Wenn man den Arbeitsbegriff Modell in einer schulnahen - wenn auch wissenschaftlich eher schlichten - Weise benutzen darf als Abbildung eines Ausschnitts der Wirklichkeit bzw. realer Systeme in den Raum zugänglicher Lösungen, als Idealisierung, die nur die wesentlichsten Eigenschaften eines Originals berücksichtigt und als Mittel zum Problemlösen unter den notwendigerweise vereinfachenden Bedingungen von Unterricht, dann lassen sich die Fachinhalte des Informatikunterrichts nach den Ausführungen des vorangehenden Kapitels als Fachprinzipien gebündelt in den zwei Feldern Modellieren und Konstruieren sowie Analysieren und Bewerten beschreiben:

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Lernen im Kontext

Die Hereinnahme konkreter informatischer Anwendungen in das Unterrichtsgeschehen ermöglicht einerseits, die Schülerinnen und Schüler auch längerfristig für eine Lernsequenz zu motivieren, und andererseits, Zusammenhänge, Gesetzmäßigkeiten und Theorien an konkreten Objekten, Systemen bzw. Prozessen zu veranschaulichen.

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Methoden und Formen selbständigen Arbeitens

Methoden werden im ursprünglichen Wortsinn als Wege zu einem Ziel verstanden.

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Darstellung der Obligatorik am Beispiel unterschiedlicher Sprachkonzepte

Der Unterricht hat sich an den fachlichen Inhalten im Sinne von Kapitel 2.1.1 zu orientieren und die Anwendungs- und Methodengesichtspunkte gemäß Kapitel 2.1.2 und 2.1.3 zu berücksichtigen. Bei der Anbindung an konkrete Gegenstände ist Freiraum gegeben, um auch zeitgemäße Entwicklungen berücksichtigen zu können.

Wie schon dargestellt, sind im Laufe der Zeit eine ganze Reihe von Informatiksprachen mit unterschiedlicher Präzision und Ausdruckskraft entstanden, die die Problemerfassung, das Denken und letztendlich die Problemlösungen entscheidend prägen. Damit sind die konkreten Unterrichtsinhalte zu einem Teil abhängig von der Paradigmenwahl, d.h. von der gewählten Alternative z. B. eines imperativen, objektorientierten, wissensbasierten oder funktionalen Ansatzes. Dies betrifft vor allem die fachlichen Inhalte für das in 2.1.1 beschriebene Feld „Modellieren und Konstruieren". Weitgehend unabhängig vom gewählten Sprachenkonzept sind dagegen die fachlichen Inhalte im Feld „Analysieren und Bewerten", die hier genannten Themen haben einen eigenen Stellenwert und werden an geeigneten Stellen in die Lernsequenzen (Kapitel 3) eingearbeitet. Für ein Unterrichtskonzept über eine Dauer von drei Jahren ist schließlich ein Paradigmenwechsel wünschenswert, damit die Schülerinnen und Schüler zumindest exemplarisch erfahren, dass bestimmte Problemklassen durch grundlegend andersartige Denkansätze mit neuen Werkzeugen vielfach effizienter gelöst werden können.

Es folgen nun sachlogisch geordnet und auf Kapitel 2.1 bezogene fachliche Inhalte für verschiedene Sprachkonzepte. Kursiv dargestellte Begriffe konkretisieren und ergänzen die obligatorischen fachlichen Inhalte aus der Sicht des Sprachparadigmas. Für das Feld „Analysieren und Bewerten" sind jeweils nur die Aspekte benannt, die über die allgemeinen Inhalte hinaus besonders geeignete Zugänge aus Sicht des Sprachkonzeptes zulassen. Eine chronologische Reihenfolge für den konkreten Unterricht darf hieraus noch nicht abgeleitet werden, hierzu wird auf die Beschreibung der Lernsequenzen in Kapitel 3 verwiesen.

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Der imperative Ansatz

Probleme eingrenzen und spezifizieren, reduzierte Systeme definieren:

Dem Computer wird in einem Gesamtplan eine Abfolge von Handlungsanweisungen zur Abarbeitung übergeben. Um den aktuellen Zustand der Objekte zu verändern. Bei komplexen Problemen sollen Lösungen angestrebt werden, in denen Teilaufgaben an Unterprogramme delegiert werden. Weitere Stichworte: (Top-Down-Methode)

Daten und Algorithmen

schrittweise Verfeinerung, prozedurale Zerlegung und Datenabstraktion

Die von einer imperativen Programmierumgebung bereitgestellten Standarddatentypen, Grundoperationen, Strukturen von Ablaufsteuerung und Modularisierungshilfenerweisen sich bei einer Reihe von Aufgabenstellungen als hinreichende Formulierungshilfen. Typen und Operationen die nicht mehr von der Sprache zur Verfügung gestellt werden, zwingen zur spezifischen Datenorganisation. Im Sinne einer Spracherweiterung werden allgemeine Datentypen wie Listen, Dateien, Graphen oder Bäume definiert und implementiert. Weitere Stichworte: (Bottom-Up-Methode).

