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Informatik

Selbstverständnis des Faches

Durch die schnelle Entwicklung der InformationstechnologieInformations­gesellschaft  und die weltweite Vernetzung steht heute jedem der Zugang zu einer gewaltigen Menge von Daten offen. Gleichzeitig kommen überall im beruflichen und privaten Leben, in Wissenschaft und Wirtschaft komplexe Systeme zur Informationsverarbeitung zum Einsatz. Ihre Leistungsfähigkeit und der Ausbau ihrer Möglichkeiten bestimmen oft die Weiterentwicklung in Wirtschaft, Technik und modernen Wissenschaften.

Die wesentliche Aufgabe Aufgabe des Unterrichtsdes Informatikunterrichts am Gymnasium ist es daher, den Schülern ein systematisches, zeitbeständiges und über bloße Bedienerfertigkeiten hinausgehendes Basiswissen über die Funktionsweise, die innere Struktur sowie die Möglichkeiten und Grenzen informationstechnischer Systeme zu vermitteln. Dadurch wird ihnen deren sinnvolle, kompetente und verantwortungsbewusste Nutzung und Beurteilung ermöglicht. Als zukünftige Entscheidungsträger müssen die Gymnasiasten mit den Denkweisen vertraut gemacht werden, die den Informations- und Kommunikationstechniken zugrundeliegen, um deren prinzipielle Chancen und Risiken richtig einschätzen zu können.

Beitrag des Faches zur gymnasialen Bildung und Persönlichkeitsentwicklung

Im Informatikunterricht lernen die Schüler grundlegende Konzepte von Umgang mit InformationInformations- und Kommunikationssystemen kennen, die sich durch Allgemeingültigkeit auszeichnen und auch in Zukunft nicht an Bedeutung verlieren werden. Dazu gehören Kenntnisse über die Methoden der Aufbereitung, Speicherung, Weiterverarbeitung und Übertragung von Information, die eine Interpretation und adäquate Beurteilung von Daten etwa in Bezug auf Zuverlässigkeit, Vollständigkeit oder Sicherheit ermöglichen.

Die Schüler lernen im Informatikunterricht OrdnungsprinzipienOrdnungsprinzipien kennen, die zur Orientierung in einer hoch komplexen, vernetzten Welt beitragen und die bei der Erschließung der schnell fortschreitenden Entwicklungen in der Informationstechnologie, aber auch in vielen anderen Bereichen helfen. Dies gilt etwa für das Verständnis von Abläufen und Datenflüssen zwischen Institutionen oder für das Erfassen der Struktur von Produktionsabläufen.

In der Informatik verwendete Techniken (wie das Strukturieren, das systematische Zerlegen komplexer Systeme in überschaubare Teile, das Formalisieren und Interpretieren) fördern bei den Schülern die AbstraktionsfähigkeitAbstraktionsfähigkeit und das schnelle Erfassen logischer Zusammenhänge. Bei der Arbeit mit abstrakten Modellen, die bei der Konstruktion und Analyse von Informatiksystemen eine entscheidende Rolle spielen, üben die Schüler in besonderem Maß, eine Situation von verschiedenen Standpunkten aus zu beurteilen. Dies schult die Konzentration auf das Wesentliche und fördert ein flexibles, eigenständiges, zielgerichtetes Lösen von Problemstellungen.

Da jedes Modell die Realität nur vereinfacht darstellt, ist bei allen Anwendungsbeispielen der Informatik eine systematische Überprüfung und kritische UrteilsvermögenBeurteilung der Ergebnisse sowie des gewählten Modells nötig. Dies fördert die Fähigkeit der Gymnasiasten zu konstruktiver Kritik.

Bei der Beschäftigung mit zunehmend komplexeren, umfangreichen Aufgabenstellungen erfahren die Schüler, dass für deren Lösung Partner- und Teamarbeit Teamarbeitoft von entscheidendem Vorteil sind und dass dabei die Zuverlässigkeit des Einzelnen gefordert ist. Außerdem wird die Bereitschaft der Jugendlichen gestärkt, Verantwortung Soziale Kompetenzenzu übernehmen und die eigenen Ansichten und Ideen vor anderen zu vertreten.

Die häufige Arbeit am Computer kommt der Freude der Kinder und Jugendlichen am kreativen Gestalten und am Experimentieren Arbeitsstilentgegen. Gleichzeitig werden die für den erfolgreichen Einsatz des Computers nötige Sorgfalt und Genauigkeit von Anfang an eingefordert und geübt.

Zusammenarbeit mit anderen Fächern

Die enge Verzahnung der Informatik mit AnwendungenAnwendungsbezug der Informatik in verschiedenen Bereichen, z. B. Wirtschaft, Wissenschaft oder auch Verwaltung, impliziert die Zusammenarbeit mit anderen Fächern. Im Informatikunterricht werden bei der Auswahl von Beispielen daher immer wieder Inhalte aus anderen Fächern aufgegriffen, etwa aus der Mathematik, Physik, Biologie, Sozialkunde und aus Wirtschaft und Recht.

