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2 Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen
Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. Dieses analytische Vorgehen erfolgt, um die Strukturierung der fachrelevanten Prozesse einerseits sowie der Gegenstände andererseits transparent zu machen. In den Kompetenzerwartungen werden beide Seiten miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt.
Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lern-Prozess Beteiligten zu verdeutlichen.
Inhaltsfelder systematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der gymnasialen Oberstufe verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens.
Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die auf zwei Stufen bis zum Ende der Sekundarstufe II erreicht werden sollen.
Kompetenzerwartungen
- beziehen sich auf beobachtbare Handlungen und sind auf die Bewältigung von Anforderungssituationen ausgerichtet,
- stellen im Sinne von Regelstandards die erwarteten Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten auf einem mittleren Abstraktionsgrad dar,
- ermöglichen die Darstellung einer Progression vom Anfang bis zum Ende der Sekundarstufe II und zielen auf kumulatives, systematisch vernetztes Lernen,
- können in Aufgabenstellungen umgesetzt und überprüft werden.
Insgesamt ist der Unterricht in der Sekundarstufe II nicht allein auf das Erreichen der aufgeführten Kompetenzerwartungen beschränkt, sondern soll es Schülerinnen und Schülern ermöglichen, diese weiter auszubauen und darüber hinausgehende Kompetenzen zu erwerben.
2.1 Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder des Faches
Im Informatikunterricht erwerben die Lernenden eine Vielzahl von fachbezogenen Fähigkeiten und Fertigkeiten, die sich fünf Kompetenzbereichen zuordnen lassen. Diese sind nicht trennscharf, sondern haben vielfältige Bezüge zueinander. Im Sinne eines umfassenden Kompetenzerwerbs ist es daher nicht möglich, den Unterricht nach den einzelnen Kompetenzbereichen sequentiell zu strukturieren. Angemessen ist eine ganzheitliche Sicht als Grundlage für den Kompetenzerwerb.
Kompetenzbereiche
Die fachbezogenen Kompetenzen, die in Gesamtheit informatische Problemlösekompetenz ausmachen, lassen sich den fünf Kompetenzbereichen, Argumentieren, Modellieren, Implementieren, Darstellen und Interpretieren sowie Kommunizieren und Kooperieren zuordnen.
Argumentieren
Informatische Zusammenhänge, Vorgehensweisen, Lösungsansätze und Entwurfsentscheidungen bedürfen der Erläuterung und Begründung, um Transparenz, Nachvollziehbarkeit und Überprüfbarkeit im Diskurs zu gewährleisten. Argumentieren umfasst das Erläutern, Begründen und Beurteilen in informatischen Sachzusammenhängen und Prozessen. Erläutern bedeutet, einen Sachverhalt zu veranschaulichen und verständlich zu machen. Unter Begründen wird die Darlegung von rational nachvollziehbaren Argumenten auf der Grundlage von Begriffen, Regeln, Methoden und Verfahren der Informatik verstanden. Dazu gehört auch, den Begründungszusammenhang durch geeignete Beispiele zu veranschaulichen. Beurteilen meint, zu einem informatischen Sachverhalt oder Prozess ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden zu formulieren und zu begründen. Argumentieren umfasst auch die Bewertung von Nutzen, Grenzen und Auswirkungen von Informatiksystemen.
Modellieren
Um ein Problem aus einem inner- oder außerinformatischen Kontext lösen zu können, wird in der Regel zunächst ein informatisches Modell entwickelt, das auf einem prozessorgesteuerten Gerät implementiert werden kann. Informatisches Modellieren zielt auf eine abstrahierende Beschreibung der wesentlichen Komponenten und Parameter eines realen oder geplanten Systems sowie des Ordnungsgefüges und der Wirkungsbeziehungen zwischen ihnen. Der Modellierungsprozess beginnt mit der Analyse und einer strukturierten Zerlegung des Ausgangsproblems. Teilkomponenten müssen identifiziert, konstruiert und gegebenenfalls miteinander vernetzt werden. Ein Ergebnis eines Modellierungsprozesses ist in der Regel eine formale, textuelle oder grafische Darstellung.
