Grundkurs Sekundarstufe II Information zum Fach Informatik in der

Gymnasium Wilnsdorf
Fachbereich Informatik
November 2010
Grundkurs Sekundarstufe II
Information zum Fach Informatik in der Oberstufe
In der Informatik der Sekundarstufe II werden Aufgaben aus verschiedenen technischen und
gesellschaftlichen Bereichen mit Hilfe des Computers gelöst. Dazu sollen im Unterricht geeignete
Programme von den Schülerinnen und Schülern entwickelt werden. Es geht hier nicht nur um die
eigentliche Programmierung, denn zuvor sind umfangreiche Analyse- und Planungsschritte erforderlich.
Außerdem soll die Blackbox „Computer” exemplarisch geöffnet werden, um Aufbau, Struktur und
Funktionsweise verständlich zu machen.
Umgesetzt werden diese Ziele mit Hilfe eines sehr modernen und zukunftsorientierten Ansatzes, der so
genannten Objektorientierung.
Es sind keine besonderen Vorkenntnisse notwendig, wohl aber die Bereitschaft neue Wege des Denkens
einzuschlagen sowie fachspezifische Methoden und Begriffe unter Anleitung zu erlernen.
Einführungsphase
Zur Erleichterung des Einstiegs in die Welt der Informatik beschäftigen sich die Schüle rinnen und Schüler
zunächst mit einer unter pädagogischen Gesichtspunkten optimierten Klassenbibliothek (z.B. „Stifte und
Mäuse”). Diese enthält Bausteine (so genannte „Klassen”) eines objektorientierten Programms. Anfangs
lernen die Schülerinnen und Schüler diese Klassen mit Hilfe geeigneter Dokumentationen kennen und
verwenden sie in ihren ersten eigenen Programmen.
Hierbei wird deutlich, dass ein Programm auch Strukturen, die den Ablauf steuern, benö tigt. Dazu sind
verschiedene Kontrollstrukturen (Schleifen, Fallunterscheidungen) erforderlich. Neben deren Verwendung
ist auch eine sorgfältige Dokumentation, etwa in Form von Struktogrammen, ein wichtiger Gegenstand des
Unterrichts.
Zentraler Aspekt des Einführungsphase ist die Entwicklung eigener Klassen. Neben der gewissenhaften
Planung, Dokumentation und Programmierung sind auch Verknüpfungen der Klassen untereinander
besonders wichtig. Dazu verwenden die Schülerinnen und Schüler verschiedene Klassenstrukturen (Vererbung, Komposition und die gerichtete Assoziation). Diese Strukturen werden auch in Form von UMLDiagrammen bildlich und übersichtlich dargestellt. Die Lernenden erkennen hier, dass ein komplexes
System in überschaubare Bereiche aufgeteilt werden kann. Einzelne bereits entwickelte Bausteine können
dabei auch für spätere Projekte wiederverwendet werden.
Im weiteren Verlauf erlernen die Schülerinnen und Schüler Grundprinzipien moderner Betriebssysteme und
ihre Ereignisstruktur. Die Verwendung einer geeigneten Programmiersprache (wie etwa Delphi) unterstützt
diesen Prozess und erlaubt die Entwicklung entsprechender Programme.
Bei der erfolgreichen Durchführung dieser Projekte sind die Schülerinnen und Schüler am Ende der
Einführungsphase in der Lage, kleinere Programme selbstständig zu entwickeln.
Qualifizierungsphase
In der Qualifikationsphase können die Schülerinnen und Schüler die Techniken aus der Einführungsphase
vertiefen und in vielen neuen Bereichen anwenden. Im Laufe der Zeit entsteht so ein recht vollständiges
Bild des Fachs Informatik. Dazu wird, wie bereits in der vorangegangenen Phase, projektartig gearbeitet.
Dabei können folgende teilweise klassische, teilweise auch sehr moderne Bereiche erfasst werden:
• Algorithmen und Datenstrukturen
Dieser sehr grundlegende Bereich beschäftigt sich mit der effizienten Speicherung und Verarbeitung
von Informationen. Dazu werden geeignete Datenstrukturen, wie etwa Schlange (bekannt aus dem
Wartezimmer), Stapel (Bsp. Abstellgleisproblem) oder einer linearen Liste (etwa beim Gedächtnis
eines lernenden Computers) auf verschiedene Weise betrachtet. Neben der Speicherungsaspekten
geht es insbesondere auch um den effizienten Umgang mit den Daten. Hier lernen die Schülerinnen
und Schüler geeignete Algorithmenklassen (etwa das Suchen und Sortieren am Beispiel von
Wettkampfergebnissen) kennen. Der Vergleich verschiedener Ideen in Bezug auf Laufzeit und
Speicherbedarf macht hier sowohl Möglichkeiten, aber auch Grenzen einzelner Algorithmen und
Datenstrukturen deutlich.
