Informatik

GRUNDLAGENFACH / ERGÄNZUNGSFACH

1. Bildungsziele

Die Informatik als Wissenschaft beschreibt die Gesetze und Prinzipien, welche die Welt der Information bestimmen. Sie befasst sich mit der Erforschung und der Gestaltung automatisierter Abläufe und zeigt Möglichkeiten und Grenzen der digitalen Informationsverarbeitung auf. In fast allen Wissenschaftsgebieten und Berufen werden Grundlagenkompetenzen in Informatik vorausgesetzt. Das Fach Informatik leistet damit einen wichtigen Beitrag zur allgemeinen Studierfähigkeit und zur Vorbereitung auf anspruchsvolle Aufgaben in der Gesellschaft.

Das Fach Informatik vermittelt wesentliche Konzepte dieser Wissenschaft, stellt diese in den Kontext der Lebenswelt der Lernenden und regt zur Eigenaktivität an. Es weckt das Interesse und die Freude an Technik und strukturiertem Problemlösen. Es zielt darauf ab, Methoden des algorithmischen Denkens bzw. Computational Thinking zu vermitteln, um Probleme rechnergestützt zu modellieren und zu lösen.

Ziel des Fachs Informatik ist es, den Lernenden grundlegende Kenntnisse und Fähigkeiten zu vermitteln, die es ihnen ermöglichen, ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie die digitale Welt “hinter den Kulissen” funktioniert. Hierfür leistet das Fach Informatik den Aufbau von fachlichen und überfachlichen Kompetenzen in einem multidisziplinären Kontext.

2. Richtziele

Im obligatorischen Fach Informatik sowie im Ergänzungsfach Informatik stehen Wissen, Fertigkeiten und Fähigkeiten aus den folgenden Inhaltsbereichen im Zentrum des Unterrichts:

Algorithmen als formalisierter Ausdruck von Lösungswegen
Programmierung als kreativer Prozess
Daten und ihre Verarbeitung als Grundlage wissenschaftlicher Tätigkeit
Modellierung und Simulation als Problemlösetechnik
Digitale Systeme, Vernetzung und Sicherheit

Rolle der Informatik in Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft

3. Grobziele

Die Anordnung der Lerninhalte erfolgt im Rahmen eines Spiralcurriculums wiederkehrend mit einer zunehmenden Komplexität und Differenzierung. Für die Gliederung der Grobziele im Sinne eines Spiralcurriculums geht der Lehrplan von drei Bereichen aus:

Algorithmen und Programmieren (I)
Daten (II)
Vernetzung und Sicherheit (III)

Diese Bereiche werden in aktuellen Lehrplänen von der Volksschule (Lehrplan 21) bis auf Hochschulstufe verwendet und widerspiegeln die Fachlogik.

Grobziele 1. Klasse obligatorisches Fach Informatik

Die 1. Klasse entspricht einer ersten Runde bzw. Etappe im Spiralcurriculum, wobei der Schwerpunkt auf den Inhaltsbereichen “Programmierung als kreativer Prozess” (B) und “Daten und ihre Verarbeitung als Grundlage wissenschaftlicher Tätigkeit” (C) liegt. Entsprechend beginnen die Schülerinnen und Schüler mit der Programmierung, wobei Programmierkonzepte immer theoretisch behandelt und anhand vielfältiger Anwendungsaufgaben umfassend geübt und vertieft werden. Dabei bildet das Verstehen und Schreiben von Programmen in einer höheren textbasierten Programmiersprache einen wesentlichen Teil des Unterrichts. Die weiteren Inhaltsbereiche (A, D, F) werden thematisch einhergehend mit den passenden Programmierkonzepten verknüpft.

Algorithmen und Programmieren (I)

die schulinterne IT-Infrastruktur kennenlernen und für die Arbeit in der Schule sinnvoll nutzen können
Aufbau von Informatiksystemen und deren Funktionsweise kennen
ausgewählte Informatikmittel aus den Bereichen Internet, Textverarbeitung, Tabellenkalkulation und digitale Bilder zielgerichtet einsetzen, um interdisziplinäre Projekte zu bearbeiten
sich selbständig in neue Programme und Techniken einarbeiten können und ein für die Problemstellung angemessenes Informatikmittel wählen
Algorithmus-Begriff und dessen Darstellung
Repräsentation von Daten im Computer
Variablen, primitive Datentypen
Kontrollstrukturen (Verzweigungen und Schleifen)
Unterprogramme
Interaktion mit dem Computer (Benutzereingabe, grafisches Feedback)
strukturierte Datentypen (Arrays)
Beispiele einfacher Standardalgorithmen

Die Schüler:innen können…

für einfache Problemstellungen Lösungswege suchen, diese auf Korrektheit prüfen und verschiedene Lösungswege vergleichen.
in ihrer Umwelt Abläufe mit Schleifen und Verzweigungen erkennen, beschreiben und strukturiert darstellen (z.B. mittels Flussdiagramm)
Schleifen, Verzweigungen und Parameter zur Steuerung von Abläufen in einem Programm einsetzen.
ein Programm als Abfolge vordefinierter Anweisungen erklären und begründen, warum ein Computer in nicht antizipierten Situationen unter Umständen anders reagiert als erwartet.

