Suchfunktion
1. Leitgedanken zum Kompetenzerwerb
1.1 Bildungswert des Faches
Informatik ist eine Wissenschaft, die strukturwissenschaftliche und ingenieurwissenschaftliche Komponenten verbindet. Sie beschäftigt sich dazu systematisch mit Konzepten zur Darstellung, Verarbeitung, Strukturierung und zum Transport von Informationen und nutzt diese Konzepte für die Entwicklung von Informatiksystemen. Die Informatik stellt heute einen organischen Teil vieler anderer Disziplinen dar und hat diese in kurzer Zeit verändert. Alltägliches Handeln wird ebenso von diesen Informatiksystemen gesteuert wie die lebensnotwendige Grundversorgung in den Bereichen Energie, Logistik, Transport und Kommunikation. Kinder und Jugendliche bewegen sich also in einer zunehmend digitalisierten Welt. Durch die Digitalisierung ist eine weitere Dimension der realen Welt und des Zusammenlebens entstanden. Einerseits haben viele nur durch die Informatik ermöglichten Anwendungen (wie zum Beispiel Navigationssysteme, Wissensdatenbanken, Kommunikationsplattformen, Unterhaltungselektronik, Streamingdienste, Onlineshopping und Cloud-Computing) unser Leben bereichert und vereinfacht. Andererseits birgt es auch Gefahren, wenn die automatisierte und algorithmengesteuerte Verarbeitung von Informationen durch massenhaftes Erheben und Verknüpfen von Daten bereits so in den Alltag integriert ist, dass eine Beeinflussung durch deren Prognosen und Handlungsempfehlungen häufig nicht mehr wahrgenommen wird. Ziel des Informatikunterrichts ist es, dass Schülerinnen und Schüler ein Verständnis für Hintergründe, Mechanismen und Funktionsweisen von informatischen Systemen entwickeln. Dabei ist es von großer Bedeutung, nicht nur zu wissen, wie Anwendungen genutzt werden, sondern auch ihre Funktionsweise zu verstehen. Bei der Erstellung von informatischen Produkten erleben die Schülerinnen und Schüler, wie sie selbst gestalterisch tätig werden können und erfahren ihre Selbstwirksamkeit. Ein Bewusstsein für die Existenz und Relevanz der Beeinflussungen durch informatische Systeme sowie die Erfahrung, informatische Systeme selbst mitgestalten zu können, tragen dazu bei, dass sie als mündige Bürgerinnen und Bürger in der Gesellschaft verantwortungsvoll Entscheidungen treffen können.
Beitrag des Faches zu den Leitperspektiven
In welcher Weise das Fach Informatik einen Beitrag zu den Leitperspektiven leistet, wird im Folgenden dargestellt:
- Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE)
Die Schülerinnen und Schüler setzen moderne Informations- und Kommunikationstechnologien ein und nehmen im Informatikunterricht auch zunehmend die gestalterische Rolle ein. Im Informatikunterricht werden Schülerinnen und Schüler mit der stets vorhandenen Begrenztheit von Ressourcen konfrontiert. Sie erfahren von Grund auf die Notwendigkeit, Methoden zu entwickeln und zu optimieren, um Ressourcen effizient einzusetzen. Viele im Alltag und auch im Informatikunterricht eingesetzte elektronische Geräte bieten Gesprächsanlässe, um Aspekte nachhaltiger Nutzung aus informatischer Perspektive zu diskutieren. Die Schülerinnen und Schüler entwickeln zunehmend ein Bewusstsein für nachhaltigkeitsfördernde Konzepte wie beispielsweise langfristig wartbare Systeme, komponentenweise austauschbare Systeme oder das Teilen von Ressourcen (zum Beispiel mittels Virtualisierung). Darauf aufbauend werden sie in der Kursstufe befähigt, sich zu aktuellen Fragestellungen im Hinblick auf tatsächliche oder vermeintliche Nachhaltigkeit zu positionieren. Aufgrund der zunehmenden Knappheit von Ressourcen auf der Erde wird deren effiziente Nutzung und der Rückgang des globalen Ressourcenverbrauchs eine der größten Herausforderungen der Zukunft sein. Um diese zu bewältigen, werden in vielen Bereichen grundlegend neue Ansätze erforderlich sein, bei denen informatische Konzepte eine zentrale Rolle spielen. - Bildung für Toleranz und Akzeptanz von Vielfalt (BTV)
