Infos

Allgemeine Informationen

Die Einteilung der Inhalte erfolgt in die drei Lernfelder „Algorithmen und Datenstrukturen“, „Information und Daten“ und „Automaten und Sprachen“.

Um der Besonderheit des Faches gerecht zu werden, sollen diese drei Lernfelder nicht getrennt voneinander unterrichtet werden. Sie sollen in projektartigen Arbeitsphasen ineinander verknüpft behandelt und so in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. So wird z.B. zunächst die Algorithmik behandelt und anschließend bei der Kryptologie ein Algorithmus zur Verschlüsselung von Informationen entwickelt.

Im Lernfeld 1 „Algorithmen und Datenstrukturen“ sollen Überlegungen „auf Papier“ an

Hand z.B. von Struktogrammen der Anwendung einer grafischen Programmiersprache vorausgehen (z.B. BYOB oder Scratch). In der Qualifikationsphase erfolgt dann der Übergang zur objektorientierten Programmiersprache Java.

Es wird zunächst kein verpflichtendes Lehrbuch eingeführt.

Die verwendete Fachsprache, die schriftliche Darstellungsform und die verwendeten

Operatoren orientieren sich an den im Abitur verwendeten Standards.

 

 

Inhalte

Die Einführungsphase

Für den Unterricht in der Einführungsphase ist zu berücksichtigen, dass es sich um einen Anfängerunterricht handelt. Neben Grundlagen, die für eine erfolgreiche Mitarbeit in der Qualifikationsphase notwendig sind, sind auch Inhalte zu vermitteln, die die Bedeutung von Informatiksystemen im Alltag verdeutlichen. Insbesondere, da einige Schülerinnen und Schüler das Fach Informatik nur für ein Jahr belegen. Hierfür ist genügend Zeit vorhanden, da das Lernfeld 3: Automaten und Sprachen

noch nicht behandelt werden muss.

Lernfeld 1: Algorithmen und Datenstrukturen

  • Grundlagen der Algorithmik

    • Elementare Kontrollstrukturen (Anweisung, Sequenz, Schleife, Verzweigung) benennen

    • Algorithmen entwerfen, implementieren und in standardisierter Form darstellen (z.B. Struktogramme)

    • Variablen und Wertzuweisungen erläutern, in Algorithmen verwenden und in Form einer Tracetabelle darstellen

    • Operationen zur strukturierten Implementierung von Algorithmen erstellen und verwenden

  • Statische und dynamische Datenstrukturen

    • Algorithmen mit elementaren Zeichenkettenoperationen entwerfen und implementieren

Lernfeld 2: Information und Daten

  • Kryptologie

    • Transposition und Substitution bei der Verschlüsselung von Daten prinzipiell beschreiben und unterscheiden

    • Monoalphabetische Verfahren (u.a. Caesar-Verfahren) implementieren

    • Häufigkeitsanalyse prinzipiell erläutern

    • Sicherheit einfacher Verschlüsselungsverfahren beurteilen

  • Datenschutz

    • Rechtliche Rahmenbedingungen für den Umgang persönlicher Daten erläutern, z.B. informationelle Selbstbestimmung und Datenschutzrichtlinien

  • Codierung

    • Grundlegende Codierungen von Daten beschreiben, u. a. Dualzahlen, ASCII und RGB-Modell

  • Übertragung von Daten (Internet)

    • Zentrale Komponenten eines Informatiksystems beschreiben

    • dezentralen Aufbau des Internets beschreiben und begründen

    • zentrale Komponenten des Internets nennen und Funktion erläutern, u.a. Client, Server, Router, DNS

    • Kommunikationswege im Internet beschreiben

    • Aspekte zur Sicherheit der Kommunikation im Internet beschreiben

Die Qualifikationsphase

Die Themen für die Qualifikationsphase müssen entsprechend der Hinweise zum schriftlichen Abitur bzw. der Schwerpunktthemen abgeändert werden. Die Inhalte für den Leistungskurs sind kursiv gesetzt.

Lernfeld 1: Algorithmen und Datenstrukturen

  • Grundlagen der Algorithmik

    • Funktionsweise eines gegebenen Algorithmus analysieren und in schriftlich verbalisierter Form darstellen

    • Geeignete Variablentypen verwenden und dabei zwischen lokaler und globaler Variable unterscheiden

    • zwischen primitiven Datentypen und Objektreferenzen unterscheiden

    • Übergabeparameter und Rückgabewerte in Operationen verwenden

    • Effizienz von Algorithmen beurteilen (Speicherbedarf und Zahl der Operationen)

    • Konzept der Rekursion erläutern, rekursive Algorithmen entwerfen und implementieren und die Strategie „Teile und herrsche“ dabei erläutern

  • Klassen und Objekte

    • Algorithmen mit gegebenen oder eigenen Klassen/Objekte entwerfen und implementieren

    • Klassen und deren Beziehungen (Assoziation, Vererbung) entwerfen und durch Klassendiagramme darstellen

  • statische und dynamische Datenstrukturen

    • die Verwaltung von, das Suchen in und die Sortierung von mehreren Daten des gleichen Typs in Reihungen prinzipiell erläutern

