Silp rs wahlpflichtfach Informatik

2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Hinweis: Thema, Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte und Kompetenzen hat die Fachkonferenz der Beispielschule verbindlich vereinbart. In allen anderen Bereichen sind Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bei der Konkretisierung der Unterrichtsvorhaben möglich. Darüber hinaus enthält dieser schulinterne Lehrplan in den Kapiteln 2.2 bis 2.4 übergreifende sowie z. T. auch jahrgangsbezogene Absprachen zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit, zur Leistungsbewertung und zur Leistungsrückmeldung. Je nach internem Steuerungsbedarf können solche Absprachen auch vorhabenbezogen vorgenommen und in der dritten Tabellenspalte dokumentiert werden.

UV 7.2 Jetzt wird es bunt - Graphiken und Bilder mit dem Computer

Leitfragen: Wie kann man mit einem Computer Graphiken erstellen? Kann man Bilder verändern? Wie kommen Photos in den Computer? Wie speichert der Computer ein Bild?

Ausschärfung der Inhaltsschwerpunkte: Vektorgraphik vs. Pixelgraphik Punkt, Strecke, Streckenzug, Freihandlinie, Vieleck, Ellipse als Objekt in Vektorgraphiken Attributwerte Farbe, Länge, Koordinate, Linienstärke, Randfarbe, Flächenfarbe, Füllmuster ... Methoden Löschen, Kopieren, Verschieben, Spiegeln, Drehen, Färben, Skalieren zur Bearbeitung von Vektorgraphiken Dateiformate von Vektorgraphiken (svg) Digitalisierung von Graustufengraphiken als Bitmap von Hand Scannen von Bildern als Digitalisierung analoger Information, Auflösung Kompression, Bildqualität Bildbearbeitung für Veröffentlichung in Textdokumenten, Internet ... Werkzeuge eines Graphikprogramms Einbetten von Graphikobjekten in andere Programme Dateiformate (speziell bmp, gif, jpg, png)

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

In diesem Unterrichtsvorhaben erlernen die Schülerinnen und Schüler Methoden zur Graphik-Erstellung und zur Bildbearbeitung. . Da professionelle Programme in diesem Bereich sehr kostspielig sind, hat sich die Fachkonferenz darauf verständigt, im Unterricht die freien Programme Inkscape als Vektor-Graphikprogramm und GIMP als Bild-Bearbeitungsprogramm einzusetzen. Damit wird auch gewährleistet, dass die Schülerinnen und Schüler an ihrem heimischen Arbeitsplatz die gleiche Software verwenden können.
Das Unterrichtsvorhaben gliedert sich in sechs Unterrichtsbausteine:

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  In einer kurzen Einführungsphase sammeln die Schülerinnen und Schüler Illustrationen, die ihrer Meinung nach von Computern erstellt sind oder zumindest mit Hilfe von Computern erstellt werden können. Einige haben vermutlich auch schon die in Textverarbeitungen verfügbaren Cliparts eingesetzt und können diese präsentieren. Dadurch wird zum einen das Verständnis dafür geschärft, was eine Graphik ist und zum anderen die Motivation für selbst erstellte Graphiken angesprochen.
  
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  An einfachen Aufgabenstellungen (Zeichne Kreise, Zeichne Strecken / Streckenzüge, Schreibe einen Text ... ) arbeiten sich die Schülerinnen und Schüler in das Graphik-Programm Inkscape ein. Sie lernen, dass die einzelnen Bestandteile einer Vektorgraphik Objekte sind, die Attribute wie Randfarbe, Füllfarbe, Linienstärke ... haben und mit Methoden wie vergrößern, verkleinern, umfärben, verschieben, kopieren ... bearbeitet werden können.
  