Informatiksysteme wirken in zahlreichen gesellschaftlichen Bereichen, zum Beispiel in der Fahrzeugtechnik, in der Medizintechnik, in der Kommunikationstechnik und im Zahlungsverkehr. Zunehmend fällen diese Systeme autonom Entscheidungen, die sich nicht oder nicht unmittelbar nachvollziehbar beeinflussen lassen, jedoch konkrete Auswirkungen auf Menschen haben. Die Entwickler derartiger Informatiksysteme tragen damit eine erhebliche gesellschaftliche Verantwortung. Schülerinnen und Schüler entwickeln im Informatikunterricht anhand konkreter Fragestellungen ein Verantwortungsbewusstsein für die vielfältigen Bedürfnisse verschiedener Gruppen der Gesellschaft: Wie können Algorithmen zur Bonitätseinstufung Personen diskriminieren? Welche ethischen Überlegungen müssen kollisionsvermeidenden Algorithmen für selbstfahrende Automobile zu Grunde liegen? Wie können automatische und manuelle Zensursysteme das Recht auf freie Meinungsäußerung tangieren? Die deutsche Bundesregierung hat mit ihrer Entscheidung, den „contract for the web“ zu unterzeichnen, deutlich gemacht, dass der Zugriff aufs Internet ein Grundrecht ist. Allerdings werden durch Ausübung dieses Grundrechts auch andere Grundrechte tangiert. Denn das Internet ist aufgrund seiner Topologie ein schwer zu kontrollierender Raum, in dem in der Folge Beleidigungen, Cybermobbing, Hetze und Intoleranz ihren Platz finden. Bestimmte Interessengruppen nutzen das Internet auch, um Meinungen und Ansichten zu verstärken, zu beeinflussen oder zu manipulieren. Ein gezielter Einfluss auf die öffentliche Meinung ist eine Gefahr für die Akzeptanz von gesellschaftlicher Vielfalt und fördert Vorurteile und Klischees. Nur wenn die Schülerinnen und Schüler die Strukturen des Internets und die dahinter stehenden technischen Möglichkeiten verstehen, können sie Informationen, die im Internet verfügbar sind, hinsichtlich ihres Wahrheitsgehalts und ihrer Vorurteilsfreiheit bewerten.
Agiles, kollaboratives Arbeiten in Projekten verlangt und übt den wertschätzenden Umgang miteinander und fördert gegenseitigen Respekt und Achtung von Vielfalt. - Prävention und Gesundheitsförderung (PG)
Die Schülerinnen und Schüler der Kursstufe erlernen Strategien zur Lösung zunehmend komplexerer Problemstellungen – sowohl algorithmische Problemlösekompetenzen als auch Teamfähigkeit sind dabei gefordert. Bei der konkreten Realisierung von Lösungen müssen Konflikte bewältigt, Kompromisse gefunden und Ergebnisse vertreten werden. Bei der intensiven Auseinandersetzung mit Mitschülerinnen und Mitschülern an einer konkreten Aufgabe wird zur Förderung der Resilienz Selbstwirksamkeit erlebbar und Kompromissbereitschaft geübt. Rechner und mobile Endgeräte sind wichtige Werkzeuge im Informatikunterricht. Neben der reinen inhaltlichen Arbeit mit den Geräten ist die Arbeitshygiene ein weiterer wichtiger Aspekt bei ihrem unterrichtlichen Einsatz. In der Sekundarstufe I lernen die Schülerinnen und Schüler Strategien zur Gesunderhaltung, welche in der Kursstufe aufgegriffen werden, da Präventionsmaßnahmen nur bei regelmäßiger Anwendung oder Wiederholung ihre volle Wirksamkeit entfalten – insbesondere im Hinblick auf Suchtverhalten. Vorrangiges Ziel muss sein, dass die erlernten Strategien von den Schülerinnen und Schülern in den Alltag integriert werden. Dies gelingt umso mehr, wenn neben den positiven Effekten gesundheitsfördernder Maßnahmen in der Kursstufe zusätzlich die negativen Konsequenzen bei Missachtung dieser Maßnahmen aufgezeigt werden. - Berufliche Orientierung (BO)
