Didaktik der Informatik

Lernfeld Informationen und Daten

Die Materialien ohne Lösungen sind frei zugänglich. Die Materialpakete inklusive Lösungen sind passwortgeschützt, da sie nur für Lehrer*innen gedacht sind. Bei Interesse senden Sie uns bitte eine E-Mail unter Angabe Ihres Namens und Ihrer Schule.

Einführung und Verwendung von Standardcodierungen

Haben Lernende ein Grundverständnis für die Notwendigkeit und den Aufbau von Codierungen entwickelt, können im Anschluss standardisierte Codierungen genauer betrachtet werden. Hierzu gibt es bereits eine Fülle von Materialien. Im Materialpaket wird eine tabellarische Auflistung sowohl analoger Beispiele zum Experimentieren ohne Computer als auch Verweise auf digitale Materialien angeboten. Ergänzt wird die Liste um eine Unterrichtsidee zur Farbcodierung von Zeichenketten.

Aufbau des Internets

Die Unterrichtseinheit beginnt mit einer Simulation eines vernetzten Systems im Kleinen, das in Teilen von den Lernenden selbst konstruiert und implementiert werden soll. Dadurch wird ein Bewusstsein für typische Fragestellungen geschaffen, die bei der Vernetzung von Rechnern eine Rolle spielen. Aufbauend auf den Erfahrungen mit der Simulation werden dann verschiedene Aspekte der Kommunikation in Netzwerken, insbesondere im Internet in den Blick genommen: Das Client-Server-Prinzip, die Struktur eines lokalen Netzwerks und des Internets, die Grundidee eines Protokolls, das Routing sowie der Ablauf beim Aufruf einer Webseite.
Die Simulation kann sowohl mit einem Sensor-Aktor-System wie dem Calliope als auch mit Snap! erfolgen. Ggf. können auch einzelne Arbeitsblätter unabhängig von der Simulation zur Wiederholung und Vertiefung eingesetzt werden.

Kryptologie in der Einführungsphase

Mithilfe der Materialien können die kryptographischen Verfahren und Konzepte, die im niedersächsichen Kerncurriculum für die gymnasiale Oberstufe im Modul Kryptologie für die Einführungsphase vorgesehen sind, erarbeitet und erprobt werden. Die Implementierung entsprechender Verfahren ist in den Materialpaketen zur Zeichenkettenverarbeitung mit Snap! oder Processing enthalten. Es bietet sich daher eine Kombination der Materialipakete an.

Kryptologie - klassische symmetrische Verschlüsselungsverfahren in der Qualifikationsphase

Mithilfe dieses Materialpakets können die Kompetenzen, die im niedersächsischen Kerncurriculum für die gymnasiale Oberstufe im Modul Kryptologie für die Einführungsphase vorgesehen sind, vertieft und hinsichtlich der bzgl. klassischer symmetrischer Verfahren in der Qualifikationsphase zu erwerbenden Kompetenzen erweitert werden. Anhand der Materialien können sowohl verschiedene Verschlüsselungsverfahren, insbesondere das Vigenère-Verfahren als polyalphabetisches Verfahren, als auch verschiedene Möglichkeiten der Kryptoanalyse erarbeitet werden.
Neben der händischen Durchführung der Verfahren sind auch Angebote zur Implementierung enthalten, um eine Verknüpfung mit dem Lernfeld Algorithmisches Problemlösen herzustellen.

Konzepte und Anwendungen der asymmetrischen Verschlüsselung

Mithilfe der Materialien können die Prinzipien der asymmetrischen Verschlüsselung zum einen auf einer ikonischen Ebene erarbeitert werden. Zum anderen kommt die Software gpg4win zum Einsatz, um die asymmetrische Verschlüsselung praktisch einzusetzen und die Konzepte auch auf Anwendungsebene zu veranschaulichen. (Vergleichbare Anwendungen stehen auch für andere Betriebsysteme zur Verfügung.)

Kryptologie - Ansätze moderner symmetrischer Blockchiffreverfahren

Mithilfe dieser Materialien können Ansätze und Grundideen moderner symmetrischer Verschlüsselungsverfahren erkundet werden.

Kompressionsverfahren am Beispiel von Bildern

Am Beispiel der effizienten Codierung von Bildern können die Lernenden anhand der vorliegenden Materialien im ersten Teil eigene Ideen zur Kompression entwickeln. Grundlegende Verfahren wie die Lauflängencodierung und die Huffman-Codierung können im zweiten Teil an verschiedenen Beispielen händisch erprobt und reflektiert werden.
Es stehen verschiedene Bilder in unterschiedlichen Dateiformaten zur Verfügung, um hier auch praktische Untersuchungen durchführen zu können. Aufgrund der Dateigröße müssen diese zum Teil in einzelnen Paketen heruntergeladen werden.

Datenbanken

Mithilfe dieser Materialien können sowohl der Aufbau und Entwurf von relationalen Datenbanken als auch die Formulierung von Abfragen mithithilfe von SQL erarbeitet werden. Einzelne Aufgaben stellen dabei auch Fragen zum Datenschutz und zu den Grenzen der Informationsgewinnung aus Daten zur Diskussion.