Implementieren
Implementieren umfasst die Umsetzung eines Modells in ein Informatiksystem. Dazu gehören das Programmieren, Evaluieren und Validieren von Modellbestandteilen unter Nutzung geeigneter Werkzeuge. Grundlegende Methoden und Denkweisen der Programmentwicklung werden dabei in den Vordergrund gestellt. Die Programmerstellung ist ein bedeutsamer Bestandteil des Problemlösungsprozesses, weil erst dadurch das Modell wirksam wird. An dem entstandenen Informatiksystem können Wirkungen der Modellentscheidungen diskutiert sowie Ursachen und Tragweite von möglichen Fehlern im Modell erkannt und korrigiert werden. Dadurch werden die Selbstreflexion des Lösungsprozesses und eine vertiefte Modellkritik unterstützt.
Darstellen und Interpretieren
Die Informatik hat zur Unterstützung von Problemlöse- und Modellbildungsprozessen ein reiches Repertoire an Darstellungsformen entwickelt. Schülerinnen und Schüler werden nach und nach mit unterschiedlichen Darstellungsformen konfrontiert, die sie in inner- und außerinformatischen Kontexten selbst nutzen. Vorgegebene Darstellungen müssen anwendungsbezogen interpretiert werden. Im Rahmen eigener Problemlösungen müssen angemessene Darstellungsformen unter Verwendung der fachspezifischen Notation angewendet werden. Dies fördert ein Verständnis von Zusammenhängen und Bezügen zwischen unterschiedlichen informatischen Sachverhalten sowie die Fähigkeit, diese anderen deutlich zu machen.
Kommunizieren und Kooperieren
Die Kenntnis und Nutzung arbeitsteiliger und kooperativer Vorgehensweisen ist für die Entwicklung komplexer Informatiksysteme erforderlich, um prozessorientiertes Arbeiten zu planen und abzusichern. Zum Kommunizieren im Sinne eines fachlichen Austausches gehören die sachadäquate Darstellung und Dokumentation zur Weitergabe von Sachverhalten sowie die Nutzung geeigneter Werkzeuge, die die Kommunikation unterstützen. Für eine sachangemessene und präzise Verständigung über informatische Gegen¬stände sind ein angemessener Umgang mit Fachbegriffen und der sukzessive Aufbau einer Fachsprache unerlässlich.
Inhaltsfelder
Kompetenzerwerb ist an fachliche Inhalte gebunden. Die für den Informatikunterricht obligatorischen Inhalte, an denen die Kompetenzen entwickelt werden sollen, lassen sich den folgenden fünf Inhaltsfeldern zuordnen. Diese werden bereits in der Einführungsphase aufgegriffen und in der Qualifikationsphase vertieft.
Daten und ihre Strukturierung
Die automatische Verarbeitung von Informationen mittels Maschinen ist überhaupt erst durch deren digitale Repräsentation in Form von Daten möglich. Für die rechnergestützte Lösung von Problemen in inner- und außerinformatischen Kontexten müssen daher Informationen in angemessener Struktur durch Daten und zugehörige Operationen repräsentiert werden, so dass die Daten zielgerichtet und effizient automatisch verarbeitet und die Ergebnisse wiederum als Information interpretiert werden können.
Algorithmen
Zu vielen bedeutenden wissenschaftlichen Erfolgen und technischen Errungenschaften der jüngeren Zeit hat die Informatik maßgeblich beigetragen. Neben der rasanten Steigerung der Leistungsfähigkeit der technischen Systeme sind diese Fortschritte insbesondere der Entwicklung von innovativen und effizienten Algorithmen zu verdanken. Ein Algorithmus ist eine genaue Beschreibung von Handlungsschritten zur Lösung eines Problems, die von einem Prozessor ausgeführt werden können. Häufig verwendete Grundkonstrukte von Algorithmen sowie Algorithmen, die im Kontext bestimmter Problemklassen von elementarer Bedeutung sind, lassen sich unter Berücksichtigung ihrer Effizienz adaptieren, um neue Aufgabenstellungen in konkreten Anwendungskontexten problemgerecht einer automatischen Verarbeitung zuzuführen.
