1.2.1 Probleme lösen, indem sie diese in Teilprobleme zerlegen
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können Probleme lösen, indem sie diese in Teilprobleme zerlegen.
Wordle in Python programmieren
Ein schrittweises Programmierprojekt für Python, bei dem das bekannte Spiel Wordle implementiert wird. Die Lernenden arbeiten sich dabei von grundlegenden Git-Befehlen und Konsoleneingaben bis hin zu komplexerer Logik mit Schleifen, Bedingungen und Listenvergleichen vor.
Web-Projekte mit HTML, CSS und JavaScript
Dieses Unterrichtsmaterial lässt Lernende zwischen drei Mini-Projekten (Memory-Spiel, Quiz-App, Pomodoro-Timer) oder einer eigenen Idee wählen, um HTML, CSS und JavaScript zu einer funktionsfähigen Webanwendung zusammenzuführen. Dabei wird gelernt, Probleme in Teilaufgaben zu zerlegen, Code zu strukturieren und interaktive Elemente mit JavaScript zu programmieren.
Roboter-Programmierung: Aus der Box und durch das Labyrinth
Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler schrittweise dazu, reale Probleme in Teilprobleme zu zerlegen und physische Roboter (micro:bit) mithilfe von Programmen und Sensoren durch eine Box und ein Labyrinth zu steuern. Dabei werden Planungsphasen, Block- bzw. Textprogrammierung und Fehleranalysen kombiniert.
Schwierige Probleme in der Informatik: Graphentheorie mit GraphBench
Das Unterrichtsmaterial führt anhand des Plans für ein Stadtfest in Bern in komplexe graphentheoretische Probleme ein. Die Lernenden nutzen die Software GraphBench, um NP-schwere Probleme wie das Hamilton-Kreis-Problem oder Graphenfärbbarkeit zu untersuchen, zu experimentieren und ihre Erkenntnisse zu präsentieren.
Der Weg zum Lösungsweg: Einführung in Computational Thinking und Algorithmen
Das Material führt theoretisch und anhand von Beispielen in die Grundlagen von Algorithmen und Computational Thinking ein. Es werden zentrale Konzepte wie Decomposition, Pattern Recognition, Abstraction und Algorithm Design erklärt.
Projektentwicklung und iterative Planung
Das Material führt in die systematische Projektentwicklung mit einem Fokus auf agile beziehungsweise iterative Planung im Vergleich zum Wasserfallmodell ein. Anhand eines konkreten Programmierprojekts in Greenfoot (Java) wenden die Lernenden die Methoden praktisch an und dokumentieren dies in einer Projektskizze.
Modellieren und Simulation in der Informatik
Der Text erklärt den Begriff des Modells in der Informatik, unterscheidet zwischen konzeptuellen und funktionalen Modellen und beschreibt den Prozess der Modellierung, der das Abstrahieren und anschliessende Umsetzen in Programmcode umfasst.
Konzept Computational Thinking
Der Text erläutert die Grundlagen des Computational Thinking als allgemeine Methode zur Problemlösung. Dabei werden die vier zentralen Denkfiguren Decomposition, Pattern Recognition, Abstraction und Algorithm Design detailliert beschrieben.
Konzept Iterative Development
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt das Konzept der iterativen Entwicklung in der Informatik anhand einer anschaulichen Analogie zum Gymnasium und vergleicht es mit dem Wasserfallmodell. Es vermittelt grundlegende Vorgehensweisen bei der Projektplanung und Problemlösung.
Abstraktion und Implementierung durch modularen Systemaufbau
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Konzepte der Abstraktion, Implementierung und modularer Systeme ein. Anhand praktischer Metaphern wie Landkarten und dem Bau eines einfachen Rechners wird gelernt, wie man komplexe Systeme durch Divide and Conquer handhabbar macht.
Roboter-Fernsteuerung mit Micro:bit programmieren
Dieses Unterrichtsmaterial leitet dazu an, eine Fernsteuerung für einen Maqueen-Roboter mithilfe von zwei Micro:bit-Mikrocontrollern zu programmieren. Dabei werden Ereignisse, Schleifen und Sensoren wie der Beschleunigungsmesser praktisch eingesetzt und algorithmische Problemlösungsfähigkeiten geschult.
