Grund- und Leistungskurse Informatik in der Oberstufe

Das Gymnasium der Stadt Kerpen war einer der ersten Schulen in NRW, an dem Informatik in der Oberstufe unterrichtet wurde. Dies gilt auch für die Einrichtung, Erprobung und Durchführung von Leistungskursen! Angepasst an die neuen Richtlinien und Anforderungen der Informatik können im Oberstufenunterricht  bis zu 3 verschiedene Ansätze verwirklicht werden:

                Ansatz                       Programmiersprache                       Erläuterung

Wissensbasierter Ansatz              etwa PROLOG                                     Sprache der künstlichen Intelligenz

Dort werden jeweils aktuelle Aufgabenstellungen und Probleme eingegrenzt und spezifiziert, Daten und Algorithmen abstrahiert, Lösungskonzepte realisiert, überprüft und weiterentwickelt. Dies geschieht in Einzel-, Gruppen- und Projektarbeit. Einige Beispiele seien exemplarisch angeführt:

Klasse 11             Einführungsphase

Die SchülerInnen  sollen lernen, in der jeweils benutzten Programmiersprachen (s.o.) einfache Programme zu schreiben, die sie in ihrem Erfahrungsbereich anwenden können. Im Vordergrund stehen strukturiertes und systematisches Arbeiten sowie Konstruieren, Modellieren und Modularisieren.

Beispiele (hier imperativ und objektorientiert):  Zinsrechnung, Wahlauswertungen, Kontoführung, Versuchsauswertungen für Physik/Chemie, Bruchrechenprogramme, Untersuchung und grafische Darstellung von mathematischen Kurven, grafische Umsetzung komplexer Zahlen als fraktale Grafiken (Bild 8), optimale Such- und Sortierverfahren, rekursives Programmieren.

Klasse 12 und 13                Qualifikationsphase

In der Qualifikationsphase schließt sich eine Vertiefung und Verbreiterung der fachinhaltlichen und fachmethodischen Basiskenntnisse sowie die Erschließung neuer Themen an. In einem spiralförmig angelegten Untericht werden Grundlagen aus Klasse 11 auf höherem Niveau und in komplexen Zusammenhängen aufbereitet und fortgeführt.  So werden dynamische Datenstrukturen, abstrakte Datentypen wie Listen, Keller, Schlangen, Bäume sowie systematische  Problem-Lösungsverfahren erarbeitet und angewendet.

Einige Beispiele (imperativ und objektorientiert, die auch in Form von Projekten durchgeführt werden):

1.    Diverse Backtracking-Verfahren wie:

           Wieviele Möglichkeiten gibt es, 8 Damen auf ein Schachbrett so aufzustellen, dass sie sich

            nicht gegenseitig schlagen?

            Wie verläuft die längste überschneidungsfreie Tour eines Springers, der sichauf einem    

            Brett von 7x7 (nxn)  Feldern fortbewegt ? (siehe Bild 7).

            Berechnung des kürzesten Reiseweges eines Handlungsreisenden, der

            eine bestimmte Anzahl von Reisezielen mit gegebenen Abständen besuchen soll.

2.    Aufbau eines Taschenrechner mit Langzahl-Arithmetik (rechnet mit beliebig langen Zahlen)

3.    Moderne Verschlüsselungsverfahren (RSA-Kryptologie, angewendet bei dem Programm „PGP“)

4.    Aufbau und Programmierung einer Datenbank

Weiterhin werden Aufbau, Struktur und Arbeitsweise eines Computers dargestellt. Dies wird je nach Interesse der Schüler entweder modellhaft in Form einer Simulation oder an der Untersuchung eines aktuellen Mikroprozessors durchgeführt. Auch die Aufgaben eines Compilers werden exemplarisch untersucht.

Weitere wesentliche Aspekte sind die objektorientierte und wissensbasierte Vertiefungen und die Durchführung von Projekten. Mit der  Programmiersprache Prolog erarbeiten wir eine Sprache der künstlichen Intelligenz. Mehrere Programme und Projekte werden auch vergleichend in imperativen, objektorientierten sowie wissenbasierten Ansätzen realisiert.

Beispiele: Backtracking und Rekursion, Lösen von Logeleien , Listenprädikate, selbstlernende Expertensysteme, Syntaxanalyse, maschinelle Sprachverarbeitung, komplexe Suchverfahren, Analyse von Zweipersonen-Spielen.

Abschließend sei angemerkt, dass der Schwerpunkt insbesondere im Leistungskurs auf einer exemplarisch vertieften wissenschaftspropädeutischen Ausbildung liegt. Im Anforderungsprofil sind  dabei besonders gefordert: