Kursthemen

  • Allgemeines

    Herzlich Willkommen im Kurs Informatik und Medienbildung in der Jahrgangsstufe 10!

    Das Fach "Informatik und Medienbildung" in der Jahrgangsstufe 10 baut die Brücke zur Wissenschaft der Informatik. Alle Schülerinnen und Schüler, die in der Qualifikationsphase der gymnasialen Oberstufe keinen Grund- oder Leistungskurs Informatik wählen möchten, erhalten so einen Einblick in Grundkonzepte und Sichtweisen der Informatik, aber auch auf die Grenzen. Sie sollen dadurch in die Lage versetzen werden, mündig in der der digitalen Welt agieren und reagieren zu können. Diejenigen, die Informatik weiterhin belegen wollen, erlernen so die Grundbausteine für die Informatik in der gymnasialen Oberstufe.


    Im Kurs A "Sprachen und Sprachkonzepte entdecken" untersuchen wir die Darstellung von Information in natürlichen und künstlichen Sprachen und lernen die Grundbausteine von Sprachen kennen. Wir werden erkennen, dass die automatisierte Verarbeitung von Information in Informatiksystemen mit Hilfe von formalen Sprachen erfolgt.

    Der Moodle-Kurs begleitet den Unterricht, der aller 14 Tage als 90-Minuten-Block realisiert wird. Sie finden hier alle Tafelbilder, Aufgaben, Dateien, Arbeitsblätter sowie Lösungen. Die Unterlagen werden nach der Behandlung freigegeben. 

    Stand: 2023-12-21 - Der Kurs wird aktuell nicht gepflegt.

    • Werkzeuge für den Unterricht

    • Neben einem Office-Paket (z. B. LibreOffice oder OnlyOffice) werden ein aktueller Browser und ein Internet-Zugang benötigt. Für Hausaufgaben oder zum Nachvollziehen der Unterrichtsbeispiele können Programme des IoSticks benutzt werden. 

  • Eigenschaften natürlicher und künstlicher Sprachen

    • Icon Link/URL

      Zum Start in die Jahrgangsstufe 10 wünsche ich allen Qapla’!

      Das ist klingonisch, doch was hat das mit Informatik zu tun? Gehen wir es langsam an.

    • Icon Externes Tool
      Daten auf dem Weg - Film 1 und AB 1 Externes Tool
      Nicht verfügbar, es sei denn: Sie sind in einer Gruppe
    • Was wir nun schon wissen (aus der Analyse des AB/Clip FWU-Mediathek "Vom Signal zur Nachricht" - nicht für Gäste verfügbar):

      Sprache dient der Kommunikation. Dabei wandelt der Sender Information in eine Repräsentationsform Sprache (durch Schrift-, Laut- oder Zeichencodierung) um und übermittelt dies an den Empfänger. Dieser muss die Daten interpretieren und daraus Informationen gewinnen.

      Sprache umfasst neben den natürlichen Sprachen auch künstliche Sprachen (bspw. Welthilfssprachen oder Programmiersprachen) und die Kommunikationsmittel der Tiere.

    • Icon Aufgabe

      Ihr Team erhält den Auftrag, für eine Science-Fiction-Serie eine neue Sprache zu entwickeln.

      Führen Sie ein Brainstorming zur Planung einer Sprachentwicklung durch. Überlegen Sie,

      • wozu Sprache dient,
      • was Sprache ausmacht und
      • aus welchen Grundelemente eine Sprache aufgebaut ist.

      Sammeln Sie die Aspekte in Form eines Mindmaps.

    • Für das Erlernen einer Sprache und der zugehörigen Schrift muss man:

      1. die Schriftzeichen lernen, bspw. Beispiel für kyrillische Zeichen
      2. das Alphabet kennen, bspw. Kyrillisches Alphabet
      3. Wörter/Vokabeln lernen, bspw. Beispielwörter: Lampe, Wurst, Tisch
      4. Sätze bilden, bspw. Beispielsatz: Das ist eine Lampe und ein schöner Tisch.
      5. die Grammatikregeln anwenden.

      Aus informatischer Sicht interessieren uns:

      • Zeichen: kleinstes Element einer Sprache
      • Alphabet: Gesamtheit aller Zeichen der Sprache
      • Zeichenfolge: Aneinanderreihung von Zeichen
      • Wort: Aneinanderreihung von Zeichen mit Semantik/Grammatik
      • Satz: Wortfolge (sprachlichen Einheit) mit Semantik/Grammatik
      • Grammatik: Regelwerk zur Wortbildung und Satzbildung (Syntax)
      • Semantik: Bedeutung des Zeichens/Wortes/Satzes

    • Icon Datei
      Exkurs AB Römische Zahlen Lösungen Datei
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    • Wie "gut" sind (natürliche und künstliche) Sprachen?
    • Zusammenfassung

      Die Analyse der verschiedenen Beispiele für natürliche Sprachen legt nahe, dass diese mit den folgenden Eigenschaften charakterisiert werden können. 

      • mehrdeutig 
        Wort/Wortgruppe mit unterschiedlicher Semantik, z. B. "Bank" - Sitzplatz, Geldinstitut
      • fehlerfreundlich
        trotz fehlerhafter Grammatik verständlich, z. B. "Ich gehen in Haus"
      • universell 
        Kommunikation mit der natürlichen Sprache über ein weites Spektrum
      • flexibel 
        Anpassungen an Sprachentwicklung, z. B. das Wort "googeln"


      Für die aus dem Unterricht bekannten künstlichen Sprache, wie beispielsweise die Formelsprache der Chemie oder die Sprache der Musiknoten fanden wir heraus, dass diese durch die folgenden Eigenschaften charakterisiert werden können.

