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1. Leit­ge­dan­ken zum Kom­pe­ten­z­er­werb

We can on­ly see a short dis­tan­ce ahead, but we can see ple­nty the­re that needs to be do­ne.
– Alan Tu­ring –

1.1 Bil­dungs­wert des Fa­ches In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik, Phy­sik (IMP)

Schü­le­rin­nen und Schü­ler wach­sen in ei­ner zu­neh­mend tech­ni­sier­ten und di­gi­ta­li­sier­ten Welt auf. Heu­ti­ge For­men der Kom­mu­ni­ka­ti­on, des Wis­sens­er­werbs und der Au­to­ma­ti­sie­rung be­rei­chern und ver­ein­fa­chen ihr Le­ben spür­bar. Die ge­stie­ge­ne Ge­schwin­dig­keit und Kom­ple­xi­tät stel­len die Ge­sell­schaft zu­gleich vor gro­ße Her­aus­for­de­run­gen und sub­stan­zi­ell neue Fra­ge­stel­lun­gen wie bei­spiels­wei­se: Wel­che Chan­cen und Ri­si­ken sind mit die­sen Ent­wick­lun­gen ver­bun­den? Wie funk­tio­nie­ren die Al­go­rith­men, die uns um­ge­ben? Wie kön­nen wir die Di­gi­ta­li­sie­rung nicht nur nut­zen, son­dern auch selbst­be­stimmt und ver­ant­wor­tungs­voll ge­stal­ten? Wer kon­trol­liert die enor­men Da­ten­men­gen? Wie sieht die Ar­beits­welt von mor­gen aus?

Vie­le Ent­wick­lun­gen in die­sen Be­rei­chen ba­sie­ren auf Er­kennt­nis­sen, die sich ei­ner­seits aus na­tur­wis­sen­schaft­li­chen Prin­zi­pi­en ab­lei­ten und an­de­rer­seits durch ma­the­ma­tisch-in­for­ma­ti­sche Mo­del­lie­rung so­wie an­schlie­ßen­de Im­ple­men­tie­rung nutz­bar ma­chen las­sen.

Das Pro­fil­fach In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik, Phy­sik (IMP) strebt ge­mein­sam mit den je­wei­li­gen re­gu­lä­ren Un­ter­richts­fä­chern In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik und Phy­sik an, den Schü­le­rin­nen und Schü­lern ein fach­li­ches Fun­da­ment zu ver­mit­teln. Die­ses be­fä­higt sie, sich kon­struk­ti­v-kri­tisch an der ge­sell­schaft­li­chen Kom­mu­ni­ka­ti­on und Mei­nungs­bil­dung über in­for­ma­ti­sche Ent­wick­lun­gen und na­tur­wis­sen­schaft­li­che For­schung zu be­tei­li­gen und ver­ant­wor­tungs­voll Ent­schei­dun­gen zu tref­fen.

Das all­ge­mein­bil­den­de Pro­fil­fach IMP er­gänzt den Be­reich der wähl­ba­ren Pro­fil­fä­cher und stellt ein An­ge­bot im Be­reich der MIN­T-Fä­cher dar. Es baut in­halt­lich auf den Kom­pe­ten­zen auf, die im Ma­the­ma­tik- und Phy­sik­un­ter­richt bis ein­schließ­lich Klas­se 7 so­wie im Auf­bau­kurs In­for­ma­tik er­wor­ben wur­den, ver­tieft und er­wei­tert die­se. In den Klas­sen 8 bis 10 wer­den die In­hal­te von IMP mit den In­hal­ten des Ma­the­ma­tik- und Phy­sik­un­ter­richts fort­lau­fend ver­zahnt.

Spe­zi­ell die In­for­ma­tik stellt heu­te ei­nen or­ga­ni­schen Teil vie­ler an­de­rer Dis­zi­pli­nen dar und hat die­se in kur­zer Zeit ver­än­dert. Vie­le Pro­zes­se im All­tag wer­den eben­so von In­for­ma­tik­sys­te­men ge­steu­ert wie die le­bens­not­wen­di­ge Grund­ver­sor­gung in den Be­rei­chen En­er­gie, Lo­gis­tik, Trans­port und Kom­mu­ni­ka­ti­on. Durch die Di­gi­ta­li­sie­rung ist zu­dem für be­stimm­te Tei­le der Ge­sell­schaft ei­ne wei­te­re Di­men­si­on der rea­len Welt und des Zu­sam­men­le­bens ent­stan­den. Ei­ner­seits ha­ben vie­le nur durch die In­for­ma­tik er­mög­lich­ten An­wen­dun­gen (wie bei­spiels­wei­se Kom­mu­ni­ka­ti­ons­platt­for­men, Clou­d-Com­pu­ting, au­to­ma­ti­sier­te Fer­ti­gung, Si­cher­heits­sys­te­me) un­ser Le­ben be­rei­chert und ver­ein­facht. An­de­rer­seits birgt es auch Ge­fah­ren, wenn die au­to­ma­ti­sier­te und al­go­rith­men­ge­steu­er­te Er­he­bung, Ver­knüp­fung und Ver­ar­bei­tung von Da­ten be­reits so in den All­tag in­te­griert ist, dass mög­li­che dar­aus re­sul­tie­ren­de Be­ein­flus­sun­gen nicht mehr wahr­ge­nom­men wer­den.

Der Un­ter­richt im Pro­fil­fach IMP ver­folgt so­wohl fach­spe­zi­fi­sche als auch über­ge­ord­ne­te be­zie­hungs­wei­se ge­mein­sa­me Zie­le:


Zie­le des IM­P-Un­ter­richts (© Lan­des­in­sti­tut für Schul­ent­wick­lung)
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Bei­trag des Fa­ches In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik, Phy­sik zu den Leit­per­spek­ti­ven

In wel­cher Wei­se das Fach In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik, Phy­sik (IMP) ei­nen Bei­trag zu den Leit­per­spek­ti­ven leis­tet, wird im Fol­gen­den dar­ge­stellt:

  • Bil­dung für nach­hal­ti­ge Ent­wick­lung (BNE)
    Die Leit­per­spek­ti­ve Bil­dung für nach­hal­ti­ge Ent­wick­lung fin­det in IMP vor al­lem un­ter phy­si­ka­li­schem Fach­be­zug be­son­de­re Be­rück­sich­ti­gung: Phy­si­ka­lisch-tech­ni­sches Wis­sen ist zum Ver­ständ­nis so­wie zur Lö­sung vie­ler glo­ba­ler Ent­wick­lungs- und Um­welt­fra­gen un­ab­ding­bar. Die im Fach Phy­sik er­wor­be­nen Kennt­nis­se zu den Be­grif­fen Ener­gie und Leis­tung, zu En­er­gie­über­tra­gun­gen auf ther­mi­schem We­ge und zu Strah­lungs­bi­lan­zen wer­den in IMP er­wei­tert, um bei­spiels­wei­se Si­mu­la­tio­nen zum Treib­haus­ef­fekt durch­zu­füh­ren und de­ren Er­geb­nis­se mit kom­ple­xe­ren wis­sen­schaft­li­chen Sze­na­ri­en zu ver­glei­chen. Dies er­gänzt die Grund­la­gen für das glo­ba­le Den­ken und lo­ka­le Han­deln im Sin­ne der Agen­da 21.
  • Bil­dung für To­le­ranz und Ak­zep­tanz von Viel­falt (BTV)
    Sämt­li­che di­gi­ta­len Sys­te­me (zum Bei­spiel Me­di­zin­tech­nik, Fahr­zeu­ge, Schließ­sys­te­me, Geld­ver­kehr, Kom­mu­ni­ka­ti­ons­platt­for­men) ha­ben Aus­wir­kun­gen auf das ge­sell­schaft­li­che Le­ben. Da­bei sind bei de­ren Ent­wick­lung in­di­vi­du­el­le Be­deu­tun­gen für ver­schie­de­ne ge­sell­schaft­li­che Grup­pen ein­schließ­lich Min­der­hei­ten (Men­schen mit Be­hin­de­rung, An­ge­hö­ri­ge ver­schie­de­ner Län­der und Eth­ni­en, se­xu­el­ler Ori­en­tie­run­gen, Re­li­gio­nen etc.) zu be­rück­sich­ti­gen. Neue tech­ni­sche Mög­lich­kei­ten bie­ten ne­ben ei­ner Rei­he von Chan­cen je­doch im­mer auch Mög­lich­kei­ten für Miss­brauch: Zum Bei­spiel stellt das In­ter­net ei­ne um­fas­sen­de Res­sour­ce für In­for­ma­ti­on dar und er­mög­licht die welt­wei­te Kom­mu­ni­ka­ti­on und Ver­net­zung von Men­schen un­ter­schied­li­cher kul­tu­rel­ler Prä­gung und Welt­an­schau­ung. Min­der­hei­ten ha­ben ei­ne Platt­form, um auf sich auf­merk­sam zu ma­chen, und auch ei­ne un­ab­hän­gi­ge Be­richt­erstat­tung aus to­ta­li­tä­ren Staa­ten ist mög­lich. Be­stimm­te In­ter­es­sen­grup­pen nut­zen die­se Tech­no­lo­gi­en je­doch auch, um Mei­nun­gen und An­sich­ten zu ver­stär­ken, zu be­ein­flus­sen oder zu ma­ni­pu­lie­ren. Ein ge­ziel­ter Ein­fluss auf die öf­fent­li­che Mei­nung ist ei­ne Ge­fahr für die Ak­zep­tanz von ge­sell­schaft­li­cher Viel­falt und för­dert Vor­ur­tei­le und Kli­schees. Nur wenn die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Struk­tu­ren des In­ter­nets und die da­hin­ter ste­hen­den tech­ni­schen Mög­lich­kei­ten ver­ste­hen, kön­nen sie In­for­ma­tio­nen an­ge­mes­sen be­wer­ten.
  • Prä­ven­ti­on und Ge­sund­heits­för­de­rung (PG)
    Die Leit­per­spek­ti­ve Prä­ven­ti­on und Ge­sund­heits­för­de­rung fin­det in IMP vor al­lem un­ter in­for­ma­ti­schem Fach­be­zug be­son­de­re Be­rück­sich­ti­gung: Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den an ei­nen ver­ant­wor­tungs­vol­len, re­flek­tier­ten und selbst­re­gu­la­ti­ven Um­gang mit End­ge­rä­ten her­an­ge­führt. Sie nut­zen die im All­tag größ­ten­teils zum Me­di­en­kon­sum ver­wen­de­ten mo­bi­len End­ge­rä­te und In­for­ma­tik­sys­te­me als Ar­beits­mit­tel und wer­den so be­fä­higt, von der Rol­le der rei­nen Kon­su­men­ten in die Rol­le der be­wusst Han­deln­den und Ge­stal­ten­den zu tre­ten. Dies för­dert die Selbst­wirk­sam­keit in ei­ner zu­se­hends kon­sum­ori­en­tier­ten Ge­sell­schaft und trägt zur Ent­wick­lung und Stär­kung der Per­sön­lich­keit von Schü­le­rin­nen und Schü­lern bei.
  • Be­ruf­li­che Ori­en­tie­rung (BO)
    Auf­grund der in­for­ma­ti­ons- und mess­tech­ni­schen Ent­wick­lun­gen hat sich ein Wan­del in der Be­rufs­welt voll­zo­gen. Ei­ni­ge klas­si­sche Be­rufs­fel­der ver­lie­ren an Be­deu­tung, Aus­bil­dungs- und Stu­di­en­gän­ge wur­den und wer­den um In­hal­te aus dem MIN­T-Be­reich er­gänzt, neue Be­rufs­fel­der ent­ste­hen. Der Wirt­schafts­stand­ort Deutsch­land wä­re in sei­ner heu­ti­gen Form oh­ne di­gi­ta­li­sier­te und au­to­ma­ti­sier­te Ge­schäfts- und Fer­ti­gungs­pro­zes­se un­denk­bar. IMP er­mög­licht den Schü­le­rin­nen und Schü­lern in viel­fäl­ti­ger Wei­se, sich mit An­wen­dungs­fel­dern aus al­len drei Fach­be­rei­chen aus­ein­an­der­zu­set­zen. Durch ei­ne ent­spre­chen­de In­ter­es­sen­bil­dung er­mög­licht IMP ei­nen ge­ziel­ten Kon­takt mit den neu­en Ar­beits­fel­dern der Be­rufs­welt und hilft da­bei (ge­schlechts‑)s­te­reo­ty­pe Sicht­wei­sen auf MIN­T-Be­ru­fe ab­zu­bau­en.
  • Me­di­en­bil­dung (MB)
    Der durch den IM­P-Un­ter­richt an­ge­reg­te ver­ant­wor­tungs­vol­le Um­gang mit Da­ten sen­si­bi­li­siert die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, die Rech­te an­de­rer zu wah­ren und ih­re ei­ge­nen Da­ten zu si­chern. Das na­tur­wis­sen­schaft­li­che Ex­pe­ri­ment, die zu­ge­hö­ri­ge Da­ten­er­fas­sung und ‑aus­wer­tung mit­hil­fe di­gi­ta­ler Ge­rä­te so­wie fach­spe­zi­fi­scher An­wen­dungs- und Si­mu­la­ti­ons­soft­ware (zum Bei­spiel Dy­na­mi­scher Geo­me­trie­soft­ware) sind wich­ti­ge Bei­trä­ge des IM­P-Un­ter­richts zur Me­di­en­bil­dung. IMP er­wei­tert die rei­ne Nut­zung be­stehen­der IT-An­wen­dun­gen und ‑Sys­te­me um den As­pekt des Ver­ständ­nis­ses der Funk­ti­ons­wei­se die­ser Sys­te­me und för­dert die Re­fle­xi­ons­fä­hig­keit der Schü­le­rin­nen und Schü­ler bei de­ren Nut­zung. Nur ein Ver­ständ­nis der hin­ter den An­wen­dungs­pro­gram­men ste­hen­den in­for­ma­ti­schen Grund­kon­zep­te führt zu pro­dukt- und ver­si­ons­un­ab­hän­gi­gem Kon­zept­wis­sen.
  • Ver­brau­cher­bil­dung (VB)
    Ein As­pekt der Ver­brau­cher­bil­dung be­trifft die Er­he­bung von Da­ten, zum Bei­spiel durch den über das In­ter­net statt­fin­den­den Han­del mit Wa­ren und Dienst­leis­tun­gen, die auch auf ein­zel­ne Kun­den per­so­na­li­sier­te An­ge­bo­te er­mög­li­chen. Der IM­P-Un­ter­richt be­fä­higt Schü­le­rin­nen und Schü­ler, die Wir­kungs­wei­sen der hin­ter sol­chen Da­ten­er­he­bun­gen ste­hen­den Sys­te­me und In­ter­es­sen zu re­flek­tie­ren und so un­ab­hän­gi­ge Kon­su­men­ten­ent­schei­dun­gen zu tref­fen. Er sen­si­bi­li­siert zu­dem für ma­the­ma­tisch-na­tur­wis­sen­schaft­li­che Zu­sam­men­hän­ge, so­dass sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler kri­tisch mit Aus­sa­gen in Wer­bung, Mar­ke­ting und Pro­dukt­ge­stal­tung aus­ein­an­der­set­zen kön­nen.