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  Die Graphikerstellung macht deutlich, dass Bilder aus Handys und Digitalkameras mit einer Vektorgraphik-Software nicht zu bearbeiten sind und legt die Verwendung einer anderen Software nahe. In GIMP können solche Bilder geöffnet und bearbeitet werden. Die Schülerinnen und Schüler lernen, die Werkzeuge der Bildbearbeitung auf vorgegebene Bilder anzuwenden. Dabei werden einige wesentliche Werkzeuge erläutert und verwendet. Bedingt durch die große Zahl der Bildmanipulationsmöglichkeiten kann hier natürlich keine Vollständigkeit angestrebt werden. Es bietet sich aber die Möglichkeit zur inneren Differenzierung, indem Schülerinnen und Schüler „eigene“ Werkzeuge entdecken und deren Anwendung im Unterricht vorstellen.
  Ein wesentlicher Gesichtspunkt sollte hier auf dem Verständnis des RGB-Farbmodells liegen. Hilfreich ist hier z.B. der Test von Farbabstufungen mit gleichen Farbwerten für R, G und B, die alle Verfügbaren Schattierungen der Farbe Grau ergeben. Daran schließt sich die Überlegung an, welche Daten in der Datei für eine Bitmap-Graphik gespeichert werden.
  An dieser Stelle bietet sich auch evtl. eine Zusammenarbeit mit dem Physikunterricht an, wo die additive / subtraktive Farbmischung zeitgleich im Unterricht besprochen werden könnte.
  
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  In der anschließenden Phase bietet sich die Möglichkeit, rückblickend die Anwendung von Vektor- und Pixelgraphiken zu reflektieren. Am Beispiel der Zeichnung einer Strecke kann verdeutlicht werden, welche Informationen eine Vektorgraphik und eine Pixelgraphik jeweils speichern muss und welche Konsequenzen sich daraus ergeben.
  
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  Welche Graphiken oder Bilder darf ich bei Facebook oder Youtube veröffentlichen? In der Regel machen sich Schülerinnen und Schüler keine Gedanken über die Fragen des Datenschutzes. In der folgenden Unterrichtsphase wird über Verletzung des Datenschutzes und die möglichen Konsequenzen diskutiert, um eine Sensibilisierung für diesen Aspekt zu erreichen.
  
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  Den Abschluss bildet eine Projektarbeit, bei deren Themenfindung die Schülerinnen und Schüler einbezogen werden.
  Vor Beginn sollte eine verbindliche Form der Dokumentation vereinbart werden.
  

Die in diesem Unterrichtsvorhaben ausgewählten Unterrichtsinhalte sind sehr umfassend und deren Erarbeitung benötigt einen genügend großen Zeitrahmen. Weiterhin ist die Bearbeitung von Graphiken und Bildern zwar für die Schülerinnen und Schüler sehr motivierend, kann aber auch bei zu großem zeitlichen Umfang die Anfangsmotivation überfordern. Die Fachkonferenz hat sich daher darauf verständigt, dass Teile des Unterrichtsvorhabens auch in andere Unterrichtsvorhaben (Texterstellung, Erstellung von Präsentationen, Internetseiten) verlagert werden können. Dabei sollte nur darauf geachtet werden, dass keiner der Aspekte aus diesem Unterrichtsvorhaben unbeachtet bleibt.

