Informatik

Informatik kann am Herder-Gymnasium in der 9. und 10. Klasse als Wahlpflichtkurs jeweils zweistündig gewählt werden. Hauptsächlich beschäftigen wir uns im Wahlpflichtkurs Informatik mit folgenden Themen, die dann später in der Oberstufe auch noch weiter vertieft werden:

• Grundlagen der objektorientierten Programmierung
• Algorithmik
• Datenbanken
• Aspekte aus der Technischen Informatik

Kurshalbjahre im Leistungs- und Grundkurs

• Q1: Datenbanken und Softwareentwicklung I
• Q2: Datenbanken und Softwareentwicklung II
• Q3: Grundlagen der Informatik (Theoretische Informatik, Von-Neumann-Architektur, ...) und Vertiefungsgebiet (z.B.: Maschinennahe Programmierung, Funktionale oder logische Programmierung, Kryptologie und Datensicherheit, Computernetze, ...)
• Q4: Softwareprojekt

Besonderheiten

• Wer in der Oberstufe den Leistungskurs Informatik oder im Grundkurs Informatik als 3. schriftliches oder 4. mündliches Prüfungsfach im Abitur wählen möchte, muss vorher in der Mittelstufe den Informatik-Wahlpflichtkurs besucht haben – entweder in der 9. und 10. Klasse jeweils zweistündig (wie bei uns am Herder-Gymnasium) oder in der 10. Klasse dreistündig.
• Wer in der Mittelstufe keinen Informatik-Wahlpflichtkurs hatte, kann am Herder-Gymnasium Informatik auch erst als neu beginnendes Unterrichtsfach im Grundkurs ab der 11. Klasse wählen – mit der Option, Informatik als Fach in der 5. Prüfungskomponente im Abitur zu wählen.

Was sollte man für das Fach Informatik am besten mitbringen?

• Begeisterung für das Fach Informatik und bei der Beschäftigung mit Computern
• Interesse und Ausdauer bei der Bewältigung von Computerproblemen
• Gute Kenntnisse vor allem in den Fächern Mathematik, Deutsch und Englisch sind vorteilhaft:
  • Das Wort Computer – übersetzt als “Rechner” – deutet schon an, dass die technischen und theoretischen Konzepte der Computer-Wissenschaft oft mit Mathematik zu tun haben.
  • Da wir Computer mit Hilfe von Programmiersprachen steuern, die von Menschen mit einer bestimmten Grammatik und Syntax erdacht und definiert worden sind, ist klar, dass ein guter Sinn und ein gutes Verständnis für unsere deutsche Sprache auch schon von großem Vorteil ist, wenn man Programmiersprachen erlernen oder später in der theoretischen Informatik eigene formale Sprachen entwerfen möchte. Auch müssen die von Menschen entwickelten Konzepte der Informatik irgendwo erklärt und dokumentiert sein, so dass eine gute Fähigkeit für das Verstehen von Texten – wie in allen anderen Fächern auch – äußerst hilfreich ist.
  • Englisch hat sich als Standardsprache in der Welt der Computer etabliert, so dass man auch in der Informatik automatisch mit der englischen Sprache in Kontakt kommt – englischsprachige Dokumentationen, englische Befehle in Programmiersprachen, etc.

Die Funktionsweise von Computern im Zusammenspiel mit ihrer Software sowie die damit zusammenhängenden Konzepte und Ideen der Informatik in der Schule verstehen lernen – wie geht das?

Wir greifen uns zentrale Themen und Konzepte der Informatik – und versuchen mit möglichst viel praktischer Arbeit am Computer uns während der Informatik-Schuljahre immer tiefgehender damit zu beschäftigen.

Beispiel: Objektorientierte Programmierung

Wir modellieren hier mit Klassendefinitionen in einer objektorientierten Programmiersprache Ausschnitte aus dem realen Leben oder sonstigen Sachzusammenhängen aus den verschiedensten Problemgebieten.