1.2 Kom­pe­ten­zen

Die stän­di­gen Ver­än­de­run­gen in der Ge­sell­schaft for­dern von ih­ren Mit­glie­dern dy­na­mi­sche und fle­xi­ble Fä­hig­kei­ten, um ak­tiv teil­ha­ben und mit­wir­ken zu kön­nen. Des­halb be­zie­hen sich die im Pro­fil­fach IMP er­wor­be­nen Kom­pe­ten­zen ei­ner­seits auf die In­hal­te der drei Teil­fä­cher und an­de­rer­seits auf die zen­tra­len Pro­zes­se und Ar­beits­wei­sen. Da­zu sind so­wohl in­halts­be­zo­ge­ne als auch pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen nö­tig. Die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen spie­geln vor al­lem die Fach­me­tho­den wi­der, die zum Lö­sen der je­wei­li­gen Pro­blem­stel­lun­gen not­wen­dig sind. Sie wer­den über al­le Schul­jah­re ei­nes Fa­ches in ei­nem län­ge­ren Pro­zess er­wor­ben. Die in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen le­gen das Fach­wis­sen in Um­fang und Tie­fe fest (zum Bei­spiel Be­grif­fe, Struk­tu­ren, Ge­set­ze, Prin­zi­pi­en). Ein kom­pe­tenz­ori­en­tier­ter IM­P-Un­ter­richt be­rück­sich­tigt stets bei­de As­pek­te durch ei­ne en­ge Ver­bin­dung von in­halts­be­zo­ge­nen und pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen.

Die In­hal­te des Pro­fil­fa­ches IMP sind stets klar ei­nem der drei Teil­be­rei­che In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik oder Phy­sik zu­ge­ord­net. Die drei Fachas­pek­te wer­den da­her im Bil­dungs­plan ge­trennt aus­ge­wie­sen, so­dass sie ge­ge­be­nen­falls von un­ter­schied­li­chen Lehr­kräf­ten mit der je­weils ent­spre­chen­den fach­li­chen Qua­li­fi­ka­ti­on un­ter­rich­tet wer­den kön­nen. In je­dem Fall ist je­doch ei­ne en­ge Ab­spra­che der be­tei­lig­ten Lehr­kräf­te der Teil­be­rei­che von IMP so­wie der re­gu­lä­ren Fä­cher Ma­the­ma­tik und Phy­sik un­ab­ding­bar.

1.2.1 Kom­pe­ten­zen In­for­ma­tik

Die Aus­wir­kung der Di­gi­ta­li­sie­rung auf ge­sell­schaft­li­che Ent­wick­lun­gen hat in den ver­gan­ge­nen Jah­ren ste­tig zu­ge­nom­men. Da­her ist die Be­fä­hi­gung der Schü­le­rin­nen und Schü­ler, ihr Le­ben in ei­ner In­for­ma­ti­ons­ge­sell­schaft selbst­be­stimmt füh­ren und ge­stal­ten zu kön­nen und auch auf zu­künf­ti­ge Ent­wick­lun­gen und die da­mit ver­bun­de­nen Fra­ge­stel­lun­gen vor­be­rei­tet zu sein, nur durch den Er­werb ent­spre­chen­der Kom­pe­ten­zen er­reich­bar.

Grund­la­ge für die Aus­wei­sung von Kom­pe­ten­zen sind zen­tra­le Kon­zep­te der In­for­ma­tik. Da­bei neh­men Kon­zep­te des In­for­ma­ti­schen Den­kens (Com­pu­ta­tio­nal Thin­king) ei­nen gro­ßen Teil ein. Die­se be­schrei­ben den Pro­zess, ein Pro­blem und die zur Ver­fü­gung ste­hen­den Da­ten zu un­ter­su­chen, spe­zi­fi­sche Mus­ter zu er­ken­nen, We­sent­li­ches von Un­we­sent­li­chem zu un­ter­schei­den und da­mit ei­ne Lö­sung zu ent­wi­ckeln, die so prä­zi­se be­schrie­ben wird, dass sie leicht im­mer wie­der aus­ge­führt wer­den kann. Wich­ti­ge Lö­sungs­stra­te­gi­en sind „Zer­le­gung in Teil­pro­ble­me“, „Abs­tra­hie­ren“, „Mus­ter­er­ken­nung“ und „Al­go­rith­mi­sie­rung“. An den Pro­zess der Pro­blem­lö­sung schlie­ßen sich Re­fle­xi­on und Be­wer­tung der Er­geb­nis­se an. Die­se Vor­ge­hens­wei­sen sind ty­pisch für die In­for­ma­tik, kön­nen aber auch in an­de­ren Dis­zi­pli­nen an­ge­wen­det wer­den.

Zen­tra­le Kon­zep­te der In­for­ma­tik in den pro­zess­be­zo­ge­nen und in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen (© Lan­des­in­sti­tut für Schul­ent­wick­lung)
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1.2.1.1 Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen In­for­ma­tik

Die in Klas­se 7 auf­ge­führ­ten in­for­ma­ti­schen pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen wer­den dort nicht ab­schlie­ßend er­wor­ben, son­dern kön­nen nur an­ge­bahnt wer­den. Sie wer­den nun fort­ge­führt und ver­tieft. Zu­sätz­lich tre­ten neue pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen hin­zu.

Die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen glie­dern sich in vier Kom­pe­tenz­be­rei­che:

  • Struk­tu­rie­ren und Ver­net­zen
  • Mo­del­lie­ren und Im­ple­men­tie­ren
  • Kom­mu­ni­zie­ren und Ko­ope­rie­ren
  • Ana­ly­sie­ren und Be­wer­ten

Struk­tu­rie­ren und Ver­net­zen
Die In­for­ma­tik als Struk­tur­wis­sen­schaft be­schäf­tigt sich mit der Struk­tu­rie­rung von Da­ten und Pro­zes­sen (Al­go­rith­men). Gro­ße Da­ten­men­gen kön­nen nur dann au­to­ma­ti­siert und ef­fi­zi­ent ver­ar­bei­tet wer­den, wenn sie in ei­ner ge­eig­ne­ten Struk­tur vor­lie­gen. Auch Al­go­rith­men sind letzt­end­lich Struk­tu­ren aus ele­men­ta­ren Bau­stei­nen. Kom­ple­xe­re Pro­blem­stel­lun­gen kön­nen in ein­zel­ne Teil­pro­ble­me auf­ge­teilt wer­den, die oft für sich ein­fa­cher lös­bar sind so­wie Über­sicht­lich­keit und Wie­der­ver­wend­bar­keit er­hö­hen. Die ein­zel­nen Hand­lungs­schrit­te wer­den an­schlie­ßend zu ei­ner Ge­samt­lö­sung ver­eint.