Mit der rasanten Entwicklung der Informationstechnologien geht eine ebenso rasante Entwicklung der zugehörigen und davon abhängigen Berufsfelder einher. Besuche von Betrieben und Hochschulen, die im Rahmen des Informatikunterrichts stattfinden, geben Schülerinnen und Schülern einen Einblick, welche konkreten Berufe in der IT-Branche gewählt werden können. Die Schülerinnen und Schüler lernen in der Kursstufe mit der objektorientierten Modellierung und Programmierung sowie Projektmanagement wichtige Fachkonzepte der Softwareentwicklung kennen. Sie erhalten dadurch die Möglichkeit, die verschiedenen Rollen und beruflichen Fachrichtungen in diesem elementaren Teilbereich der IT-Branche zu erleben und eine berufliche Zielrichtung zu entwickeln. Auch der Informatikunterricht der Kursstufe kann einen geschlechtsneutralen Zugang zur Arbeitswelt aufzeigen und stereotype Sichtweisen von informatiknahen Berufsbildern ausräumen. - Medienbildung (MB)
Der reflektierte Umgang mit Medien verlangt ein grundlegendes Wissen über informatische Konzepte. Die Fachkompetenzen, die Schülerinnen und Schüler im Informatikunterricht erwerben, ermöglichen ihnen, eine Bewertung von Medien vorzunehmen und sie dadurch sicher und zielgerichtet einzusetzen. Im neuen Kompetenzbereich „Projektmanagement“ arbeiten die Schülerinnen und Schüler der Kursstufe intensiv mit digitalen Werkzeugen auf Softwarebasis, zum Beispiel Versionsverwaltungsprogrammen. Im Alltag sind Medien zum steten Begleiter geworden. Die im Informatikunterricht erlernten Strategien zum verantwortungsvollen Umgang mit Medien helfen den Schülerinnen und Schülern dabei, dass sie die Medien und nicht die Medien sie kontrollieren. - Verbraucherbildung (VB)
In der Kursstufe lernen die Schülerinnen und Schüler mit Datenbanksystemen und Rechnernetzen spezielle Informatiksysteme kennen, die Grundlage für den Kauf und Verkauf von Waren und Dienstleistungen, für das Schalten von personalisierter Werbung und für die Unterbreitung persönlicher Angebote sind. Mit diesem Fachwissen werden die Schülerinnen und Schüler zu mündigen Bürgerinnen und Bürgern, die reflektiert Konsumentscheidungen treffen. Die Kenntnis darüber, wie personenbezogene Daten zur Ableitung weiterer Informationen über Personen genutzt werden, versetzt die Schülerinnen und Schüler in die Lage, Angebote und Dienstleistungen von Unternehmen kritisch zu beurteilen. Ausgehend von dieser Reflexionskompetenz entwickeln sie die Handlungskompetenz, konkrete Maßnahmen zum Schutz ihrer Daten zu ergreifen.
1.2 Kompetenzen
Die Auswirkung der Digitalisierung auf gesellschaftliche Entwicklungen hat in den vergangenen Jahren stetig zugenommen. Daher ist die Befähigung der Schülerinnen und Schüler, ihr Leben in einer Informationsgesellschaft selbstbestimmt führen und gestalten zu können und auch auf zukünftige Entwicklungen und die damit verbundenen Fragestellungen vorbereitet zu sein, nur durch den Erwerb entsprechender Kompetenzen erreichbar.
Zentrale Konzepte der Informatik
Grundlage für die Ausweisung von Kompetenzen sind zentrale Konzepte der Informatik. Dabei nehmen Konzepte des Informatischen Denkens (Computational Thinking) einen großen Anteil ein. Diese beschreiben den Prozess, ein Problem und die zur Verfügung stehenden Daten zu untersuchen, spezifische Muster zu erkennen, Wesentliches von Unwesentlichem zu unterscheiden und damit eine Lösung zu entwickeln, die so präzise beschrieben wird, dass sie leicht immer wieder ausgeführt werden kann. Wichtige Lösungsstrategien sind „Zerlegung in Teilprobleme“, „Abstrahieren“, „Mustererkennung“ und „Algorithmisierung“. An den Prozess der Problemlösung schließen sich Reflexion und Bewertung der Ergebnisse an. Diese Vorgehensweisen sind typisch für die Informatik, können aber auch in anderen Disziplinen angewendet werden. Die im Bildungsplan formulierten Kompetenzen stellen die Umsetzung dieser Konzepte im Informatikunterricht dar. Diese sind in zwei Bereiche unterteilt:
- Prozessbezogene Kompetenzen
- Inhaltsbezogene Kompetenzen
Ein zeitgemäßer Informatikunterricht berücksichtigt dabei stets die Verknüpfung von inhaltsbezogenen und prozessbezogenen Kompetenzen.
