Fachcurriculum Informatik für die Qualifikationsphase

Fachcurriculum Informatik für die Qualifikationsphase
Stand: September 2015
Dieses Curriculum orientiert sich an den thematischen Schwerpunkten für die Abiturprüfung in
den Jahren 2017 und 2018 in Informatik1 . Da bereits eine Arbeitsfassung für ein Kerncurriculum
Informatik für die Sekundarstufe II vorliegt2 , werden die dortigen Lernfelder bereits berücksichtigt,
wenn sie zu den thematischen Schwerpunkten passen.
Die Auswahl der zu unterrichtenden Inhalte wird nach Lernfeldern gruppiert.
Algorithmen und Datenstrukturen
Für den Entwurf von Algorithmen bietet es sich in der Planungsphase nicht an, gleich eine Implementationssprache zu verwenden. Eine Formulierung in Pseudocode ist weniger schwerfällig, weil
hier keine syntaktischen Feinheiten zu beachten sind und noch nicht gelöste Probleme durch Verlagerung in eine “Verbalisierung” bzw. Prozedur ausgelagert werden können. Es werden Entwürfe
mit Struktogrammen und Pseudocode behandelt, wobei der Schwerpunkt der Übung bei Pseudocode liegen soll. Als Entwurfssprache sind auch Klassen- und Objektdiagramme der UML einzuführen. Es ist der Lehrkraft überlassen, ob sie dieses Werkzeug als eine Entwurfs- oder als eine
Implementationssprache behandelt.
Zur Analyse von Algorithmen werden u. a. Tracetabellen verwendet. Die Auswahl von geeigneten
Testdaten wird diskutiert.
Als Implementationssprache wird in der Regel Java verwendet. Als alternative Programmiersprachen bieten sich Python und Snap! an, weil es gute Erfahrungen im Schulumfeld damit gibt.
Es werden mindestens die Datenstrukturen Schlange und Stapel und Dynamische Reihung ausführlich behandelt. Darüber hinaus soll mindestens eine nichtlineare Datenstruktur eingeführt werden.
Es bietet sich an, als rekursives Verfahren das Backtracking zu behandeln. Hierdurch ergibt sich
automatisch eine Graphen- oder Baumstruktur.
1
http://www.nibis.de/nli1/gohrgs/13 zentralabitur/zentralabitur 2017/18InformatikTS2017.pdf,
http://www.nibis.de/uploads/1gohrgs/za2018/18InformatikTS2018.pdf
2
http://nline.nibis.de/cuvo/forum/upload/public/jensbol/E349jens-kc informatik go arbeitsfassung 2014-1219.pdf
1
Informationen und Daten
Die Organisation von Daten wird zunächst naiv über Tabellen realisiert. Die Notwendigkeit der
Verknüpfung mehrerer Tabellen wird bereits hier motiviert. Als Entwurfssprache wird das ERModell eingeführt und zur konkreten Datenbankerstellung verwendet. Zur Entwicklung von Datenbankanfragen werden logische Ausdrücke (boolesche Algebra) verwendet und zusammen mit dem
relationellen Modell zur relationalen Algebra ausgebaut. Dabei kommen mindestens die Operationen Projektion, Selektion, Kreuzprodukt, Vereinigung, Differenz, Umbenennung, (natural) join
vor. Um die Lesekompetenz von Fachtexten zu fördern, werden die grundlegenden Begriffe der
Mengenlehre in einer üblichen Schreibweise der Mathematik vermittelt.
Anhand von konkreten Datenbankentwürfen wird die Notwendigkeit der Vermeidung von Mehrfachspeicherung von Daten entwickelt und daraus die drei Normalformen abgeleitet. Die Schülerinnen und Schüler überprüfen gegebene und eigene Entwürfe bzgl. der Erfüllung der Normalformen
und korrigieren sie diesbezüglich. Sie formen gegebene und eigene Entwürfe in die drei Normalformen um und berücksichtigen die Normalformen bereits in der Entwurfsphase.
SQL-Klauseln werden mindestens in dem Umfang, der in den thematischen Schwerpunkten für das
Abitur 2017 (und 2018) genannt wird, analysiert und konstruiert. Ein Vergleich mit der Relationalen Algebra bietet sich an.