Mo­del­lie­ren und Im­ple­men­tie­ren
Um rea­le oder kon­stru­ier­te Pro­ble­me lö­sen zu kön­nen, müs­sen sie zu­nächst auf­be­rei­tet wer­den. In den zur Ver­fü­gung ste­hen­den In­for­ma­tio­nen müs­sen Re­gel­mä­ßig­kei­ten, Wie­der­ho­lun­gen, Ähn­lich­kei­ten oder Ge­setz­mä­ßig­kei­ten er­kannt wer­den, um cha­rak­te­ris­ti­sche und ver­all­ge­mei­ner­ba­re Be­stand­tei­le zu abs­tra­hie­ren. Da­nach wer­den Ab­läu­fe, Da­ten und Be­zie­hun­gen in in­for­ma­ti­schen Mo­del­len dar­ge­stellt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler im­ple­men­tie­ren Al­go­rith­men in ei­ner ge­eig­ne­ten Pro­gram­mier­um­ge­bung und tes­ten ih­re Pro­gram­me auf Feh­ler und die Er­geb­nis­se auf Rea­li­täts­re­le­vanz.

Kom­mu­ni­zie­ren und Ko­ope­rie­ren
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler do­ku­men­tie­ren ih­re Ar­beits­schrit­te und (Teil‑)Er­geb­nis­se und be­die­nen sich da­bei fach­li­cher Ter­mi­no­lo­gie und ge­eig­ne­ter Vi­sua­li­sie­run­gen. Sie be­ar­bei­ten ge­eig­ne­te Pro­blem­stel­lun­gen ar­beits­tei­lig und ver­wen­den da­bei vor­han­de­ne In­fra­struk­tur zur Kom­mu­ni­ka­ti­on und Zu­sam­men­ar­beit.

Ana­ly­sie­ren und Be­wer­ten
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ana­ly­sie­ren Auf­ga­ben­stel­lun­gen, vor­lie­gen­den Pro­gramm­code, das Ver­hal­ten von Sys­te­men mit un­be­kann­tem in­ne­rem Auf­bau so­wie die ge­sell­schaft­li­chen Aus­wir­kun­gen von in­for­ma­ti­schen Sys­te­men. Beim sich an­schlie­ßen­den Re­fle­xi­ons­pro­zess wer­den Lö­sun­gen mit der Aus­gangs­si­tua­ti­on ver­gli­chen und ge­ge­be­nen­falls Über­le­gun­gen zur Ver­bes­se­rung an­ge­stellt. Dies führt zur Be­wer­tung und Über­ar­bei­tung der Lö­sun­gen. In der Re­gel gibt es nicht nur ei­ne rich­ti­ge Lö­sung, son­dern ei­ne Viel­zahl mög­li­cher Um­set­zun­gen. Dar­über hin­aus be­wer­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Aus­wir­kung in­for­ma­ti­scher An­wen­dun­gen, Struk­tu­ren und Denk­wei­sen auf die Ge­sell­schaft so­wie de­ren Sinn­haf­tig­keit.

1.2.1.2 In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen In­for­ma­tik

In­for­ma­tik be­schäf­tigt sich mit der Dar­stel­lung, der au­to­ma­ti­schen Ver­ar­bei­tung, Spei­che­rung und Über­tra­gung von In­for­ma­tio­nen. Da­bei ist die Re­prä­sen­ta­ti­on der In­for­ma­ti­on in Form von di­gi­ta­len Da­ten Vor­aus­set­zung für de­ren wei­te­re au­to­ma­ti­sier­te Ver­ar­bei­tung. Die­se Prin­zi­pi­en sind die Grund­la­ge für die Glie­de­rung der in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen.

Da­ten und Co­die­rung
Co­die­rungs­vor­schrif­ten be­schrei­ben, wie In­for­ma­tio­nen in ein stan­dar­di­sier­tes For­mat ge­bracht wer­den kön­nen. Ver­schie­de­ne An­wen­dun­gen stel­len un­ter­schied­li­che An­for­de­run­gen an die Co­die­run­gen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen Co­die­rungs­vor­schrif­ten ken­nen, die das Er­ken­nen und Kor­ri­gie­ren von Über­tra­gungs­feh­lern er­mög­li­chen. Sie kön­nen den Spei­cher­be­darf gro­ßer Da­ten­men­gen durch Kom­pri­mie­rung re­du­zie­ren. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen ver­schie­de­ne Struk­tu­ren von Da­ten und de­ren Ein­satz­mög­lich­kei­ten ken­nen.

Al­go­rith­men
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen Stan­dard­al­go­rith­men aus ver­schie­de­nen Be­rei­chen ken­nen und ent­wer­fen ei­ge­ne Al­go­rith­men. Sie wer­den be­fä­higt, ein­fa­che Al­go­rith­men zu im­ple­men­tie­ren. Da­bei fin­det in Klas­se 9 der Über­gang zu ei­ner tex­tu­el­len Pro­gram­mier­spra­che statt. Grö­ße­re Auf­ga­ben­stel­lun­gen – wie zum Bei­spiel Soft­ware­pro­jek­te – er­for­dern die Zer­le­gung von Pro­ble­men in klei­ne­re Teil­auf­ga­ben, die bei­spiels­wei­se mit­hil­fe von Un­ter­pro­gram­men ge­löst wer­den. Sie set­zen da­bei Da­ten­struk­tu­ren zur Spei­che­rung gleich­ar­ti­ger Da­ten ein. In­for­ma­ti­sche Mo­del­le er­leich­tern das Ver­ständ­nis des Auf­baus von Al­go­rith­men.

Rech­ner und Net­ze
Ne­ben dem Rech­ner als al­go­rith­men­ver­ar­bei­ten­de Ma­schi­ne ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler den Rech­ner als Teil­neh­mer in Net­zen ken­nen. Die Ver­net­zung von Rech­nern bil­det die Grund­la­ge ver­teil­ten Ar­bei­tens und mo­der­ner Kom­mu­ni­ka­ti­on. Da­bei sind so­wohl Kon­zep­te der Da­ten­über­tra­gung als auch das Zu­sam­men­spiel der ein­zel­nen Kom­po­nen­ten ent­schei­dend.

In­for­ma­ti­ons­ge­sell­schaft und Da­ten­si­cher­heit
In der In­for­ma­ti­ons­ge­sell­schaft muss je­der Ein­zel­ne die Ver­ant­wor­tung für sei­ne Da­ten im Hin­blick auf Ver­füg­bar­keit, Ver­trau­lich­keit und In­te­gri­tät über­neh­men. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wis­sen um die per­ma­nen­te Er­he­bung, Zu­sam­men­füh­rung und Aus­wer­tung von per­so­nen­be­zo­ge­nen Da­ten. Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren zei­gen die Prin­zi­pi­en der Kryp­to­lo­gie. Es wird deut­lich, dass nur die Ver­mei­dung von Schwach­stel­len zu si­che­ren Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren füh­ren kann. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die asym­me­tri­sche Ver­schlüs­se­lung als ei­nen Lö­sungs­an­satz für das Schlüs­sel­aus­tausch­pro­blem ken­nen.

