Informatik d indd

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Für Fortgeschrittene kann die Optimierung der Datenflüsse sowie der Netzwerk­
protokolle dargestellt werden. Für diesen Teil sind Kenntnisse aus Graphentheorie, 
Kombinatorik und Statistik notwendig. 
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Simulation und Visualisierung
Wissenschaftliches Arbeiten stützt sich seit jeher auf Modelle aller Art, seit Jahr­
hunderten auch auf Experimente. Aber erst seit der Verfügbarkeit von Computern 
lassen sich kompliziertere Sachverhalte auch numerisch modellieren, also als Sys­
tem von Zahlen und Rechenregeln, wobei die Ergebnisse für den Menschen heute 
meist auch am Bildschirm grafisch sichtbar gemacht werden können. In den Natur­
wissenschaften, in technischen Disziplinen, aber auch in den Sozial­ und sogar in 
den Geisteswissenschaften werden inzwischen Objekte, Situationen oder Prozesse 
numerisch modelliert und ausgewertet, oft zur Vermeidung teurer Experimente. Die 
numerische Simulation ist heute eine Grundmethodik in der wissenschaftlichen 
Forschung und für technische Entwicklungen. Geeignete Visualisierungen ermögli­
chen es, die gewonnenen Informationen verständlich und übersichtlich darzustel­
len. In der medizinischen Diagnostik beispielsweise ist die Visualisierung längst zu 
einem unentbehrlichen Instrument geworden.
Simulation und Visualisierung bilden inzwischen eine neue, rasant wachsende 
Wissenschaftsmethodik und ein eigenes Fachgebiet, die rechnerunterstützten Wis­
senschaften (Computational Sciences). Dieses Gebiet ist stark mit der Algorithmik 
verknüpft, weil Simulation und Visualisierung bei vielen praxisnahen Aufgaben 
sehr grosse Rechenleistungen erfordern, die nur dank optimierten Algorithmen 
überhaupt gemeistert werden können. Zu den rechnerunterstützten Wissenschaf­
ten gehört auch die Methodik der Auswertung von sehr grossen Datenmengen, die 
aus realen oder virtuellen Experimenten gewonnen werden.
Inhalt:
 Modellierung und Analyse von Prozessen und Experimenten erfordern oft 
die Arbeit mit realen Messwerten und deren Auswertung mit Verfahren der nume­
rischen Mathematik, die eine Vielfalt von nützlichen numerischen Algorithmen zur 
Verfügung stellt. Es ist lohnenswert, einige dieser Basisalgorithmen kennenzuler­
nen, selbst zu programmieren und zu testen. Schon an einfachen Beispielen lassen 
sich dabei auch Gefahren der Nutzung von vorgegebenen Programmen erkennen, 
etwa Probleme mit der Fortpflanzung von Rundungsfehlern. Ein ganz anderes Ge­
biet behandelt die Simulation diskreter Systeme, vor allem Warteschlangensys teme. 
Diese erfordern eine spezielle Programmorganisation für die Steuerung der Ereig­
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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Abb.3
  Verknüpfungen der fundamentalen Konzepte 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
Algorithmus und
Automatisierbarkeit
Graphentheorie
1
Berechnungs-
komplexität
2
Programmieren
4
Datenschutz und 
Informationssicherheit
5
Simulation
und Visualisierung
7
Datenrepräsentation
und Datenverwaltung
3
Kombinatorik
Logik
Mathematische
Analysis
Wahrscheinlichkeit
und Statistik
Zahlentheorie
Numerik
Berechenbarkeit
Komplexitätstheorie
Programmiersprachen,
Compiler
Formale Sprachen
Algorithmik
Datenbanken und
Informationssysteme
Rechnerstrukturen,
Assembler
Kryptologie
Expertensysteme
Kommunikationsnetze
Wissenschaftliches
Rechnen
Vernetzung
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nisabfolge. Modellierung, Analyse und Simulation können anhand von ein fachen 
praktischen Beispielen geübt werden. Mit den nötigen Grundlagen aus der Vektor­
geometrie lassen sich auch einige Konzepte der Visualisierung unter richten.
In Bezugnahme auf das Schichtenmodell des Kapitels 2 kann man die Thematik 
der Algorithmen und Grenzen der Automatisierbarkeit (  Konzept 1  ), der Berech­
nungskomplexität (  Konzept 2  ), des Datenschutzes und der sicheren Kommunikati­
on (  Konzept 5  ) und der Vernetzung (  Konzept 6  ) der untersten Ebene des Schich­
tenmodells zuordnen, also den Prinzipien der maschinellen Informationsverarbeitung. 
Die Konzepte der Datenrepräsentation und der Datenverwaltung (  Konzept 3  ) sowie 
des Programmierens (  Konzept 4  ) gehören der Ebene der Entwurfs­ und Konstruk­
tionsprinzipien an. Schliesslich kann man die Konzepte des Programmierens (  Kon­
zept 4  ) und der Simulation (  Konzept 7  ) auch der Ebene der Kernmethoden zurech­
nen. Damit ist der Bezug zu den grossen Prinzipien der Informatik hergestellt, die 
in Kapitel 2 als Grundgerüst der Informatik als Wissenschaft vorgestellt wurden
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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6.4
 Querschnittskonzepte
Im Folgenden werden sogenannte Querschnittskonzepte betrachtet, die nicht selber 
eigene Teilgebiete der Informatik definieren, jedoch als grundlegende Instrumente 
in vielen Bereichen der Informatik eingesetzt werden. Es handelt sich um Konzep­
te, die quer durch die meisten Gebiete der Informatik auftreten und als wichtige 
Instrumente eingesetzt werden. Die Unterteilung in die zwei Klassen Fundamental­
konzepte und Querschnittskonzepte ist nicht scharf, weil auch fundamentale Kon­
zepte in hohem Mass die anderen Gebiete beeinflussen.
8 
Korrekte Argumentation
Die Informatik bedient sich in allen ihren Bereichen der formalen Sprache der Ma­
thematik. Dies beginnt mit der Modellierung der Problemstellungen, setzt sich mit 
der Suche nach algorithmischen Lösungsstrategien und deren Implementierung 
fort und endet mit der Überprüfung der korrekten Funktionalität der entwickelten 
Programme. Auf allen Ebenen sind Grundlagen des logischen Denkens und der kor­
rekten Argumentation unabdingbar.
Verständnis für korrekte Argumentation gehört zur mathematischen Logik. 
Weil die Schulmathematik die Elemente der Logik nicht in ihre Lehrpläne eingebaut 
hat, müssen diese im Rahmen der Informatik vermittelt werden.
Inhalt:
 Grundlagen der Logik sind unabdingbar für die Informatik. Dabei müssen 
nicht nur die logischen Operatoren und, oder sowie nicht eingeführt werden; wich­
tig ist auch die Bedeutung der Implikation. Ausgehend von der Implikation werden 
direkte und indirekte Argumentation entwickelt und geübt. Quantoren und ihre 
Negation sollen ebenfalls als Konzepte gelehrt werden.
Konzepte und Inhalte eines Fachs Informatik

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