 |
Prozessbezogene Kompetenzen
Prozessbezogene Kompetenzen beschreiben im Bildungsplan Kompetenzen, die über alle Schuljahre eines Faches in einem längeren Prozess erworben werden. Die seit dem Aufbaukurs Informatik in Klasse 7 angebahnten prozessbezogenen Kompetenzen werden in der Kursstufe nun abschließend erworben. Die prozessbezogenen Kompetenzen gliedern sich in vier Kompetenzbereiche:
- Strukturieren und Vernetzen
- Modellieren und Implementieren
- Kommunizieren und Kooperieren
- Analysieren und Bewerten
Strukturieren und Vernetzen
Die Informatik als Strukturwissenschaft beschäftigt sich mit der Strukturierung von Daten und Prozessen (Algorithmen). Große Datenmengen können nur dann automatisiert und effizient verarbeitet werden, wenn sie in einer geeigneten Struktur vorliegen. Auch Algorithmen sind letztendlich Strukturen aus elementaren Bausteinen. Komplexere Problemstellungen können in einzelne Teilprobleme aufgeteilt werden, die oft für sich einfacher lösbar sind sowie Übersichtlichkeit und Wiederverwendbarkeit erhöhen. Die einzelnen Handlungsschritte werden anschließend chronologisch geordnet und zu einer Gesamtlösung vereint.
Modellieren und Implementieren
Um reale oder konstruierte Probleme lösen zu können, müssen sie zunächst aufbereitet werden. So können Details weggelassen werden, wenn sie für die Lösung irrelevant sind, oder sie müssen weggelassen werden, um ein Problem überhaupt beherrschbar zu machen. In den zur Verfügung stehenden Informationen müssen Regelmäßigkeiten, Wiederholungen, Ähnlichkeiten oder Gesetzmäßigkeiten erkannt werden, um charakteristische und verallgemeinerbare Bestandteile zu abstrahieren. Danach werden Abläufe, Daten und Beziehungen in informatischen Modellen dargestellt. Die Schülerinnen und Schüler implementieren Algorithmen in einer geeigneten Programmierumgebung und testen ihre Programme auf Fehler und die Ergebnisse auf Realitätsrelevanz.
Kommunizieren und Kooperieren
Die Schülerinnen und Schüler dokumentieren ihre Arbeitsschritte und (Teil‑)Ergebnisse und bedienen sich dabei fachlicher Terminologie und geeigneter Visualisierungen. Nur dann können Lösungen beziehungsweise Lösungswege von anderen nachvollzogen werden. Sie bearbeiten geeignete Problemstellungen arbeitsteilig und verwenden dabei vorhandene Infrastruktur zur Kommunikation und Zusammenarbeit.
Analysieren und Bewerten
Die Analyse von Sachverhalten findet im Informatikunterricht auf unterschiedlichen Ebenen statt. So analysieren die Schülerinnen und Schüler Aufgabenstellungen, vorliegenden Programmcode, das Verhalten von Systemen mit unbekanntem inneren Aufbau (black box) sowie die gesellschaftlichen Auswirkungen von informatischen Systemen. Mit der Lösung eines Problems ist der Arbeitsprozess in der Informatik in der Regel nicht abgeschlossen. Beim Reflexionsprozess werden Lösungen mit der Ausgangssituation verglichen und gegebenenfalls Überlegungen zur Verbesserung angestellt. Dies führt zur Bewertung und Überarbeitung der Lösungen. In der Regel gibt es nicht nur eine richtige Lösung, sondern eine Vielzahl möglicher Umsetzungen. Darüber hinaus bewerten die Schülerinnen und Schüler die Auswirkung informatischer Anwendungen, Strukturen und Denkweisen auf die Gesellschaft sowie deren Sinnhaftigkeit.
Inhaltsbezogene Kompetenzen
Informatik beschäftigt sich mit der Darstellung, der automatischen Verarbeitung, Speicherung und Übertragung von Informationen. Dabei ist die Repräsentation der Information in Form von digitalen Daten Voraussetzung für deren weitere automatisierte Verarbeitung. Diese Prinzipien sind die Grundlage für die Gliederung der inhaltsbezogenen Kompetenzen.