Mit dem obigen Klassendiagramm wird z.B. dargestellt, dass die Klasse Schule von der Klasse BildungsInstitution abgeleitet ist, was bedeutet, dass die Unterklasse Schule alle Eigenschaften (Datenfelder) und Funktionen (Methoden) von der Oberklasse BildungsInstitution erbt – mit dem Vorteil, dass die eventuell bei der Oberklasse BildungsInstitution schon gut getestete Grundfunktionalität bei der Klasse Schule nicht neu programmiert und später auch nur in der Oberklasse gepflegt werden muss, wobei dieser Vorteil erst richtig klar wird, wenn man z.B. auch noch eine Klasse Universitaet programmieren müsste und beim Kopieren von Quellcode merkt, dass es die Arbeit erleichtern würde, wenn man gemeinsame Datenfelder und gemeinsame Methoden in eine verallgemeinernde Oberklasse BildungsInstitution auslagert.

Auch wird mit dem obigen Klassendiagramm dargestellt, dass eine Schule unbedingt Schülerinnen und Schüler sowie Lehrerinnen und Lehrer braucht, um existieren zu können. Dies machen wir im Diagramm durch sogenannte Kompositionspfeile deutlich, die bei der umschließenden Klasse Schule enden.

Beispiel: Theoretische Informatik

Machen wir einen kurzen Ausflug in die Welt der theoretischen Informatik. Informatiker mögen zum Beispiel graphische Darstellungen zur Modellierung ihrer Systeme besonders gerne, weil sie oft komplexe Systeme in übersichtlicher Weise darstellen, so dass man dann auch gut über sie diskutieren kann:

Dies ist ein Zustandsgraph, mit dem wir kurz in die zustandsorientierte Modellierung der theoretischen Informatik hinein schnuppern, deren Erkenntnisse auch die eher praktisch orientierten Programmierer gerne nutzen, um Ihre Software für die Praxis möglichst effizient gestalten zu können. Dieser Graph stellt die möglichen Zustände und Zustandsüberführungen eines einfachen Parkscheinautomaten dar, dessen genauer Standort in Berlin hier nicht verraten wird, welcher aber gut als Einführungsbeispiel für den Automaten-Begriff in der theoretischen Informatik dienen kann:

Auf diesem Parkplatz kostet das Parken für einen Tag 1,50 Euro. Der Parkscheinautomat auf diesem Parkplatz ist simpel gestaltet – er akzeptiert nur 50-Cent, 1-Euro- und 2-Euro-Münzen. Nach Einwurf einer ausreichenden Geldsumme liefert er das Ticket und ggf. das Restgeld. Er besitzt keine Abbruchtaste.

Wie der obige Zustandsgraph genau zu verstehen ist, wie er uns zu einer allgemeinen mathematischen Automaten-Definition führen kann und wie man ihn und andere schlaue Dinge programmieren kann – dafür muss man in den Informatik-Unterricht am Herder-Gymnasium kommen.

Beispiel: Technische Informatik

Hier versuchen wir im Prinzip zu verstehen, wie das zentrale Bauteil eines Computers – ein Mikroprozessor – aufgebaut ist und wie er funktioniert. Hier ist ein kleines Beispiel – die Realisierung der Schaltung eines logischen UND mit Hilfe der Hintereinanderschaltung von zwei NAND-Gatter:

Mit etwas Humor kann man diese Schaltung auch so deuten: Mit Interesse (1) UND Begeisterung (1) für Computer erscheint ein grünes JA (1) für Informatik!

Lust auf mehr? Wir freuen uns auf computerbegeisterte Schülerinnen und Schüler, die all diese interessanten Dinge lernen wollen.

In Kooperation mit dem Fachbereich Mathematik können jedes Jahr im Herbst alle Schülerinnen und Schüler in den Klassen 5-12 am Wettbewerb Informatik-Biber teilnehmen.

Auch erfreute sich der Wettbewerb Invent-a-Chip schon über einige eifrige und erfolgreiche Herder-Chip-Entwickler.

Auch ist es möglich, am Bundeswettbewerb Informatik teilzunehmen.

Schöne Erinnerungen haben wir auch noch an erfolgreiche Team-Teilnahmen und Finalfahrten im Rahmen des ZeroRobotics-Wettbewerbs.