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Klasse 12 Informatik Oberstufe: Von Algorithmen zur vernetzten Gesellschaft
Dieser Kurs vermittelt tiefgehende Kompetenzen in der Softwareentwicklung, Datenmodellierung und Systemarchitektur. Schüler entwickeln ein kritisches Verständnis für komplexe Algorithmen und die gesellschaftlichen Auswirkungen der Digitalisierung.
01Objektorientierte Modellierung und Software-Engineering
Fokus auf die systematische Planung und Umsetzung komplexer Softwaresysteme mittels Entwurfsmustern und UML.
Die Schülerinnen und Schüler identifizieren die Kernkonzepte der Objektorientierung und ihre Vorteile in der Softwareentwicklung.
Die Schülerinnen und Schüler definieren Klassen und instanziieren Objekte, um reale Entitäten in Code abzubilden.
Die Schülerinnen und Schüler wenden Vererbung an, um Klassenhierarchien zu erstellen und Code-Wiederverwendung zu fördern.
Die Schülerinnen und Schüler implementieren Polymorphie und nutzen Schnittstellen für flexible und erweiterbare Softwarearchitekturen.
Die Schülerinnen und Schüler entwerfen Klassendiagramme zur Abbildung komplexer Realwelt-Szenarien unter Berücksichtigung von Vererbung, Assoziationen und Aggregationen.
Die Schülerinnen und Schüler erstellen Sequenzdiagramme, um den zeitlichen Ablauf von Interaktionen zwischen Objekten darzustellen und zu analysieren.
Die Schülerinnen und Schüler wenden die Entwurfsmuster Singleton und Factory an, um die Objekterzeugung und -verwaltung zu optimieren.
Die Schülerinnen und Schüler implementieren die Entwurfsmuster Strategy und Observer, um flexible und erweiterbare Verhaltensweisen zu realisieren.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Phasen des Softwareentwicklungsprozesses und die Bedeutung systematischer Vorgehensweisen kennen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundlagen von Scrum kennen, einschließlich Rollen, Artefakten und Zeremonien.
Die Schülerinnen und Schüler nutzen Git zur Versionskontrolle und kollaborativen Entwicklung von Softwareprojekten.
02Datenstrukturen und Algorithmen
Untersuchung von dynamischen Datenstrukturen und der Effizienz von Algorithmen zur Optimierung von Rechenprozessen.
Die Schülerinnen und Schüler definieren Algorithmen und analysieren ihre Eigenschaften wie Endlichkeit, Eindeutigkeit und Effektivität.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen statische Arrays mit dynamischen Listen hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Einsatzgebiete.
Die Schülerinnen und Schüler implementieren und analysieren die Funktionsweise von Stacks (LIFO) und Queues (FIFO) und deren Anwendungen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen binäre Bäume als nicht-lineare Datenstrukturen und implementieren verschiedene Traversierungsverfahren.
Die Schülerinnen und Schüler lernen Graphen als Modell für komplexe Beziehungen kennen und verschiedene Darstellungsformen (Adjazenzmatrix, Adjazenzliste).
Die Schülerinnen und Schüler werden in die O-Notation eingeführt, um die Zeit- und Platzkomplexität von Algorithmen zu bewerten.
Die Schülerinnen und Schüler implementieren und vergleichen einfache Sortieralgorithmen wie Bubble Sort und Selection Sort.
Die Schülerinnen und Schüler vertiefen Quicksort und Mergesort und verstehen das Prinzip 'Divide and Conquer'.
Die Schülerinnen und Schüler implementieren die binäre Suche und lernen die Grundlagen von Hash-Tabellen kennen.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen rekursive und iterative Lösungsansätze für Probleme und analysieren deren Vor- und Nachteile.
Die Schülerinnen und Schüler lernen das Prinzip der dynamischen Programmierung kennen und wenden es auf Optimierungsprobleme an.
03Datenbanken und Informationssysteme
Entwurf und Abfrage relationaler Datenbanken zur Verwaltung großer Informationsmengen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Konzepte von Tabellen, Schlüsseln und Beziehungen in relationalen Datenbanken kennen.
Die Schülerinnen und Schüler entwerfen Entity-Relationship-Modelle zur Abbildung von Realwelt-Szenarien.