Daten und Codierung
Codierungsvorschriften beschreiben, wie Informationen in ein standardisiertes Format gebracht werden können. Unterschiedliche Anwendungen stellen jeweils andere Anforderungen an die Codierungen. Die Schülerinnen und Schüler vervollständigen Ihre Kenntnisse über die Codierung von Zahlen und Texten und lernen weitere verlustfreie Verfahren zur Reduktion des Speicherbedarfs kennen. Ausgehend von Beispielen aus dem Alltag lernen die Schülerinnen und Schüler unterschiedliche Ansätze kennen, Daten mithilfe von Arrays, Listen, Bäumen und Graphen systematisch zu strukturieren. Das Konzept, interne Datenstrukturen zu kapseln, führt auf die abstrakten Datentypen Stack und Queue.
Relationale Datenbanksysteme ermöglichen die Organisation und Speicherung großer Datenmengen auf Basis des relationalen Datenmodells, bei dem Entitäten und ihre Beziehungen in Tabellen abgebildet werden. Mithilfe der Datenbanksprache SQL formulieren die Schülerinnen und Schüler Anfragen, um Informationen zu ermitteln.
Algorithmen
Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihre vorhandenen Programmierkenntnisse. Sie lernen Standardalgorithmen aus verschiedenen Bereichen kennen und entwickeln und implementieren eigene Algorithmen. Mit der Objektorientierten Programmierung lernen die Schülerinnen und Schüler ein neues Programmierparadigma kennen. Sie implementieren eigene Klassen und nutzen das Geheimnisprinzip, um den sicheren Zugriff auf Attribute und Methoden zu regeln. Sie nutzen Assoziation und Vererbung zur Modellierung und Implementierung von Klassenbeziehungen. Algorithmen zur Verarbeitung größerer Datenmengen setzen voraus, dass die Daten in einer geeigneten Struktur vorliegen. Für viele Algorithmen spielen dabei die Grundprobleme Suchen, Traversieren und Sortieren eine Rolle. Für ein und dasselbe Problem gibt es oftmals verschiedene Lösungsverfahren, die sich in Speicher- und Zeitkomplexität sowie – bei Näherungsverfahren – in der Genaugkeit der Lösung unterscheiden. Die Schülerinnen und Schüler ergänzen ihre Problemlösestrategien um rekursive Algorithmen und erkennen deren Relevanz, indem sie konkrete Problemstellungen lösen.
Rechner und Netze
Anhand des Von-Neumann-Rechners lernen die Schülerinnen und Schüler eine konkret realisierbare Maschine und ihren inneren Aufbau kennen. Er stellt andererseits eine von der konkreten Realisierung unabhängige Modellmaschine dar, bei der Daten und Programm im selben Speicher liegen und deren Funktionalität auf einem ständigen Befehlszyklus basiert.
Die Vernetzung von Rechnern bildet die Grundlage verteilten Arbeitens und moderner Kommunikation. Dabei sind sowohl Konzepte der Datenübertragung als auch das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten entscheidend.
Informationsgesellschaft und Datensicherheit
In der Informationsgesellschaft muss jeder Einzelne die Verantwortung für seine Daten im Hinblick auf Verfügbarkeit, Vertraulichkeit und Integrität übernehmen. Schülerinnen und Schüler nutzen im Alltag Technologien, denen kryptologische Systeme zugrunde liegen. Sie lernen den prinzipiellen Unterschied zwischen symmetrischen und asymmetrischen Verfahren kennen und erläutern, wie Infrastrukturen zur verschlüsselten Kommunikation genutzt werden. Sie wenden geeignete Maßnahmen zur Gewährleistung von Datensicherheit und Datenschutz an.
Automaten und formale Sprachen
Im Alltag begegnen den Schülerinnen und Schülern Phänomene, die sich mithilfe formaler Sprachen und Automatenmodellen beschreiben lassen. Ausgehend von diesen Phänomenen entwickeln die Schülerinnen und Schüler im Leistungsfach eine Vorstellung von formalen Sprachen, erwerben Kompetenzen im Umgang mit diesen und nutzen dabei unterschiedliche Darstellungsformen (zum Beispiel Automaten, Syntaxdiagramme, Produktionsregeln). In Basisfach und Leistungsfach nutzen die Schülerinnen und Schüler Automatenmodelle sowohl zur Modellierung realer Automaten (zum Beispiel Leergutautomaten, Snackautomaten und Ticketautomaten) als auch zur Modellierung zustandsbasierter Softwaresysteme.