Formale Sprachen und Automaten
Der Einsatz von Informatiksystemen zur Lösung komplexer Probleme ist nur unter Verwendung formaler Sprachen als Mittler zwischen Mensch und Maschine möglich. Sprachen dienen zur Kommunikation und genügen Regeln zur Bildung von Wörtern und Sätzen. Formale Sprachen der Informatik werden durch Grammatiken präzise beschrieben. Zu formalen Sprachen können Automaten entwickelt werden, die die Wörter der Sprache akzeptieren oder weiterverarbeiten. Eine fachliche Beschreibung von Automaten mithilfe einer Menge von Zuständen samt Regeln für die zeitliche Abfolge von Zustandsübergängen ist als Modellierungstechnik in verschiedenen Problemfeldern anwendbar. Automaten eignen sich in besonderem Maße, um mithilfe theoretischer Betrachtungen auch die Grenzen von Automatenmodellen zu beleuchten.
Informatiksysteme
Informatiksysteme sind heute weltweit miteinander vernetzt. Ein Informatiksystem ist eine spezifische Zusammenstellung von Hardware-, Software- und Netzwerkkomponenten zur Lösung eines Anwenderproblems. Gegenstand der Betrachtung in diesem Inhaltsfeld sind schwerpunktmäßig der prinzipielle Aufbau singulärer und vernetzter Rechnersysteme und deren Interaktion untereinander und mit dem Benutzer.
Informatik, Mensch und Gesellschaft
Informatiksysteme stehen in intensiver Wechselwirkung mit Individuum und Gesellschaft. Ihr Einsatz hat weitreichende Konsequenzen für unsere Lebens- und Arbeitswelt. Handlungsspielräume müssen im Spannungsfeld von Rechten und Interessen des Individuums, gesellschaftlicher Verantwortung und möglichen Sicherheitsrisiken wahrgenommen werden.
2.2 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Einführungsphase
Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf einer ggf. heterogenen Kompetenzentwicklung in der Sekundarstufe I – am Ende der Einführungsphase über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Bei einigen Kompetenzerwartungen ist eine Progression zwischen Einführungs- und Qualifikationsphase nicht explizit ausgewiesen. Ein Kompetenzzuwachs wird aber gleichwohl erwartet. Dieser ergibt sich immer auch aus
- der Zugänglichkeit der Kontexte und Beispiele,
- dem Umfang und der Komplexität der Problemstellungen sowie der Lösungswege,
- den Anforderungen, die an das Abstraktionsvermögen und das analytische Denken gestellt werden,
- dem zur Problemlösung erforderlichen Grad des Verfügens über Problemlösestrategien,
- dem Grad der Vernetzung der Kompetenzen, die für eine Bearbeitung von Problemstellungen erforderlich sind,
- dem Grad der Selbstständigkeit der Schülerinnen und Schüler bei der Problemlösung,
- dem Grad der Arbeitsteilung bei der Problemlösung.
ARGUMENTIEREN (A)
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern und begründen methodische Vorgehensweisen, Entwurfs- und Implementationsentscheidungen sowie Aussagen über Informatiksysteme,
- analysieren und erläutern informatische Modelle,
- analysieren und erläutern Computerprogramme,
- beurteilen die Angemessenheit informatischer Modelle.
MODELLIEREN (M)
Die Schülerinnen und Schüler
- konstruieren zu kontextbezogenen Problemstellungen informatische Modelle,
- modifizieren und erweitern informatische Modelle.
IMPLEMENTIEREN (I)
Die Schülerinnen und Schüler
- implementieren auf der Grundlage von Modellen oder Modellausschnitten Computerprogramme,
- modifizieren und erweitern Computerprogramme,
- testen und korrigieren Computerprogramme.
DARSTELLEN UND INTERPRETIEREN (D)
Die Schülerinnen und Schüler
- interpretieren Daten und erläutern Beziehungen und Abläufe, die in Form von textuellen und grafischen Darstellungen gegeben sind,
- überführen gegebene textuelle und grafische Darstellungen informatischer Zusammenhänge in die jeweils andere Darstellungsform,
- stellen informatische Modelle und Abläufe in Texten, Tabellen, Diagrammen und Grafiken dar.