Zeitbedarf: 15 Std.
Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde (inhaltsfeldbezogene konkretisierte) Kompetenzen	Vorhabenbezogene Absprachen / Beispiele, Medien, Materialien
Einstieg Wo findet man Cliparts bzw. Illustrationen?		Beispiel: Die Schülerinnen und Schüler kennen Cliparts aus Textverarbeitungsprogrammen. Die Schülerinnen und Schüler sammeln Prospekte und Flyer, die mit Schriftzügen und Graphiken ausgestattet sind.
Vektorgraphiken nach Vorgaben erstellen Zeichnen von Punkten, Strecken, Streckenzügen, Freihandlinien, Vielecken, Kreisen Ellipsen, Texten als Objekte in Vektorgraphiken Bestimmung der Attributwerte Farbe, Länge, Koordinate, Linienstärke, Randfarbe, Flächenfarbe, Füllmuster Anwendung der Methoden Löschen Kopieren, Verschieben, Spiegeln, Drehen, Färben, Skalieren der Vektor-Graphik-Objekte Dateiformate für Vektorgraphiken	Die Schülerinnen und Schüler verarbeiten Daten mithilfe von Informatiksystemen (IF1, MI), führen Operationen auf Daten sachgerecht aus (IF1, A), erfassen, organisieren und strukturieren verschiedenartige Daten und verarbeiten sie mit Hilfe geeigneter Werkzeuge (IF1, DI), verwalten Dateien zielgerichtet mithilfe geeigneter Datei- und Verzeichnisoperationen (IF4, MI), ordnen gängigen Dateiendungen Dateitypen und passende Anwendungen zu (IF4, A).	Graphik-Programme: Inkscape GIMP LibreOffice-Draw
Arbeit mit Pixelbildern Digitalisierung von Graustufenbildern als Bitmap von Hand Scannen von Bildern als Digitalisierung analoger Information Arbeit mit digitalen Kamerabildern Werkzeuge eines Bildbearbeitungsprogramms (Ebenen, Verschieben, Graphikobjekt, Textobjekt, Zuschneiden, Größe ändern ...) Bilder in unterschiedlichen Auflösungen Einfluss der Kompression auf die Bildqualität Vergleich zur Bildqualität bei Vergrößerung/Verkleinerung bei Vektorgraphiken RGB-Farbmodell, subtraktive/additive Farbmischung Bildbearbeitung für die Veröffentlichung in Textdokumenten und Internet Einbetten von Graphikobjekten in andere Programme Dateiformate für Pixelgraphikprogramme (speziell bmp, gif, jpg, png)	Die Schülerinnen und Schüler erläutern, wie Daten in geeigneter Weise codiert werden, um sie mit dem Computer zu verarbeiten (IF1, A), beschreiben die Digitalisierung analoger Größen an Beispielen (IF1, MI), identifizieren und erläutern in ausgewählten Anwendungen Datentypen, Attribute und Attributwerte von Objekten und dokumentieren sie unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (IF1, ADI) führen Operationen auf Daten sachgerecht aus (A),	Bildbearbeitungs-Programme: GIMP Weitere Bildbearbeitungs-Programme: Adobe Photoshop Corel Paint Shop Pro IrfanView Hinweis: Die Digitalisierung von Graustufenbildern wird z.B. in http://www.oberstufeninformatik.de/theorie/Formale_Sprachen.pdf beschrieben.
Vergleich von Vektorgraphiken und Pixelbildern Darstellungsmöglichkeiten für Vektorgraphiken vs. Pixelbilder Vergrößerung/Verkleinerung von Vektorgraphiken vs. Bitmap-Bildern, Einfluss auf die Bildqualität Speicherbedarf für Vektorgraphiken vs. Bitmap-Bildern	Die Schülerinnen und Schüler erstellen Pixel- und Vektorgraphiken und begründen ihre Entscheidung für den verwendeten Graphiktyp (IF1, MI).
Datenschutz Rechtliche Rahmenbedingungen bei der Veröffentlichung nicht selbst erstellter Graphiken/Bilder Veröffentlichung von Bildern mit Personen (Rechte erkennbarer Personen, Verfremdungseffekte durch Bildbearbeitung)	Die Schülerinnen und Schüler erläutern an Hand von Fallbeispielen das Recht auf informationelle Selbstbestimmung (IF5, A), erläutern Gefahren beim Umgang mit eigenen und fremden Daten (IF5, A), benennen Beispiele für die Verletzung von Persönlichkeitsrechten, (IF5, KK), beachten Umgangsformen und Persönlichkeitsrechte bei elektronischer Kommunikation (IF5, KK), benennen grundlegende Aspekte des Urheberrechts und erläutern an Fallbeispielen Verletzungen (IF5, A), stellen die Veränderungen des eigenen Handelns durch Informatiksysteme in Schule und Freizeit dar (IF5, KK), beschreiben Möglichkeiten der Manipulation digitaler Daten und beurteilen das damit verbundenen Gefährdungspotential (IF5, A).	Themenbeispiele: Fotographien von einzelnen Personen Verwendung von eingescannten Bildern / Bildern aus dem Internet
Abschlussprojekt: Arbeitsteilige Planung und Durchführung einer Photo-Ausstellung „Meine Schule ist lebendig“ incl. BIldbearbeitung und Erstellung eines Flyers	Die Schülerinnen und Schüler recherchieren, kommunizieren und tauschen Daten mithilfe von Netzen aus (IF4, KK), erstellen ein Medienprodukt (IF4, MI).	Themenbeispiele: Unser letztes Sportfest Theateraufführung an unserer Schule
Lernzielkontrolle: Photo-Ausstellung im schulöffentlichen Raum

UV 7.4 Vom Programmbaustein zum Computerspiel – wie programmiert man einfache Animationen und Spiele?