1.2.2 Kom­pe­ten­zen Ma­the­ma­tik

1.2.2.1 Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen Ma­the­ma­tik

Die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen des Teil­be­reichs Ma­the­ma­tik be­zie­hen sich auf den Fach­plan des re­gu­lä­ren Fa­ches Ma­the­ma­tik. Sie sind ge­glie­dert in die fünf Be­rei­che:

  • Ar­gu­men­tie­ren und Be­wei­sen
  • Pro­ble­me lö­sen
  • Mo­del­lie­ren
  • Mit sym­bo­li­schen, for­ma­len und tech­ni­schen Ele­men­ten der Ma­the­ma­tik um­ge­hen
  • Kom­mu­ni­zie­ren

Die­se über­grei­fen­den Kom­pe­ten­zen be­zie­hen sich auf ty­pi­sche ma­the­ma­ti­sche Tä­tig­kei­ten über al­le ma­the­ma­ti­schen In­hal­te hin­weg, sie wer­den we­der nach Ni­veau noch nach Klas­sen­stu­fen dif­fe­ren­ziert dar­ge­stellt. Durch ei­ne ver­ständ­nis­ori­en­tier­te Aus­ein­an­der­set­zung mit in­ner- und au­ßer­ma­the­ma­ti­schen Pro­blem­stel­lun­gen ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ma­the­ma­tisch zu den­ken, zu kom­mu­ni­zie­ren, zu ar­gu­men­tie­ren und zu be­grün­den. Die Grund­la­gen da­für sind bei­spiels­wei­se Ver­mu­tun­gen zu äu­ßern, Fra­gen zu stel­len, zu re­cher­chie­ren und In­for­ma­tio­nen auf Re­le­vanz zu un­ter­su­chen, Lö­sun­gen zu do­ku­men­tie­ren, zu über­prü­fen und zu prä­sen­tie­ren so­wie kon­struk­tiv mit Feh­lern und Kri­tik um­zu­ge­hen. Im IM­P-Bil­dungs­plan sind al­le pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen aus dem re­gu­lä­ren Fach Ma­the­ma­tik auf­ge­lis­tet, im Hin­blick auf die Ein­bin­dung der Ma­the­ma­tik in das Pro­fil­fach IMP wer­den je­doch Schwer­punk­te ge­setzt.

1.2.2.2 In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen Ma­the­ma­tik

Die ma­the­ma­ti­schen In­hal­te sind in vier Teil­be­rei­che ge­glie­dert. Die Wahl die­ser Teil­be­rei­che trägt zum ei­nen der Be­deu­tung der In­for­ma­tik als Leit­fach Rech­nung, be­tont je­doch zum an­de­ren auch den ei­gen­stän­di­gen Cha­rak­ter der Ma­the­ma­tik.

Ma­the­ma­ti­sche Grund­la­gen der Kryp­to­lo­gie
Ge­sell­schaft­lich be­sitzt die si­che­re Über­tra­gung von Da­ten ei­nen im­mer hö­he­ren Stel­len­wert. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen die zah­len­theo­re­ti­schen Grund­la­gen von Ver­schlüs­se­lungs­ver­fah­ren ken­nen und kön­nen da­mit de­ren Si­cher­heit be­ur­tei­len.

Aus­sa­gen­lo­gik und Gra­phen
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wer­ben ers­te aus­sa­gen­lo­gi­sche und gra­phen­theo­re­ti­sche Kennt­nis­se, wel­che die Grund­la­gen für das Ver­ständ­nis we­sent­li­cher in­for­ma­ti­scher In­hal­te und Kon­zep­te bil­den.

Geo­me­trie
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­wei­tern ih­re Kennt­nis­se aus dem Ma­the­ma­tik­un­ter­richt und nut­zen nun ne­ben be­kann­ten Sät­zen auch wei­te­re Ei­gen­schaf­ten ebe­ner Fi­gu­ren zur Be­grün­dung geo­me­tri­scher Zu­sam­men­hän­ge. Da­bei set­zen sie sich auch mit Fra­ge­stel­lun­gen aus dem Be­reich der Lo­gik aus­ein­an­der.

Funk­tio­nen im Sach­kon­text
Funk­tio­na­les Den­ken be­fä­higt die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in vie­len Be­rei­chen des täg­li­chen Le­bens da­zu, Pro­blem­lö­se­stra­te­gi­en zu ent­wi­ckeln und an­zu­wen­den. In Er­gän­zung zur Ma­the­ma­tik wer­den in IMP die funk­tio­na­len Zu­sam­men­hän­ge ins­be­son­de­re un­ter den As­pek­ten der ana­ly­ti­schen, gra­fi­schen und ta­bel­la­ri­schen Mo­del­lie­rung be­han­delt, zum Bei­spiel durch Ein­satz ei­ner ge­eig­ne­ten com­pu­ter­ge­stütz­ten Lern­um­ge­bung.

1.2.3 Kom­pe­ten­zen Phy­sik

1.2.3.1 Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen Phy­sik

Die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen im Teil­be­reich Phy­sik be­zie­hen sich auf den gym­na­sia­len Plan des re­gu­lä­ren Fa­ches Phy­sik: Der Bil­dungs­plan Phy­sik un­ter­schei­det bei den pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen die Be­rei­che Er­kennt­nis­ge­win­nung, Kom­mu­ni­ka­ti­on und Be­wer­tung. Im Be­reich der Er­kennt­nis­ge­win­nung ste­hen das ziel­ge­rich­te­te Ex­pe­ri­men­tie­ren, das Mo­del­lie­ren und Ma­the­ma­ti­sie­ren so­wie der Er­werb und die An­wen­dung von Wis­sen im Vor­der­grund. Der Be­reich Kom­mu­ni­ka­ti­on um­fasst das Ver­ba­li­sie­ren, Do­ku­men­tie­ren und Prä­sen­tie­ren von Er­geb­nis­sen und Er­kennt­nis­sen. Da­zu ge­hö­ren auch die Fach­spra­che und die Ver­wen­dung un­ter­schied­li­cher Dar­stel­lungs­for­men. Schwer­punk­te im Be­reich der Be­wer­tung sind die Re­fle­xi­on phy­si­ka­li­scher Ar­beits­wei­sen, das Dis­ku­tie­ren von Chan­cen und Ri­si­ken so­wie der kri­ti­sche Um­gang mit In­for­ma­tio­nen und Quel­len.

Im IM­P-Bil­dungs­plan sind die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen aus dem Phy­si­k-Fach­plan zwar voll­um­fäng­lich auf­ge­lis­tet, je­doch ist dies nicht gleich­be­deu­tend da­mit, dass auch al­le die­se Kom­pe­ten­zen im Vor­der­grund des IM­P-Un­ter­richts im Teil­be­reich Phy­sik ste­hen sol­len. Viel­mehr wird im IM­P-Un­ter­richt schwer­punkt­mä­ßig auf sol­che pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen aus der Phy­sik ver­wie­sen, die den aus­ge­wähl­ten In­hal­ten dien­lich sind. So sol­len vor al­lem die pro­zess­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen aus den Be­rei­chen der di­gi­ta­len Mess­wert­er­fas­sung und ‑ver­ar­bei­tung, der Si­mu­la­ti­on und Mo­dell­bil­dung und der Ma­the­ma­ti­sie­rung ei­ne gro­ße Rol­le spie­len.