Die Begriffe und Forderungen der informationellen Selbstbestimmung wirken für Jugendliche eher
weltfremd. Die Snowden-Affäre bietet hier einen aktuellen Zugang, der verdeutlicht, wie sensibel persönliche Daten sein können. Die Diskussion soll Datenschutz- und Aufklärungsinteressen
gegenüberstellen und um rechtliche Aspekte der Datenspeicherung und -verarbeitung ergänzt werden. Im Rahmen der rechtlichen Diskussion sollen auch das Urheberrecht und die Störerhaftung
behandelt werden.
Automaten und Sprachen
Endliche Automaten werden anhand eines Alltagsphänomens (z. B. Ampel, Getränkeautomat)
eingeführt. Es wird die Möglichkeit der Definition von Sprachen über Automaten verdeutlicht.
Nichtdeterministische und deterministische endliche Automaten werden unterschieden. Die Automaten werden um eine Ausgabe ergänzt (Mealy-Automaten). Das Pumping-Lemma wird als ein
leicht zu beweisender Klassiker untersucht. Nach der Einführung regulärer Sprachen wird die von
einem DEA erkannte Sprache in eine reguläre Sprache umgewandelt und umgekehrt. Die Grenzen
regulärer Sprachen werden anhand vollständig geklammerter Ausdrücke demonstriert. Ein echter
Nachweis ist mit dem Pumpinglemma leicht möglich und sollte bei einer gut geschulten Klasse
einfach durchzuführen sein.
In den Schwerpunkten für das Abitur 2018 sind im Schwerpunkt 3 auch Schaltnetze genannt,
die in diesem Jahrgang im genannten Umfang behandelt werden müssen. In der Arbeitsfassung
des Kerncurriculums wird dieses Thema nur noch als mögliche Ergänzung behandelt. Besteht der
Zwang zur Behandlung von Schaltnetzen aufgrund der Schwerpunkte nicht, ist eine intensivere Behandlung der Automaten mit einer Ausdehnung der Automatenmodelle etwa auf Kellerautomaten
und Turingmaschinen, sowie eine Behandlung von Grammatiken, wie sie nach der Arbeitsfassung
in eA-Kursen verbindlich sind, eine empfehlenswerte Alternative.
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Reihenfolge der Lernfelder
Steht kein pädagogischer Grund dagegen, soll im Interesse von Wiederholern der Schwerpunkt
1 zuerst behandelt werden. Der Schwerpunkt 3 wird im 3. Schulhalbjahr und damit gemäß den
Vorgaben behandelt. Das 4. Schulhalbjahr dient der Vertiefung der Kompetenzen in ausgewählten
Lernfeldern. Dabei soll das Interesse der Schüler berücksichtigt werden, besonders gut auf die
jeweiligen thematischen Schwerpunkte der Abiturprüfung vorbereitet zu sein.
2017
Im ersten Schulhalbjahr wird das Lernfeld Algorithmen und Datenstrukturen, im zweiten Schulhalbjahr das Lernfeld Automaten und Sprachen unterrichtet. Der thematische Schwerpunkt 2 liegt
also vor dem Schwerpunkt 1. Da es keine Wiederholer gibt, entsteht ihnen kein Nachteil. Die Beschreibung von Programmabläufen ist auch in den anderen Lernfeldern vorteilhaft einzusetzen, so
dass die gewählte Reihenfolge günstig ist. Im dritten Schulhalbjahr wird das Lernfeld Informationen und Daten behandelt.
2018
Im ersten Schulhalbjahr wird das Lernfeld Informationen und Daten unterrichtet, im zweiten
Schulhalbjahr das Lernfeld Algorithmen und Datenstrukturen. Das Lernfeld Automaten und Sprachen schließt sich im dritten Halbjahr an.
Zuordnung der Lernfelder zu den Halbjahren
Die Zuordnung von Lernfeldern zu Halbjahren bedeutet nicht, dass das jeweilige Lernfeld der
einzige Unterrichtsgegenstand ist. Für alle drei Lernfelder ergeben sich aufgrund des oft projektorientierten Unterrichts integrative Ansätze. So bietet sich im zweiten Halbjahr für den Abiturjahrgang 2017 ein Softwareprojekt an, das auf einem Automaten basiert. Algorithmen sind in diesem
Kontext noch immer gefragt. Für den Abiturjahrgang 2018 ist entsprechend ein Softwareprojekt
geeignet, das Daten aus einer Datenbank ausliest und z. B. zum Zweck der Weiterverarbeitung in
einer Schlange oder einem Stapel ablegt.
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