Leitfragen: Wie können Animationen und Spiele entwickelt werden? Aus welchen Bausteinen ist eine Programmiersprache aufgebaut und wie können mit diesen Bausteinen Abläufe modelliert und das Verhalten von Objekten gesteuert werden?

Ausschärfung der Inhaltsschwerpunkte: Beispiele visueller Programmierung mit der Programmierumgebung Scratch Einführung in die Oberfläche und deren Bereiche, in grundlegende Funktionen und Hilfefunktionen Beispielaufgaben zur Manipulation und Interaktion von Objekten auf der Scratch-Oberfläche durch Skripte Syntax und Semantik von einfachen Scratch-Blöcken Erstellen von Animationen/ Filmen durch Nutzung von Wiederholungsblöcken (Schleifen), Zustandsänderungen von Objekten durch Interaktion, durch Reagieren auf Ereignisse und auf Benutzereingaben Scratch-Blöcke zur Abfrage und zur Verzweigung bei Entscheidungen Methoden und Botschaften zur Interaktion mit anderen Objekten Variablen als Platzhalter von Informationen Abschlussprojekt (Beispiel: Programmierung eines Aktions-Spieles in Gruppen)

Vorhabenbezogene Konkretisierungen:
Nach Beschluss der Fachkonferenz sammeln die Schülerinnen und Schüler erste Erfahrungen mit einer Programmiersprache, der objektorientierten Denkweise und dem Entwurf algorithmischer Abläufe über die Arbeit mit der visuellen Entwicklungsumgebung Scratch.

Ausgehend von der Demonstration fertiger und das individuelle Erproben weiterer Beispiele, werden gemeinsam typische Details der Lernumgebung herausgehoben (Bühne, Blockpalette, Figurenliste, Programmierbereich). Die ersten Beobachtungen der Beispiele gehen dabei aus von einfachen verbalen Erklärungen der Animationen und der beteiligten Objekte und münden in ersten Analysen des Verhaltens von Objekten und der Beschreibung einzelner Aktivitäten in Form von Algorithmen.

Mit den Schülerinnen und Schülern wird schrittweise herausgearbeitet, dass die Scratch-Welt aus einer Bühne besteht, auf der einzelne oder mehrere Figuren als Objekte alleine oder miteinander agieren können. Jedes Objekt hat einen Namen und der Zustand eines Objektes wird durch seine Eigenschaften bestimmt, die im Objektfenster angezeigt werden. Die Steuerung von Scratch-Objekten erfolgt mit Hilfe von Anweisungen, die in Form von graphischen Blöcken dargestellt und miteinander kombiniert werden. Programme in Scratch (Scratch-Skripte) sind immer an Objekte gebunden und werden erst ausgeführt, wenn bestimmte Ereignisse eintreten.

Im weiteren Unterrichtsgang wird geklärt, dass jedes Objekt nur bestimmte Zuständigkeiten hat und zum Verhalten und zur Struktur des Gesamtsystems beiträgt. Die Objektstrukturen werden zusätzlich durch Objektdiagramme verdeutlicht, in denen die Eigenschaften, die aktuellen Eigenschaftswerte und die Zuständigkeiten eingetragen werden.

Mit komplexer werdenden Problemen werden Kontrollstrukturen eingeführt, die innerhalb der Zuständigkeiten bei Abläufen die Ausführungsschritte festlegen. Als wesentliche Kontrollstrukturen werden die Fallunterscheidung, die Wiederholung sowie die Sequenzbildung herausgestellt. Interessierte Schülerinnen und Schüler erhalten dabei die Möglichkeit, unterschiedliche Varianten der Kontrollstrukturen zu erproben. Eingegangen wird in passenden Zusammenhängen auf die Formulierung und Bedeutung von Bedingungen und auf Attribute als zu einem Objekt gehörende Variable. Auch hier bieten sich für Schülerinnen und Schüler viele Differenzierungs- und Vertiefungsmöglichkeiten.

