Informatik d indd

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Prinzipien der maschinellen Informationsverarbeitung
Es empfiehlt sich, dieses Gebiet in die Untergebiete Berechnung, Speicherung, Ko­
ordination, Kommunikation und Sicherheit zu unterteilen. In der Tabelle 3 ist für 
jedes dieser Gebiete in der zweiten Spalte die Hauptfrage formuliert und in der 
dritten Spalte sind ausgewählte Themenbereiche dazu angegeben.
Untergebiete Hauptfragen 
Themenbereiche
Berechnung 
Was kann berechnet werden  
n
 Berechenbarkeit (Turing-Maschinen
 
und wie gross ist der  
  als Modelle von Rechnern,
 
dazu notwendige Rechenaufwand? 
  Church-Turing-These)
  
n
  Formale Sprachen und Automaten 
 
 
  (Begriffe der Syntax und Semantik, 
 
 
  endliche Automaten) 
  
n
  Komplexität (Kategorien von
 
 
  Problemen, nach Ressourcenaufwand)
Speicherung 
Wie kann Information abgelegt  
n
  Daten- und Speicherorganisation
 
und wieder gefunden werden? 
  (Sortierung, Indexierung, Abfrage)
  
n
 Datenbanken
  
n
  Kodierung (Begriff und Beispiele
 
 
  von Kodes und Kodierung,
 
 
  Entropie und Datenkompression)
Kommunikation  Wie kann Information zuverlässig  
n
 Informationstheorie
 
und geschützt transportiert  
  (Botschaften, Redundanz,
 
werden? 
  Entdecken von Fehlern 
 
 
  und deren Korrektur)
  
n
 Netzwerkarchitektur (Aufgaben-
 
 
  teilung im Schichtenmodell)
Koordination 
Wie können verschiedene 
n
 Mensch-Maschinen-Schnittstellen
 
Einheiten kooperieren? 
  (Prinzipien der GUI)
  
n
  Verteiltes Rechnen (atomische
 
 
  Aktionen, Synchronisation,
 
 
  Deadlocks, Serialisierung)
Sicherheit 
Wie kann Information gesichert  
n
  Verschlüsselung (symmetrisch
 
werden? 
  und asymmetrisch, 
 
 
  private und öffentliche Schlüssel)
  
n
  Authentifikation (Zugangssicherung, 
 
 
  Passwörter, biometrische Verfahren, 
 
 
  digitale Unterschrift)
Tab.3
  Prinzipien der maschinellen Informationsverarbeitung
Was ist Informatik?

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Jeder Themenbereich hat historisch gesehen seine eigene Geschichte (Denning 
spricht von Stories), was die Motivation und die Ideen anbetrifft. Davon kann nicht 
abstrahiert werden. Das funktioniert auch in anderen Fächern so: Die elementare 
Geometrie etwa wird mit Euklid verbunden und die Mechanik mit Newton. In Klam­
mern sind jeweils die Hauptbegriffe angegeben, die zur allgemeinen Bildung in 
Informatik gehören (sollten). Die didaktische Frage, wie man diese Begriffe stufen­
gerecht geeignet vermittelt, ist damit natürlich noch keineswegs beantwortet. 
Entwurfs­ und Konstruktionsprinzipien
Während die Thematik der ersten Aktionsebene eher theoretisch ist, kann man 
diese zweite Ebene mehr praktisch ausgerichtet sehen, in dem Sinn, dass sie selbst­
ständige konstruktive Modellier­ und Programmierarbeiten ermöglicht. Dieses Ak­
tionsniveau dürfte für ein Schulfach Informatik zentral sein, denn: Aufbau und 
Gestalten von Datenstrukturen und Abläufen aus elementaren Bauteilen sind mehr 
und mehr zentrale Tätigkeiten des Berufslebens, weit über das eigentliche Pro­
grammieren von Computern hinaus. Dabei handelt es sich um eine kreative Tätig­
keit, bei der Ideen zu entwickeln sind, die dann einer Bewährung in einem klar 
definierten Rahmen unterworfen werden müssen. Nicht jede Idee funktioniert auf 
Anhieb. Darüber hinaus wird eine präzise Formulierung in einer formalen Sprache 
unter strikter Einhaltung grammatischer Regeln verlangt. Schliesslich wird das 
Bewusstsein für die Unvermeidlichkeit von Fehlern geweckt. In einfachen Testver­
fahren können Experimente zur kritischen Überprüfung der Lösung durchgeführt 
werden. Dadurch werden eine selbstkritische Haltung und das Lernen durch Fehler 
gefördert. Die selbstständige Arbeit und die Hartnäckigkeit im Fehlersuchen und 
Fehlerbeheben werden durch das Erfolgserlebnis, ein funktionierendes Programm 
zu haben, belohnt. Insofern stellt die Programmierung eine eigentliche Schulung 
im Problemlösen dar mit allen Elementen von Fehlschlägen über die Suche nach 
neuen Wegen bis zur sorgfältigen Überprüfung der gefundenen Lösung. In Tabelle 
4 ist eine Gliederung des Themas vorgeschlagen, analog zu den Prinzipien der ma­
schinellen Informationsverarbeitung.
Was ist Informatik?

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Kernmethoden
Das zentrale Aktionsniveau der Entwurfsprinzipien kann unterstützt und auch 
konkretisiert werden durch das Aktionsniveau der Kernmethoden. Mehr noch als 
bei den beiden bereits erläuterten Themen öffnet sich hier ein sehr weites Gebiet. 
Und wenn in der Tabelle 5 eine gewisse Vollständigkeit angestrebt ist, so wird da­
mit auch klar, dass dieses Niveau auf der Mittelschulstufe praktisch nur paradigma­
tisch durch eine bescheidene Auswahl von Problemen und Ansätzen abgedeckt 
werden kann. 
Hauptfrage Themenbereiche
Wie können korrekte Rechenverfahren 
n
  Prinzipien der Programmierung
aufgebaut und überprüft werden? 
  (Iteration, Rekursion, prozedurale und 
 
 Datenabstraktion)
 
n
 Programmierparadigmen 
 
  (imperative, funktionale, logische, objekt-
 
  orientierte Programmierung 
 
  und die entsprechenden Weltanschauungen)
 
n
 Modularität
 
n
 Testverfahren
 
n
  Verifikationsverfahren (Iteration, Rekursion 
 
  und Induktionsbeweise)
Tab.4
  Entwurfs- und Konstruktionsprinzipien
Hauptfrage Themenbereiche
Wie werden Rechenverfahren und Daten- 
n
  Grundalgorithmen und Datenstrukturen
strukturen entworfen, die Grundprobleme    (Sortierung, Suche, Ketten- 
der Datenverarbeitung quer durch 
  und Listenverarbeitung, 
alle Anwendungsgebiete einheitlich 
  Graphen, Matrizen, 
lösen? 
  probabilistische Verfahren)
 
n
  Datenbanken (Aufbau von Dateien, 
 
  hierarchische und relationale Modelle)
 
n
  Grafik (Bit-Maps, Turtle-Grafik, Vektor-Grafik)
 
n
  Simulation (diskret: Ereignisverwaltung, 
 
  stetig: Rückkopplung)
Tab. 5
  Kernmethoden
Was ist Informatik?

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