Beschränktes Wachstum in Tabellenkalkulationen
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand eines konkreten Beispiels (Wölfe auf einer Insel) in das mathematische und modellierende Konzept des beschränkten Wachstums ein. Lernende passen ein bestehendes Tabellenblatt an, um die Restkapazität und das veränderte Bevölkerungswachstum zu simulieren und auszuwerten.
Aufgabensammlung Ginf: Daten, Information und Algorithmen
Dieses Dokument enthält eine umfangreiche Aufgabensammlung mit Lösungen aus dem Informatikunterricht an Schweizer Gymnasien. Thematisiert werden Codierungen (Dual-, Hexadezimal-, BCD-Code, Textcodierungen), Datenmengen, grundlegende Algorithmen sowie Graphen.
Abstraktion mit Graphen und Bäumen
Das Material erklärt anhand eines praktischen Beispiels (Routenplanung), wie reale Probleme durch Abstraktion in mathematische Strukturen wie gewichtete Graphen und Bäume überführt werden. Es behandelt die formalen Definitionen von Knoten, Kanten und Zyklen als Vorbereitung für die automatisierte Wegsuche.
Top-Down-Entwurf für das Spiel NumTrip
Die Lernenden erstellen in Gruppenarbeit einen strukturierten Top-down-Entwurf auf Papier für das Programmierprojekt NumTrip. Dabei wird das Zerlegen von Problemen in Teilprobleme über maximal vier Verfeinerungsebenen geübt und in einem Markdown-Dokument festgehalten.
Übungsprobe zu Algorithmen, Programmentwurf und Python-Funktionen
Das Material ist eine schriftliche und praktische Übungsprobe zur Programmiersprache Python. Sie umfasst Aufgaben zu Top-Down-Entwürfen, Code-Analyse bezüglich Sichtbarkeit und globalen Variablen, Listenoperationen sowie dem Refactoring von Spaghetti-Code.
Podcast-Produktion im Unterricht: Gliederung und Audioschnitt mit Audacity
Dieses Unterrichtsmaterial leitet Schülerinnen und Schüler Schritt für Schritt dazu an, einen eigenen Podcast zu konzipieren, eine logische Gliederung zu erstellen und die Audiospur mit der Software Audacity zu bearbeiten. Es enthält wichtige Hinweise zum Urheberrecht, zum sicheren Download von Software sowie zum Umgang mit verschiedenen Audioformaten.
Unterrichtsreihe Finanzdatenanalyse und KI-gestützte Finanzmarktprognosen
Diese Unterrichtsreihe verbindet Wirtschaft, Informatik und Mathematik in drei differenzierten Leistungsniveaus. Im ersten Teil werden Grundlagen der Finanzdatenanalyse und Visualisierung erarbeitet, während der zweite Teil eine Projektarbeit zu KI-gestützten Finanzmarktprognosen beinhaltet.
Einführung in die Simulation
Diese Unterrichtseinheit behandelt die approximative Lösung physikalischer Bewegungsprobleme am Computer. Dabei wird die kontinuierliche Bewegung in diskrete Zeitschritte zerlegt, um komplexe Kräfteverhältnisse schrittweise zu berechnen.
Backtracking-Algorithmen und Suchbäume
Dieses Unterrichtsmaterial für die 11. Klasse führt Lernende schrittweise an den Entwurf von Algorithmen heran, indem Suchbäume modelliert werden. Um speicherintensive Grenzen zu umgehen, wird das rekursive Backtracking-Verfahren als Lösungsansatz erarbeitet und angewandt.
Algorithmen-Entwurf und Parametrisierung am Beispiel VCmin
Diese Unterrichtseinheit behandelt den Entwurf anspruchsvoller Algorithmen am Beispiel der Parametrisierung des NP-schweren Optimierungsproblems VCmin. Anhand einer praxisnahen Geschichte zur Überwachung einer Laufstrecke mit Streckenposten wird das exponentielle Verhalten reduziert und das algorithmische Lösen von Teilproblemen vermittelt.