KOMMUNIZIEREN UND KOOPERIEREN (K)
Schülerinnen und Schüler
- verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte,
- kommunizieren und kooperieren in Gruppen und in Partnerarbeit,
- präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse.
Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Einführungsphase obligatorischen Inhaltsfelder entwickelt werden:
- Daten und ihre Strukturierung
- Algorithmen
- Formale Sprachen und Automaten
- Informatiksysteme
- Informatik, Mensch und Gesellschaft
Verknüpft man die Kompetenzerwartungen mit den inhaltlichen Schwerpunkten, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen. In der Regel lässt sich eine konkretisierte Kompetenzerwartung nicht eindeutig einem Kompetenzbereich zuordnen. Der in Klammern hinter einer konkretisierten Kompetenzerwartung angegebene Kompetenzbereich weist jeweils den stärksten Bezug zu ihr auf. Die inhaltsbezogenen Kompetenzen sind darüber hinaus mit weiteren übergeordneten Kompetenzen verknüpft, insbesondere mit denen aus dem Bereich „Kommunizieren und Kooperieren“.
Inhaltsfeld 1: Daten und ihre Strukturierung
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Inhaltliche Schwerpunkte
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OBJEKTE UND KLASSEN
Die Schülerinnen und Schüler
- ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
- modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),
- modellieren Klassen unter Verwendung von Vererbung (M),
- ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu (M),
- ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),
- stellen den Zustand eines Objekts dar (D),
- stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar (M),
- stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungsbeziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),
- dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden (D),
- analysieren und erläutern eine objektorientierte Modellierung (A),
- implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I).
Inhaltsfeld 2: Algorithmen
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Inhaltliche Schwerpunkte
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ANALYSE, ENTWURF UND IMPLEMENTIERUNG EINFACHER ALGORITHMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern einfache Algorithmen und Programme (A),
- modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I),
- entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar (M),
- implementieren Algorithmen unter Verwendung von Variablen und Wertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen (I),
- testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I).
ALGORITHMEN ZUM SUCHEN UND SORTIEREN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren Such- und Sortieralgorithmen und wenden sie auf Beispiele an (D),
- entwerfen einen weiteren Algorithmus zum Sortieren (M),
- beurteilen die Effizienz von Algorithmen am Beispiel von Sortierverfahren hinsichtlich Zeitaufwand und Speicherplatzbedarf (A).
Inhaltsfeld 3: Formale Sprachen und Automaten
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Inhaltliche Schwerpunkte
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SYNTAX UND SEMANTIK EINER PROGRAMMIERSPRACHE
Die Schülerinnen und Schüler
- implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I),
- interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I).
Inhaltsfeld 4: Informatiksysteme
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Inhaltliche Schwerpunkte
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DIGITALISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- stellen ganze Zahlen und Zeichen in Binärcodes dar (D),
- interpretieren Binärcodes als Zahlen und Zeichen (D).
EINZELRECHNER
Die Schülerinnen und Schüler
- beschreiben und erläutern den strukturellen Aufbau und die Arbeitsweise singulärer Rechner am Beispiel der „Von-Neumann-Architektur“ (A).
DATEISYSTEM
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen Verwendung von Daten unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K).
INTERNET
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation (K).
Inhaltsfeld 5: Informatik, Mensch und Gesellschaft
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Inhaltliche Schwerpunkte
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EINSATZ VON INFORMATIKSYSTEMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen die im Unterricht eingesetzten Informatiksysteme selbstständig, sicher, zielführend und verantwortungsbewusst (D).
WIRKUNGEN DER AUTOMATISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen (A).
GESCHICHTE DER AUTOMATISCHEN DATENVERARBEITUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern wesentliche Grundlagen der Geschichte der digitalen Datenverarbeitung (A).