• Netzwerkprogrammierung
Die Vernetzung von Computern hat im Zeitalter des Internets deutlich an Bedeutung gewonnen.
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Informatik Sek II
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Neben wichtigen theoretischen Hintergründen (etwa dem TCP/IP Schichtenmodell) befassen sich die
Lernenden auch mit der Entwicklung eigener Netzwerkprogramme (etwa einem eMail- oder ChatProgramm). Dabei sind so genannte „Netzwerkprotokolle”, an das sich alle beteiligten Programmteile
halten müssen, ausgesprochen wichtig.
• Aufbau und Arbeitsweise eines von-Neumann-Rechners
Ein moderner Computer arbeitet meist nach einem von dem Computerpionier John von Neumann
entwickelten Architektur. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten mit diesen Grundlagen und
elementaren Programmierprinzipien im Bereich der Maschinensprache. Mit Hilfe des Computers
können die hier entwickelten Programme selbstverständlich auch praktisch überprüft werden.
• Compilerbau
Ein Computer wird heute in einer modernen Hochsprache programmiert, versteht selbst aber nur die
recht begrenzte Maschinensprache. Ein Computerprogramm namens „Compiler” arbeitet hier als
Dolmetscher. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten einige Grundprinzipien der maschinellen
Übersetzung und entwickeln selbst einen eigenen kleinen Compiler.
• Ausgewählte Aspekte der theoretischen Informatik
In diesem Bereich werden Sprachmodelle und deren Möglichkeiten teilweise auch mit Hilfe von
mathematischen Methoden untersucht. Hauptaugenmerk wird auf die endlichen Automaten und
formalen Sprachen gelegt. Im Unterricht werden geeignete Simulationsprogramme verwendet, so
dass die theoretischen Inhalte auch praktisch und anschaulich umgesetzt werden können.
• Datenbanken
Eine der Stärken des Computers ist die Speicherung von Informationen. Dies geschieht
hauptsächlich in so genannten Datenbanken. Neben dem Speicheraspekt erlauben sie auch vielen
Benutzern den Zugriff auf die gespeicherten Informationen. Die Schülerinnen und Schüler arbeiten in
diesen Projekten mit der Entwicklung von relationalen Datenbanken und der hier häufig eingesetzten
Abfragesprache SQL.
• Komprimierung
Gerade die Speicherung von Musik mit Hilfe der mp3-Technik hat den Bereich der Komprimierung
populär gemacht. Es geht um die Fragestellung, wie große Datenmengen (Filme, Bilder, Musik) auf
einem recht kleinen Speichermedium abgelegt werden können. Aber auch bei der Versendung von
Informationen durch das Internet werden ähnliche Prinzipien zur Datenreduktion verwendet. Neben
diesen Anwendungsfeldern beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler auch mit den
grundlegenden Ideen und der programmiertechnischen Umsetzung. Auch hierbei werden sehr
effiziente Datenstrukturen und Algorithmen benötigt.
Je nach Interessenlage des Kurses können aus diesem breiten Angebot einzelne Bereiche ausgewählt
werden.
Abitur
Innerhalb der Oberstufe ist das Fach Informatik zur Zeit im Grundkursbereich platziert. Eine Abiturprüfung
kann daher als
• drittes Abiturfach (schriftlich) oder
• viertes Abiturfach (mündlich)
abgelegt werden.
Die schriftliche Abiturprüfung findet im Rahmen einer zentral gestellten, 180 minütigen Klausur statt. Die
zwei Aufgaben werden gemäß den Vorgaben für das Zentralabitur in NRW von der Lehrkraft ausgewählt.
Die regelmäßigen Klausuren innerhalb der Oberstufenzeit und Beispielaufgaben aus dem Zentralabitur der
Vorjahre bereiten den Prüfling auf die schriftliche Prüfung vor.
Die 20 bis 30 minütige mündliche Abiturprüfung wird hingegen von der Lehrkraft geplant und gestaltet.
Dazu bekommt der Prüfling zunächst eine Aufgabe und hat innerhalb einer 30 minütigen Vorbereitungszeit
Gelegenheit, einen freien Vortrag für den ersten Teil der Prüfung vorzubereiten. Daraufhin findet im zweiten
Teil ein Prüfungsgespräch mit der Lehrkraft statt.
Im Rahmen von Unterrichtsgesprächen, längeren Vorträgen und Referaten sowie einer Simulation der
mündlichen Abiturprüfung wird der Prüfling auf die mündliche Abiturprüfung vorbereitet.
Hinweis
Möglichen Änderungen in den Vorgaben für die zentral gestellte schriftliche Abiturprüfung können auch
Änderungen in den Themen der Jahrgangsstufen nach sich ziehen!
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Informatik Sek II
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