Konstruktive Induktion und rekursive Graphalgorithmen
Diese Unterrichtssequenz behandelt die systematische Entwicklung von Algorithmen mittels konstruktiver Induktion. Anhand von zwei Graphalgorithmen, motiviert durch die Speicherbereinigung, werden rekursive Ansätze und deren Korrektheit bei zyklischen Graphen untersucht.
Kryptanalyse von Märchen der Gebrüder Grimm
Das Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler schrittweise an die Entschlüsselung von Geheimtexten heran. Anhand von Märchen der Gebrüder Grimm lernen sie Methoden wie die Häufigkeitsanalyse und den Kasiski-Test anzuwenden sowie komplexe Probleme durch Zerlegung in Teilprobleme zu lösen.
Leitprogramm Entwurfsmethoden für Algorithmen: Greedy und Teile-und-Herrsche
Dieses Leitprogramm führt Schülerinnen und Schüler in zwei fundamentale Entwurfsmethoden für Algorithmen ein: die Greedy-Methode und das Teile-und-Herrsche-Prinzip. Anhand von Beispielen lernen Lernende, eigene Lösungsansätze zu entwickeln und auf verschiedene Probleme anzuwenden.
Leitprogramm: Einen Automaten erstellen
Dieses Leitprogramm führt Schritt für Schritt durch die Entwicklung und Analyse eines Automaten. Die Lernenden verfolgen nachvollziehbare Lösungsansätze, um anschliessend selbständig ähnliche Probleme zu analysieren und entsprechende Automaten zu entwerfen.
Rekursion und binäre Exponentiation
Diese Unterrichtseinheit führt anschaulich in das Konzept der Rekursion ein und nutzt dazu die binäre Exponentiation zur effizienten Berechnung von Potenzen. Die Schülerinnen und Schüler lernen, Probleme in Teilprobleme zu zerlegen, und implementieren den Algorithmus schrittweise in Python, gefolgt von vertiefenden Übungen.
Division mit Divide et Impera in verschiedenen Zahlensystemen
Eine Lernumgebung, in der Schülerinnen und Schüler die Division mithilfe der Divide-et-Impera-Methode in verschiedenen Zahlensystemen wie Römisch, Binär und Maya durchführen. Das Material verbindet algorithmisches Denken mit der Repräsentation von Daten in unterschiedlichen historischen und mathematischen Kontexten.
Informatik-Rätsel ohne Computer (Abenteuer Informatik)
Dieses Lehrmittel bietet spielerische Aufgaben auf Papier, um algorithmisches Denken und das Zerlegen von Problemen in Teilschritte zu vermitteln. Die Schülerinnen und Schüler erfahren informatische Grundkonzepte komplett ohne den Einsatz von Computern.
Theoretische Informatik: Formale Sprachen, Automaten und Compilerbau
Dieses Lehrbuch bietet einen fundierten Einstieg in die theoretische Informatik mit Fokus auf formale Sprachen, endliche Automaten und Grammatiken. Es verbindet theoretische Grundlagen mit praktischen Projekten zur Analyse von Programmiersprachen und eignet sich hervorragend für den Einsatz im fortgeschrittenen Gymnasialunterricht.
DynaTraffic: Markov-Ketten in Verkehrssystemen
Diese Lernumgebung modelliert ein Verkehrssystem mit mehreren Kreuzungen, um in Markov-Ketten und mathematische Prognosen einzuführen. Das Material enthält einen Einführungsvortrag, Aufgaben sowie detaillierte Lösungen für fortgeschrittene Lerngruppen.
8-Bit-Multiplikation
Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler schrittweise an die binäre Multiplikation und den Shift-&-Add-Algorithmus heran. Anhand von schriftlichen Übungen und dem Bau eines mechanischen Automaten aus einem Lochbrett wird die Funktionsweise einer CPU auf Hardware-Ebene nachvollzogen.
Schnelle Multiplikation - Verfahren von Karatsuba
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt das Karatsuba-Verfahren zur schnellen Multiplikation grosser Zahlen. Die Lernenden erarbeiten sich das 'Divide and Conquer'-Prinzip, wenden es handschriftlich an und vergleichen die Effizienz mit der herkömmlichen Schulmethode.
