Woeste-Gymnasium Hemer

Schulprogramm	Informatik	Qualifikationsphase Q1/Q2

Schulinterner Lehrplan für das Fach Informatik - Stufen Q1 (11) und Q2 (12)
Rechtliche Grundlage Kernlehrplan des Landes Nordrhein-Westfalen für das Fach Informatik in der Gymnasialen Oberstufe
Die Reihenfolge der Unterrichtseinheiten kann variiert werden.

Qualifikationsphase Q1
Umfang	Kompetenzen	Konkretisierung
1. Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung anhand kontextbezogener Problemstellungen
8 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Informatiksysteme Inhaltliche Schwerpunkte Objekte und Klassen Analyse, Entwurf und Implementierung von Algorithmen Syntax und Semantik einer Program- miersprache Nutzung von Informatiksystemen	Objektorientierte Modellierung In dieser Sequenz werden Inhalte der Stufe EF anhand von ein oder zwei Projekten wiederholt und vertieft. Modellierung von Klassen mit Attributen, Methoden und Assoziationen Zuordnen von geeigneten Sichtbarkeiten Implementierung von Klassen Nutzung von Werkzeugen zur Erstellung von Diagrammen Verfahren zum Test von Informatiksystemen Dokumentation von Klassen Vererbungsbeziehungen mit abstrakten und nicht-abstrakten Klassen; Interfaces Kommunikation zwischen Objekten (→ Sequenzdiagramm)
2. Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen
20 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Inhaltliche Schwerpunkte Objekte und Klassen Analyse, Entwurf und Implementierung von Algorithmen Algorithmen in ausgewählten informatischen Kontexten Syntax und Semantik einer Programmiersprache	Datenstruktur Warteschlange Einstieg in die linearen-Datenstrukturen in Abgrenzung zum Array Operationen der Datenstruktur Warteschlange interne Funktionsweise der Operationen der Datenstruktur Warteschlange Modellierung und Implementierung einer Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekte der Klasse Queue Datenstruktur Stapel LiFo-Prinzip Operationen der Datenstruktur Stapel interne Funktionsweise der Operationen der Datenstruktur Stapel Modellierung und Implementierung einer Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekte der Klasse Stack Datenstruktur Liste Erarbeitung der Vorteile der Liste gegenüber den beiden anderen Datenstrukturen Operationen der Datenstruktur Liste interne Funktionsweise der Operationen der Datenstruktur Liste Modellierung und Implementierung einer Anwendungen unter Verwendung eines oder mehrerer Objekte der Klasse Liste Die Anwendung der Datenstruktur Warteschlange, Stapel oder Liste wird in mindestens einem weiteren komplexen Kontext vertieft. Bei der Bearbeitung der Projekte wird ein einfaches Swing-basiertes MVC-Prinzip, das auf dem Beobachter-Beobachteter-Muster basiert eingeübt.
3. Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen
16 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Inhaltliche Schwerpunkte Analyse, Entwurf und Implementierung von Algorithmen Algorithmen in ausgewählten informatischen Kontexten Syntax und Semantik einer Programmiersprache	Suchen von Daten in Listen und Arrays lineare Suche auf Listen und in Arrays binäre Suche in Arrays als Beispiel für rekursives Problemlösen mit dem "Divide and Conquere"-Verfahren Effizienzuntersuchungim Hinblick auf Laufzeit und Speicherbedarf Sortieren in Listen und Arrays Entwicklung und Implementierung mindestens eines einfachen Sortierverfahrens für eine Liste Implementierung mindestens eines einfachen Sortierverfahrens für ein Array Entwicklung und Implementierung eines rekursiven Sortierverfahrens für eine Liste oder ein Array (QuickSort, MergeSort) Effizienzuntersuchungen von Sortieralgorothmen (z.B. InsertionSort und QuickSort) Grafische Visualisierung von Sortierverfahren Untersuchung der Anzahl der Vergleichsoperationen und des Speicherbedarfs (Zählen, programmgestütztes Zählen, Analyse - O-Notation)
4. Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten
20 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Informatiksysteme Informatik, Mensch und Gesellschaft Inhaltliche Schwerpunkte: Datenbanken Algorithmen in ausgewählten informatischen Kontexten Syntax und Semantik einer Programmiersprache Sicherheit	Nutzung von relationalen Datenbanken am Beispiel von unterschiedlichen Anwendungsfällen/Datenbanken Aufbau von Datenbanken und Grundbegriffe Entwicklung von Fragestellungen zur vorhandenen Datenbank Analyse der Struktur der vorgegebenen Datenbank und Erarbeitung der Begriffe Tabelle, Attribut, Datensatz, Datentyp, Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Datenbankschema relationale Algebra SQL-Abfragen Analyse und Erarbeitung von einfachen SQL-Abfragen auf einer Tabelle ( SELECT (DISTINCT) ...FROM, WHERE, AND, OR, NOT ) Analyse und Erarbeitung SQL-Abfragen auf mehreren Tabellen ( (INNER) JOIN, UNION ) Verwendung von Aggregatfunktionen und weiterem zur Beantwortung von Fragestellungen (AS, GROUP BY,ORDER BY, ASC, DESC, COUNT, MAX, MIN, SUM , Arithmetische Operatoren: +, -, *, /, (...), Vergleichsoperatoren: =, <>, >, <, >=, <=, LIKE, BETWEEN, IN, IS NULL ) Modellierung von relationalen Datenbanken ER-Diagramme (Entity-Relationship-Diagramm) Ermittlung von Entitäten, zugehörigen Attributen, Relationen und Kardinalitäten in Anwendungssituationen und Modellierung eines Datenbankentwurfs in Form eines Entity-Relationship-Diagramms Erläuterung und Modifizierung einer Datenbankmodellierung Entwicklung einer Datenbank aus einem Datenbankentwurf Modellierung eines relationalen Datenbankschematas zu einem Entity-Relationship-Diagramm inklusive der Bestimmung von Primär- und Sekundärschlüsseln Normalformen Untersuchung einer Datenbank hinsichtlich Konsistenz und Redundanz in einer Anwendungssituation Überprüfung von Datenbankschemata hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform und Normalisierung Neu: Abfrage und Manipulation von Daten aus Java-Programmen heraus mit der Klasse DatabaseConnector
5. Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen
10 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Informatiksysteme Informatik, Mensch und Gesellschaft Inhaltliche Schwerpunkte Einzelrechner und Rechnernetzwerke Sicherheit Nutzung von Informatiksystemen, Wirkungen der Automatisierung	Daten in Netzwerken und Sicherheitsaspekte in Netzen sowie beim Zugriff auf Datenbanken Beschreibung eines Datenbankzugriffs im Netz anhand eines Anwendungskontextes und einer Client-Server-Struktur zur Klärung der Funktionsweise eines Datenbankzugriffs Netztopologien als Grundlage von Client-Server-Strukturen und TCP/IP-Schichtenmodell als Beispiel für eine Paketübermittlung in einem Netz Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität in Netzwerken sowie symmetrische und asymmetrische kryptografische Verfahren (Cäsar-, Vigenère-, RSA-Verfahren) als Methoden Daten im Netz verschlüsselt zu übertragen Fallbeispiele zur Datenschutzproblematik und zum Urheberrecht