Daten (II)

Die Schüler:innen können…

Baum und Netzstrukturen (z.B. Ordnerstruktur auf dem Computer, Stammbaum, Mindmap, Website) erklären und diese zum Suchen von Information verwenden.
Daten strukturieren (z.B. mit Listen), erfassen, suchen und automatisiert auswerten.
die Relevanz der Leistungseinheiten informationsverarbeitender Systeme für konkrete Anwendungen einschätzen (z.B. Speicherkapazität, Bildauflösung, Rechenkapazität, Datenübertragungsrate).
eine Nachricht mit einem einfachen Verschlüsselungsverfahren chiffrieren.

Vernetzung und Sicherheit (III)

Die Schüler:innen können…

erklären, wie Daten verloren gehen und die wichtigsten Massnahmen nennen, um sich davor zu schützen.
die wesentlichen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeelemente von Informatiksystemen (z.B. Sensor, Prozessor, Aktor und Speicher) benennen.
das Internet als Infrastruktur von seinen Diensten unterscheiden (z.B. WWW, EMail, Internettelefonie, Soziale Netzwerke).
die Risiken unverschlüsselter Datenübermittlung und -speicherung abschätzen.

Grobziele 2. und 3. Klasse obligatorisches Fach Informatik

In den 2. und 3. Klassen werden im Rahmen einer weiteren Runde im Spiralcurriculum die Schwerpunkthemen B und C vertieft und um die Inhaltsbereiche ”Algorithmen als formalisierter Ausdruck von Lösungswegen” (A) und ”Modellierung und Simulation als Problemlöse-Technik” (D) erweitert. Die Schwerpunktsetzung der Programmierung wird durch Vertiefung und Erweiterung fortgeführt, wobei die Projekte unter fokussiertem Einsatz von informatischen Problemlösetechniken in einen teils interdisziplinären Kontext eingebettet sind.

Algorithmen und Programmieren (I)

Die Schüler:innen können…

ein Programm in Unterprogramme modularisieren (Funktionen, Prozeduren, Methoden).
Parameter an Unterprogramme übergeben und Resultate ins Hauptprogramm zurückgeben.
die Lebensdauer und Sichtbarkeit von Variablen abschätzen und diese in einem Programm je nach Bedarf als lokale oder globale Variable einsetzen.
Fehler als syntaktische, semantische oder konzeptionelle identifizieren und beim Programmieren Strategien zur Fehlererkennung und Behebung formulieren und praktisch umsetzen.
Algorithmen entwerfen und in geeigneter Weise darstellen.
die Funktionsweise von Algorithmen erklären, diese an realen Daten anwenden und für die Algorithmen Optimierungsstrategien formulieren.

Daten (II)

Die Schüler:innen können…

mehrdimensionale Datenreihen in verschiedenen Strukturen speichern, durchlaufen und zur Lösung von Problemen einsetzen.
an einem konkreten Beispiel aus Rohdaten Information und aus Information Wissen generieren; sie können erklären, welche Entscheidungen sie gefällt und worauf sie sich bezogen haben.
einfache Datenbanken abfragen (z.B. mit SQL) und das zugehörige Datenbankmodell (z.B. Relationenmodell) verstehen und beurteilen.
unter Einsatz von Pseudozufallszahlen ein einfaches Zufallsexperiment durchführen und die Resultate interpretieren.

Vernetzung und Sicherheit (III)

Die Schüler:innen können…

eine einfache Netzwerkarchitektur (z.B. Teilnetze und die sie verbindenden Komponenten) beschreiben.
an Beispielen die Bedeutung von Protokollen zur Adressierung und Übermittlung von Daten beschreiben.
die wichtigsten Bedrohungen ihrer Sicherheit im Internet einschätzen und geeignete Massnahmen dagegen ergreifen.

Ziele Ergänzungsfach

Im Ergänzungsfach Informatik in der 4. Klasse steht der Übergang zu den fachwissenschaftlichen Themen auf Hochschulstufe im Zentrum. Zudem werden die Programmierkenntnisse aus dem obligatorischen Fach Informatik durch Projektarbeit und weiterführende Konzepte vertieft.

Das Ergänzungsfach soll die Erreichung der Kompetenzen im Bereich I (Algorithmen und Programmierung) vorrangig anstreben. Die Kompetenzen in den Bereichen II (Daten) und III (Vernetzung und Sicherheit) sollen je nach konkreter Ausrichtung des Kurses und der Projekte angestrebt werden.

Die selbstständige Durchführung von Informatikprojekten durch die Schülerinnen und Schüler strukturiert einen wesentlichen Teil des Unterrichts («Engineering»: Planung, Analyse, Implementierung, Test, Dokumentation, Präsentation).

Gekürzte Fassung des Lehrplans Informatik MNG

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