    • Algorithmen mit ein- und zweidimensionalen Reihungen entwerfen und implementieren

    • die Datenstrukturen Stapel, Schlange und dynamische Reihung prinzipiell erläutern

    • Algorithmen mit Stapel, Schlage und dynamische Reihung entwerfen und implementieren

    • die Datenstruktur Binärbaum prinzipiell erläutern

    • Algorithmen zur Ausgabe der Daten eines Binärbaums in pre- post- und inorder Reihenfolge entwerfen und implementieren

    • Algorithmen zur Suche und zum Einfügen in binäre Suchbäume entwerfen und implementieren

Lernfeld 2: Information und Daten

  • Kryptologie

    • polyalphabetische Substitution, u.a. das Vigenère-Verfahren, prinzipiell beschreiben

    • die Sicherheit eines gegebenen symmetrischen Verschlüsselungsverfahrens beurteilen

    • symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung unddie jeweilige Anwendungsbereiche prinzipiell beschreiben und unterscheiden

    • digitale Signaturen und Zertifikate prinzipiell erläutern

    • ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren entwerfen und implementieren

    • die Funktionsweise eines modernen symmetrischen Blockchiffreverfahrens prinzipiell erläutern

  • Datenschutz

    • Chancen und Risiken der automatisierten Datenanalyse diskutieren

  • Codierung und Übertragung von Daten

    • Möglichkeiten zur Datenkomprimierung beschreiben, u.a. Lauflängencodierung, Huffman-Codierung

    • Protokoll zur Übertragung von Daten über einen Kommunikationskanal entwerfen und implementieren

    • Kompressionsverfahren zu einem gegebenen Sachverhalt entwerfen und implementieren

    • Vor- und Nachteile verlustfreier und verlustbehafteter Kompression von Daten erläutern

    • Möglichkeiten der Fehlererkennung und –korrektur bei der Datenübertragung erläutern, u.a. Paritätsbit, (7,4)-Hamming-Code

  • Datenbanken

    • Aufbau relationaler Datenbanken mit den Begriffen Datensatz, Attribut, Primärschlüssel, Fremdschlüssel und Tabelle erläutern

    • Beispiele für Einfüge-, Änderungs- und Löschanomalien nennen

    • ein gegebenes Datenbankschema auf Anomalien und Redundanzen untersuchen

    • einfache Abfragen und Verbundabfragen über mehrere Tabellen formulieren

    • Abfragen an Datenbanken unter Verwendung von Aggregatfunktionen formulieren

    • ein gegebenes ER-Diagramm interpretieren

    • Datenbanken unter Verwendung des ER-Modells modellieren

    • ein ER-Modell in ein relationales Schema umsetzen

    • gegebene Datenbankmodellierung beurteilen und verändern

Lernfeld 3: Automaten und Sprachen

  • Automatenmodelle

    • Aufbau und Funktion eines deterministischen endlichen Automaten (DEA) beschreiben

    • Aufbau und Funktion eines endlichen Automaten mit Ausgabe beschreiben (Mealy-Automat)

    • Automatenmodelle in Form von Zustandsgraphen entwickeln und implementieren

    • Funktion eines durch einen Zustandsgraphen vorgegebenen Automaten analysieren

    • Grenzen von endlichen Automaten bei der Problemlösung erläutern

    • Aufbau und Funktion eines Kellerautomaten beschreiben

  • formale Sprachen

    • Eigenschaften formaler Sprachen im Vergleich zu natürlichen Sprachen nennen

    • die von einer Grammatik erzeugte Sprache beschreiben

    • reguläre und kontextfreie Grammatiken entwerfen

    • Zusammenhang zwischen regulären Grammatiken und endlichen Automaten erläutern

Leistungsbewertung

Leistungsbewertung

In der Einführungsphase wird eine Klassenarbeit pro Schulhalbjahr geschrieben.

In der Qualifikationsphase werden drei Klausuren im ersten Jahr der Qualifikationsphase und zwei Klausuren im zweiten Jahr der Qualifikationsphase geschrieben, wenn Informatik Prüfungsfach ist.

In der Qualifikationsphase werden zwei Klausuren pro Schuljahr geschrieben, wenn Informatik kein Prüfungsfach ist.

Der Anteil der schriftlichen Leistung beträgt in den Halbjahren mit nur einer Klausur 40 % der Gesamtzensur, der Anteil der sonstigen Leistung dementsprechend 60 %.

In den Halbjahren mit zwei Klausuren beträgt der Anteil der schriftlichen Leistung 50 % der Gesamtzensur, der Anteil der sonstigen Leistung dementsprechend 50 %.

Zu den sonstigen Leistungen gehören z.B.

  • Beiträge im Unterrichtsgespräch,

  • Mündliche Überprüfungen,

  • Unterrichtsdokumentation,

  • Anwenden fachspezifischer Methoden und Arbeitsweisen,

  • Präsentationen,

  • Mitarbeit in Partner- und Gruppenarbeit,

  • Ergebnisse von Partner- und Gruppenarbeit und deren Darstellung,

  • Projekt- und Langzeitaufgaben,

  • Freie Leistungsvergleiche (z.B. Schülerwettbewerbe).

Fachgruppe

Ludger Hamm Henning Wilkenn