Informatik d indd

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nungskomplexität. Bei der Skalierbarkeit geht es aber nicht um die klassischen 
Bemühungen um effiziente Algorithmen, sondern um die zusätzliche Beschleuni­
gung von Berechnungen, vor allem mittels paralleler Abarbeitung auf mehreren 
Prozessoren oder mit vernetztem Rechnen. Ein Algorithmus heisst gut skalierbar, 
wenn der Einsatz von mehreren Ressourcen eine proportionale Beschleunigung der 
Berechnungen ermöglicht.
Inhalt:
 Hier sollte im Gymnasium zunächst nur die Erkenntnis vermittelt werden, 
dass nicht alle Programme, die im Kleinen gut laufen, auch bei grösseren Daten­
mengen brauchbar sind; es sind eben längst nicht alle Programme skalierbar. Die 
Erreichung der Skalierbarkeit ist eine schwierige Aufgabe, und ihre Behandlung ist 
daher optional. Sie beginnt mit der Einführung in die Parallelität und das distribu­
tive Rechnen. Die Parallelisierung von Berechnungen ist nicht leicht überschaubar. 
Deshalb erfordert der Unterricht eine gute Wahl von vereinfachten Problemstellun­
gen. Im Idealfall wirkt sich zunehmende Parallelität umgekehrt proportional auf 
die Laufzeit des parallelen Algorithmus aus.
Skalierbarkeit ist eine wichtige Eigenschaft von Programmen zur Bearbeitung 
hoch komplexer Probleme oder sehr grosser Mengen von Daten. Sie findet Anwen­
dung insbesondere im wissenschaftlichen Rechnen. Für ihren Einbezug im Unter­
richt empfiehlt sich der Projektunterricht, wenn eine konkrete Aufgabenstellung 
aus den Naturwissenschaften vollständig bis zur Implementierung gelöst wird.
Diese Auflistung von Konzepten der Informatik ist bei Weitem nicht vollständig. 
Es sind nur diejenigen aufgeführt, die in der Schule unterrichtet werden können 
und gleichzeitig zu einem tieferen Verständnis der Informatik und ihrer Bedeutung 
beitragen.
Abbildung 4 illustriert, mit welchen Teilgebieten der Informatik und der Mathe­
matik die vorgestellten Konzepte zusammenhängen. In der Mitte der Grafiken be­
finden sich jeweils die beschriebenen Querschnittskonzepte, links die Teilgebiete 
der Mathematik und rechts die Teilgebiete der Informatik.
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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Abb.4
  Verknüpfungen der Querschnittskonzepte der Informatik (Mitte) mit Fachgebieten 
der Mathematik (links) sowie mit Spezialthemen der Informatik (rechts), 
aus denen im Gymnasium aber nur eine Auswahl angesprochen werden kann
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik
Korrekte
Argumentation
8
Modularer Entwurf
11
Rekursion
12
Graphen und Bäume
9
Testen und
Verifikation
10
Logik
Graphentheorie
Kombinatorik
Mathematische
Analysis
Numerik
Berechenbarkeit
Formale Sprachen
Programmverifikation
Programmiersprachen
Algorithmik
Kryptologie
Netze
Datenbanken und
Informationssysteme
Wissenschaftliches
Rechnen
Suche
13
Skalierbarkeit
14

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6.5
  Aufbau eines Fachs Informatik
Vorgängig sind die wichtigsten Konzepte der Informatik vorgestellt worden. Die 
Schule soll so auf diese Konzepte eingehen, wie es entsprechend dem Alter der 
Schülerinnen und Schüler möglich ist. Für den Unterricht sind zusätzlich fach­
didaktische Aspekte wichtig, also vom Einfachen zum Komplizierteren, vom Kon­
kreten zum Abstrakten. Einige Konzepte erfordern wiederholte Behandlung. So 
lässt sich auch die Nachhaltigkeit fördern. 
Dieses Kapitel enthält einen Vorschlag für einen möglichen Ablauf des Informa­
tikunterrichts im Grundlagenfach Informatik. Dabei wird darauf geachtet, dass die 
Lehrpersonen bereits bei der Stoffauswahl (nicht nur beim didaktischen Aufbau) 
eine gewisse Freiheit haben. Denn bei den meisten Konzepten und Methoden gibt 
es mehrere Optionen, um Fachthemen zu vermitteln.