      • eindeutig 
        bspw. hat H2O genau eine chemische Bedeutung
      • fehlerunfreundlich
        Fehler führen zu Unverständnis oder falschen Aussagen, z. B.: 2HO
      • speziell
        Kommunikation nur im Spezialgebiet möglich
      • wenig flexibel
        Änderungen am Regelwerk der Sprache müssen oft international abgestimmt werden und dürfen nicht zu Widersprüchen führen.
  • Hilfssysteme zur Darstellung natürlicher Sprachen

    • Bereits aus den vorherigen Jahrgangsstufen kennen wir das Prinzip der Codierung, bei der jedem Zeichen aus einem Zeichenvorrats ein Zeichen eines anderen Zeichenvorrats gemäß einer Vorschrift zugewiesen wird. So wird bei der Codierung ASCII (American Standard Code for Information Interchange) genau 95 druckbaren Zeichen eindeutig eine Zahl im Bereich von 32 bis 126 zugeordnet. Aus dem Buchstaben A wird etwa 65, aus dem Zeichen ~ wird 126 und aus 35 das Zeichen #.

      Das ASCII-System wurde für die Übertragung von elektronischen Daten 1963 entwickelt. Doch bereits davor nutzten Menschen zur Kommunikation Hilfssysteme auf Codierungsbasis, um Informationen

      • schnell über große Entfernungen transportieren zu können → z. B. optische Telegraphiesysteme.
      • alternativ darstellen zu können, weil der Empfänger die ursprüngliche Darstellung nicht nutzen konnte → z. B. Blindenschrift.
      • über einen alternativen Übertragungsweg übermitteln zu können, weil der reguläre Weg nicht sicher/zuverlässig zur Verfügung stand → z. B. Winkeralphabet.

    • Icon Aufgabe

      Informiert Euch über ein angegebenes Hilfssystem zur Darstellung von natürlichen Sprachen. Arbeitet die Informationen so auf, dass ihr dazu eine interaktive Show mit Euren Mitschülern durchführen könnt.
      Hinweise zur Umsetzung:

      • Ein Team hat 3 bis 4 Schüler.
      • Kein Thema darf mehrfach gewählt werden - einigt Euch!
      • Die Show darf maximal 10 Minuten gehen!


      Themenauswahl:

      • visuelles Hilfssystem (z. B. Winkeralphabet, Fackelzeichen nach Polybios, Gebärdensprache und Fingeralphabet, ColorAdd-Farbcode für Farbblinde)
      • akustisches Hilfssystem (z. B. Morsecode, Trompeten- oder Trommelsignale)
      • haptisches Hilfssystem (z. B.: Braille-Schrift, Moon-, Lorm-, oder Nießen-Alphabet, Abakus, Linienrechnen nach Adam Ries)


      Material: siehe nachfolgende Materialbox und Lehrbücher im Raum


      Termine:

      • 10/2: Show definitiv am 26.09.2023 (auch bei Krankheit eines Schülers)
      • 10/3: Show definitiv am 17.10.2023 (auch bei Krankheit eines Schülers), Abgabe der Showplanung/-unterlagen mit Zuordnung der Schüleraktionen bis zum 01.10.2023
    • Icon Textseite
      Materialbox für SuS des Kurses Textseite
      Nicht verfügbar, es sei denn: Sie sind in einer Gruppe
  • Sachverhalte und Zusammenhänge in einer logischen Programmiersprache

    • In den vorherigen Jahrgangsstufen konnten wir mithilfe blockbasierter Programmiersysteme Spiele entwickeln und autonome Systeme (wie etwa den Calliope) zum Messen und Steuern programmieren. Die Blöcke stellten Elemente eine formale Sprache dar, die zur Lösung eines Problems korrekt aneinander gereiht und verschachtelt werden mussten.

      Im dieser kurzen Sequenz wollen wir gruppenweise mithilfe einer alternativen Programmiersprache versuchen, dem Computer

      1. das korrekten Bilden von deutschen Sätzen beizubringen, damit dieser - als Vorstufe zu Alexa und Co. - Sätze prüfen oder generieren kann.
      2. das Lösen von logischen Rätseln beizubringen, damit wir es nicht lösen müssen - als Vorstufe von künstlicher Intelligenz.

    • Lösen logischer Rätsel - deklaratives Problemlösen

      ChatGPT schafft es ganz leicht, Logikrätsel zu lösen. Dazu muss es natürlich den Inhalt der Frage "verstehen" und eine logisch korrekte Antwort erzeugen. Schauen wir uns das mal mit der deklarativen Programmiersprache PROLOG an. Diese Sprache, die ursprünglich für KI entwickelt wurde, beschreibt Wissen durch Fakten und Regeln zu beschreiben. Über eine Anfrage an das System kann dieses dann das Rätsel lösen. Dies stellt eine völlig andere Art der Problemlösung durch Programmieren dar, als beim bisherigen imperativen Ansatz mithilfe eines Algorithmus.

    • Beispiel: 

      Die Jungen Fritz, Hans und Karl rudern mit ihren Booten auf einem See. Die Boote haben die Farben rot, grün und blau.
      Hans sitzt nicht im grünen Boot. Der Junge im roten Boot ist der Bruder von Fritz, der Junge im grünen Boot hat Streit mit Fritz.
      Wir suchen jeweils den Namen des Jungen im roten, grünen bzw. blauen Boot.

      Das Problem lässt sich nur schwer algorithmisch beschreiben/lösen. Versuchen wir es logisch.

      • Person: Hans, Fritz, Karl
      • Farben: rot, grün, blau
      • Boote bestehen aus einem Jungen und einer Farbe.
      • Lösungsmatrix: Hans nicht im grünen Boot ist schon eingetragen. Ergänze den Rest.

      F H K
      R
      G -
      B
    • Zusammenfassung