2.1.1 Verschiedene Darstellungen von Informationen erläutern, deren Besonderheiten und Grenzen analysieren (z.B. Zahlen, Bilder, Texte, Töne)
Unterrichtsmaterial zum Lernziel: Die Maturandinnen und Maturanden können verschiedene Darstellungen von Informationen erläutern, deren Besonderheiten und Grenzen analysieren (z.B. Zahlen, Bilder, Texte, Töne).
Binärzahlen und Dualsystem entdecken
Das Material führt Schülerinnen und Schüler spielerisch und mit haptischen Hilfsmitteln in die Darstellung von Zahlen im Dualsystem ein. Es basiert auf dem bekannten 'Computer Science Unplugged'-Ansatz und lässt Lernende die Informationsspeicherung durch das Umdrehen von Karten oder Zählen mit Fingern entdecken.
Textcodierung und ASCII-Unicode: Arbeitsblätter und Unterrichtsablauf
Dieses Unterrichtsmaterial bietet einen strukturierten Ablauf und verschiedene Arbeitsblätter zur Einführung in die Textcodierung, das Binärsystem sowie ASCII und Unicode. Es stehen verschiedene Varianten für Gruppen- und Einzelarbeit mit dazugehörigen Lösungen zur Verfügung.
Datenmengen-Sortierspiel
Die Schülerinnen und Schüler erhalten Karten mit verschiedenen Datenmengen und stellen sich physisch nach aufsteigender Grösse in eine Reihe. Danach wird die Grössenordnung der verschiedenen digitalen Einheiten von Bit bis Exabyte anhand einer Tabelle verglichen und diskutiert.
Von der Schallwelle zur digitalen Audioaufnahme
Das Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich die physikalischen Grundlagen von Tönen als Schallwellen und zeigt den Unterschied zwischen analoger Speicherung (am Beispiel der Schallplatte) und digitaler Audioaufnahme auf. Dabei werden zentrale Konzepte wie Mikrofon, Abtastrate und Bittiefe (Quantisierung) verständlich erläutert.
Grafikformate und Farbdarstellung
Das Unterrichtsmaterial behandelt die Grundlagen von Raster- und Vektorgrafiken, Farbdarstellungen sowie verschiedene Bilddateiformate wie SVG. Es enthält erklärende Texte, ein dazugehöriges Arbeitsblatt sowie eine praktische Aufgabe zur Rasterung.
Aufgaben zu Bilddateien, Komprimierung und JPEG-Format
Ein praxisorientiertes Unterrichtsmaterial mit Aufgaben zur Bildbearbeitung, Speicherplatzberechnung unkomprimierter Rastergrafiken und der Komprimierung in JPEG- sowie PNG-Formate mithilfe von Affinity Photo.
Dateiformate und Datenrepräsentation
Der Text erklärt grundlegende Konzepte der Datenrepräsentation am Beispiel von Dateien und Dateiformaten. Er behandelt die binäre Natur von Dateien sowie drei Ansätze zur Erkennung von Codierungen: Dateiendungen, magische Bytes und Internet Media Types (MIME-Types).
Einführung in SVG-Vektorgrafiken
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Scalable Vector Graphics (SVG) Format ein und erklärt Grundstruktur, Elemente und Attribute anhand von XML-basierten Beispielen. Lernende erstellen und modifizieren selbstständig Vektorgrafiken wie Flaggen mithilfe eines Texteditors und eines Webbrowsers.
Rastergrafiken und Farbmodelle
Das Material erklärt anschaulich die Funktionsweise von Rastergrafiken und verschiedenen Farbmodellen wie RGB, RGBA und CMYK. Zudem werden Themen wie Farbtiefe und die Umrechnung zwischen den Farbräumen behandelt.
Rastergrafiken und Pixelbilder
Dieses Unterrichtsmaterial führt in das Konzept von Rastergrafiken und Pixelbildern ein. Es behandelt Schwarz-Weiss-Bilder, Graustufenbilder im PGM-Format, das RGB-Farbmodell sowie die Berechnung der benötigten Datenmenge.
Textcodierung von Brailleschrift bis Unicode
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt verschiedene Methoden zur Textcodierung, darunter Brailleschrift, Pentacode, ASCII und Unicode. Es enthält Erklärungen sowie eine praktische Übung zum Überprüfen von UTF-8-Bits und ein Arbeitsblatt.
Die Brailleschrift als Beispiel für Datenrepräsentation
Das Material erklärt anhand der Brailleschrift, wie Informationen und Zeichen in Punktmuster und feste Bitfolgen (Codierung) übersetzt werden. Dabei werden auch Konzepte wie Escape-Zeichen und Präfixe für die Unterscheidung von Zahlen und Grossbuchstaben erläutert.
Repräsentation von Farben in der Programmierung (RGB und HSL)
Der Text erklärt anschaulich die Funktionsweise und den Unterschied zwischen den Farbmodellen RGB und HSL im Kontext der Programmierung. Anhand von Codebeispielen wird gezeigt, wie Farben über Zahlenwerte für Rot, Grün, Blau bzw. Farbton, Saturation und Lightness definiert und für visuelle Elemente wie Kreise eingesetzt werden.
Les couleurs (RGB et HSL)
Der Text erklärt anschaulich die zwei gängigen Farbmodelle RGB (Additive Farbmischung) und HSL (Hue, Saturation, Lightness) im Kontext von digitalem Zeichnen und Programmieren. Anhand von Beispielen und Code-Ausschnitten wird gezeigt, wie Farben digital dargestellt und manipuliert werden.