Algorithmen und Programmierung
Ein empfehlenswerter und dankbarer Anfang ist das Programmieren im Kleinen. 
Dabei lernen die jungen Leute nicht nur eine Programmiersprache zur Steuerung 
des Rechners kennen, sondern sie entdecken zusätzlich Lösungsmethoden für ein­
fache Problemstellungen und können diese selber weiterentwickeln. Dieser Unter­
richt vermittelt neben grundlegenden Programmierkonzepten wie Schleifen, Varia­
blen, Verzweigungen und bedingte Schleifen auch Grundkonzepte des modularen 
Entwurfs mittels Unterprogrammen, die Formulierung logischer Bedingungen, Bäu­
me als Graphenstrukturen, die Darstellungen einiger einfacher Objekte sowie Me­
thoden zur Fehlersuche und zum Korrigieren von Programmen. Weiter kommt hier 
erstmals die Effizienz von Lösungen und deren Verbesserung zur Sprache. Der Pro­
grammierunterricht soll so gestaltet werden, dass man mit einem kleinen Satz von 
vorgegebenen Befehlen beginnt (Wortschatz) und diesen anschliessend mittels Pro­
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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zeduren und Datendefinitionen erweitert. Der Unterricht behandelt so die Formu­
lierung sowohl von konkreten Rechenprozessen als auch von Datenelementen.
Datendarstellung
Parallel mit dem Programmieren im Kleinen können schrittweise auch Grundlagen 
der digitalen Darstellung von Sachverhalten mit Daten, eine korrekte Argumenta­
tion und diskrete Strukturen (Graphen) unterrichtet werden. Bei der digitalen Dar­
stellung von Sachverhalten geht es um die Vielfalt der Möglichkeiten, konkrete 
Objekte der realen Welt eindeutig als Folgen von Bits darzustellen. In diesem Be­
reich können auch die Frage der Kompression, der Redundanz und der selbstverifi­
zierenden Codes angesprochen werden. 
Zur korrekten Argumentation gehören neben logischen Und­ sowie Oder­Ver­
knüpfungen namentlich auch die Bedeutung der Implikation und die Struktur der 
direkten und indirekten Argumentation, ebenso Quantoren und ihre Negation. 
Im Bereich der diskreten Strukturen sollen ungerichtete und gerichtete Gra­
phen vorgestellt werden, besonders auch der Spezialfall der Bäume. Dabei lässt sich 
zeigen, wie mächtig die Sprache der Graphen ist für die Darstellung realer Situati­
onen und Objekte sowie zur Darstellung von Vorgehensweisen in der Informatik.
Datenverwaltung und Datenbanken
Als nächste Einheit kann der Themenbereich Datenverwaltung und Entwurf von 
Datenbanken angegangen werden. Hier ist das Schwergewicht auf die Wahl der 
strukturierten Darstellung der Daten zu legen. Eine Datenbank soll so gestaltet 
sein, dass die für sie typischen Fragestellungen effizient zu beantworten sind. Ein­
fache Datenstrukturen wie Stapel, Liste, Felder können aber auch schon im Zusam­
menhang mit dem Programmieren eingeführt werden, weil die Wahl der Daten­
strukturen darüber entscheidet, wie effizient die Algorithmen als Programme 
implementiert werden können. Datenbanken ermöglichen weiter einen guten Ein­
stieg in die Suche und das Sortieren, weil man in gut organisierten Daten sehr viel 
schneller sucht als in unsortierten Daten. Beim Entwurf von Such­ und Sortieralgo­
rithmen steht das Konzept der Berechnungskomplexität im Vordergrund. Dabei 
lassen sich im Unterricht verschiedene Algorithmen bezüglich Effizienz verglei­
chen. Mit den Suchalgorithmen besteht zugleich die Möglichkeit, fundiert auf das 
Internet und die Suche im Internet einzugehen. Nicht zu vergessen sind Fragen 
zum Datenschutz, die auch zu diesem Themenbereich gehören.
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Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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