Informatik

Informatik zum Anfassen

In immer mehr Lebensbereichen werden Computer, Netzwerke und intelligente Software zur Lösung von Problemen des Alltags (Internet der Dinge) oder z.B. der Wirtschaft herangezogen.

Das Thema Physical Computing, welches die Programmierung der Interaktion einzelner Computerbauteile behandelt, macht Informatik ein großes Stück weit erlebbar und fördert die Kreativität bei der Problemlösung. Die hierbei genutzten Arduino-Kits (grüne Box) sind einerseits sehr robust und damit für Schülerinnen und Schüler gut geeignet, andererseits verfügt der Fachbereich Informatik inzwischen über ausreichend Spezialbauteile, um auch komplexere Anwendungen, z.B. im Bereich Smart Home zu realisieren.

Seit einigen Jahren setzen wir nun als Plattform den Mini-Computer Arduino zur Umsetzung ein, welcher mit weiterer lebensnaher Hardware kombiniert werden kann, z.B. einem sich selbst ausrichtenden Solar-Panel (Video 1) und natürlich einem Träger bzw. Gehäuse aus natürlichen Materialien wie Holz oder Karton, wie im Kräutergarten-Projekt (Video 2) zu sehen. Ein kleiner Erklärfilm, wie wir in der Informatik arbeiten, wurde in Kooperation mit dem RBB ebenfalls abgedreht (Video 3). Der allererste Kontakt mit der Arduino-Plattform wurde auch festgehalten (Video 4).

Hier wurden einige Komponenten des oben abgebildeten Kits zu einer kleinen Schildkrötensimulation arrangiert. Eine lichtempfindliche Schildkröte streckt bei Dunkelheit ihr Köpfchen aus dem Panzer. Ab einer gewissen Helligkeit zieht sie ihren Kopf wieder ein. Dieses Projekt stellt den ersten Kontakt mit der Arduino-Plattform aus dem Jahr 2014 dar.

Verbaut wurden zwei LEDs, ein Servomotor, ein Helligkeitssensor und ein Soundsensor. Der Helligkeitssensor steckt auf dem analogen Anschluss 3, der Soundsensor auf digital 5 und die LEDs auf digital 2 sowie digital 3.

Die zugehörige Programmierumgebung verwendet vergleichsweise intuitive Bausteine.

Organisation des Faches

Die Informatik unterstützt die schulische Schwerpunktsetzung in der Sek I und Sek II fachlich und überfachlich.

Als Voraussetzung hierfür ist eine Stunde Informatikunterricht für alle Schülerinnen und Schüler durchgängig von der 7. bis zur 9. Jahrgangsstufe fester Teil der Stundentafel. Erst somit kann die informatische Grundbildung auch tatsächlich einen Beitrag leisten. Das Fach Informatik ist darüber hinaus in der Lage, zu jedem anderen Unterrichtsfach grundlegende Kompetenzen beizusteuern.

In der 10. Klasse kann der Informatikunterricht im Rahmen des Kurssystems zweistündig und ab der 11. Klasse fünfstündig im Leistungskurs oder dreistündig im Grundkurs erfolgen, wobei sich am Einstein-Gymnasium seit 2006 in jedem Schuljahr ein bis drei Grund- als auch Leistungskurse im Fach Informatik etabliert haben. (Stand 2022)

Fachbezogener Beitrag
Ohne Zweifel beeinflussen Informatiksysteme die Persönlichkeitsentwicklung innerhalb der Informationsgesellschaft, die Arbeitswelt oder sie ermöglichen neue Lernkulturen. Dies spiegeln die im Rahmenlehrplan verankerten Kompetenzstandards und Themen wieder. Im Informatikunterricht entwickeln Schülerinnen und Schüler Kompetenzen in folgenden Bereichen:

Die fachbezogenen Kenntnisse, Fertigkeiten und Kompetenzen bilden die Grundlage zur fächerverbindenen Bewusstseinsbildung und einem fächerverbindenen Denken. In der Praxis ersichtlich wird in den zunehmenden "neuen" interdisziplinären Studienfächern, z.B. Bioinformatik, Wirtschaftsinformatik, Geoinformatik oder Umweltinformatik.

Außerschulische Kooperationspartner
Für die außerschulische Kooperation steht uns an erster Stelle das Instutut für Informatik an der Universität Potsdam zur Seite. Darüber hinaus gibt es eine Kooperation mit dem Hasso-Plattner-Institut (HPI), der Fachhochschule Brandenburg und dem Softwarehersteller ORACLE. Genutzt werden die Kontakte u.a. für Unterrichtsprojekte und Gastvorlesungen.

Technische Voraussetzungen
Die Schule verfügt über drei vollausgestattete Computerräume für die Informatik sowie einen Computerarbeitsraum für die individuelle Arbeit in Freistunden und Pausen. SmartBoards werden genutzt. Alle Räume sind mit dem Schulnetzwerk über LAN und dem Internet vernetzt. Ab der Klassenstufe 9 werden Apps als zukunftsweisende Art von Programmen im Informatikunterricht entwickelt. Die Synchronisation mit den mobilen Endgeräten erfolgt über WLAN.

Softwarenutzung
Als Office-Software kommt Microsoft Office sowie Teile von Office 365 education zum Einsatz. Ansonsten bevorzugt die Schule grundsätzlich kostenfrei erhältliche Software (Freeware), so dass alle unterrichtlichen Tätigkeiten prinzipiell auch zu Hause nachvollzogen werden können. Für die einfache Webseitengestaltung in niederen Klassen wird der Phase 5 HTML Editor genutzt. Für die Entwicklung komplexerer Webanwendungen, z.B. mit PHP und einer SQL-Anbindung erhält jede/r Informatiklernende in der Oberstufe eine eigene Online-Datenbank zur individuellen Verwendung.