1.2.3.2 In­halts­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen Phy­sik

Der Teil­be­reich Phy­sik be­fasst sich ei­ner­seits mit grund­le­gen­den As­pek­ten der di­gi­ta­len Da­ten­ver­ar­bei­tung und -über­tra­gung (zum Bei­spiel Halb­lei­ter­phy­sik, Sen­so­ren, Licht­lei­ter) und wen­det an­de­rer­seits in­for­ma­ti­sche und ma­the­ma­ti­sche Kom­pe­ten­zen bei nu­me­ri­schen Be­rech­nun­gen von Ab­hän­gig­kei­ten und Ab­läu­fen an. Dar­über hin­aus bie­tet die Be­schäf­ti­gung zum Bei­spiel mit As­tro­no­mie, Geo­phy­sik und Raum­fahrt ei­ne Fül­le von sehr mo­ti­vie­ren­den phy­si­ka­li­schen In­hal­ten, an­hand de­rer phy­si­ka­li­sche Fach­me­tho­den ver­tieft und er­wei­tert wer­den.

Op­tik und Bil­der­fas­sung
Aus­ge­hend vom Fer­ma­t’schen Prin­zip er­schließt sich ei­ne ers­te Be­grün­dungs­ebe­ne für op­ti­sche Phä­no­me­ne wie Re­fle­xi­on und Bre­chung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen im Licht­lei­ter ei­ne Mög­lich­keit der op­ti­schen Si­gnal­über­tra­gung als An­wen­dung der To­tal­re­fle­xi­on. Sie ler­nen in Ex­pe­ri­men­ten An­wen­dun­gen von Lin­sen in op­ti­schen Ge­rä­ten ken­nen und ma­the­ma­ti­sie­ren ih­re ex­pe­ri­men­tel­len Er­kennt­nis­se mit­hil­fe der Lin­sen­glei­chung. Mit dem Ver­gleich von di­gi­ta­ler und ana­lo­ger Bil­der­fas­sung wer­den die op­ti­schen As­pek­te in ei­nen an­wen­dungs­be­zo­ge­nen und in­for­ma­ti­schen Kon­text ge­stellt.

Er­de und Welt­all
Die drei Ein­hei­ten As­tro­no­mie (Klas­se 8), Geo­phy­sik (Klas­se 9) so­wie Him­mels­me­cha­nik und As­tro­phy­sik (Klas­se 10) bil­den ei­nen the­ma­ti­schen Schwer­punkt im Be­reich Phy­sik. Da­bei be­schäf­ti­gen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in Klas­se 8, aus­ge­hend von un­se­rem Son­nen­sys­tem, zu­nächst mit as­tro­no­mi­schen Ob­jek­ten und ih­ren Ei­gen­schaf­ten. In Klas­se 9 steht die en­er­ge­ti­sche Be­trach­tung des Sys­tems Son­ne–Er­de im Vor­der­grund, ins­be­son­de­re die Strah­lungs­bi­lanz der Er­de und die Rah­men­be­din­gun­gen ha­bi­ta­bler Zo­nen. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler un­ter­su­chen grund­le­gen­de Ef­fek­te der Ent­wick­lung des Erd­kli­mas mit­hil­fe von Si­mu­la­tio­nen wis­sen­schaft­li­cher Sze­na­ri­en. Im Un­ter­richt von Klas­se 10 er­schließt sich die Him­mels­me­cha­nik aus der quan­ti­ta­ti­ven Be­schrei­bung der Gra­vi­ta­ti­on. Über die Be­schäf­ti­gung mit der Ent­wick­lung von Ster­nen ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler auch be­son­de­re und fas­zi­nie­ren­de Him­mels­ob­jek­te ken­nen.

Elek­tro­dy­na­mik und In­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung
In die­ser Ein­heit wer­den die phy­si­ka­li­schen Grund­la­gen in­for­ma­ti­scher Sys­te­me un­ter an­de­rem durch lo­gi­sche Schal­tun­gen und die Be­hand­lung von Halb­lei­ter-Bau­tei­len un­ter­sucht. Hier­bei steht die na­tur­wis­sen­schaft­li­che Fach­me­tho­dik im Schü­ler­ex­pe­ri­ment im Vor­der­grund.

Com­pu­ter­ge­stütz­te Phy­sik und nu­me­ri­sche Ver­fah­ren in der Me­cha­nik
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler set­zen sich in Klas­se 9 erst­mals in­ten­siv mit der com­pu­ter­ge­stütz­ten Mo­del­lie­rung phy­si­ka­li­scher Fra­ge­stel­lun­gen aus­ein­an­der. Da­bei wer­den phy­si­ka­li­sche Ab­hän­gig­kei­ten und zeit­li­che Ab­läu­fe com­pu­ter­ge­stützt auf­ge­zeich­net und ite­ra­tiv mo­del­liert. Das Ver­fah­ren der klei­nen Schrit­te dient in Klas­se 10 zur Mo­del­lie­rung rea­ler Be­we­gungs­ab­läu­fe, zum Bei­spiel aus den Be­rei­chen Sport, Frei­zeit und Raum­fahrt. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­knüp­fen da­bei Phy­sik‑, Ma­the­ma­tik- und In­for­ma­ti­k-Kennt­nis­se zur Lö­sung phy­si­ka­li­scher Pro­blem­stel­lun­gen.

1.3 Di­dak­ti­sche Hin­wei­se

Ge­schlechts­neu­tra­ler Un­ter­richt
Ein mo­ti­vie­ren­der IM­P-Un­ter­richt be­rück­sich­tigt die In­ter­es­sen von Mäd­chen und Jun­gen in glei­cher Wei­se, um ge­schlechts­ste­reo­ty­pe Rol­len­bil­der ab­zu­bau­en. So sind bei­spiels­wei­se Fra­ge­stel­lun­gen, die an Ge­sund­heit, Na­tur und Um­welt, an den Men­schen und sei­ne Zu­kunfts­ge­stal­tung an­knüp­fen, so­wohl für Mäd­chen als auch Jun­gen in­ter­es­sant. Bei der Pro­blem­lö­sung wer­den un­ter­schied­li­che schü­ler­spe­zi­fi­sche Her­an­ge­hens­wei­sen be­rück­sich­tigt. Hier­bei kön­nen sich plan­vol­le und pro­bie­ren­de Vor­ge­hens­wei­sen sinn­voll er­gän­zen.

1.3.1 Teil­be­reich In­for­ma­tik

Ak­tu­el­le Be­zü­ge
Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wer­den in all­täg­li­chen Si­tua­tio­nen oder in den Nach­rich­ten mit in­for­ma­ti­schen The­men kon­fron­tiert. Die­se rei­chen von zu­nächst un­er­klär­ba­rem Ver­hal­ten (zum Bei­spiel Feh­ler­mel­dun­gen) beim Be­die­nen von End­ge­rä­ten bis zu Nach­rich­ten über tech­ni­sche Ent­wick­lun­gen oder Zwi­schen­fäl­le im Zu­sam­men­hang mit In­for­ma­tik­sys­te­men. Vie­le die­ser ak­tu­el­len Er­eig­nis­se bie­ten ge­eig­ne­te An­knüp­fungs­mög­lich­kei­ten, um so­wohl die in­for­ma­tisch-tech­no­lo­gi­schen As­pek­te als auch die Aus­wir­kun­gen auf In­di­vi­du­um und Ge­sell­schaft zu be­leuch­ten.

