrund, die im Rahmen eines Informatikunterrichts auch nicht geleistet werden kann, sondern vielmehr eine persönliche Einschätzung von Fällen im Geiste des Datenschutzgesetzes.

Zeitbedarf: 12 Stunden
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde Kompetenzen	Beispiele, Medien, Materialien
Selbstständige Erarbeitung von Themen durch die Schülerinnen und Schüler Mögliche Themen zur Erarbeitung in Kleingruppen: „Eine kleine Geschichte der Digitalisierung: vom Morsen zum modernen Digitalcomputer“ „Von Nullen, Einsen und mehr: Stellenwertsysteme und wie man mit ihnen rechnet“ „Kodieren von Texten und Bildern: ASCII, RGB und mehr“ „Auswirkungen der Digitalisierung: Veränderungen der Arbeitswelt und Datenschutz“ Vorstellung und Diskussion durch Schülerinnen und Schüler	Die Schülerinnen und Schüler bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen (A), erläutern wesentliche Grundlagen der Geschichte der digitalen Datenverarbeitung (A), stellen ganze Zahlen und Zeichen in Binärcodes dar (D), interpretieren Binärcodes als Zahlen und Zeichen (D), nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation. (K).	Beispiel: Ausstellung zu informatischen Themen Die Schülerinnen und Schüler bereiten eine Ausstellung zu informatischen Themen vor. Dazu werden Stellwände und Plakate vorbereitet, die ggf. auch außerhalb des Informatikunterrichts in der Schule ausgestellt werden können. Materialien: Schülerinnen und Schüler recherchieren selbstständig im Internet, in der Schulbibliothek, in öffentlichen Bibliotheken, usw.
Vertiefung des Themas Datenschutz Erarbeitung grundlegender Begriffe des Datenschutzen Problematisierung und Anknüpfung an die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler Diskussion und Bewertung von Fallbeispielen aus dem Themenbereich „Datenschutz“		Beispiel: Fallbeispiele aus dem aktuellen Tagesgeschehen Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten Fallbeispiele aus ihrer eigenen Erfahrungswelt oder der aktuellen Medienberichterstattung.