Informatik und ihre Anwendungen (SPF, Kanton AG)
Materialien geordnet nach dem Rahmenlehrplan Maturitätsschulen (EDK 2024). Links ein Teilgebiet oder eine Kompetenz wählen — oder direkt suchen.
Alle Materialien (218)
Projektentwicklung und Software-Engineering mit iterativer Planung
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die systematische Planung und Durchführung von Softwareprojekten im Informatikunterricht. Es vergleicht das klassische Wasserfallmodell mit der iterativen Planung und veranschaulicht das Konzept an Hand eines Programmierprojekts in Java beziehungsweise Greenfoot inklusive Projektsteuerung mit Projektskizzen.
PPG-Signal aufnehmen und visualisieren mit Smartphone und Python
Die Schülerinnen und Schüler nehmen mithilfe eines Smartphone-Videos und einer Taschenlampen-Funktion ein eigenes photoplethysmografisches (PPG) Signal auf. Sie nutzen Python und die OpenCV-Bibliothek zur Extraktion der Farbwerte, exportieren diese in eine CSV-Datei und visualisieren sowie analysieren das Pulssignal schliesslich in Microsoft Excel.
Datenbankdesign – Von einer Tabelle zu vielen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Normalisierung von relationalen Datenbanken ein. Anhand eines Spotify-Datensatzes werden Probleme flacher Tabellen, Primär- und Fremdschlüssel sowie die drei Beziehungstypen (1:1, 1:n, n:m) inklusive Verknüpfungstabellen erklärt und durch Übungen vertieft.
Weltbank-Indikatoren Projekt: Daten mit SQL in Python
In diesem umfassenden Programmierprojekt entwickeln die Lernenden eine eigene Python-Anwendung zur Analyse von Weltbank-Daten. Dabei wird eine SQLite-Datenbank mittels Python und SQL abgefragt, verarbeitet und interaktiv aufbereitet.
Roboterprogrammierung mit Python: Funktionen, Parameter und Code-Refactoring
Dieses Unterrichtsmaterial zeigt anhand eines Maqueen-Roboters mit Micro:bit, wie Python-Funktionen mit mehreren und optionalen Parametern sowie dem return-Statement eingesetzt werden. Zudem wird erklärt, wie man Code durch Modularisierung und Auslagerung in verschiedene Dateien refaktoriert.
Asymmetrische Kryptografie und RSA
Dieses Unterrichtsmaterial führt anschaulich über ein Couvert-Modell in die Grundlagen der asymmetrischen Kryptografie, digitale Signaturen und hybride Verschlüsselung ein. Anschliessend wird das RSA-Verfahren mit konkreten mathematischen Beispielen und dem Faktorisierungsproblem vertieft.
GameGridKara 2.0 – Java lernen mit Kara
Dieses Unterrichtsmaterial bietet eine strukturierte Einführung in die Programmierung mit Java anhand der visuellen Umgebung von Kara dem Marienkäfer. Es deckt grundlegende Konzepte wie Kontrollstrukturen, Variablen, Methoden sowie objektorientierte Grundlagen ab und enthält zahlreiche Handouts sowie Lösungen.
Logische Gatter und digitale Schaltungen
Das Unterrichtsmaterial führt in die Welt der digitalen Logik ein und behandelt gängige logische Gatter wie Inverter, AND, OR, XOR und NAND. Anhand praktischer Alltagsbeispiele und Aufgaben für die Simulationssoftware CircuitVerse lernen Schülerinnen und Schüler, Schaltungen zu analysieren, Wahrheitstabellen zu erstellen und eigene logische Entwürfe zu realisieren.
Schleifen in Java mit Greenfoot
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Schleifen (for- und while-Schleifen) in Java ein. Anhand von praktischen Beispielen und der Programmierumgebung Greenfoot lernen die Schülerinnen und Schüler, wiederkehrende Abläufe zu programmieren und Figuren zu zeichnen.
Mit Python-Schleifen und Listen zeichnen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Nutzung von for-Schleifen und Listen in Python ein. Anhand von praktischen Programmieraufgaben mit der Turtle-Grafik lernen die Lernenden, über Sequenzen zu iterieren, Datentypen einzusetzen und die Länge von Listen zu ermitteln.
Funktionen in Python
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Funktionen in Python ein. Es behandelt die Definition von Funktionen, Parameter, Rückgabewerte mit return sowie das Importieren von Modulen anhand praxisnaher Beispiele und Programmieraufgaben.