2.3 Kompetenzerwartungen und inhaltliche Schwerpunkte bis zum Ende der Qualifikationsphase
Der Unterricht soll es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, dass sie – aufbauend auf der Kompetenzentwicklung in der Einführungsphase – am Ende der Sekundarstufe II über die im Folgenden genannten Kompetenzen verfügen. Dabei werden zunächst übergeordnete Kompetenzerwartungen zu allen Kompetenzbereichen aufgeführt und im Anschluss zusätzlich – getrennt nach Kursen auf grundlegendem und auf erhöhtem Anforderungsniveau – inhaltsfeldbezogen konkretisiert. Die übergeordneten Kompetenzen werden sowohl in Kursen auf grundlegendem als auch auf erhöhtem Anforderungsniveau erworben. Unterschiede bestehen hinsichtlich der Komplexität der Problemstellungen und -lösungen sowie des Grades der Vernetzung der Kompetenzen und damit in den Anforderungen an das Abstraktionsvermögen und das analytische Denken der Schülerinnen und Schüler.
ARGUMENTIEREN (A)
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern und begründen methodische Vorgehensweisen, Entwurfs- und Implementationsentscheidungen sowie Aussagen über Informatiksysteme,
- zeigen im Problemlösungsprozess Alternativen auf und begründen ihre Auswahlentscheidungen,
- analysieren und erläutern informatische Modelle,
- analysieren und erläutern Computerprogramme,
- beurteilen die Angemessenheit von Modellierungen und Implementationen,
- erläutern und beurteilen informatische Modelle und Informatiksysteme hinsichtlich ihrer Möglichkeiten, Grenzen und Auswirkungen.
MODELLIEREN (M)
Die Schülerinnen und Schüler
- konstruieren zu kontextbezogenen Problemstellungen informatische Modelle,
- modifizieren und erweitern informatische Modelle,
- wenden im Modellierungsprozess geeignete Lösungsstrategien an.
IMPLEMENTIEREN (I)
Die Schülerinnen und Schüler
- implementieren auf der Grundlage von Modellen oder Modellausschnitten Computerprogramme,
- modifizieren und erweitern Computerprogramme,
- testen und korrigieren Computerprogramme systematisch.
DARSTELLEN UND INTERPRETIEREN (D)
Die Schülerinnen und Schüler
- interpretieren Daten und erläutern Beziehungen und Abläufe, die in Form von textuellen, grafischen oder formalen Darstellungen gegeben sind,
- überführen gegebene textuelle, grafische oder formale Darstellungen informatischer Zusammenhänge in eine der anderen Darstellungsformen,
- stellen informatische Modelle und Abläufe in Texten, Tabellen, Diagrammen, Grafiken und Formalismen dar.
KOMMUNIZIEREN UND KOOPERIEREN (K)
Schülerinnen und Schüler
- verwenden die Fachsprache bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte,
- organisieren und koordinieren kooperatives und eigenverantwortliches Arbeiten,
- strukturieren den Arbeitsprozess, vereinbaren Schnittstellen und führen Ergebnisse zusammen,
- beurteilen Arbeitsorganisation, Arbeitsabläufe und Ergebnisse,
- präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse adressaten¬gerecht.
Die Kompetenzen der Schülerinnen und Schüler sollen im Rahmen der Behandlung der nachfolgenden, für die Qualifikationsphase obliga¬torischen Inhaltsfelder entwickelt werden:
- Daten und ihre Strukturierung
- Algorithmen
- Formale Sprachen und Automaten
- Informatiksysteme
- Informatik, Mensch und Gesellschaft
Verknüpft man die Kompetenzerwartungen mit den inhaltlichen Schwerpunkten, so ergeben sich die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen – getrennt für Kurse auf grundlegendem und auf erhöhtem Anforderungsniveau. In der Regel lässt sich eine konkretisierte Kompetenzerwartung nicht eindeutig einem Kompetenzbereich zuordnen. Der in Klammern hinter einer konkretisierten Kompetenzerwartung angegebene Kompetenzbereich weist jeweils den stärksten Bezug zu ihr auf. Die inhaltsbezogenen Kompetenzen sind darüber hinaus mit weiteren übergeordneten Kompetenzen verknüpft, insbesondere mit denen aus dem Bereich „Kommunizieren und Kooperieren“.
2.3.1 Grundkurs
Die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen sind im Grundkurs anzustreben:
Inhaltsfeld 1: Daten und ihre Strukturierung
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Inhaltliche Schwerpunkte
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OBJEKTE UND KLASSEN
Die Schülerinnen und Schüler
- ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
- stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D),
- modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten (M),
- modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),
- ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),
- verwenden bei der Modellierung geeigneter Problemstellungen Möglichkeiten der Polymorphie (M),
- ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre Sichtbarkeitsbereiche zu (M),
- stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar (D),
- stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),
- dokumentieren Klassen (D),
- analysieren und erläutern objektorientierte Modellierungen (A),
- implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I).