Projektmanagement
Komplexere Projekte lassen sich heute nur noch in Teams planen und realisieren. Zur Planung und Durchführung haben sich verschiedene Methoden etabliert. Die Schülerinnen und Schüler lernen Vorgehensmodelle und gängige Begriffe des Projektmanagements kennen. Bei der Realisierung eigener Projekte mit dem Ziel, funktionsfähige Prototypen zu erstellen, wenden sie Methoden des Projektmanagements von der Planung über die Durchführung bis zur Dokumentation an.
Nummerierung von Teilkompetenzen in Basis- und Leistungsfach
Zu besseren Übersichtlichkeit sind die Teilkompetenzen in Basisfach und Leistungsfach gleich durchnummeriert. Teilkompetenzen, die nur im Leistungsfach auftauchen, sind im Basisfach mit „[nur LF]“ gekennzeichnet.
1.3 Didaktische Hinweise
Vorkenntnisse
Aufbauend auf den Grundlagen des Informatikunterrichts aus Klasse 7 können in der Mittelstufe informatische Kompetenzen auf unterschiedlichen Wegen erworben werden. Dabei werden die Kompetenzen der prozessbezogenen und der inhaltsbezogenen Kompetenzbereiche in spiralcurricularer Weise aufgebaut. Der Zugang zu Basisfach und Leistungfach Informatik ist damit für Schülerinnen und Schüler aus unterschiedlichen Richtungen geöffnet.
Differenzierung
Grundlegende Konzepte der Informatik stehen im Mittelpunkt des Unterrichts. Während in Klasse 7 viele Begriffe und Zusammenhänge zunächst propädeutisch behandelt werden und sich die Ausformulierungen der Niveaustufen einiger Teilkompetenzen nur geringfügig unterscheiden, findet in der Mittelstufe zunehmend eine Systematisierung und Vernetzung der Konzepte statt. Mit ansteigender Komplexität der Inhalte steigt auch die Notwendigkeit der Differenzierung im Unterricht. Dies kann beispielsweise über unterschiedlich komplexe Beispiele, unterschiedliche Anforderungsniveaus, Aufgabenvariationen oder gestufte Hilfen erfolgen.
Variation von Problemstellungen
In besonderer Weise bietet der informatische Zugang zur Problemlösung auch die Möglichkeit, über die Grenzen der ursprünglichen Aufgabenstellung hinaus zu denken. Durch veränderte Anforderungen, Rahmenbedingungen oder Variation der Problemgröße werden informatische Lösungskonzepte verdeutlicht, nachvollziehbar gemacht oder hinterfragt. Fragestellungen der Art „Wie hätte man es anders machen können?“, „Ist die gefundene Lösung optimal?“ oder „Wo enden die Einsatzbereiche der gefundenen Lösung?“ gehören zum Standardrepertoire des Informatikunterrichts. So entwickelt sich der Unterrichtsgegenstand im Informatikunterricht von anfänglich konkreten Probemstellungen hin zu ganzen Problemklassen.
Geschlechtsneutraler Informatikunterricht
Schülerinnen und Schüler besitzen oftmals diffuse Vorstellungen von Informatik und deren Aufgabenbereichen und bringen Rollenklischees mit, die sich dann im Unterricht widerspiegeln. Diese Problematik wird im Informatikunterricht aufgegriffen: Programmierbeispiele und Übungen werden so gewählt, dass sie in gleichem Maße Jungen und Mädchen ansprechen. Bei der Problemlösung werden schülerspezifische Herangehensweisen berücksichtigt, planvolle und probierende Vorgehensweisen ergänzen sich sinnvoll.
Aktuelle Bezüge
Schülerinnen und Schüler werden in alltäglichen Situationen oder in den Nachrichten mit informatischen Themen konfrontiert. Dies reicht von zunächst unerklärbarem Verhalten (zum Beispiel Fehlermeldungen) beim Bedienen von Endgeräten bis zu Nachrichten über technische Entwicklungen oder Zwischenfälle im Zusammenhang mit Informatiksystemen. Viele dieser aktuellen Ereignisse bieten geeignete Anknüpfungsmöglichkeiten, um sowohl die informatisch-technologischen Aspekte als auch die Auswirkungen auf Individuum und Gesellschaft zu beleuchten.