Das Fizz-Buzz Spiel in Excel
Anhand des bekannten Fizz-Buzz-Spiels lernen die Schülerinnen und Schüler, logische Bedingungen und mathematische Funktionen in Excel wie WENN, REST und TEXTKETTE einzusetzen. Das Material regt dazu an, Hilfsspalten zu eliminieren, Formeln zu verschachteln und die Logik um eigene Bedingungen zu erweitern.
Das Schichtenmodell in Alltag und Informatik
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand eines alltäglichen Beispiels (Schulmöbeltransport) in das Konzept des Schichtenmodells ein. Es werden die Vorteile wie Wiederverwendbarkeit und austauschbare Schichten erläutert und Bezüge zu Netzwerken und anderen Wissenschaften hergestellt.
SQL Murder Mystery
Ein interaktives Detektivspiel, bei dem Lernende SQL-Abfragen verwenden müssen, um Hinweise in einer Datenbank zu finden und einen Mordfall zu lösen. Es eignet sich hervorragend für den praktischen Einstieg in relationale Datenbanken und SQL-Befehle.
Roboter-Programmierung: Muster fahren
Dieses Unterrichtsmaterial lässt Lernende Roboter so programmieren, dass sie verschiedene geometrische Muster und Figuren abfahren. Dabei lernen sie, Probleme in Teilprobleme zu zerlegen, Befehlssequenzen zu erstellen und Schleifen zur Code-Optimierung einzusetzen. Kontrollfragen vertiefen das Verständnis für die Zusammenhänge zwischen Programmcode, Mechanik und geometrischen Formen.
Kara Java-Lernumgebung und Programmieraufgaben
Dieses Material enthält die Software und Aufgaben für Kara den Marienkäfer, eine intuitive Programmierumgebung in Java für den Einstieg in die algorithmische Problemlösung. Schülerinnen und Schüler lernen sequenzielle Abläufe, Kontrollstrukturen und das Steuern von Objekten anhand praxisnaher Rätsel und Programmieraufgaben.
Kara Java: Programmierumgebung und Aufgaben
Dieses Materialpaket enthält die Programmierumgebung Kara zusammen mit einer Vielzahl von Aufgaben und Hilfen, bei denen ein Marienkäfer durch das Ausführen von Befehlen durch labyrinthische Welten gesteuert wird. Es fördert spielerisch das algorithmische Denken und die Programmierung in einer blockbasierten oder textuellen Umgebung. Die Lernenden lösen Problemstellungen durch das Erstellen und Erweitern von Algorithmen.
NIKI-Aufgaben nach KARA portiert
Eine Sammlung von Programmieraufgaben für den Lernroboter Kara, bei denen verschiedene Routinen wie Container-Transporte, Bewegungspfade und Hindernisüberwindung gelöst werden müssen. Die Aufgaben fördern das logische Denken und die algorithmische Problemlösung anhand eines anschaulichen Modellroboters.
Einführung in algorithmische Grundstrukturen an Hand der Programmierumgebung Kara
Diese pädagogische Arbeit dokumentiert eine Unterrichtseinheit zur Einführung in algorithmische Grundstrukturen für die 8. Klasse an Gymnasien. Mithilfe der grafischen Programmierumgebung Kara lernen die Schüler spielerisch die Grundlagen des Programmierens wie Sequenzen, Verzweigungen und Wiederholungen kennen. Das Material umfasst sowohl fachwissenschaftliche Analysen als auch detaillierte methodisch-didaktische Planungen für mehrere Doppelstunden.
Einführung in die Programmierung mit Scratch
Dieses Unterrichtsmaterial bietet eine spielerische Einführung in die Grundlagen der Programmierung für Gymnasiasten. Anhand von praktischen Programmieraufgaben lernen die Schülerinnen und Schüler, Algorithmen zu verstehen, Probleme in Teilprobleme zu zerlegen und eigene Programme zu erstellen.
