Informatik
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Fach
Informatik am Gymnasium Eschenbach
Informatik ist das jüngste Fach an den bayerischen Gymnasien und wurde erst im Rahmen des G8 als Pflichtfach in die Stundentafel aufgenommen. Dadurch wurde ein wesentlicher Beitrag zu einer zukunftsorientierten Ausbildung der bayerischen Schüler geleistet. Bei der Umstellung zum neuen neunjährigen Gymnasium konnte Informatik an Unterrichtsstunden und an Gewicht gewinnen.
Abhängig von der gewählten Ausbildungsrichtung bieten wir an:
(*: NTG steht für Naturwissenschaftlich-technologisches Gymnasium)
(Q11 und Q12: Oberstufe)
Fachinhalte
6. Klasse
Alle Schüler haben in der 6. Klasse im Rahmen des Faches „Natur und Technik“ jeweils eine Stunde Informatik.
In der 6. Klasse geht es vornehmlich darum, den Grundstein für die Sichtweise und die Begriffe der objektorientierten Modellierung zu legen. Das Vorgehen erfolgt stets anhand von Beispielen, der Unterricht ist aufgrund der regelmäßigen Arbeit am Computer in hohem Maße handlungsorientiert.
Die Kinder lernen dabei auch grundlegende Konzepte im Umgang mit Standardsoftware. Sie arbeiten u.a. mit Grafiksoftware, Textverarbeitung und Präsentationssoftware.
Im Unterricht wird grundsätzlich kostenfreie Software verwendet, die bei Bedarf auf einem USB Stick installiert und so auch ohne weiteres zu Hause verwendet werden kann.
7. Klasse
Alle Schüler haben in der 7. Klasse im Rahmen des Faches „Natur und Technik“ jeweils eine Stunde Informatik.
Die 7. Klasse liefert einen Vorgeschmack auf die Programmierung mit modernen Programmiersprachen, wie z.B. Java (ab der 9. Klasse!). Im Zentrum steht die Schulung des ablauforientierten Denkens. Die Schüler erkennen, dass vergleichsweise wenige Kontrollstrukturen ausreichen, um Algorithmen exakt und logisch korrekt formulieren zu können. Die Fähigkeit zum ablauforientierten Denken stellt sicherlich eine fächerübergreifende Kompetenz dar. Sie ist auch beispielsweise im Fach Deutsch gefragt, wenn es darum geht, Vorgangsbeschreibungen zu verfassen, oder im Fach Physik, wenn Versuchsaufbauten zu beschreiben sind u.s.w.
Es gibt sehr schöne, kindgerechte Programmierumgebungen, die sich für diesen Zweck bestens eignen. Sie zeichnen sich durch vergleichsweise wenige Befehle aus. Die Möglichkeit, den Ablauf des Programmes direkt zu beobachten, wirkt dabei sehr motivierend.
An unserer Schule kommen derzeit hauptsächlich "Robot Karol" oder "Scratch" zum Einsatz.
Einen weiteren Schwerpunkt im Schuljahr bilden der Aufbau und die grundlegende Funktionsweise des Internets, nutzen effektive Strategien zur Informationsbeschaffung im Internet und bewerten ihre Suchergebnisse kritisch hinsichtlich Wahrheitsgehalt und Qualität. Die Schüler lernen Hypertext als vernetzte Informationsstruktur kennen und HTML als "Sprache" der Internetseiten. Sie schreiben und testen einfachen HTML-Code und erstellen mit Hilfe eines einfachen HTM-Editors im Rahmen eines kleinen Projekts eine eigene Website.
Die eingesetzte Software darf wie immer kostenlos benutzt werden. Sie kann auf einem USB Stick installiert und so auch ohne weiteres zu Hause verwendet werden.
9. Klasse
Wer den naturwissenschaftlich-technologischen Zweig (NTG) wählt, hat in der 9. und 10. Klasse jeweils 2 Stunden Informatik, jetzt als komplett eigenständiges Fach.