Lösungskonzepte in einer Programmiersprache realisieren, überprüfen und weiterentwickeln

Die Zweckmäßigkeit des Lösungsansatzes und die Plausibilität und Güte der Lösung sind zu untersuchen.

Algorithmen, Sprachkonzepte und Automatenmodelle beurteilen

Möglichkeiten und Grenzen der Algorithmisierbarkeit sowie die Komplexität von Lösungen müssen untersucht werden.

Technische, funktionale und organisatorische Prinzipien von Hard- und Softwaresystemen kennen lernen und einordnen

Die Transformation der Daten und Ablaufstrukturen hin zur maschinennahen Sprache sollen nachvollzogen werden . Der funktionale Aufbau, über Operation und Adressierungsprinzipien und die Organisation des Speichers (von-Neumann-Architektur) vertiefen das Verständnis für Konstrukte imperativer Programmiersprachen.

Modellierung anhand von objektorientierter Analyseverfahren

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Der Objektorientierte Ansatz

Probleme eingrenzen und spezifizieren, reduzierte Systeme definieren:

Modellierung anhand von objektorientierter Analyseverfahren. Idee von OOA ist, dass sie Realität stets durch Objekte beschrieben werden kann, die Informationen festhalten und miteinander kommunizieren können. (Ein Objekt ist eine Einheit die durch Attribute und Dienste gekennzeichnet ist.)

Klassifizierung der Objekte sowie Beschreibungen der Objektbeziehung mit geeigneten Dokumentationstechniken.

Objekt- und Interaktionsdiagramme beschreiben die statische bzw. dynamische Sicht auf Objektbeziehungen. Das Ergebnis ist eine Welt von Objekten, die über Informationen verfügen, die ihre Eigenschaften und ihren aktuellen Zustand beschreiben und Nachrichten versenden.

Daten und Algorithmen

Klassenbibliotheken sollen unter Verwendung vorhandener Klassen bei dem objektorientierten Design zum Einsatz kommen. Wiederverwendbarkeit und Vererbung

sind typisch für die Objektorientierung. Durch Erweiterung von vorhandenen Oberklassen entstehen neue Unterklassen. In selbst entworfenen Klassenbibliotheken werden eigene abstrakte und spezielle Klassen gesammelt. (Generalisierung und Spezialisierung). Klassenschnittstellen werden von Protokollen beschrieben, in denen sich Attribute, Dienste , Klassen- und Objektbeziehungen befinden. ( Weitere Stichworte: Client-Server-Modell, Kapselung).

Lösungskonzepte in einer Programmiersprache realisieren, überprüfen und weiterentwickeln

Implementierung mittels Modulen in denen die Programme als kooperierende Ansammlung von Objekten realisiert wird.

Typische Einsatzbereiche, Möglichkeiten, Grenzen, Chancen und Risiken der Informations- und Kommunikationssysteme untersuchen und einschätzen

Typische Anwendungen von OOP sind z. B. Animationen, grafische Benutzungsoberflächen, objektorientierte, leicht erweiterbare Betriebssysteme, Client-Server-Architekturen. Hier können Einsatzmöglichkeiten und Grenzen durch Vergleich mit kommerziellen Produkten beurteilt werden.

Algorithmen, Sprachkonzepte und Automatenmodelle beurteilen

Weil wesentliche Konzepte der Automatentheorie (Zustände, Eingaben als Nachrichten) aus der OOP bekannt sind, lassen sich Automatenmodelle leicht mit Objekten realisieren. Mit Hilfe der Automaten können Compiler entwickelt und dabei Sprachkonzepte beurteilt werden.

Technische, funktionale und organisatorische Prinzipien von Hard- und Softwaresystemen kennen lernen und einordnen

Kommunikationsstrukturen auf der Grundlage des Nachrichtenkonzepts der OOP (Bussystem mit Broadcasting, Protokolle). Die Funktionsweise eines Computersystems kann durch die objektorientierte Darstellung der einzelnen Komponenten besser verstanden werden.