Das Geburtstagsparadoxon: Simulation und Rekursion in Python
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand des berühmten Geburtstagsparadoxons in die Programmierung mit Python ein. Die Lernenden berechnen die Wahrscheinlichkeiten zunächst mittels Schleifen und implementieren den Algorithmus anschliessend rekursiv.
Zufall und Wahrscheinlichkeiten simulieren in Python
Anhand praktischer Programmieraufgaben in Python lernen Schülerinnen und Schüler, Zufallszahlen zu generieren und Wahrscheinlichkeiten durch Simulationen zu ermitteln. Dabei werden verschiedene Kontrollstrukturen wie Schleifen und Bedingungen angewendet, um spielerische Szenarien wie Würfelspiele auszuwerten.
Daten abfragen mit SELECT
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen von SQL ein und erklärt anhand einer Spotify-Datenbank, wie Daten mit SELECT, WHERE, ORDER BY und LIMIT abgefragt und gefiltert werden. Zudem wird auf die Problematik flacher Tabellen und die Vorteile relationaler Datenbanken eingegangen.
Programmieren mit dem Micro:bit: Event-Loops, Funktionen und State Machines
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand von praktischen Micro:bit-Begebenheiten in Python in Programmierkonzepte wie Event-Loops, das return-Statement und Zustandsmaschinen ein. Die Lernenden erweitern bestehende Funktionen, fragen Tasten ab und setzen eigene Logiken um.
GreenfootKara – Java lernen mit Kara in der Greenfoot-Umgebung
Dieses Unterrichtsmaterial bietet einen praxisnahen und visuellen Einstieg in die Programmierung mit Java anhand der Roboter-Umgebung GreenfootKara. Über 16 bis 20 Lektionen hinweg werden grundlegende Programmierkonzepte wie Klassen, Objekte, Kontrollstrukturen und Methoden vermittelt.
Software Projekt Morphing Tool
Diese Unterrichtseinheit führt Schülerinnen und Schüler praxisnah in die Planung und Umsetzung eines kleineren Java-Softwareprojekts im Team ein. Anhand der Entwicklung eines GUI-basierten Morphing-Tools für Gesichter erfahren sie die Bedeutung strukturierter Kommunikation und vorausschauender Projektarbeit.
Zweidimensionale Listen in Python
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von mehrdimensionalen Listen (Matrizen und Tabellen) in Python ein. Anhand von praktischen Beispielen, Programmierübungen und Aufgaben wie der Darstellung von Bildern als Pixel-Grids lernen Schülerinnen und Schüler, verschachtelte Schleifen und Referenzen in Python zu verstehen und anzuwenden.
Einführung in Variablen und Datentypen in Python
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Verwendung von Variablen, Wertzuweisungen und Benutzereingaben in Python ein. Anhand von Beispielen mit der Turtle-Grafik und Berechnungen wird gezeigt, wie Daten gespeichert, überschrieben und in andere Datentypen umgewandelt werden.
Werkstatt Mikrocontroller und Modelleisenbahn mit C++
Diese Unterrichtswerkstatt führt Schülerinnen und Schüler ohne Vorkenntnisse in die Mikrocontroller-Programmierung mit C++ und Arduino ein. Anhand von praktischen Projekten wie der Steuerung von Bauteilen und Modelleisenbahnen werden Grundlagen der Elektronik, Bedingungen, Funktionen und Sensorik vermittelt.
GameGridKara 2.0 – Learning Java with Kara
Dieses Unterrichtsmaterial führt spielerisch und visuell über die Programmierumgebung von Kara in die Programmiersprache Java ein. Es deckt Themen wie Kontrollstrukturen, Variablen, Methoden und objektorientierte Grundlagen anhand von praktischen Aufgaben und Szenarien ab.
Einführung in die Assemblersprache mit dem Little Man Computer
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Assemblersprache ein und zeigt anhand des Little Man Computers (LMC), wie grundlegende Programmierkonzepte, Labels, Verzweigungen, Schleifen und Algorithmen auf Maschinennahmen-Ebene umgesetzt werden. Die Lernenden können praktische Programmieraufgaben direkt im Assembler lösen.
Einführung in die Programmierung mit Java
Dieses Material führt grundlegend in den Begriff der Programmierung und formalisierter Sprachen ein. Anhand der Programmiersprache Java werden zentrale Programmierkonzepte sowie Methoden und Klassen für moderne Sprachen vermittelt.
Greenfoot: Einführung
Dieses Unterrichtsmaterial bietet eine praxisnahe Einführung in die Programmierumgebung Greenfoot mithilfe eines Marienkäfer-Szenarios. Die Lernenden lernen die Benutzeroberfläche kennen, erzeugen und manipulieren Java-Objekte, passen bestehenden Quellcode an und implementieren eigene Methoden.