Die in der Unterstufe erlernten Konzepte werden auf komplexere Zusammenhänge angewandt.
In der 9. Klasse werden zwei Themen behandelt:
Funktionale Modellierung
Um große Systeme zu beschreiben, zerlegt man das Gesamtsystem in Teilsysteme (Funktionen) und beschreibt zunächst nur, was die Teile zu leisten haben, nicht aber, wie die Leistung zu erbringen ist.
Des Weiteren analysiert man, wie die Teilprozesse zusammenhängen, d. h., welche Informationen sie zum Ablauf benötigen und woher ihnen diese Informationen zugeführt werden (Datenflüsse).
Problemstellungen werden von den Jugendlichen in Form sogenannter Datenflussdiagrammen am Computer modelliert. Sie diskutieren und überprüfen die Ergebnisse und erwerben sukzessive ein breites Spektrum an Denkansätzen und Beschreibungsmöglichkeiten.
U.a. kommen auch Tabellenkalkulationssysteme zum Einsatz.
Statische Datenmodellierung
Die Schüler lernen Verfahren kennen, wie große Datenmenge strukturiert werden können.
Durch objektorientierte Analyse kommt man zu den beteiligten Klassen und den gegenseitigen Beziehungen. Das so modellierte Klassendiagramm wird in ein Tabellenschema umgesetzt und anschließend in ein relationales Datenbanksystem implementiert.
Die Schüler erwerben Kenntnisse und Fertigkeiten, die ihnen helfen, Information mit Hilfe von Datenbanken zu verwalten. Sie lernen SQL als Abfrage- und Manipulationssprache gängiger Datenbanksysteme kennen. Gleichzeitig gewinnen sie einen Einblick in die Grenzen und die Gefahren der Verwendung von Datenbanken.
Die eingesetzte Software darf wie immer kostenlos benutzt werden. Sie kann auf einem USB Stick installiert und so auch ohne weiteres zu Hause verwendet werden.
10. Klasse
Wer den naturwissenschaftlich-technologischen Zweig (NTG) wählt, hat in der 9. und 10. Klasse jeweils 2 Stunden Informatik, jetzt als komplett eigenständiges Fach.
Die Schüler bauen in der 10. Klasse ihre Kenntnisse hinsichtlich objektorientierter Modellierung aus und lernen Java als objektorientierte Programmiersprache kennen. Damit sind die Jugendlichen in der Lage, eigene kleine Systeme zu produzieren.
Wissen aus den Jahrgangsstufen 6 und 7 zu objektorientierter Sichtweise und ablauforientierter Programmierung wird aufgegriffen, präzisiert und mit Hilfe des Konzepts der Generalisierung und Spezialisierung vertieft.
Die Vermittlung der Techniken zur Modellierung und Darstellung informatischer Sachverhalte ist in gleichem Maße Inhalt des Unterrichts wie die praktische Umsetzung durch Programmierung am Computer.
Im Unterricht wird die Entwicklungsumgebung BlueJ eingesetzt. Es handelt sich hierbei um ein Werkzeug, welches speziell für Ausbildungszwecke konzipiert wurde. Es ist sehr einfach und übersichtlich aufgebaut. Objekte können direkt erzeugt, öffentliche Methoden am Objekt aufgerufen und die Belegung der Objektvariablen beobachten werden, auch ohne ein vollständiges Java-Programm angeben zu müssen!
Am Anfang ist oft "weniger mehr" ...
Die erworbenen Fertigkeiten, insbesondere die "handwerklichen" im Umgang mit Java, bilden eine Voraussetzung für die Belegung des Faches Informatik in der Oberstufe.
Die eingesetzte Software darf wie immer kostenlos benutzt werden. Sie kann auf einem USB Stick installiert und so auch ohne weiteres zu Hause verwendet werden.