Diese Verzahnung mit anderen Fächern wird bereits in der Unterstufe an der Einbindung des Informatikunterrichts in das Fach Natur und TechnikNatur und Technik deutlich. Insbesondere die gemeinsamen Projekte mit dem jeweils anderen Schwerpunkt zeigen den gegenseitigen Gewinn auf, der sich aus einer engen Zusammenarbeit ergibt.

Denkweisen und Verfahren der Informatik kommen in anderen FächernInformatik in anderen Fächern vielfältig zur Anwendung. Dabei erweist es sich als Vorteil, dass im Informatikunterricht das Prinzip des jeweiligen Verfahrens vermittelt und reflektiert wird. Das algorithmische Denken findet sich in der Mathematik bei Konstruktionsbeschreibungen, in Deutsch beim Beschreiben von Vorgängen und in der Physik bei Simulationen wieder; die Fähigkeit zur Modellbildung wird im Wirtschaftsunterricht z. B. bei der Arbeit mit dem Kreislauf- und Marktmodell gefordert.

Der Informatikunterricht in der Unterstufe unterstützt zudem den Einsatz von Informatiksystemen zur Förderung von Lernprozessen in anderen Fächern. Insbesondere übernimmt die Informatik einen wesentlichen Teil Informatik und ITGan informationstechnischer Grundbildung (ITG), zielt aber bei der Vermittlung übertragbarer Einsichten und von Verständnis deutlich über Anwenderfertigkeiten hinaus.

Ziele und Inhalte

Information ist der zentrale Begriff im Informatikunterricht. Daraus resultieren Themen wie die Darstellung, Verarbeitung, Übersendung und Interpretation von Informationen.

Bei der Darstellung von Informationen wie auch bei der Analyse von Informationssystemen spielt die ModellierungModellbildung, bei der Ausschnitte der Wirklichkeit zielgerichtet vereinfacht und strukturiert dargestellt werden, eine wesentliche Rolle. Die Lernenden erkennen, dass die Erstellung eines Modells den wichtigsten Arbeitsschritt zwischen der Problemerfassung und der Umsetzung auf einem Softwaresystem darstellt und für das Verständnis informatischer Abläufe entscheidend ist. An vielfältigen praktischen Beispielen sehen sie, dass bei der Vereinfachung der betrachteten Zusammenhänge einerseits die für den jeweiligen Zweck wesentlichen Aspekte erhalten bleiben müssen, andererseits unwesentliche Gesichtspunkte nicht mehr in Erscheinung treten dürfen.

Die Schüler erfahren, dass je nach Art des Anwendungszusammenhangs unterschiedliche Betrachtungsweisen notwendig sind, und lernen dementsprechend im Lauf des Unterrichts verschiedene ModellierungstechnikenModellierungs­techniken kennen. Die wichtigsten Eigenschaften und Funktionen eines Systems werden von den Schülern in graphischen Darstellungen exakt und anschaulich festgehalten, sodass sie diese auch mit ihren Mitschülern besprechen können. Sie verwenden die Fachsprache in altersgemäßer Weise; diese erlaubt es ihnen, die wesentlichen Erkenntnisse unabhängig von kurzlebigen technischen Strömungen oder speziellen Produkten zu formulieren.

Erstellte Modelle werden von den Schülern mit einem Informatiksystem realisiert, die Ergebnisse werden diskutiert und überprüft. Dabei erwerben die Schüler sukzessive ein breites Spektrum an Denk-Methodenkompetenz und Beschreibungsschemata und lernen Strategien kennen, die im Lauf der Zeit die Bearbeitung auch komplexer und vernetzter Problemstellungen erlauben.

Im Schwerpunkt Informatik des Fachs Natur und Technik wird eine gemeinsameUnterstufe Basis aus Wissen und Fähigkeiten unter Einbeziehung unterschiedlichster Vorkenntnisse hergestellt, die die Schüler aus dem privaten und schulischen Bereich bereits mitbringen. Die Kinder beschäftigen sich mit altersgemäßen Aufgabenstellungen aus ihrer Erfahrungswelt. Sie gestalten Graphik-, Text- und Multimediadokumente, strukturieren Information, ordnen sie und beschäftigen sich mit Hypertextstrukturen sowie mit elektronischer Post. Zudem erhalten die Schüler erste Einblicke in die automatische Informationsverarbeitung. Die Analyse der bearbeiteten Dokumente zeigt ihnen, dass diese jeweils aus bestimmten Objekten mit charakteristischen Eigenschaften bestehen. Mit dieser Sichtweise können die Kinder unabhängig von der jeweils verwendeten Software eine Vielzahl von Phänomenen im Zusammenhang mit Informatiksystemen verstehen. Das Vorgehen ist altersgemäß spielerisch und handlungsorientiert, aber trotzdem genau und systematisch. Es wird der Grundstein für den Aufbau angemessener Modelle und für die Verwendung einer klaren, effizienten Fachsprache in späteren Jahrgangsstufen gelegt.