Variablen in Java mit Greenfoot
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept der Variablen ein, erklärt deren Typen, Namen und Werte anhand von Analogien und zeigt die praktische Anwendung in Java mit der Entwicklungsumgebung Greenfoot. Themen wie Deklaration, Zuweisung, Instanzvariablen und einfache Konsolenausgaben werden schrittweise vermittelt.
Verzweigungen in Java und Greenfoot
Das Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Verzweigungen (if-else, Bedingungen, logische Operatoren) anhand von Java und der Programmierumgebung Greenfoot ein. Es beinhaltet Erklärungen, Code-Beispiele, Code-Lesebereiche und praktische Aufgaben.
Methoden in Java und Greenfoot
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Methoden in Java anhand der Entwicklungsumgebung Greenfoot ein. Anhand praktischer Aufgaben lernen die Lernenden, wie Code strukturiert, in Methoden ausgelagert, mit Übergabewerten flexibilisiert und mit Rückgabewerten versehen wird.
Objektorientierte Programmierung mit Java und Greenfoot
Das Unterrichtsmaterial führt in die objektorientierte Programmierung (OOP) anhand der Programmiersprache Java und der Lernumgebung Greenfoot ein. Es behandelt detailliert Themen wie Klassen und Instanzen, Konstruktoren, Methodenaufrufe, Interaktionen zwischen Objekten, Vererbung und das Casting von Datentypen.
Datenstrukturen in Java: Arrays und Collections
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt grundlegende und fortgeschrittene Datenstrukturen in Java. Es werden Arrays, deren Handhabung sowie das Java Collection Framework mit ArrayLists und weiteren Datenstrukturen ausführlich erklärt.
Datenbanken und SQL
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen von Datenbanksystemen und die Abfragesprache SQL ein. Es erklärt die Persistenz von Daten, den Nutzen von Datenbankmanagement-Systemen sowie grundlegende Abfragen anhand von externen Tutorials und Aufgaben.
Schattenseiten der Informationsgesellschaft und Risiken der Digitaltechnik
Dieses Unterrichtsmaterial beleuchtet die gesellschaftlichen, sicherheitsbezogenen und ethischen Herausforderungen der Digitalisierung. Es behandelt Themen wie Cyber-Bedrohungen, Datenschutz, Privatsphäre, Big Data und Künstliche Intelligenz im Kontext der Informationsgesellschaft.
Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Grundlagen der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens ein. Es unterscheidet zwischen klassischen algorithmischen Ansätzen und subsymbolischen Systemen wie neuronalen Netzen und bietet praktische Aufgaben sowie interaktive Links zum Ausprobieren.
Wissenschaftsmethodik und Simulationen
Der Text beleuchtet die Grundlagen der wissenschaftlichen Methodik im Wechselspiel von Theorie und Evidenz und ordnet Simulationen als das dritte Standbein der modernen Wissenschaft ein. Dabei wird erörtert, warum Simulationen in zahlreichen Fachdisziplinen klassische Experimente ergänzen oder ersetzen.
Modellieren und Modelle in der Informatik
Der Text erklärt den Begriff des Modells im Kontext der Informatik, unterscheidet zwischen konzeptuellen und funktionalen Modellen und beschreibt den Prozess der Modellierung. Er beleuchtet zudem den Zweck von Simulationen und den wissenschaftlichen Nutzen von Modellen zur Reduktion von Komplexität.
Konzept Laufzeitkomplexität
Der Text führt in das theoretische Konzept der Laufzeitkomplexität von Algorithmen ein. Er erklärt die asymptotische Laufzeit, die Skalierbarkeit bei wachsenden Datenmengen und das Worst-Case-Szenario anhand einer verständlichen Schachbrett-Analogie.
Konzept Simulation in der Wissenschaft
Der Text erläutert das Konzept der Computersimulation als drittes Standbein der wissenschaftlichen Erkenntnis neben Theorie und Experiment. Er beschreibt die Überführung von Theorien in numerische Modelle, die Bedeutung von Referenzdaten sowie die Analogie zu physikalischen Modellen wie Windkanaltests.
Wie funktioniert ein Pulsmesser? Grundlagen der Photoplethysmographie
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich das physikalische und technische Funktionsprinzip von optischen Pulsmessern in Smartwatches mittels Photoplethysmographie (PPG). Es beleuchtet den Einsatz von LEDs und Photodioden, die optischen Eigenschaften von Blut sowie typische Störfaktoren und Limitationen von Consumer-Geräten.