Oberstufe
Informatik kann in der Oberstufe im Anschluss an den Informatikunterricht der 10. Klasse gewählt werden und umfasst jetzt 3 Wochenstunden in Q11 und Q12.
Der Unterricht befasst sich im Wesentlichen mit klassischen informatischen Lerninhalten, wie sie auch in einem Informatikgrundstudium wieder auftauchen, dann eben nur tiefgründiger.
Die Jugendlichen beschäftigen sich in Q11 mit dynamischen Datenstrukturen (Liste, Baum, Graph) und rekursiven Algorithmen, mit Projektmanagement und Softwaremustern. Sämtliche Verfahren werden praktisch umgesetzt und in Java programmiert.
In Form kleinerer Projekte werden darüber hinaus interessante Aufgabenstellungen bearbeitet. Dazu zählt beispielsweise die Programmierung des Dijkstra-Algorithmus zur Suche kürzester Wege in einem Graph als Grundlage heutiger Navigationssysteme oder die Programmierung eines rekursiven brute force Algorithmus, wie er zur Lösung des 8-Damen-Problems (aber auch zur Entschlüsselung) herangezogen werden kann.
Die lauffähigen Programme werden bei dieser Gelegenheit jeweils durch eine grafische Benutzeroberfläche (auch GUI genannt) aufgewertet. Da BlueJ derzeit keinen vernünftigen Generator für solche Oberflächen zur Verfügung stellt, wird hier die Entwicklungsumgebung JavaEditor vorgestellt und benutzt. JavaEditor bildet gewissermaßen eine Brücke zu professionellen Werkzeugen, wie z.B. Eclipse oder Netbeans. Das Prinzip eines GUI-Generators lässt sich mit JavaEditor einfach zeigen und kann dann leicht auf andere Systeme übertragen werden.
In Q12 spielen "formale Sprachen", "Kommunikation und Synchronisation von Prozessen", "Funktionsweise eines Rechners" und "Grenzen der Berechenbarkeit" als Themen der theoretischen Informatik die Hauptrolle. Es wird wie immer hohe Priorität auf die praktische Umsetzung des Gelernten gelegt, die Arbeit am Computer ist nach wie vor wichtiger Teil des Unterrichts.
Formale Sprachen eignen sich zur mathematisch präzisen Beschreibung im Umgang mit Zeichenketten. So können zum Beispiel Datenformate oder ganze Programmiersprachen spezifiziert werden.
Die weltweite Vernetzung über das Internet ermöglicht eine Kommunikation zwischen Maschinen. Die Schüler erkennen, dass formale Sprachen auch hier als Bestandteil sogenannter Protokolle eine wichtige Rolle spielen.
Sie planen und entwickeln socket basierte Programme im Rahmen einer Client-Server-Architektur, die über das Netzwerk zusammenarbeiten und stellen fest, dass Synchronisationsprobleme auftreten können, die sich z.B. mit Hilfe des Monitor-Konzepts lösen lassen.
Die Beschäftigung mit der Ein-Adress-Registermaschine auf Basis der Von-Neumann-Architektur schafft ein technisches Verständnis für die Funktionsweise eines Computers. Überschaubare Problemstellungen werden für diese Registermaschine maschinennah in Assembler programmiert und ausprobiert.
Ein wichtiges Maß für die Realisierbarkeit von Algorithmen ist die Effizienz hinsichtlich des Zeitbedarfs. Bei der Untersuchung des Laufzeitverhaltens ausgewählter Algorithmen erkennen die Jugendlichen einerseits praktische Grenzen der Berechenbarkeit und andererseits, dass gerade diese Grenzen die Basis heutiger Verschlüsselungsverfahren bilden.
Die eingesetzte Software darf wie immer kostenlos benutzt werden. Sie kann auf einem USB Stick installiert und so auch ohne weiteres zu Hause verwendet werden.