Informatik in Industrie und Berufswelt
Fast alle Elemente entlang einer Wertschöpfungskette sind zunehmend miteinander vernetzt. Daher weisen immer mehr Berufsfelder informatische Bezüge auf und für viele Berufe ist inzwischen ein grundlegendes Verständnis informatischer Konzepte notwendig. An geeigneten Beispielen von Industriezweigen oder Berufsbildern können Schülerinnen und Schüler dies kennenlernen.
Programmieren
Programmieren als Realisierung von Ideen in Software als schöpferischer und produktiver Prozess ist ein wesentlicher Bestandteil des Informatikunterrichts. Die Schülerinnen und Schüler entwerfen Problemlösungen, die auf grundlegenden Programmierbausteinen basieren und erfahren so, dass die Lösung nicht in den Bausteinen selbst, sondern hauptsächlich in der Art und Weise ihrer Anordnung liegt. Grundsätzlich bieten Programmieraufgaben die Chance, dass Schülerinnen und Schüler die Arbeitsergebnisse anhand des Programmablaufs beziehungsweise ‑ergebnisses selbstständig und unabhängig von der Lehrkraft überprüfen können. Hier ist eine behutsame Heranführung durch die Lehrkraft erforderlich, damit die Schülerinnen und Schüler lernen, diese objektive Rückmeldung zur Weiterentwicklung ihrer Lösung zu nutzen.
Programmierumgebung
Die Entscheidung für eine geeignete Programmiersprache beziehungsweise Programmierumgebung sollte stets nach Gesichtspunkten der altersangemessenen Vermittlung informatischer Konzepte erfolgen.
Zeitgemäße Unterstützungsfunktionen (wie zum Beispiel Codevervollständigung, Refactoring, Syntaxhervorhebung, Statische Codeanalyse, UML, Debugging, Einbinden von Bibliotheken und Buildwerkzeugen, Testen, Kollaboration, Versionierung) werden eher durch professionelle Entwicklungsumgebungen unterstützt. Aufgrund der Funktionsvielfalt erschweren diese jedoch häufig den Blick für die wesentlichen im Informatikunterricht zu vermittelnden Konzepte.
Dem gegenüber stehen Programmierumgebungen, die durch spezielle didaktische Funktionen (zum Beispiel Objektinteraktion, Visualisierungen) und reduzierten Funktionsumfang Programmieranfängern den Einstieg erleichtern und das Verständnis für die zugrundeliegenden Konzepte schärfen, jedoch möglicherweise bei wachsenden Anforderungen an ihre Grenzen stoßen.
Im Bewusstsein des Spannungsfeldes zwischen professionellen und didaktischen Entwicklungsumgebungen sollte in unterschiedlichen Kontexten die jeweils dafür geeignete Entwicklungsumgebung ausgewählt werden.
Grafische Benutzerschnittstelle
Die Möglichkeit einer ansprechenden grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) hat für Schülerinnen und Schüler einen hohen Aufforderungscharakter und motiviert dazu, eigene Ideen umzusetzen. Dennoch muss der Lehrkraft bewusst sein, dass eine umfassende Beschäftigung mit der Thematik „grafische Benutzerschnittstelle“ aufgrund der damit zwangsweise verbundenen Unterthemen (zum Beispiel Eventhandling, Skalierung, User Experience, Design, Interaktivität, MVC etc.) zeitlich nicht leistbar ist.
Informatik mit und ohne Rechnereinsatz
Die Beschäftigung mit informatischen Inhalten geschieht nicht ausschließlich mit digitalen Endgeräten. Die Vermittlung mithilfe von „unplugged“-Elementen (zum Beispiel Nachspielen mit geeigneten Gegenständen, in Papierform, durch Rollenspiele) kann dazu beitragen, die Kernidee informatischer Konzepte in den Vordergrund zu rücken und Ablenkungen, die im Umgang mit Werkzeugen oft unvermeidlich sind, zu reduzieren. Eine Reihe von didaktischen Werkzeugen ermöglicht es jedoch auch, am Computer informatische Konzepte erlebbar zu machen, zum Beispiel bei der Modellierung, Simulation und Visualisierung von Netzwerken, logischen Schaltungen, Rechnermodellen, Datenbanken, Automaten, Objekten und ihren Beziehungen untereinander.
