Informatik

Der Unterricht im Wahlfach beginnt in der Klassenstufe 9 meistens mit dem Erlernen von Techniken zur Darstellung von Informationen im Internet (HTML, CSS, Bildbearbeitung). Dabei stehen größtenteils selbst entwickelte und umgesetzte Mini-Projekte im Mittelpunkt, so dass das eigenständige Arbeiten großen Raum einnimmt. Aber auch die Binärdarstellung von Informationen in speziellen Pixelformaten oder die Speicherung von Informationen im Computer bilden wichtige Bausteine des Unterrichts.
Ab dem zweiten Halbjahr der 9. Klasse heißt das Kapitel des Lernplans “Algorithmisches Problemlösen”, was umgangssprachlich nichts anderes bedeutet als Programmieren zu lernen. Wir beginnen dabei mit der speziell für das Erlenen konzipierten Umgebung “Scratch”. Dabei handelt es sich um eine grafikorientierte Sprache, bei der man verschiedene Bausteine zusammenstellen kann und so Fehler, die aus einer falschen Schreibweise entstehen, unmöglich sind. Gleichzeitig werden wichtige informatische Konzepte wie Fallunterscheidungen, Schleifen, Modularisierungen etc. spielerisch erlernt und der Umgang damit eingeübt. Auch hier wird in der Regel an Mini-Projekten gearbeitet, die in vielen kleinen selbstgestallteten Spielen und selbstprogrammierten Interaktionsmöglichkeiten mündet. Je nach Interessenslage der Lerngruppe und der Geschwindigkeit des Vorgehens kann auch der Einsatz unserer Roboter-Flotte möglich sein, denn auch hier ist die Programmiersprache grafisch orientiert und eignet sich somit gut für den Einstieg ins Programmmieren.

In Klasse 10 wird dann im Rahmen der imperativen Programmierung eine “klassische” textbasierte Programmiersprache erlernt. Am Schlossgymnasium haben wir uns seit einigen Jahren sowohl im Wahlfach als auch in der Oberstufe für die Programmiersprache “Python” entschieden, die weltweit zu den fünf wichtigsten Programmiersprachen zählt. Weitere Kapitel in Klasse 10 sind Nutzung und Modellierung von Datenbanksystemen, wir nutzen hierbei die Sprache SQL. Darüberhinaus beschäftigen wir uns mit den Grundlage der Verarbeitung von Informationen in Schaltungen, d.h. wir erarbeiten uns logische Verknüpfungen wie AND, OR oder XOR und probieren diese mit realen Schaltplatinen und Leuchtdioden aus.

Als Schulbuch wird in allen Informatik-Kursen am Schlossgymnasium das in Rheinland-Pfalz entwickelte und maßgeblich von Rheinland-Pfälzern ständig weiterentwickelte kostenlose Online-Lehrbuch https://www.inf-schule.de verwendet.

Diejenigen Schülerinnen und Schüler, die die Teilnahme am Informatik-Unterricht gewählt haben, werden meist aus mehreren Klassen in eine Lenrgruppe zusammengefasst. Daher liegt der Unterricht für das Informatik-Wahlfach in der Regel am Beginn oder am Ende des Schultages, also entweder in der 1. Stunde oder im Bereich der 7./8. Stunde.

Bei uns am Schlossgymnasium kann man bei Interesse Informatik in der Oberstufe als Grundkurs oder als Leistungskurs wählen.