Der Programmiereinstieg wird mit Scratch bzw. App Inventor beschritten. Die Programmierung ab Klasse 10 erfolgt mit dem Java-Editor. Für Übungen zur Kryptographie und Kryptoanalyse werden u.a. Cryptool und Stegano verwendet.

Das Thema Automaten und Sprachen wird duruch die AtoCC-Sammlung bereichert. Der MOPS-Simulator veranschaulicht die Funktionsweise des Von-Neumann-Rechners. Mittels Filius werden Computernetze virtuell konstruiert und simuliert. Ähnliches ist mit Simulo für logische Schaltungen möglich. Der SWI-Prolog-Editor ermöglicht einen leichten Einstieg in die logische Programierung.

Informatikwettbewerbe
Unsere Schülerinnen und Schüler nehmen regelmäßig an landes- und bundesweiten Wettbewerben teil. Dazu werden sie von uns während des Unterrichts und auch nach dem Unterricht darauf vorbereitet. Teilgenommen wird am:

• Bundeswettbewerb "Informatik Biber"
• Bundeswettbewerb Informatik
• Landeswettbewerb Informatik

Unterrichtsinhalte

7. Klasse: Grundlagen der Informatik und Textverarbeitung mit Word

• Information und Daten (z.B. Benutzung des Computers zur Darstellung unterschiedlicher Daten; Dateiformate)
• Grundprinzipien der Datenverarbeitung (EVAS-Prinzip; Aufbau eines Informatikssystems; Vernetzung)
• Dateien und Verzeichnisse; Speichermedien und Speichereinheiten; Binärdarstellung von Daten
• historische Entwicklung der Rechentechnik
• Informatik und Gesellschaft (z.B. Auswirkung der Informationsgesellschaft in der Arbeitswelt)
• Kennenlernen der Tastatur; Sonderzeichen
• Attribute und Formate von Zeichen, Absatz und Seite
• Praktische Formatierungsübungen bis hin zum offiziellen Brief nach der Norm DIN 5008:2011
• Tabulatoren und Tabellen
• Seitenformatierung
• Grafiken aufbereiten (Zuschneiden, Unschärfen korrigieren, etc.)
• Einbinden und Formatieren von Grafiken in einer Textverarbeitung

8. Klasse: Tabellenkalkulation mit Excel und computergestütztes Präsentieren mit PowerPoint

• Aufbau von Tabellen und Zellformatierung
• Zellinhalte und deren Darstellung
• Rechnen mit Formeln; Standardfunktionen Summe, Mittelwert, Wurzel, etc.
• Zählen, Entscheiden und Vergleichen; Standardfunktionen Zählenwenn, Wenn, Sverweis
• angewandte Übungen: BMI-Rechner; Spar- und Tilgungsrechnung
• Datenflüsse in Datenflussdiagrammen darstellen
• Diagramme erstellen und gestalten; Auswertung von Statstiken in Fächerverbindung mit Ma, Geo, PB, etc.
• Übungen zum Aufbau der Hardware (Notebook, Beamer, Lautsprecher, Verbindungskabel, Presenter)
• Informationsbeschaffung und deren Aufbereitung (Recherche, Speichern und Aufbereiten von Informationen)
• Bestandteile einer MultiMedia-Präsentation
• Erstellen und Gestalten von Präsentationsfolien
• Kriterien für den inhaltlichen Aufbau
• gelungene Vortragsweise; Rollenspiele
• erstellte PowerPoint-Präsentationen erfolgen fächerübergreifen mit LER, Bio, De, etc.

9. Klasse: Computernetzwerke und Grundlagen der Algorithmik

• Aufbau von Computernetzen und des Internets
• Dienste des Internets und Informationssysteme
• Soziale Netzwerke - Chancen und Risiken
• visuelle Programmierung mit Scratch bzw. App Inventor
• Übungen zur Programmierung
• Umgang mit Softwaretools für die Programmierung
• Datenypen; Kontrollstrukturen; Wertzuweisung
• Probleme lösen mit Algorithmen

10. Klasse: Computergrafik, Fotobearbeitung und Vertiefung der Programmierung

• Begriffe Pixelgrafik und Vektorgrafik
• Objektorientierter Aufbau von Vektorgrafiken
• Grafikformate, Farbmischung, Kompressionsarten
• Praktisches Arbeiten mit Grafikprogrammen (Ebenen, Objekte; Skalieren; Kopieren; Farbwerte; Gamma)
• Informationen verstecken mittels Steganographie
• Schadsoftware: Viren und Trojaner; Schutzmaßnahmen
• Physical Computing
• visuelle Programmierung mit App Inventor/Entwicklung von Apps für Android Handys
• Manipulation von Attributwerten durch Methoden
• Standardmethoden: Funktionen, Prozeduren
• Konvertierungsmethoden; mathematische Methoden
• Einstieg in die Programmierung mit Java

11./12. Klasse: Themenvielfalt, stets angereichert mit aktuellen Vorgängen der digitalen Welt

Basiswissen

• Grundbegriffe System, Modell, Datei, Algorithmus
• Grundlegende Algorithmen und Datenstrukturen
• Rechnerarchitektur und Grundlagen der technischen Informatik
• Betriebssysteme
• Netzwerke auf der Basis des 4-Schichtenmodells

Spezialthemen

• Datenbanken und Informationssysteme
• Spezielle Algorithmen und abstrakte Datentypen
• Automaten und Sprachen
• Objektorientierte Modellierung und Programmierung
• Logische Modellierung und Programmierung
• Softwareprojekt