DATENBANKEN
Die Schülerinnen und Schüler
- ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardina¬litäten (M),
- stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten mit Kardinalitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar (D),
- modifizieren eine Datenbankmodellierung (M),
- modellieren zu einem Entity-Relationship-Diagramm ein relationales Datenbankschema (M),
- bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),
- analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung (A),
- erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata (A),
- überprüfen Datenbankschemata auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften (D),
- überführen Datenbankschemata in die 1. bis 3. Normalform (M).
Inhaltsfeld 2: Algorithmen
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Inhaltliche Schwerpunkte
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ANALYSE, ENTWURF UND IMPLEMENTIERUNG VON ALGORITHMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),
- modifizieren Algorithmen und Programme (I),
- stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D),
- entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Strategien „Modularisierung“ und „Teilen und Herrschen“ (M),
- implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),
- testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I).
ALGORITHMEN IN AUSGEWÄHLTEN INFORMATORISCHEN KONTEXTEN
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nichtlinearer) Datenstrukturen (A),
- implementieren und erläutern iterative und rekursive Such- und Sortierverfahren (I),
- beurteilen die Effizienz von Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherbedarfs und der Zahl der Operationen (A),
- ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen (D).
Inhaltsfeld 3: Formale Sprachen und Automaten
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Inhaltliche Schwerpunkte
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SYNTAX UND SEMANTIK EINER PROGRAMMIERSPRACHE
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),
- beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),
- interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),
- analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbank¬abfrage (A),
- verwenden die Syntax und Semantik einer Datenbankabfragesprache, um Informationen aus einen Datenbanksystem zu extrahieren (I).
ENDLICHE AUTOMATEN
Die Schülerinnen und Schüler
- nalysieren und erläutern die Eigenschaften endlicher Automaten einschließlich ihres Verhaltens bei bestimmten Eingaben (A),
- ermitteln die Sprache, die ein endlicher Automat akzeptiert (D),
- entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten (M),
- stellen endliche Automaten in Tabellen oder Graphen dar und überführen sie in die jeweils andere Darstellungsform (D),
- entwickeln zur Grammatik einer regulären Sprache einen zugehörigen endlichen Automaten (M).
GRAMMATIKEN REGULÄRER SPRACHEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern Grammatiken regulärer Sprachen (A),
- modifizieren Grammatiken regulärer Sprachen (M),
- ermitteln die formale Sprache, die durch eine Grammatik erzeugt wird (A),
- entwickeln zu einer regulären Sprache eine Grammatik, die die Sprache erzeugt (M),
- entwickeln zur akzeptierten Sprache eines Automaten eine zugehörige Grammatik (M),
- beschreiben an Beispielen den Zusammenhang zwischen Automaten und Grammatiken (D).
MÖGLICHKEITEN UND GRENZEN VON AUTOMATEN UND FORMALEN SPRACHEN
Die Schülerinnen und Schüler
- zeigen die Grenzen endlicher Automaten und regulärer Grammatiken im Anwendungszusammenhang auf (A).
Inhaltsfeld 4: Informatiksysteme
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Inhaltliche Schwerpunkte
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EINZELRECHNER UND RECHNERNETZWERKE
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern die Ausführung eines einfachen maschinennahen Programms sowie die Datenspeicherung auf einer „Von-Neumann-Architektur“ (A),
- beschreiben und erläutern Netzwerk-Topologien, die Client-Server-Struktur und Protokolle sowie ein Schichtenmodell in Netzwerken (A).
NUTZUNG VON INFORMATIKSYSTEMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen bereitgestellte Informatiksysteme und das Internet reflektiert zur Erschließung, Aufbereitung und Präsentation fachlicher Inhalte (D),
- nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung von Dateien unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K),
- wenden eine didaktisch orientierte Entwicklungsumgebung zur Demonstration, zum Entwurf, zur Implementierung und zum Test von Informatiksystemen an (I).