Voraussetzungen für Grund- und Leistungskurs

Es ist empfehlenswert, vor der Wahl von Informatik als Grundkurs schon den Informatik-Schwerpunkt ab Klasse  oder den Wahlfach-Unterricht in Jahrgang 9 und 10 zu besuchen. Aber auch ohne Besuch des Wahlfachs ist es immer noch möglich, Grundkurs Informatik zu wählen. Da man dann allerdings mit Schülerinnen und Schülern zusammen im Grundkurs ist, die schon zwei Jahre “Vorsprung” durch den Wahlfach-Unterricht haben, sollte hier auf Seiten der “neu hinzukommenden” Schülerinnen und Schüler eine hohe Motivation vorhanden sein, den dadurch vorhandenen Wissensvorsprung der anderen auch eigenständig aufzuarbeiten, natürlich auch mit Unterstützung der jeweiligen Lehrkraft. Daher empfehlen wir in so einem Fall möglichst schon in der 10. Klasse ein Gespräch mit einer Informatik-Lehrkraft, um zu klären, was im Grundfach auf sie zukommt.

Voraussetzung für die Wahl als Leistungskurs ist die durchgehende Belegung von Informatik als Wahlfach in den Klassen 9 und 10 oder Teilnahme am Informatik-Schwerpunkt ab Klasse 7. Wenn man zu Beginn der Jahrgangsstufe 11 an unsere Schule wechselt und Informatik als Leistungsfach nehmen möchte, ohne vorher Wahlfach-Unterricht gehabt zu haben (vielleicht weil es das an der vorigen Schule nicht gab), kann man entsprechende selbst erworbene Kenntnisse auch durch eine mündliche Prüfung am Ende des 10. Schuljahres nachweisen und dann direkt zu Beginn der Jahrgangsstufe 11 in den Leistungskurs einsteigen.

Inhalte Grundkurs

Im Grundkursbereich steht in Jahrgang 11 das Anwenden von Algorithmen im Mittelpunkt, wir nutzen dabei wie schon im Wahlfach die Programmiersprache Python. Dabei geht es sowohl um die eigenständige Entwicklung von Problemlösungen als auch um das Verstehen bekannter und wichtiger Verfahren (z.B. unterschiedliche Sortierverfahren) und die Abschätzung von Aufwand und Dauer bei der Verwendung. In Jahrgang 12 geht es um Rechnerarchitektur und Digitaltechnik, gefolgt von Kommunikation in Rechnernetzen. Hier spielen selbstverständlich Verschlüsselung (Kryptologie), Sicherheitsziele und der Datenschutz sehr große und zentrale Rollen. Den Abschluss des Grundkursunterrichtes bildet die Spracherkennung mit Automaten und Turingmaschinen sowie das Erlernen von objektorientierter Programmierung. Im Grundkursbereich nehmen wir regelmäßig sehr schöne mündliche Abiturprüfungen ab.
Bei allen diesen Themen verwenden wir eine Vielzahl von Programmen, die die jeweiligen Konzepte oder Ansätze direkt erfahrbar machen, wie z.B. Kara, Filius, Cryptool, JFlap, Bonsai, Johnny, LogicSim und weitere… Und je nach Thema wird es dann noch konkreter, wenn wir dann z.B. in der Digitaltechnik mit Experimentierplatinen selbst komplexe Schaltungen erstellen oder Botschaften mit selbst entwickelte Codierungen an unsere Kommunikationspartner übertragen.

Inhalte Leistungskurs

Prinzipiell werden im Leistungskurs alle Themen behandelt, die auch im Grundkurs auf dem Lehrplan stehen, allerdings wesentlich vertiefter und ausführlicher und mit wesentlich mehr Theoriebildung und Schwerpunktlegung auf fundamentale informatische Konzepte als im Grundkurs, wo oft mehr die rein praktische Anwendung im Mittelpunkt steht. Zusätzliche Themen, die laut Lehrplan im Leistungsfach behandelt werden, sind unter anderem Deklarative Programmierung (umgesetzt mit logischer oder funktionaler Programmierung), rekursive Algorithmen, “Informatik und Gesellschaft” und die Grenzen der Berechenbarkeit.

Als Schulbuch wird in allen Informatik-Kursen am Schlossgymnasium das in Rheinland-Pfalz entwickelte und maßgeblich von Rheinland-Pfälzern ständig weiterentwickelte kostenlose Online-Lehrbuch https://www.inf-schule.de verwendet.