Inhalte des zweiten Halbjahres
Umfang	Kompetenzen	Konkretisierung
6. Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen
24 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Inhaltliche Schwerpunkte Objekte und Klassen Analyse, Entwurf und Implementierung von Algorithmen Algorithmen in ausgewählten informatischen Kontexten Syntax und Semantik einer Programmiersprache	Analyse von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten Grundlegende Begriffe (Grad, Tiefe, Höhe, Blatt, Inhalt, Teilbaum, Ebene, Vollständigkeit) Aufbau und Darstellung von binären Bäumen anhand von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten Die Datenstruktur Binärbaum Operationen der Datenstruktur Binärbaum interne Funktionsweise der Operationen der Datenstruktur Binärbaum Implementierung einer Anwendung oder von Teilen von Anwendungen Traversierung eines Binärbaums im Pre-, In- und Postorderdurchlauf Die Datenstruktur binärer Suchbaum Operationen der Datenstruktur binärer Suchbaum Funktionsweise der Operationen der Datenstruktur binärer Suchbaum unter Betonung der Pivot-Eigenschaft Implementierung einer Anwendung oder von Teilen von Anwendungen; Inorder-Ausgabe Die Verwendung von Binärbaum oder binären Suchbaum wird anhand einer weiteren Problemstellung geübt.
7. Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen
20 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Modellieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Endliche Automaten und formale Sprachen Inhaltliche Schwerpunkte Endliche Automaten Grammatiken regulärer Sprachen Möglichkeiten und Grenzen von Automaten und formalen Sprachen	Endliche Automaten Formale und Graphische Beschreibung von Endlichen Automaten Untersuchung, Darstellung und Entwicklung Endlicher Automaten Simulation Endlicher Automaten Untersuchung und Entwicklung von Grammatiken regulärer Sprachen Erarbeitung der formalen Darstellung regulärer Grammatiken Untersuchung, Modifikation und Entwicklung von Grammatiken Entwicklung von endlichen Automaten zum Erkennen regulärer Sprachen die durch Grammatiken gegeben werden Entwicklung regulärer Grammatiken zu endlichen Automaten Grenzen endlicher Automaten optional: Kellerautomaten und Kontextfreie Grammatiken
8. Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit
12 Stunden	Zentrale Kompetenzen Argumentieren Kommunizieren und Kooperieren Inhaltsfelder Informatiksysteme Informatik, Mensch und Gesellschaft Inhaltliche Schwerpunkte Einzelrechner und Rechnernetzwerke Grenzen der Automatisierung	Von-Neumann-Architektur und die Ausführung maschinennaher Programme Wiederholung des prinzipiellen Aufbaus einer von Neumann-Architektur mit CPU, Rechenwerk, Steuerwerk, Register und Hauptspeicher einige maschinennahe Befehlen und ihre Repräsentation in einem BinärCode, der in einem Register gespeichert werden kann Analyse und Erläuterung der Funktionsweise eines einfachen maschinennahen Programms Grenzen der Automatisierbarkeit Vorstellung des Halteproblems Unlösbarkeit des Halteproblems Beurteilung des Einsatzes von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen

Autorisation: Fachkonferenz Informatik
Letzte Änderung: 29.11.2017