Pro­gram­mie­ren und Tes­ten
Pro­gram­mie­ren als Rea­li­sie­rung von Ide­en in Soft­ware als schöp­fe­ri­scher und pro­duk­ti­ver Pro­zess ist ein we­sent­li­cher Be­stand­teil des In­for­ma­tik­un­ter­richts. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ent­wer­fen Pro­blem­lö­sun­gen, die auf grund­le­gen­den Pro­gram­mier­bau­stei­nen ba­sie­ren und er­fah­ren so, dass die Lö­sung nicht in den Bau­stei­nen selbst, son­dern haupt­säch­lich in der Art und Wei­se ih­rer An­ord­nung liegt. Zur Ar­beits­wei­se ge­hö­ren auch die selbst­stän­di­ge Über­prü­fung des Pro­gramm­ab­laufs, die Auf­de­ckung von syn­tak­ti­schen und se­man­ti­schen Feh­lern so­wie der Ent­wurf von Test­sze­na­ri­en und de­ren Durch­füh­rung.

Pro­gram­mier­um­ge­bung
Die Ent­schei­dung für ei­ne ge­eig­ne­te Pro­gram­mier­spra­che und Pro­gram­mier­um­ge­bung soll­te in Kom­bi­na­ti­on ge­trof­fen wer­den und nach Ge­sichts­punk­ten der al­ters­an­ge­mes­se­nen Ver­mitt­lung in­for­ma­ti­scher Kon­zep­te er­fol­gen. Da­bei ist der Aus­wahl der di­dak­ti­schen Werk­zeu­ge ei­ne be­son­de­re Be­deu­tung bei­zu­mes­sen. Die Pro­gram­mier­um­ge­bung soll­te die Schü­le­rin­nen und Schü­ler bei der Ein­ga­be und Struk­tu­rie­rung ih­res Codes un­ter­stüt­zen, leich­tes Auf­fin­den und Be­he­ben von Feh­lern er­mög­li­chen und mög­lichst auf die im Un­ter­richt er­for­der­li­chen Funk­tio­nen be­schränkt sein. Je nach ein­ge­setz­ter Pro­gram­mier­spra­che kön­nen ob­jekt­ori­en­tier­te Sprach­ele­men­te (zum Bei­spiel Me­tho­den­auf­ru­fe bei Ver­wen­den von Bi­blio­the­ken) not­wen­dig sein. Die­se kön­nen je­doch als spe­zi­el­le Syn­tax auf­ge­fasst und ein­fach nach An­lei­tun­g/Do­ku­men­ta­ti­on ver­wen­det wer­den. An ei­ne The­ma­ti­sie­rung der ob­jekt­ori­en­tier­ten Pro­gram­mie­rung – auch am Ran­de – ist nicht ge­dacht.

In­for­ma­tik mit und oh­ne Rech­ner­ein­satz
Grund­sätz­lich ist ei­ne Um­set­zung in­for­ma­ti­scher In­hal­te mit di­gi­ta­len End­ge­rä­ten selbst­ver­ständ­lich. Der Um­gang mit di­gi­ta­len Werk­zeu­gen soll je­doch ge­gen­über der Ver­mitt­lung in­for­ma­ti­scher In­hal­te in den Hin­ter­grund tre­ten. Auch die Ver­mitt­lung mit­hil­fe von „un­plug­ge­d“-Ele­men­ten oh­ne Rech­ner­ein­satz (zum Bei­spiel Nach­spie­len mit ge­eig­ne­ten Ge­gen­stän­den, in Pa­pier­form, durch Rol­len­spie­le) kann da­zu bei­tra­gen, die Ker­n­idee in­for­ma­ti­scher Kon­zep­te in den Vor­der­grund zu rü­cken und Ab­len­kun­gen, die im Um­gang mit Werk­zeu­gen oft un­ver­meid­lich sind, zu re­du­zie­ren.

Va­ria­ti­on von Pro­blem­stel­lun­gen
In be­son­de­rer Wei­se bie­tet der in­for­ma­ti­sche Zu­gang zur Pro­blem­lö­sung auch die Mög­lich­keit, über die Gren­zen der ur­sprüng­li­chen Auf­ga­ben­stel­lung hin­aus zu den­ken. Durch ver­än­der­te An­for­de­run­gen, Rah­men­be­din­gun­gen oder Va­ria­ti­on der Pro­blem­grö­ße wer­den in­for­ma­ti­sche Lö­sungs­kon­zep­te ver­deut­licht, nach­voll­zieh­bar ge­macht oder hin­ter­fragt. Fra­ge­stel­lun­gen der Art „Wie hät­te man es an­ders ma­chen kön­nen?“, „Ist die ge­fun­de­ne Lö­sung op­ti­mal?“ oder „Wo en­den die Ein­satz­be­rei­che der ge­fun­de­nen Lö­sung?“ ge­hö­ren zum Stan­dard­re­per­toire des In­for­ma­tik­un­ter­richts.

Pro­jekt­ar­ti­ges Ar­bei­ten
Im Mo­dul In­for­ma­tik nimmt ein Pro­gram­mier­pro­jekt ei­nen brei­ten Raum ein und för­dert ins­be­son­de­re den Auf­bau pro­zess­be­zo­ge­ner Kom­pe­ten­zen. Der Rah­men für die Auf­ga­ben­stel­lung muss so von der Lehr­kraft vor­ge­ge­ben wer­den, dass so­wohl die fach­li­chen An­for­de­run­gen als auch die zu er­war­ten­de Band­brei­te an Ide­en der Schü­le­rin­nen und Schü­ler dar­in Platz fin­den. Die Aus­wahl ge­eig­ne­ter In­hal­te folgt den Kri­te­ri­en Al­ters­an­ge­mes­sen­heit und Ver­ein­bar­keit mit be­stehen­den recht­li­chen Re­ge­lun­gen; ins­be­son­de­re gilt der Ver­zicht auf ge­walt­dar­stel­len­de, be­lei­di­gen­de oder dis­kri­mi­nie­ren­de In­hal­te.

1.3.2 Teil­be­reich Ma­the­ma­tik

Um so­wohl pro­zess­be­zo­ge­ne als auch in­halts­be­zo­ge­ne ma­the­ma­ti­sche Kom­pe­ten­zen zu ent­wi­ckeln, be­nö­ti­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ak­ti­ve An­eig­nungs­pro­zes­se und ‑hand­lun­gen, in de­nen sie Ma­the­ma­tik be­trei­ben und neu ge­won­ne­ne Er­kennt­nis­se zu be­reits vor­han­de­nen Vor­stel­lun­gen in Be­zie­hung set­zen kön­nen. Ei­ni­ge der im vor­lie­gen­den Bil­dungs­plan IMP im Mo­dul Ma­the­ma­tik auf­ge­führ­ten in­halts­be­zo­ge­nen Kom­pe­ten­zen sind Wei­ter­füh­run­gen und Ver­tie­fun­gen von zu­ge­hö­ri­gen In­hal­ten des re­gu­lä­ren Fa­ches Ma­the­ma­tik. Die­se Wei­ter­ent­wick­lung er­mög­licht ei­nen auf so­li­den Grund­vor­stel­lun­gen ba­sie­ren­den al­ters­ge­mä­ßen Kom­pe­tenz­auf­bau. Die da­mit ver­bun­de­nen Zie­le set­zen den Schwer­punkt auf pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen, ins­be­son­de­re auf ein stär­ker for­ma­li­sier­tes Ar­bei­ten, fach­lich prä­zi­ses Er­läu­tern und Be­grün­den, aber auch den ak­ti­ven Trans­fer auf neue In­hal­te. Die un­ter­richt­li­che Um­set­zung zielt da­bei auf die Re­fle­xi­on und das Be­wusst­ma­chen pro­zess­be­zo­ge­ner Kom­pe­ten­zen.