Informatik-Biber

Wie selbstverständlich kommen bei uns alle Schülerinnen und Schüler jedes Jahr im November mit informatischen Inhalten in Berührung: So melden wir alle zur Teilnahme am Grundlagen-Wettbewerb “Biber der Informatik” an. In den Jahren 2017 und 2018 haben wir jeweils über 1.000 Teilnehmer verzeichnet und regelmäßig werden teilnehmende Schülerinnen und Schüler mit Preisen ausgezeichnet, im Jahr 2018 hatten wir Preisträger aus allen Jahrgangsstufen von 5 bis 13.

Jugendwettbewerb Informatik (JwInf)

Interessierte Schülerinnen und Schüler betreuen wir sehr gerne bei der Teilnahme am Jugendwettbewerb Informatik (JwInf), der so konzipiert ist, dass Schülerinnen und Schüler hier einen einfachen Einstieg in das Programmieren finden können – aber auch für Schülerinnen und Schüler, die Programmiererfahrung haben, sind die in drei Schwierigkeitsgrade gestuften Aufgaben eine schöne Herausforderung und Abwechselung vom Schulalltag. Schülerinnen und Schüler mit herausragenden Biber-Ergebnissen werden hierbei von uns besonders angesprochen.

Bundeswettbewerb Informatik (BWInf)

Konzeptionell über dem JwInf ist der herausfordernde Bundeswettbewerb Informatik (BwInf) angesiedelt. Hier werden von uns am Schlossgymnasium die Schülerinenn und Schüler aus dem Informatik-Unterricht heran geführt und angeleitet, so dass wir regelmäßig Schülerinnen und Schüler für sehr gute Leistungen in der ersten Runde ehren dürfen. Aber auch unser Engagement als Schule wird honoriert, so wurden wir in den Schuljahren 2016/2017 und 2017/2018 jeweils als “BwInf-Schule in Gold” ausgezeichnet – als einzige Schule in Rheinland-Pfalz.

Astro-Pi

Außerhalb der von den “Bundesweite Informatikwettbewerben” organisierten Reihe Biber – JwInf – BwInf nehmen Schülerinnen und Schüler auch an weiteren Informatik-Wettbewerben teil. So sorgte die Teilnahme am Wettbewerb “AstroPi” von Europäischer Weltraumagentur ESA und Raspberry Pi-Foundation im Schuljahr 2017/2018 für kurzzeitige Abwechselung auf der Internationalen Raumstation ISS, als ein von unseren Schülern erstellter Code auf den an Bord befindlichen Computern abgespielt wurde – also im Weltall. 🙂

Roboter-Wettbewerbe

Weitere Wettbewerbsteilnahmen finden sich außerdem in der Rubrik “Kurfürstliche Roboter – unsere Robotik-AG”.

Die Roboter-AG am Schlossgymnasium begann 2009 mit vier vom Förderverein der Technischen Universität Kaiserslautern gespendete Lego NXT-Robotern. In den vergangenen Jahren haben wir die Roboter auf die aktuelle Version EV3 aktualisieren können und eine respektable Flotte von fast 20 Robotern aufbauen können. Diese werden auch regelmäßig im regulären Fachunterricht (z.B. in Nawi Klasse 6 (Themenfeld “Geräte und
Maschinen im Alltag”) und in Physik Klasse 10 (Themenfeld “Sensorik”) eingesetzt.