Schulbücher & Grundwissen
Eingeführte Schulbücher
| Jahrgangsstufe 5 und 6 Ikarus – Natur und Technik Schwerpunkt Informatik für Gymnasien in Bayern Schülerbuch 6/7 |
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| Jahrgangsstufe 9 Informatik Ausgabe für Gymnasien in Bayern Informatik I |
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| Jahrgangsstufe 10 Informatik Ausgabe F für Gymnasien in Bayern Informatik II |
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| Qualifikationsstufe 11 und 12 Informatik Oberstufe Schülerbuch Oberstufe 1 Datenstrukturen und Softwareentwicklung Informatik Oberstufe Schülerbuch Oberstufe 2 Maschinenkommunikation – Theoretische Informatik |
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Stundentafel & Leistungsnachweise
Stundentafel & Leistungsnachweise
Das Fach Informatik wird in den Jahrgangsstufen 6 und 7 jeweils einstündig im Rahmen des Faches „Natur und Technik" (Kürzel NuT) unterrichtet.
Jahrgangsstufe 6:
- 1 Wochenstunden im Rahmen des Faches „Natur und Technik" (Kürzel NuT)
- Information und ihre Darstellung, Graphikdokumente, Textdokumente, Multimediadokumente, hierarchische Informationsstrukturen, Objektorientierte Analyse
Jahrgangsstufe 7:
- 1 Wochenstunden im Rahmen des Faches „Natur und Technik" (Kürzel NuT)
- Internet als vernetzte Informationsstruktur, Austausch von Informationen (e-Mail), Beschreibung von Abläufen durch Algorithmen, Objektorientierte Analyse als Grundkonzept
Im Fach Natur und Technik werden in beiden Jahrgangsstufen keine Schulaufgaben geschrieben (nähere Informationen und Berechnungshinweise der Zeugnisnote).
Ab Jahrgangsstufe 9 wird Informatik als eigenständiges Fach unterrichtet.
Jahrgangsstufe 9:
- 2 Wochenstunden
- Datenflüsse, funktionale Sichtweise, Strukturierung statischer Datenmengen durch Klassen und deren Beziehungen sowie deren Umsetzung in ein Datenbanksystem, Datenbankabfragen, Datenschutz und Datensicherheit
Jahrgangsstufe 10:
- 2 Wochenstunden
- Anwendung und Verknüpfung verschiedener Modellierungstechniken, Umsetzung in einer objektorientierten Programmiersprache (i.d.R Java), Kennenlernen objektorientierter Konzepte (z.B. hierarchische Klassenstrukturen durch Generalisierung und Spezialisierung)
In den Jahrgangsstufen 9 und 10 werden keine Schulaufgaben geschrieben. Die Leistungen werden in Form von Stegreifaufgaben (Prüfungsstoff umfasst die letzten beiden Unterrichtsstunden und das Grundwissen) sowie mündlichen Noten (z.B. Abfragen, Unterrichtsbeitrag) erbracht.
Jahrgangsstufe 11:
- 3 Wochenstunden
- 2 Klausuren (eine pro Halbjahr)
- dynamische Datenstrukturen und rekursive Algorithmen am Beispiel von Listen und Bäumen sowie die Datenstruktur Graph (Darstellung mit Hilfe einer Adjazenzmatrix) mit Durchlaufstrategien (Tiefensuche, Dijkstra). Softwaretechnik (Planung und Durchführung kooperativer Arbeitsabläufe, Anwendung von Softwaremustern)
Jahrgangsstufe 12:
- 3 Wochenstunden
- 2 Klausuren (eine pro Halbjahr)
- Formale Sprachen (Syntax und Semantik, Grammatik, reguläre Sprache und erkennender endlicher Automat), Kommunikation und Synchronisation von Prozessen (insbes. Nebenläufigkeit und Verklemmung), Funktionsweise eines Rechners (Registermaschine, Maschinenprogramme, Kontrollstrukuren) und Grenzen der Berechenbarkeit (als Basis derzeitiger Verschlüsselungsverfahren)