Photodioden: Wie Computer Licht sehen
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich die Funktionsweise von Photodioden und deren physikalische Grundlagen wie den photoelektrischen Effekt. Es zeigt konkrete Alltagsanwendungen, vergleicht verschiedene Lichtsensoren und beinhaltet einen Exkurs mit einem Arduino-Codebeispiel.
Einführung in Schleifen mit Python und Turtle
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von for- und while-Schleifen in Python ein. Anhand von Turtle-Grafiken lernen die Schülerinnen und Schüler, geometrische Formen und Muster durch Code-Wiederholungen und Variablen zu zeichnen.
Funktionen und Parameter in Python mit Turtle-Grafik
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Funktionen mit und ohne Parameter in Python ein. Anhand von praktischen Programmieraufgaben mit einer Turtle werden Funktionen definiert, verschachtelt und mit Argumenten aufgerufen.
Entscheidungen treffen: if ... else
Das Material führt in Python-Entscheidungsstrukturen mittels if-Anweisungen und if-else-Blöcken ein. Zudem werden logische Operatoren, Boolesche Algebra, der Modulo-Operator und der vorzeitige Ausstieg aus Schleifen mit break anhand praktischer Programmieraufgaben und Code-Beispielen behandelt.
Abstraktion und Implementierung in der Systemtechnik
Dieses Unterrichtsmaterial führt in grundlegende Prinzipien des Systemdesigns ein, indem es die Konzepte der Abstraktion und Implementierung sowie den Ansatz von 'Divide and Conquer' (Modulbildung) an Hand alltagsnaher Beispiele wie Landkarten und Software erläutert.
Gamepad-Steuerung mit Python einbinden
Eine praxisorientierte Anleitung zur Installation des Python-Moduls `inputs` und zur Implementierung einer Gamepad-Steuerung für ein bestehendes Spielprojekt. Das Material zeigt konkret, wie Ereignisse ausgelesen und anstelle von Tastatureingaben in einer Hauptschleife verwendet werden.
Space Invaders in Python: Laser-Logik und Speicherbereinigung
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anhand der Entwicklung eines Space-Invaders-Spiels in Python (mit dem Turtle-Modul), wie Laser und Gegner durch Listen verwaltet, bewegt und bei Verlassen des Bildschirms mittels Garbage Collection wieder gelöscht werden. Die Lernenden verstehen die zugrundeliegende Programmierlogik und können Code-Beispiele nachvollziehen.
Einführung in relationale Datenbanken und SQL
Dieses Material führt anhand eines praktischen Gedankenexperiments (Schulverwaltung) in die Grenzen von Tabellenkalkulationen und die Vorteile relationaler Datenbanken ein. Anschliessend wird das Konzept von SQL als universelle Abfragesprache erläutert.
Lineares Wachstum mit Excel simulieren
Dieses Unterrichtsmaterial führt Lernende in die Simulation von linearem Wachstum am Beispiel einer Wolfspopulation mithilfe einer Tabellenkalkulation (Excel) ein. Die Schülerinnen und Schüler erstellen Formeln, zeichnen Diagramme und experimentieren mit veränderten Ausgangswerten, um Bezüge zu linearen Funktionen herzustellen.
Logistisches Wachstum mit Tabellenkalkulation
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand eines praktischen Beispiels mit Wölfen und einer begrenzten Inselkapazität in das mathematische Konzept des logistischen Wachstums ein. Lernende setzen das Modell schrittweise in einem Tabellenkalkulationsprogramm um und analysieren das Verhalten der Kurve.
Modellierung von Populationsdaten und Trendlinien in Excel
Dieses Unterrichtsmaterial zeigt anhand realer Daten zur Wolfspopulation in der Schweiz, wie Daten importiert, bereinigt (z.B. Umgang mit Nullwerten mittels WENN-Funktion) und in Excel grafisch dargestellt werden. Anschliessend wird die Anwendung und mathematische Bedeutung verschiedener Trendlinien (linear, exponentiell, logarithmisch, polynomiell, Potenz) sowie des Bestimmtheitsmasses R² erläutert.
Reale Daten mit Modell vergleichen
Dieses Unterrichtsmaterial zeigt anhand einer Populationsdynamik (Wölfe), wie reale Daten in Tabellenkalkulationsprogrammen mit einem mathematischen Modell verglichen werden. Es werden Kombi-Diagramme erstellt, logistische Modelle zeitlich verschoben und das Bestimmtheitsmass R² zur Modellgüteberechnung angewendet.