Lehrplan PLUS

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Informatik 11 (NTG)

gültig ab Schuljahr 2023/24

Hinweis: In der Wissenschaftswoche erarbeiten die Schülerinnen und Schüler im zeitlichen Umfang einer Woche fachspezifische Zugänge zu einem fächerübergreifenden Rahmenthema, insbesondere in Vorbereitung auf das Wissenschaftspropädeutische Seminar.

Inf11 Lernbereich 1: Graphen (ca. 10 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • modellieren im Rahmen praktischer Fragestellungen vernetzte Strukturen als Graphen und klassifizieren diese anhand ihrer Eigenschaften.
  • implementieren mithilfe einer objektorientierten Programmiersprache und unter Verwendung einer Adjazenzmatrix die Datenstruktur Graph.
  • erläutern allgemein die Idee der Breitensuche, formulieren den zugehörigen Algorithmus und wenden diesen an konkreten Beispielen an.
  • implementieren den Breitensuche-Algorithmus und modifizieren diesen in geeigneter, vom Anwendungskontext abhängiger Weise, z. B. bei der Auswahl oder Bearbeitung aller erreichbaren Knoten mit bestimmten Eigenschaften.
  • analysieren und erläutern die Funktionsweise des Dijkstra-Algorithmus und wenden diesen an konkreten Beispielen an; dabei erkennen sie, dass Algorithmen ihren Alltag mitbestimmen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Graph: Knoten, Kanten, Pfad, Erreichbarkeit von Knoten, Zyklus
  • Eigenschaften von Graphen: gerichtet, (stark/schwach) zusammenhängend, bewertet/gewichtet, zyklenfrei
  • Adjazenzmatrix
  • Breitensuche, Dijkstra-Algorithmus

Inf11 Lernbereich 2: Codierung und Verschlüsselung (ca. 11 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern das Prinzip und die Bedeutung der Codierung von Information anhand geeigneter Beispiele aus der Informationstechnologie (z. B. Strichcode, RGB-Farbcode, QR-Code) sowie die Möglichkeit der Validierung codierter Information durch die Verwendung von Prüfsummen, z. B. GTIN, IBAN.
  • codieren natürliche Zahlen binär und hexadezimal und führen entsprechende Decodierungen durch.
  • erklären die Grundprinzipien symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselung.
  • wenden einfache symmetrische Verfahren zur Ver- und Entschlüsselung an (z. B. Caesar, Vigenère) und implementieren einen zugehörigen Algorithmus.
  • bewerten Sicherheitsaspekte eines ausgewählten Verfahrens im Hinblick auf mögliche Angriffe, insbesondere durch die Brute-Force-Methode.
  • erklären den Zweck und die prinzipielle Funktionsweise einer digitalen Signatur und beschreiben in diesem Zusammenhang die Bedeutung von Zertifikaten.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • binäre und hexadezimale Codierung von Zahlen (Binärsystem, Hexadezimalsystem), Bit, Byte
  • symmetrische und asymmetrische Verschlüsselung: Klartext, Geheimtext, Schlüssel
  • Brute-Force-Verfahren
  • Authentifizierung, Integrität, digitale Signatur, kryptografische Hashfunktion, Zertifikat

Inf11 Lernbereich 3: Kommunikation in Netzwerken, Internet (ca. 10 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • erläutern die Struktur und Funktionsweise des Internets sowie die damit verbundene Adressierung von Geräten.
  • strukturieren Kommunikationsvorgänge im Internet in aufeinander aufbauende Schichten und beschreiben so die Übermittlung elektronischer Daten; dabei erlangen sie ein grundlegendes Verständnis für die Bedeutung von Protokollen.
  • implementieren einen einfachen Client, z. B. Anfordern einer Webseite.
  • beschreiben das Zusammenspiel von Client und Server bei Webanwendungen, z. B. bei einer Fahrplanauskunft.
  • erläutern Chancen und Risiken des Internets, beurteilen ihren eigenen Umgang mit dessen Diensten und reflektieren dabei, wodurch der Schutz persönlicher Daten erhöht und die Gefahr des Missbrauchs minimiert werden kann.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Struktur und Funktionsweise des Internets: Client, Server, Router; Adressierung im Internet (MAC-Adresse, IP-Adresse, DNS, Port)
  • Schichtenmodell: Anwendungsschicht, Transportschicht, Vermittlungsschicht, Netzzugangsschicht
  • Protokolle zur Beschreibung der Kommunikation im Internet
  • WWW als Beispiel eines Dienstes, Browser, HTML, Cookies

Inf11 Lernbereich 4: Künstliche Intelligenz (ca. 16 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • diskutieren Ansätze zur Definition des Begriffs Künstliche Intelligenz (KI), beschreiben verschiedene Grundideen von Verfahren der KI (u. a. maschinelles Lernen) sowie ihre Anwendungsbereiche.
  • erläutern die Funktionsweise eines ausgewählten Algorithmus maschinellen Lernens (k-nächste-Nachbarn-Algorithmus oder Entscheidungsbaum-Algorithmus) allgemein und an konkreten Beispielen.
  • analysieren den Einfluss von Trainingsdaten und Parametern auf die Zuverlässigkeit der Ergebnisse eines Verfahrens maschinellen Lernens, ggf. unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs.
  • erläutern die Funktionsweise eines künstlichen Neurons (Perzeptron) und beschreiben den grundsätzlichen Aufbau eines künstlichen neuronalen Netzes.
  • implementieren ein künstliches Neuron.
  • nehmen zu ausgewählten aktuellen Einsatzmöglichkeiten der Künstlichen Intelligenz Stellung und bewerten Chancen und Risiken für Individuum und Gesellschaft.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Trainingsdaten, Testdaten
  • Perzeptron, Delta-Lernregel

Inf11 Lernbereich 5: Vertiefung (ca. 7 Std.)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • lösen eine weiterführende Problemstellung mit Bezug zu einem der Lernbereiche 1 bis 4, ggf. mit Methoden der Projektarbeit.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Die Inhalte zu den weiterführenden Problemstellungen sind so zu wählen, dass kein Vorgriff auf Lernbereiche in den Jgst. 12 und 13 stattfindet.