Einführung in die Informatik: Grundlagen und Algorithmen
Das Unterrichtsmaterial bietet eine fundierte Einführung in grundlegende Informatikthemen wie Algorithmen, Datenstrukturen und Programmierkonzepte. Es enthält theoretische Erklärungen sowie praxisnahe Übungen für den Einsatz am Gymnasium.
Einführung in die Informatik und Algorithmen
Das Material bietet eine strukturierte Einführung in grundlegende Konzepte der Informatik, insbesondere Algorithmen und Datenstrukturen. Es enthält anschauliche Grafiken sowie Erklärungen zur algorithmischen Problemlösung und Programmierung.
NP-vollständige Probleme in der Graphentheorie
Das Dokument behandelt verschiedene klassische und komplexe Graphenprobleme wie das Hamilton-Kreis-Problem, das Travelling Salesman Problem, Graphenfärbung, Vertex Cover, Clique, Independent Set und Satisfiability. Es erläutert deren Eigenschaften, NP-Vollständigkeit und Lösungsansätze mittels Backtracking oder Heuristiken.
Job-Shop Scheduling Algorithmen
Das Material erklärt das klassische Job-Shop Scheduling Problem als Optimierungsaufgabe in der Fabrikations- und Transportplanung. Es behandelt die Modellierung mittels gerichteter, azyklischer Graphen, die Analyse von Komplexität und Ablaufplänen sowie einen spielerisch-interaktiven Zugang zur Optimierung.
LogicTraffic: Lösungen zu Ampel- und Kreuzungslogik
Dieses Dokument enthält detaillierte Lösungen und Erklärungen zu Aufgaben rund um die Aussagenlogik am Beispiel von Verkehrsampeln und Kreuzungssituationen (LogicTraffic). Es behandelt die Erstellung von Wahrheitstabellen, das Aufstellen und Vereinfachen von logischen Formeln in KNF, DNF und Tautologien. Das Material eignet sich hervorragend zur Nachbereitung und Vertiefung im Informatikunterricht.
Aufgaben zu Flussdiagrammen
Dieses Unterrichtsmaterial enthält praktische Aufgaben zur Erstellung von Flussdiagrammen, einschliesslich der Anwendung von Symbolen, Verzweigungen und Unterprogrammen. Die Lernenden modellieren alltägliche Abläufe sowie Kochrezepte grafisch.
Funktionen in Python
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Funktionen in Python ein. Anhand von Erklärungen, Hinweisen zur Benennung und praktischen Programmieraufgaben (wie einer Temperaturumrechnung) lernen Schülerinnen und Schüler, Code zu modularisieren und Teilprobleme zu lösen.
Wissenschaftliche Simulationen: Modellieren, Simulieren, Validieren
Der Text erklärt die Simulation als dritte Säule der wissenschaftlichen Forschung und beschreibt die drei zentralen Phasen des Simulationsprozesses: Modellieren, Simulieren und Validieren. Anhand dieser Phasen wird erläutert, wie reale Systeme vereinfacht, in funktionale Computermodelle überführt und die Ergebnisse schliesslich mit der Realität abgeglichen werden.
Validierung und Visualisierung von Simulationen mit Matplotlib
Dieses Unterrichtsmaterial leitet Lernende dazu an, eine bestehende Simulation von Infektionskrankheiten zu validieren und mithilfe der Bibliothek matplotlib zu visualisieren. Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihr Programm um Diagramme, passen Simulationsparameter an und verfeinern das Modell durch Zusatzaufgaben.
Arbeiten mit Zuständen beim Thymio-Roboter
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand des Thymio-Roboters in das Konzept von Zuständen und Zustandsübergängen ein. Anhand von praktischen Beispielen und Übungen lernen die Lernenden, wie Zustände mithilfe von LEDs und Abfragen für sequenzielle Steuerungen genutzt werden.
Konzept Monte Carlo Methode
Der Text erklärt das Grundprinzip der Monte-Carlo-Methode zur approximativen Lösung schwieriger Probleme mithilfe von Zufallsexperimenten. Anhand einer anschaulichen Würfel-Analogie wird veranschaulicht, wie durch eine hohe Anzahl von Testfällen verlässliche Ergebnisse erzielt werden können.