Bei umfangreicheren Modellierungsaufgaben benutzen die Schülerinnen und Schüler in den Entwurfs- und Dokumentationsphasen Objektdiagramme, um in einem zu entwickelnden Gesamtsystem die Zuständigkeit beteiligter Objekte für bestimmte Verhaltensmuster fest zu legen. Die Modellierung der Abläufe unterstützen umgangssprachliche Formulierungen mit Pseudoprogrammieranweisungen und graphische Darstellungen durch Flussdiagramme.

Den Abschluss bildet eine Projektarbeit, deren Thematik, Umfang und Dokumentation mit der Lerngruppe abgestimmt wird.
Zeitbedarf: 21 Std

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde (inhaltsfeldbezogene konkretisierte) Kompetenzen	Vorhabenbezogene Absprachen / Beispiele, Medien, Materialien
Beispiele visueller Programmierung mit der Programmierumgebung Scratch Einführung in die Oberfläche, grundlegende Funktionen und Hilfefunktion Objekte, deren Manipulation und Interaktion im Rahmen von Beispielaufgaben Wiederholungen (Schleifen), Erstellen von Animationen/ Filmen Algorithmen und das Reagieren auf Ereignisse: Entscheidungen Interaktivität: Reagieren auf Benutzereingaben Methoden und Botschaften Variablen: Platzhalter für Werte Abschlussprojekt	Die Schülerinnen und Schüler identifizieren und benennen Grundkomponenten von Informatiksystemen und beschreiben ihre Funktionen (IF4, DI), identifizieren und erläutern in ausgewählten Anwendungen Datentypen, Attribute und Attributwerte von Objekten und dokumentieren sie unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (IF1, DI), führen Operationen auf Daten sachgerecht aus (IF1, A), erfassen, strukturieren und verarbeiten gleichartige Daten in altersgerechter Komplexität mit Hilfe geeigneter Werkzeuge (IF1, DI) benennen und formulieren Handlungsvorschriften aus dem Alltag (IF2, A), analysieren Handlungsvorschriften und überführen diese schrittweise in konkrete Handlungen (IF2, MI) überführen umgangssprachlich gegebene Handlungsvorschriften in eine formale Darstellung (IF2, MI), stellen Handlungsvorschriften unter Nutzung algorithmischer Grundbausteine dar (IF2, MI), entwerfen, implementieren und testen einfache Algorithmen mit Hilfe einer graphischen oder textorientierten Programmierumgebung (IF2, MI),	Die Entwicklungsumgebung Scratch 1.4 ist bereits auf allen Schulrechnern installiert. Sie kann unter https://scratch.mit.edu/scratch_1.4/ heruntergeladen werden, um von den Schülerinnen und Schülern auf den eigenen Rechnern installiert zu werden. Entwicklung eines Aktions-Spieles oder einer Animation in Gruppen (Beispiele: Ampelsteuerung, Labyrinth, Breakout-Spiel) Unter http://www.funlearning.de/ ist ein Unterrichtsgang mit Scratch beschrieben. Unter den Stichworten „Modellierung von Informatiksystemen“ und „Einstiege in die Programmierung“ findet man unter http://inf-schule.de/ weitere detaillierte Unterrichtseinheiten.
Lernzielkontrolle: Dokumentation und Vorstellung der Projektarbeit

UV 7.5 Das weltweite Datennetz – ein Geheimnis?

Leitfragen: Wie funktioniert das Internet? Wie und warum ist das Internet entstanden? Wie ist es zu dem geworden, wie es heute erscheint?

Ausschärfung der Inhaltsschwerpunkte: Aufbau und Dienste des Internet Geschichte des Internet Vereinbarungen zur Datenübertragung zwischen zwei Partnern Codierung von Daten Vereinbarungen zur Dateninterpretation Regeln für die Kommunikation im weltweiten Datennetz Aufbau und Dienste des Internet Geschichte des Internet Vereinbarungen zur Datenübertragung zwischen zwei Partnern Codierung von Daten Vereinbarungen zur Dateninterpretation Regeln für die Kommunikation im weltweiten Datennetz