Projektmanagement
Der Informatikunterricht bietet den Schülerinnen und Schülern handlungs- und problemorientierte Unterrichtssituationen, in denen sie erworbene Kompetenzen und erlerntes Wissen anwenden können. In der Mittelstufe haben die Schülerinnen und Schüler schon erste Erfahrungen mit kleineren Programmierprojekten gesammelt. In der Kursstufe wird der Projektbegriff nun fachlich untermauert, indem die Schülerinnen und Schüler verschiedene Aspekte und Methoden des Projektmanagements kennenlernen und diese bei der Umsetzung eigener Softwareprojekte anwenden. Dabei erwerben sie weitere wichtige Kompetenzen wie das Erstellen von Dokumentationen sowie das Auffinden semantischer Fehler und Behandeln von Laufzeitfehlern.
Sächliche Ausstattung und Infrastruktur
Bei der Konzeption des Unterrichts sind stets die örtlichen Gegebenheiten (unter anderem räumliche Lösung, Endgeräte, Infrastruktur) zu berücksichtigen. Grundsätzlich ist der Einsatz digitaler Endgeräte selbstverständlich. Der Einsatz von Software, Lernplattformen etc. muss dabei individuell auf vorhandene Strukturen und Ausstattung abgestimmt werden. Dem Umgang mit der Infrastruktur kommt dabei die Rolle eines Werkzeuges zu. Dieses soll gegenüber der Vermittlung informatischer Inhalte in den Hintergrund treten. Wie Werkzeuge in der einzelnen Unterrichtsstunde eingesetzt werden, ist in der jeweiligen didaktischen Konzeption zu überprüfen.
Verschränkung der Bereiche
Die anfänglich noch eher singulär betrachteten inhaltsbezogenen Kompetenzbereiche werden zunehmend miteinander vernetzt. Komplexere reale Informatiksysteme basieren fast immer auf Inhalten aus allen inhaltsbezogenen Kompetenzbereichen. Dem soll im Informatikunterricht durch geeignete Anwendungsbeispiele Rechnung getragen werden, bei denen diese Verschränkung deutlich wird. Dies könnte aufgezeigt werden, indem für eine entwickelte Anwendung beispielsweise noch eine Datenbankschnittstelle implementiert wird, das Modell eines endlichen Automaten zur Realisierung einer interaktiven GUI genutzt wird, Datenstrukturen und die darauf operierenden Algorithmen rekursiv betrachtet werden oder Dateiformate als formale Sprache betrachtet werden.
1.4 Wege in die Kursstufe über Profilfach IMP oder Brückenkurs
Während Informatik in Klasse 7 in allen Schularten als Pflichtfach unterrichtet wird, gibt es am Gymnasium zwei Wege, die informatischen Kompetenzen zu erwerben, die zum Besuch von Informatik als Basisfach oder Leistungsfach in der gymnasialen Kursstufe berechtigen.
Im Profilfach IMP werden informatische Kompetenzen mit einem Anteil von insgesamt 4 Jahreswochenstunden über drei Schuljahre hinweg erworben. Besondere Berücksichtigung finden hier unter anderem projektartiges Arbeiten und die Verknüpfung mit Kompetenzen aus den Bereichen Mathematik und Physik. Der Brückenkurs umfasst hingegen nur zwei Jahreswochenstunden (einstündig in den Klassenstufen 9 und 10 oder zweistündig in Klasse 10). Ein Fokus des Brückenkurses liegt auf der Vorbereitung für die gymnasiale Kursstufe, weshalb im Vergleich zu IMP an vielen Stellen stringenter vorgegangen wird und kleinere Projekte oder Querverknüpfungen zu anderen Bereichen im Vergleich zum Profilfach IMP deutlich kürzer ausfallen oder – sofern die Kompetenzen für den Besuch der Kursstufe nicht zwingend notwendig sind – nicht vorhanden sind.
In Klasse 11 der Kursstufe werden somit möglicherweise Schülerinnen und Schüler mit unterschiedlichen Bildungswegen (Profilfach IMP und Brückenkurs) in einem gemeinsamen Kurs sitzen, wie dies beispielsweise auch bei den modernen Fremdsprachen der Fall ist. Diesem Umstand muss insbesondere beim Einstieg in neue Themen oder Unterrichtseinheiten Rechnung getragen werden.