SICHERHEIT
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern Eigenschaften, Funktionsweisen und Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung (A),
- analysieren und erläutern Eigenschaften und Einsatzbereiche symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren (A).
Inhaltsfeld 5: Informatik, Mensch und Gesellschaft
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Inhaltliche Schwerpunkte
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WIRKUNGEN DER AUTOMATISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- untersuchen und bewerten anhand von Fallbeispielen Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen sowie Aspekte der Sicherheit von Informatiksystemen, des Datenschutzes und des Urheberrechts (A),
- untersuchen und bewerten Problemlagen, die sich aus dem Einsatz von Informatiksystemen ergeben, hinsichtlich rechtlicher Vorgaben, ethischer Aspekte und gesellschaftlicher Werte unter Berücksichtigung unterschiedlicher Interessenlagen (A).
GRENZEN DER AUTOMATISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- untersuchen und beurteilen Grenzen des Problemlösens mit Informatiksystemen (A).
2.3.2 Leistungskurs
Die nachfolgenden konkretisierten Kompetenzerwartungen sind im Leistungskurs anzustreben:
Inhaltsfeld 1: Daten und ihre Strukturierung
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Inhaltliche Schwerpunkte
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OBJEKTE UND KLASSEN
Die Schülerinnen und Schüler
- ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
- tellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D),
- modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten (M),
- modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),
- ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),
- verwenden bei der Modellierung geeigneter Problemstellungen Möglichkeiten der Polymorphie (M),
- ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihre Sichtbarkeitsbereiche zu (M),
- stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar (D),
- stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),
- dokumentieren Klassen (D),
- analysieren und erläutern objektorientierte Modellierungen (A),
- implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I).
DATENBANKEN
Die Schülerinnen und Schüler
- ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten (M),
- stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten mit Kardinalitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar (D),
- modifizieren eine Datenbankmodellierung (M),
- modellieren zu einem Entity-Relationship-Diagramm ein relationales Datenbankschema (M),
- bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),
- implementieren ein relationales Datenbankschema als Datenbank (I),
- analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung (A),
- erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata (A),
- überprüfen Datenbankschemata auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften (D),
- überführen Datenbankschemata in die 1. bis 3. Normalform (M).
Inhaltsfeld 2: Algorithmen
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Inhaltliche Schwerpunkte
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ANALYSE, ENTWURF UND IMPLEMENTIERUNG VON ALGORITHMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),
- modifizieren Algorithmen und Programme (I),
- stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D),
- entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Strategien „Modularisierung“, „Teilen und Herrschen“ und „Backtracking“ (M),
- implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),
- testen Programme systematisch anhand von Beispielen und mit Hilfe von Testanwendungen (I).
ALGORITHMEN IN AUSGEWÄHLTEN INFORMATORISCHEN KONTEXTEN
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern Operationen dynamischer (linearer und nicht-linearer) Datenstrukturen (A),
- implementieren Operationen dynamischer (linearer oder nichtlinearer) Datenstrukturen (I),
- implementieren und erläutern iterative und rekursive Such- und Sortierverfahren unterschiedlicher Komplexitätsklassen (Speicherbedarf und Laufzeitverhalten) (I),
- beurteilen die Effizienz von Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherbedarfs und der Zahl der Operationen (A),
- ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen (D),
- erläutern das Prinzip der Nebenläufigkeit (A),
- analysieren und erläutern Algorithmen und Methoden zur Client-Server-Kommunikation (A),
- entwickeln und implementieren Algorithmen und Methoden zur Client-Server-Kommunikation (I).
Inhaltsfeld 3: Formale Sprachen und Automaten
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Inhaltliche Schwerpunkte
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SYNTAX UND SEMANTIK EINER PROGRAMMIERSPRACHE
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),
- beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),
- interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),
- analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbank¬abfrage (A),
- verwenden die Syntax und Semantik einer Datenbankabfragesprache, um Informationen aus einem Datenbanksystem zu extrahieren (I).