Dar­über hin­aus ist ei­ne Ver­net­zung der Kom­pe­ten­zen we­sent­lich. Des­halb sind so­wohl die vier ma­the­ma­ti­schen Teil­mo­du­le als auch die be­tei­lig­ten Fä­cher In­for­ma­tik, Ma­the­ma­tik und Phy­sik nicht iso­liert von­ein­an­der zu be­trach­ten, son­dern, wo im­mer mög­lich, mit­ein­an­der zu ver­knüp­fen. Dies er­for­dert ge­ge­be­nen­falls ei­ne en­ge Ab­spra­che der be­tei­lig­ten Lehr­kräf­te. Die­se Ver­knüp­fung kann durch ko­gni­tiv ak­ti­vie­ren­de, mög­lichst au­then­ti­sche und mo­ti­vie­ren­de Pro­blem­si­tua­tio­nen zum Er­werb neu­er Be­grif­fe und Ver­fah­ren bei­tra­gen, die sich an be­reits vor­han­de­ne Kom­pe­ten­zen aus den re­gu­lä­ren Fä­chern an­schlie­ßen. Im Ma­the­ma­tik­un­ter­richt im Pro­fil­fach IMP soll­ten da­bei ver­stärkt auch die ei­gen­stän­di­ge Be­ar­bei­tung von Pro­ble­men so­wie for­schen­des, ex­pe­ri­men­tel­les Ar­bei­ten ih­ren Raum fin­den.

Un­ter­stützt wird die­ses Ar­bei­ten durch ge­eig­ne­te me­dia­le Hilfs­mit­tel, die hier­bei di­dak­tisch sinn­vol­le Zu­gän­ge zu neu­en In­hal­ten er­mög­li­chen und zu ver­tief­ter und nach­hal­ti­ger Ent­wick­lung von ma­the­ma­ti­schem Den­ken bei­tra­gen.

1.3.3 Teil­be­reich Phy­sik

Pro­zess­be­zo­ge­ne Kom­pe­ten­zen kön­nen nur durch das ei­ge­ne Tun er­wor­ben wer­den. Ins­be­son­de­re sol­len die Schü­le­rin­nen und Schü­ler im IM­P-Un­ter­richt ei­nen hö­he­ren Grad an Selbst­stän­dig­keit im Be­reich der phy­si­ka­li­schen Fach­me­tho­den er­rei­chen.

Für ei­nen hand­lungs­ori­en­tier­ten und schü­ler­zen­trier­ten Un­ter­richt steht da­her mehr Zeit zur Ver­fü­gung, um bei­spiels­wei­se die phy­si­ka­li­sche Ar­beits­wei­se ein­zu­üben so­wie in­ner­halb der Lern­grup­pe un­ter­schied­li­che Lö­sungs­we­ge zu ver­glei­chen, zu dis­ku­tie­ren und zu be­wer­ten. Da­bei sol­len ins­be­son­de­re auch in­di­vi­du­el­le Lern­we­ge be­rück­sich­tigt und ge­för­dert wer­den. Dies be­trifft ins­be­son­de­re die The­men von Klas­se 9 in den Be­rei­chen Elek­tro­ma­gne­tis­mus und In­for­ma­ti­ons­ver­ar­bei­tung.

Auf­bau­end auf den ers­ten Er­fah­run­gen mit der phy­si­ka­li­schen Mo­dell­bil­dung, zum Bei­spiel an­hand des Licht­strah­len­mo­dells in Klas­se 7, ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler im IM­P-Un­ter­richt auch die Fach­me­tho­de der ite­ra­ti­ven Ver­fah­ren zur quan­ti­ta­ti­ven Mo­del­lie­rung von Ab­hän­gig­kei­ten und Ab­läu­fen ken­nen. Sie ver­glei­chen de­ren Er­geb­nis­se un­ter an­de­rem auch mit den ex­pe­ri­men­tell ge­won­ne­nen Er­kennt­nis­sen und füh­ren ers­te Op­ti­mie­run­gen an ih­ren Mo­dell­rech­nun­gen durch.

Kenn­zei­chen des Phy­sik­un­ter­richts im Rah­men von IMP ist un­ter an­de­rem auch ei­ne stär­ke­re Ma­the­ma­ti­sie­rung, bei der auch auf die Ver­net­zung mit der Ma­the­ma­tik ge­ach­tet wer­den muss.

Vie­le As­pek­te des di­dak­ti­schen Vor­ge­hens in IMP ent­spre­chen de­nen des re­gu­lä­ren Fa­ches Phy­sik. Die fol­gen­den As­pek­te sol­len im IM­P-Un­ter­richt be­son­de­re Be­rück­sich­ti­gung fin­den:

  • Am An­fang ei­nes Phy­sik­ver­ständ­nis­ses ste­hen das Stau­nen über Na­tur­phä­no­me­ne (ins­be­son­de­re bei Him­mels­er­schei­nun­gen im Be­reich As­tro­no­mie) und die Fas­zi­na­ti­on, die von tech­ni­schen Ge­rä­ten aus­geht.
  • Phy­sik darf nicht nur im Phy­sik­saal re­le­vant sein: Die Le­bens­welt und der All­tag der Schü­le­rin­nen und Schü­ler sol­len eben­so in den Un­ter­richt mit ein­be­zo­gen wer­den wie tech­ni­sche An­wen­dun­gen, in­for­ma­ti­sche As­pek­te so­wie po­pu­lär­wis­sen­schaft­li­che Dar­stel­lun­gen in Tex­ten, Bil­dern und Fil­men.
  • Ver­knüp­fun­gen zur In­for­ma­tik und Ma­the­ma­tik sind eben­so hilf­reich wie der Be­such von au­ßer­schu­li­schen Lern­or­ten, wie zum Bei­spiel Pla­ne­ta­ri­en, Stern­war­ten, Schü­ler­la­bo­ren, For­schungs­zen­tren und In­dus­trie­be­trie­ben.
  • Der Phy­sik­un­ter­richt im Rah­men von IMP soll die Schü­le­rin­nen und Schü­ler für in­for­ma­ti­sche, ma­the­ma­ti­sche und phy­si­ka­li­sche Fra­ge­stel­lun­gen be­geis­tern und sie ge­ge­be­nen­falls auf ei­ne Be­rufs­aus­bil­dung oder ein Stu­di­um in die­sem Be­reich vor­be­rei­ten.
  • Der Ein­satz von Com­pu­tern, Smart­pho­nes oder ver­gleich­ba­ren Ge­rä­ten so­wie dem In­ter­net ist im Un­ter­richt ei­ne Selbst­ver­ständ­lich­keit – beim Wis­sens­er­werb, beim Er­fas­sen und Aus­wer­ten von Mess­da­ten, beim Do­ku­men­tie­ren und Prä­sen­tie­ren so­wie beim Ein­satz von Si­mu­la­ti­ons­soft­ware.
  • Die phy­si­ka­li­schen As­pek­te des IM­P-Un­ter­richts be­rei­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler dar­auf vor, ih­re Kom­pe­ten­zen zur Wei­ter­ent­wick­lung un­se­rer Ge­sell­schaft ein­brin­gen zu kön­nen.

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