In der Robotik-AG steht zum einen die Teilnahme an Wettbewerben im Fokus vieler Schülerinnen und Schüler:

First Lego League (FLL)

Seit 2016 haben wir immer mindestens ein Team zur “First Lego League” (FLL) entsenden können. Die FLL ist ein Wettbewerb, der zum einen aus einem Roboter-lastigen Teil besteht: Beim “Robot Game” muss ein selbstgebauter und selbst programmierter Roboter auf einem gegebenen Spielfeld an unterschiedlichen Stationen möglichst viele Aufgaben erfolgreich lösen und zurückkehren, denn nur in einem speziellen Bereich des Spielfeldes darf der Roboter berührt werden. Außerdem wird das Design des Roboters und die Programmierung extra bewertet. Weitere Aufgaben der FLL ist ein von den Schülern selbst gewählter und bearbeiteter Forschungsauftrag, passend zum saisonalen Titel, der vor einer Jury präsentiert werden muss. Darüberhinaus wird in einer Teamaufgabe geprüft, wie gut das FLL-Team gemeinsam ein vorher unbekanntes Problem als Gruppe lösen kann. Unsere Schülerinnen und Schüler wurden dabei in den letzten Jahren für das Roboter Design (2016) mit dem 1. Preis geehrt und im Jahr 2017 bekamen sie den Sonderpreis der Jury bei den jeweiligen Regionalwettbewerben. Insgesamt zählt hier aber für uns nicht das Erreichen der nächsten Runde, sondern das langfristige Arbeiten am Projekt und der Vergleich mit anderen Gruppen, von denen wir noch viel lernen können.

World Robotic Olympiad (WRO)

Seit 2017 betreuen wir Teilnehmer an der Regular Kategory der World Robotic Olympiad (WRO), die in Rheinland-Pfalz auch als Landeswettbewerb Robotik ausgetragen wird. Bei der WRO reisen die Teams mit einem selbstprogrammierten Programm an, allerdings muss der Roboter zunächst einmal aus Einzelteilen und ohne jede Anleitung neu programmiert werden.
Der Roboter soll dann auf einem Spielfeld scheinbar einfach aussehende Aufgaben vollführen – dadurch, dass der Roboter unter Zeitdruck neu gebaut werden muss, ist das allerdings wesentlich komplexer, als es zunächst aussieht. Dennoch verzeichnen wir eine steigende Nachfrage nach diesem anspruchsvollen Wettbewerb.

Robotik-Wettbewerb der Hopp-Foundation

Im Sommer 2018 durften wir erstmals am Robotik-Wettbewerb der Hopp-Foundation for computer literacy & informatics mit einer Gruppe von 6. Klässlern teilnehmen. Bei diesem Wettbewerb gibt es im Gegensatz zu den vorherigen kein Spielfeld, sondern Übungsaufgaben vorab, die man durch das geschickte Verknüpfen von sinnvoll eingesetzten Sensoren am Roboter lösen kann. Geschult durch dieses Üben können dann am Wettbewerbstag die Schülerinnen und Schüler neue Aufgaben sehr erfolgreich bearbeiten und lösen.

Entwicklung der AG – Teilnahmemöglichkeit

An den Wettbewerbsteilnahmen kann man erkennen, dass die Robotik-AG in den letzten Jahren eine gewisse Dynamik erfahren hat. Ablesbar ist das auch daran, dass die AG in den letzten drei Jahren von den teilnehmenden Schülerinnen und Schüler zunächst in “Schlobotics” (Schlossgymnasium + Robotic) und danach in den aktuellen Namen “Kurfürstliche Roboter” umbenannt wurde.

Das zweite Standbein der AG sind Schülerinnen und Schüler, die recht frei mit den Robotern arbeiten. Teilweise bauen sie nach Anleitung Roboter auf und testen diese, teilweise werden eigenständige Kreationen entwickeln und so der Umgang sowohl mit Technik als auch Programmierung eigenständig und interessengeleitet erlernt. Hier wird technische Kreativität ausprobiert und ausgetestet.

Die AG ist offen für alle Schülerinnen und Schüler, allerdings raten wir von einer Teilnahme in Klasse 5 noch ab, um eine ruhige und geordnete Ankunft und eine erfolgreiche Adaption an die neue Schule zu erreichen.