Informatik
Verstehe die Welt hinter den Bildschirmen.
Computer, Netzwerke und Programme haben in den letzten vierzig Jahren die Welt im Sturm erobert und sowohl die Arbeitswelt als auch das private Umfeld maßgeblich verändert. Dabei ist der Prozess noch lange nicht abgeschlossen. Computer, Tablets und Smartphones werden wie selbstverständlich von den meisten Menschen bedient – in der Regel ohne genaue Kenntnisse, wie die Geräte und Programme im Detail funktionieren. Da im anstehenden Zeitalter der Künstlichen Intelligenz Programme immer weitreichender in unser Leben hineinwirken, sind solche Kenntnisse für einen mündigen Bürger, eine mündige Bürgerin von großer Bedeutung.
Daher sind wir am GAT bestrebt, ein umfangreiches Lernangebot für das Fach Informatik anbieten zu können.
In Zukunft wird nach den G9-Lehrplänen im Fachbereich Informatik folgendes am GAT unterrichtet:
Eine Wochenstunde in Stufe 5, epochal zwei Wochenstunden in Stufe 6.
Die Kernlehrplan Informatik sieht aktuell folgende Themen vor:
Informatiksysteme
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Aufbau und Funktionsweise von Informatiksystemen
- Anwendung von Informatiksystemen
Informatik, Mensch und Gesellschaft
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Informatiksysteme in der Lebens- und Arbeitswelt
- Datenbewusstsein
- Datensicherheit und Sicherheitsregeln
Information und Daten
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Daten und ihre Codierung
- Informationsgehalt von Daten
- Verschlüsselungsverfahren
Algorithmen
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Algorithmen und algorithmische Grundkonzepte
- Implementation von Algorithmen
- Variablenkonzep
Automatisierung und künstliche Intelligenz
Inhaltliche Schwerpunkte:
- Aufbau und Wirkungsweise einfacher Automaten
- Maschinelles Lernen
Mathematik/Informatik (Wahlpflichtkurs in den Jahrgängen 9 und 10)
Die Schüler erwerben in diesem Kurs auf der Grundlage mathematischer Fragestellungen Kenntnisse über die interaktive Nutzung von Informatik- und Kommunikationssystemen.
Vorgesehene Themenbereiche:
(1) „Mathematische Bausteine“: Verschlüsselung (RSA-Algorithmus); Statistik (Korrelation und Regression); Geometrie (Goldener Schnitt); Übergänge (PageRank-Algorithmus); Vermessungstechnik/Geodäsie (Trigonometrie);
(2) „Am GAT sind die Robos los!“ – Robotikprogrammierung mit Lego® Mindstorms® Education EV3 (MINT „greifbar machen“);
(3) B·O·B·3 (www.bob3.org) ist ein neu entwickeltes Konzept, um junge Menschen für Technik, Elektronik und Programmierung zu begeistern. Mit einem eigenen kleinen Roboter werden die Jugendlichen motivierend an interessante Themen aus den Bereichen Naturwissenschaften und Technik herangeführt. In dem anschließenden interaktiven Programmierkurs lernen die Schüler mit viel Spaß Inhalte aus den Themenbereichen Mathematik und Informatik. Das Ziel ist Schülerinnen und Schüler geschickt dazu zu motivieren, ein eigenes Interesse an den MINT-Themenbereichen auszubilden, damit Sie sich daraufhin in diesen Bereichen selbstständig beschäftigen können und wollen.
Das vorgesehene Lernkonzept‚ Einstieg in die digitale Welt mit BOB3′ basiert auf digitalen Mikrolerneinheiten, die eine motivierende Einführung in die textuelle Programmierung bieten. Zur Vertiefung und Differenzierung stehen zusätzlich passende Arbeitsblätter als OER-Materialien zur Verfügung. Als interaktive Programmieroberfläche ist www.ProgBob.org gleichzeitig ein motivierender Programmier-Kurs.
Modul 1: Einführung und Grundlagen
Angefangen bei ersten Programmierschritten und dem Verstehen des Prinzips der Programmierung von Hardware (Compilieren, Übertragen) lernen die Schüler einzelne Aktionen zu programmieren, erzeugen einfache Sequenzen, erlernen das Prinzip der Verzögerung mit der delay()-Funktion, programmieren diverse LED-Blinklicht-Varianten, experimentieren mit verschiedenen Farbkonstanten und lernen Funktionen mit Parametern kennen.