ENDLICHE AUTOMATEN UND KELLERAUTOMATEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern die Eigenschaften endlicher Automaten und Kellerautomaten einschließlich ihres Verhaltens bei bestimmten Eingaben (A),
- ermitteln die Sprache, die ein endlicher Automat oder ein Kellerautomat akzeptiert (D),
- entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten oder Kellerautomaten (M),
- stellen endliche Automaten in Tabellen oder Graphen dar und überführen sie in die jeweils andere Darstellungsform (D),
- entwickeln zur Grammatik einer regulären oder kontextfreien Sprache einen zugehörigen endlichen Automaten oder einen Kellerautomaten (M).
GRAMMATIKEN REGULÄRER UND KONTEXTFREIER SPRACHEN
Die Schülerinnen und Schüler
- analysieren und erläutern Grammatiken regulärer und kontextfreier Sprachen (A),
- modifizieren Grammatiken regulärer und kontextfreier Sprachen (M),
- ermitteln die formale Sprache, die durch eine Grammatik erzeugt wird (A),
- entwickeln zu einer regulären oder kontextfreien Sprache eine Grammatik, die die Sprache erzeugt (M),
- entwickeln zur akzeptierten Sprache eines Automaten eine zugehörige Grammatik (M),
- beschreiben an Beispielen den Zusammenhang zwischen Automaten und Grammatiken (D).
SCANNER, PARSER UND INTERPRETER FÜR EINE REGULÄRE SPRACHE
Die Schülerinnen und Schüler
- modellieren und implementieren Scanner, Parser und Interpreter zu einer gegebenen regulären Sprache (I).
MÖGLICHKEITEN UND GRENZEN VON AUTOMATEN UND FORMALEN SPRACHEN
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern die Grenzen endlicher Automaten und regulärer Sprachen im Anwendungszusammenhang (A).
Inhaltsfeld 4: Informatiksysteme
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Inhaltliche Schwerpunkte
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EINZELRECHNER UND RECHNERNETZWERKE
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern die Ausführung eines einfachen maschinennahen Programms sowie die Datenspeicherung auf einer „Von-Neumann-Architektur“ (A),
- beschreiben und erläutern Netzwerk-Topologien, die Client-Server-Struktur und Protokolle sowie ein Schichtenmodell in Netzwerken (A),
- analysieren und erläutern Protokolle zur Kommunikation in einem Client-Server-Netzwerk (A),
- entwickeln und erweitern Protokolle zur Kommunikation in einem Client-Server-Netzwerk (M).
NUTZUNG VON INFORMATIKSYSTEMEN
Die Schülerinnen und Schüler
- nutzen bereitgestellte Informatiksysteme und das Internet reflektiert zur Erschließung, Aufbereitung und Präsentation fachlicher Inhalte (D),
- nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung von Daten, zur Organisation von Arbeitsabläufen sowie zur Verteilung und Zusammenführung von Arbeitsanteilen (K),
- wenden didaktisch orientierte Entwicklungsumgebungen zur Demonstration, zum Entwurf, zur Implementierung und zum Test von Informatiksystemen an (I),
- entwickeln mit didaktisch orientierten Entwicklungsumgebungen einfache Benutzungsoberflächen zur Kommunikation mit einem Informatiksystem (M).
SICHERHEIT
Die Schülerinnen und Schüler
- erläutern Eigenschaften und Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung (A),
- analysieren und erläutern Eigenschaften, Funktionsweisen und Einsatzbereiche symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren (A).
Inhaltsfeld 5: Informatik, Mensch und Gesellschaft
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Inhaltliche Schwerpunkte
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WIRKUNGEN DER AUTOMATISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- untersuchen und bewerten anhand von Fallbeispielen Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen sowie Aspekte der Sicherheit von Informatiksystemen, des Datenschutzes und des Urheberrechts (A),
- untersuchen und bewerten Problemlagen, die sich aus dem Einsatz von Informatiksystemen ergeben, hinsichtlich rechtlicher Vorgaben, ethischer Aspekte und gesellschaftlicher Werte unter Berücksichtigung unterschiedlicher Interessenlagen (A).
GRENZEN DER AUTOMATISIERUNG
Die Schülerinnen und Schüler
- untersuchen und beurteilen Grenzen des Problemlösens mit Informatiksystemen (A).