Die Schülerinnen und Schüler wenden Normalisierungsregeln (1NF, 2NF, 3NF) an, um Datenredundanz und Inkonsistenz zu vermeiden.
Die Schülerinnen und Schüler beherrschen grundlegende SELECT-Statements zur Abfrage von Daten aus einer Tabelle.
Die Schülerinnen und Schüler nutzen Joins und Aggregatfunktionen, um Daten aus mehreren Tabellen zu verknüpfen und zu analysieren.
Die Schülerinnen und Schüler lernen, wie Daten in einer Datenbank eingefügt, aktualisiert und gelöscht werden.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die rechtlichen Grundlagen der DSGVO und deren Auswirkungen auf den Umgang mit personenbezogenen Daten.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen technische Maßnahmen zur Datensicherheit und lernen, wie SQL-Injections als Sicherheitsrisiko verhindert werden können.
Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Bedeutung von Transaktionen und den ACID-Eigenschaften für die Datenkonsistenz in Datenbanken.
Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Typen von NoSQL-Datenbanken kennen und vergleichen sie mit relationalen Datenbanken.
04Rechnernetze und Kommunikation
Verständnis der technischen Grundlagen des Internets und der Sicherheit in vernetzten Systemen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die grundlegenden Konzepte von Netzwerken, wie Topologien, Übertragungsmedien und Adressierung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren das OSI-Schichtenmodell und die Aufgaben der einzelnen Schichten.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die TCP/IP-Protokollfamilie und ihre Rolle im Internet.
Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Funktionsweise von Routern und Switches und deren Bedeutung für die Datenübertragung.
Die Schülerinnen und Schüler lernen symmetrische Verschlüsselungsverfahren wie AES kennen und deren Anwendung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen asymmetrische Verschlüsselungsverfahren (z.B. RSA) und digitale Signaturen.
Die Schülerinnen und Schüler entwickeln und analysieren Web-Anwendungen und deren Kommunikationsabläufe.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Funktionsweise von Firewalls und gängige Netzwerkangriffe (z.B. DDoS, Phishing) kennen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Funktionsweise drahtloser Netzwerke und die Herausforderungen des Internets der Dinge (IoT).
05Theoretische Informatik und Logik
Erkundung der Grenzen der Berechenbarkeit und der formalen Sprachen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundlagen der Aussagenlogik und deren Anwendung in digitalen Schaltnetzen.
Die Schülerinnen und Schüler modellieren Systemzustände mit endlichen Automaten und verstehen deren Grenzen.
Die Schülerinnen und Schüler erkennen reguläre Sprachen und deren Zusammenhang mit regulären Ausdrücken und endlichen Automaten.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Turing-Maschine als fundamentales Modell der Berechenbarkeit.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Grenzen der Berechenbarkeit und die Unentscheidbarkeit des Halteproblems.
Die Schülerinnen und Schüler werden in die Komplexitätsklassen P und NP eingeführt und diskutieren das P-NP-Problem.
Die Schülerinnen und Schüler lernen kontextfreie Grammatiken als Modell für die Syntax von Programmiersprachen kennen.
06Informatik und Gesellschaft
Reflexion über künstliche Intelligenz, Ethik und den digitalen Wandel der Arbeitswelt.
Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen Überblick über die Geschichte und die verschiedenen Bereiche der Künstlichen Intelligenz.
Die Schülerinnen und Schüler verstehen die Funktionsweise neuronaler Netze und die Prinzipien des maschinellen Lernens.
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren über ethische Fragen im Zusammenhang mit KI, wie Bias, Diskriminierung und Verantwortung.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Auswirkungen von Automatisierung und Digitalisierung auf die Arbeitswelt.
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren über die Auswirkungen digitaler Medien auf unser Sozialverhalten und die Gesellschaft.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren Konzepte wie Datensouveränität, digitale Identität und die Kontrolle über persönliche Daten.
Die Schülerinnen und Schüler lernen verschiedene Formen der Cyberkriminalität kennen und die Grundlagen der digitalen Forensik.
Die Schülerinnen und Schüler reflektieren über die ökologischen und sozialen Auswirkungen der Digitalisierung und mögliche Lösungsansätze.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren die Bedeutung von Open Source Software und digitalen Commons für Innovation und Gesellschaft.