Modul 2: Sensoren & Kontrollstrukturen
Die Schüler lernen Verzweigungen anhand der Kontrollstruktur ‚if / else‘ kennen und arbeiten mit Vergleichsoperatoren und Wahrheitswerten. In kleinen Programmbeispielen wird die Verzweigung konkret zur Auswertung des IR-Sensors eingesetzt. In diesem Zusammenhang lernen die Schüler das Konzept von Variablen kennen und anwenden. Sie lernen die einzelnen Hardware-Bestandteile des Roboters und die jeweiligen Funktionen kennen. Anhand der Software-Bibliothek des BOB3 setzen sie sich mit Methoden, Funktionen und Parametern auseinander und erlernen als weitere Kontrollstruktur das Prinzip und die Anwendung von ‚for-Schleifen‘. Zum Abschluss der Lerneinheit erfolgt eine einfache Fehlersuche, bei der die Schüler lernen, Fehler im Programmcode zu entdecken und zu beheben.
Modul 3: Funktionen & Sensorik
Die Schüler vertiefen das Prinzip und die Anwendungsmöglichkeiten von Variablen und setzen das erlernte Wissen in kleinen Programmbeispielen um. In verschiedenen Experimenten mit den Multifeld-Touch-Sensoren verwenden sie Variablen, um die jeweils aktuellen Sensorwerte abzuspeichern und während des Programmablaufs zur Verfügung zu stellen. In diesem Zusammenhang beschäftigen sie sich intensiver mit der genauen Funktionalität der Sensoren und setzen sich mit dem Zeit-Multiplex-Verfahren auseinander. Als weitere Kontrollstrukturen lernen die Schüler ‚Switch-Case-Verzweigungen‘ und ‚While-Schleifen‘ kennen und vertiefen ihr Wissen zur Kontrollstruktur ‚if / else‘ anhand einer Leistungsüberprüfung. Die Schüler erlernen den Sinn und Zweck von Funktionen und erarbeiten den Unterschied von Funktionen mit und ohne Parameter. In verschiedenen Experimenten mit dem IR-Sensor werden Funktionen mit Rückgabewert konkret zur Auswertung eingesetzt. In diesem Zusammenhang erwerben die Schüler weiteres Wissen zur Funktionalität des IR-Sensors, insbesondere zum Reflexionsverfahren. Anschließend definieren die Schüler eigene Funktionen und diskutieren das aus diesen Möglichkeiten resultierende Potential. Zum Abschluss der Lerneinheit werden offene Aufgaben, wie z.B. die Programmierung eines Parksensors angeboten.
(4) Ausbildung zu Medienscouts am GAT als Experten für kompetente und bewusste digitale Kommunikation (mit Hilfe des Mentorenprogramms der „Digitalen Helden“).
Der Kurs wird dreistündig unterrichtet.
Entscheidungshilfen bei der Wahl des Kurses:
- grundlegende mathematische Fertigkeiten und Fähigkeit zum abstrakten Denken; Interesse an mathematischen Fragestellungen und problemlösendem Denken; Frustrationstoleranz; Fähigkeit zum kollaborativen Arbeiten;
- Interesse an Informatiksystemen (Kommunizieren, Kooperieren, Präsentieren) und Algorithmen (Modellieren und Implementieren) – hier im Besonderen: Interesse an der Robotikprogrammierung mit Lego® Mindstorms® Education EV3;
- Interesse und Motivation sich zum Medienscout ausbilden zu lassen und jüngere Schülerinnen und Schüler am GAT beim Umgang mit persönlichen Daten im Internet, sozialen Netzwerken und bei der Präventation von Cybermobbing zu beraten.
Der Informatikunterricht in der Erprobungsstufe wird nach dem Kernlehrplan des Landes NRW erteilt. Interessierte Leserinnen und Leser können hier einen detaillierten Blick in die Inhalts- und Kompetenzvorgaben werfen.
Ein schulinternes Curriculum befindet sich aktuell in der Bearbeitung.
Informatik in der EPH – eine kurze Darstellung
Das zentrale Anliegen des Informatikunterrichts in der Einführungsphase ist die Einführung in die objektorientierte Programmierung. Als Programmiersprache wird Java verwendet. Java ist nach wie vor eine der beliebtesten und weitverbreitetsten Programmiersprachen der Welt, mit der eine Vielzahl verschiedener Anwendungen erstellt werden können. Unter anderem werden Apps für Android in Java programmiert.
Informatik in der Einführungsphase wird als neu-einsetzendes Fach unterrichtet und steht damit jeder Schülerin und jedem Schüler zur Fachwahl für die Oberstufe offen. Vorkenntnisse sind nicht notwendig. Im Vergleich zu anderen Unterrichtsfächern zeichnet sich der Informatikunterricht durch eine projektorientierte Arbeitsweise aus. Die Kompetenzerwartungen des Lehrplans werden sukzessive in kleinen und größeren Projekten erarbeitet und können individuell weiterentwickelt werden. Solche Projekte können beispielsweise kleine grafische Spiele oder Programme zur Verwaltung von Daten sein.
Als Entwicklungsumgebungen kommen die für Einsteiger geeigneten und bewährten Programme Greenfoot und BlueJ zum Einsatz.