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Zusammenfassung inhaltlicher und methodischer Kompetenzen

Das Schulfach Informatik leistet einen wesentlichen Beitrag zum Erziehungs- und Bildungsauftrag der Schule, da es sich mit den Grundlagen und Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechniken beschäftigt und damit auf die Bewältigung zukünftiger Lebenssituationen in der Gesellschaft vorbereitet und zur Persönlichkeitsentwicklung des Einzelnen durch Förderung seiner Urteils- und Handlungsfähigkeit und seines verantwortungsbewussten Umgangs mit Information und Technik beiträgt:

Im Laufe der Kurssequenz im Fach Informatik haben die Schülerinnen und Schüler den Computer als ein Werkzeug erfahren und erkannt, welches menschliche Fähigkeiten ergänzt und erweitert, menschliche Arbeit durch Rechnerlösungen verändert und vielfältige Auswirkungen auf die Nutzer von Rechnersystemen und andere unmittelbar oder mittelbar Betroffene ausübt.

Die Schülerinnen und Schüler

· kennen typische Verfahren zur Modellbildung in der Informatik und können diese anwenden und bewerten,

· haben einen Überblick über unterschiedliche Zugänge und Ansätze beim Problemlösungsprozess gewonnen und können Problemlösungen unter verschiedenen Gesichtspunkten bewerten und verbessern,

· haben bei der Umsetzung von Problemlösungen und im Rahmen von Projektarbeiten unmittelbare Erfahrungen gesammelt über die Veränderung der individuellen Arbeitsprozesse und der Teamarbeitsprozesse beim Einsatz des Werkzeugs Computer und können diese Erfahrung zum Lösen von Problemen und zur Strukturierung des Problemlösungsprozesses einsetzen,

· verfügen über theoretische Grundlagen der maschinellen Verarbeitung von Informationen, der bei der Problemformulierung und -lösung verwendeten formalen Beschreibungsmethoden und der Funktionsweise von Informatiksystemen, Informatik 35

· sind in der Lage, Möglichkeiten und Grenzen algorithmischer Verfahren zur Problemlösung zu erkennen und in Hinblick auf ihre Komplexität zu beurteilen,

· können die Auswirkungen der Informations- und Kommunikationstechnik auf die Lebens- und Arbeitswelt besser einschätzen und die historischen und gesellschaftlichen Voraussetzungen und Rahmenbedingungen des Einsatzes neuer Technologien sicherer einordnen und beurteilen.

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Sequenzen für die Jahrgangsstufe 11

Die Aufgabe der Jahrgangsstufe 11 in ihrer allgemeinen Funktion ist im Kapitel 4 des Richtlinientextes beschrieben. Die Schülerinnen und Schüler belegen in der Jahrgangsstufe 11 i.d.R. durchgehend 10 bis 11 Grundkurse (30 bis 33 Wochenstunden). Der Unterricht folgt für die Jahrgangsstufen 11 bis 13 insgesamt einem Sequentialitätsprinzip. Dabei ergibt sich für die Jahrgangsstufe 11, dass sie die wissenschaftspropädeutische Vorbereitung für die Qualifikationsphase inhaltlich und methodisch übernehmen muss, d.h. dass gesorgt werden muss

· für eine breite fachliche Grundlegung,

· für eine systematische Methodenschulung in fachlicher, fachübergreifender und kooperativer Hinsicht,

· für Einblicke in die Anforderungen von Leistungskursen

· für Angebote zur Angleichung der Kenntnisse.

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Sequenz für die Jahrgangsstufe 11 mit imperativem Ansatz

Beim imperativen Ansatz haben sich Pascal- verwandte Sprachen im Unterricht der Sek. II durchgesetzt. Bei der Verwendung von visuellen Programmierumgebungen soll der objektorientierte Charakter dieser Gestaltungswerkzeuge nicht thematisiert werden. Zentral bleibt das EVA-Prinzip im Rahmen des klassisch-imperativen Algorithmik.

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Sequenz für die Jahrgangsstufe 11 mit objektorientiertem Ansatz unter Verwendung
plattformunabhängiger Klassenbibliotheken

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Sequenz für die Jahrgangsstufe 11 mit objektorientiertem Ansatz unter Verwendung visueller Werkzeuge

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Quelle:

Importierte Grafiken (Der didaktische Würfel) sowie Tabellen sind aus dem Rahmenplan, der dem Verfasser des Referates als PDF-Datei vorliegt, kopiert worden.

- Rahmenplan Nordrhein-Westfahlen 1998