Am Naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasium Jahrgangsstufe 9 (NTG)werden in der Mittelstufe die im Anfangsunterricht eingeführten Grundlagen aufgegriffen, vertieft und ergänzt. In der Jahrgangsstufe 9 gewinnen die Schüler mit der funktionalen Modellierung einen ersten Zugang zur Formalisierung und Strukturierung von größeren, als Ganzes kaum überschaubaren Prozessen. Statische Datenmodellierung hilft ihnen bei der Verwaltung sehr großer, komplexer Datenmengen. Bereits in dieser Jahrgangsstufe gewinnen außerdem Fragestellungen an Bedeutung, die gesellschaftlich relevante As­pekte wie die Wechselwirkungen zwischen Informatiksystemen, Individuum und Gesellschaft betreffen.

Mit der objektorientierten Modellierung werden in Jahrgangsstufe 10 Jahrgangsstufe 10 (NTG)die verschiedenen Modellierungstechniken verbunden. Bei der Beschreibung und Strukturierung von Abläufen lernen die Schüler Grundprinzipien von Automaten, Algorithmen und Programmen aus objektorientierter Sicht kennen. Sie untersuchen systematisch die Kommunikation bzw. Interaktion zwischen Objekten und verwenden Generalisierung sowie Spezialisierung als Konzepte zur Beschreibung von Verwandtschaftsbeziehungen. Die Jugendlichen erkennen, dass sich die Vorgehensweise und die Grundideen der objektorientierten Modellierung auch auf viele Situationen des Alltags gewinnbringend anwenden lassen.

Aufbauend Jahrgangsstufen
11 und 12
auf dem vorausgegangenen Informatikunterricht eignen sich die Schüler in den Jahrgangsstufen 11 und 12 weiterführende Konzepte und Methoden der Informatik an. Den Schwerpunkt bildet zunächst die Untersuchung dynamischer Informationsstrukturen. Dabei lernen die Jugendlichen das für größere Softwaresysteme unverzichtbare Prinzip der Rekursion kennen. Bei der Planung und arbeitsteiligen Durchführung eines größeren Softwareprojekts wenden sie Konzepte der praktischen Softwareentwicklung an. Hierbei erwerben sie auch auf den Alltag übertragbare Kenntnisse über die Organisa­tion und Synchronisation von Abläufen. Ein fundiertes Verständnis für die prinzipielle Funktionsweise eines Rechners gewinnen die Schüler durch die genauere Beschäftigung mit dem Vorgang der Kommunikation mit der Maschine. Überlegungen zu den Grenzen der maschinellen Berechenbarkeit unterstützen sie bei der realistischen Einschätzung der tatsächlichen Möglichkeiten der Informationstechnologie, wie sie für ein selbstbestimmtes Leben und Arbeiten in unserer Informationsgesellschaft notwendig ist. Für interessierte Jugendliche bietet sich die Möglichkeit, Informatik auch als Seminar zu wählen.

Handlungs- und problemorientiertes Arbeiten steht im Informatikunterricht im Vordergrund. Deshalb spielt der Einsatz von Rechnern Einsatz von Rechnernund Netzen eine wichtige Rolle. Im Unterricht erarbeitete Modelle werden von den Schülern umgesetzt und praktisch erprobt, die Ergebnisse beurteilt. Die jeweils verwendeten Softwaresysteme stellen hierbei lediglich hilfreiche Werkzeuge dar.

Projektorientiertes ArbeitenProjektorientiertes Arbeiten nimmt einen breiten Raum ein. Alle neu zu erlernenden Konzepte und Methoden sollen den Schülern möglichst im Rahmen von selbständiger, praktischer Arbeit begegnen, um ausreichendes Problembewusstsein sicherzustellen und gleichzeitig die vielfältigen Verknüpfungen und Anwendungen der erlernten Konzepte aufzuzeigen. Am Ende der Jahrgangsstufen 9 und 10 werden die erworbenen Kenntnisse jeweils bei der Bearbeitung eines komplexeren Anwendungsbeispiels wiederholt, vertieft und vernetzt. Die Schüler arbeiten dabei in Gruppen an einer Aufga­ben­stellung, die es erlaubt, verschiedene zuvor erlernte Methoden einzusetzen und zu beurtei­len. In der Jahr­gangs­stufe 11 übernehmen die Schüler zudem verstärkt Verantwortung für die Planung, Durchführung und das Gelingen eines größeren Softwareprojekts. Sie entwickeln hierbei Einstellungen und Kompetenzen weiter, die sie insbesondere auf die Anforderungen einer modernen Berufswelt vorbereiten.

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