Softwareentwicklung: Teile und herrsche sowie Top-down und Bottom-up
Der Text erklärt grundlegende Techniken des Software Engineerings wie die Zerlegung von Problemen in Teilprobleme sowie die Ansätze Top-down und Bottom-up. Er beleuchtet deren Anwendung sowohl im Bereich der Algorithmen als auch bei der prozeduralen Programmierung.
Einführung in die Rekursion
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept der Rekursion ein, ausgehend von Top-down- und Bottom-up-Problemlösungsstrategien. Es zeigt auf, wie kleinere Teilprobleme mit derselben Methode gelöst werden, und untersucht entsprechende Anwendungsbereiche.
Entwicklung eines Approximationsalgorithmus für das Simple Knapsack Problem
Das Material beschreibt den Versuch der Entwicklung eines Approximationsalgorithmus für das Rucksackproblem (Simple Knapsack Problem) im Unterricht der 9. oder 10. Jahrgangsstufe. Es bietet Einblicke in die algorithmische Problemlösung und die Annäherung an Optimierungsprobleme auf Sekundarstufe II.
Unterrichtssequenz zur Induktion (Kombinatorik und Induktion)
Diese Unterrichtssequenz für das Gymnasium behandelt das Thema Induktion als Erweiterung zum Kapitel Kombinatorik und Induktion. Sie wurde im Rahmen der Fachdidaktik Informatik II im Jahr 2022 erarbeitet.
Unterrichtssequenz Induktion in der Kombinatorik
Diese Unterrichtssequenz erweitert das Lehrmittel 'Algorithmen und Künstliche Intelligenz' um das Kapitel Kombinatorik und Induktion. Sie bietet didaktisches Material für das Gymnasium im Bereich der algorithmischen Problemlösung und mathematischen Methoden.
Einfach Informatik: Strategien entwickeln
Dieses Lehrmittel führt Schülerinnen und Schüler dazu, eigenständig Lösungsstrategien für verschiedene Szenarien zu entwickeln und zu erklären. Es vermittelt methodisches Vorgehen zur Problemlösung im Informatikunterricht.
Graphenfärbung und Affenpuzzle
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt spielerisch und anschaulich Probleme aus der Graphentheorie (Graphenfärbung) sowie kombinatorische Suchprobleme (Affenpuzzle). Anhand von praxisnahen Aufgaben wird aufgezeigt, wie die Komplexität von Problemen rasant ansteigen kann. Die Materialien eignen sich gut für den Einstieg in die algorithmische Problemlösung.
Automation: Probleme algorithmisch lösen mit Kara
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand der Programmierumgebung Kara in die Grundlagen endlicher Automaten und algorithmisches Denken ein. Die Schüler lernen, Probleme zu strukturieren und iterativ zu lösen, begleitet von einer praktischen Einführung und einer Reflexionsübung.
Pulsschlag entdecken
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die algorithmische Erkennung von Pulsschlägen anhand von Messwertdiagrammen. Die Lernenden erarbeiten sich Methoden zur Bestimmung einer Baseline, um Signale von Hintergrundrauschen zu unterscheiden.
Algorithmisch lösbare und unlösbare Probleme: Aufgaben zur Reduktion
Das Material stellt zwei Aufgaben zum Thema Reduktion von Problemen für den Gymnasialunterricht vor. Es kommt dabei ohne formale Grundlagen der Berechenbarkeit und Komplexität aus.
Graphen (Lernumgebung für Primarstufe)
Diese Lernumgebung führt Schülerinnen und Schüler spielerisch in das Konzept von Graphen ein. Es werden Problemstellungen wie kürzeste Wege, Kreise und Rundwege mit Deadlines behandelt.
Informatik-Lehrmittelsammlung eduskript.org und Polynom-Nullstellen mit Python
Das Material zeigt eine umfangreiche Übersicht über Informatik-Themen einer Lernplattform sowie ein kurzes Anwendungsbeispiel zur Bestimmung von Nullstellen höheren Grades mittels Polynomdivision und Python-Visualisierung.