Farbdefinition in der Programmierung: RGB und HSL
Der Text erklärt anschaulich zwei grundlegende Modelle zur Darstellung von Farben in der Programmierung anhand von Code-Beispielen: Das additive RGB-Farbmodell sowie das auf Farbwett, Sättigung und Helligkeit basierende HSL-Modell.
Einführung in Tabellen in Markdown
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt anhand einer kurzen Einführung und praktischen Aufgaben, wie Tabellen in Markdown mit ASCII-Text erstellt und formatiert werden. Die Lernenden erstellen dabei eigene Tabellen wie einen Stundenplan oder Schuldaten.
Ein Interpreter für DiagramML
Das Material erklärt anhand einer XML-basierten Beschreibungssprache namens DiagramML, wie strukturierte Daten textuell dargestellt und mithilfe eines Python-Programms interpretiert werden können. Dabei wird ein konkreter Python-Code mit dem Turtle-Grafikmodul und DOM-Parsing eingesetzt, um Stabdiagramme aus XML-Quelldateien zu generieren.
Die Sprache DiagramML
Dieses Unterrichtsmaterial führt in den Entwurf einer eigenen Auszeichnungssprache namens DiagramML zur automatisierten Darstellung von Stabdiagrammen ein. Die Lernenden konzipieren und strukturieren Daten und Parameter für Diagramme mithilfe eines XML-basierten Ansatzes.
XML-basierte Sprachen
Dieses Unterrichtsmaterial führt in XML-basierte Auszeichnungssprachen ein. Es behandelt die grundlegenden sprachlichen Konzepte von Syntax und Semantik und zeigt, wie diese bei XML-basierten Sprachen festgelegt werden.
Verarbeitung von Fußballdaten mit XML
Dieses Unterrichtsmaterial behandelt die automatisierte Auswertung und Verarbeitung von strukturierten Daten am Beispiel von Fussballspielen im XML-Format. Die Lernenden entwickeln Funktionen und Programme, um aus den Daten automatisiert Spielberichte zu generieren.
Das Document Object Model (DOM)
Dieses Material erklärt die Struktur und Funktionsweise des Document Object Models (DOM) anhand eines XML-Beispiels. Es zeigt, wie Dokumente als Bäume aus Objekten mithilfe von Basis- und abgeleiteten Klassen wie Node, Document, Element und Text repräsentiert werden.
Erkundung - DOM-Baum und XML-Verarbeitung
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die baumartige Struktur von XML-Dokumenten und deren Navigation sowie Verarbeitung mittels Python und dem Modul xml.dom.minidom ein. Anhand praktischer Programmieraufgaben lernen die Schülerinnen und Schüler, DOM-Bäume zu durchlaufen und gezielt Daten auszulesen.
Miniprojekt - MyXHTML
In diesem Miniprojekt entwickeln die Schülerinnen und Schüler schrittweise eine eigene Dokumenttypdefinition (DTD) für eine vereinfachte Version von XHTML. Anhand eines Beispieldokuments wird das Validieren von XML-Strukturen und das Erstellen von Grammatiken für Auszeichnungssprachen praktisch erarbeitet.
Übungen zu XML und DTD
Dieses Material bietet verschiedene praktische Übungsaufgaben zur Erstellung und Validierung von XML-Dokumenten und DTDs. Die Lernenden modellieren reale Strukturen wie Straßennetze, Schachspielzustände, Literaturverzeichnisse und E-Mails mittels Auszeichnungssprachen.
Anwendung - FilmXML
Dieses Unterrichtsmaterial demonstriert die strukturierte Darstellung von Filminformationen mithilfe von XML-Dokumenten. In praktischen Aufgaben sollen Lernende eine Dokumenttypdefinition (DTD) entwickeln und XML-Dokumente validieren.
Exkurs: Dokumenttypdefinitionen (DTD)
Dieses Material erklärt detailliert den Aufbau und die Syntax von Dokumenttypdefinitionen (DTDs) zur Strukturierung von XML-Dokumenten. Es werden Elementdeklarationen, Attributdefinitionen, Zusatzsymbole sowie Möglichkeiten zur Einbindung von DTDs anhand eines durchgehenden Beispiels erläutert.
Erkundung und Validierung von Dokumenttypdefinitionen (DTD) in XML
Das Unterrichtsmaterial führt anhand eines durchgehenden Beispiels zu Oberstufenkursen in XML-Dokumente und deren strukturierte Validierung mittels Dokumenttypdefinitionen (DTD) ein. Anhand konkreter Aufgaben vergleichen Lernende XML-Strukturen, analysieren DTD-Syntax und überprüfen Dokumente auf formale Korrektheit.
Fehlerhafte XML-Dokumente und Syntaxanalyse
Anhand von konkreten Beispielen von MusicXML-Dateien analysieren die Schülerinnen und Schüler fehlerhafte XML-Dokumente. Sie identifizieren Syntaxfehler sowie semantische Probleme und diskutieren das unterschiedliche Verhalten von Browsern und Spezialsoftware bei fehlerhaften Daten.
XML-Dokumenttypen und DTDs
Dieses Unterrichtsmaterial führt in die Erstellung von Dokumenttypdefinitionen (DTDs) ein und erklärt, wie XML-Dokumente auf ihre Gültigkeit überprüft werden können. Es vermittelt die Grundlagen zur exakten Beschreibung von Datenformaten für strukturierte Daten.
Übungen zur XML-basierten Datenrepräsentation
Das Material enthält verschiedene Übungsaufgaben zum Vergleichen, Analysieren und selbstständigen Entwerfen von XML-Formaten zur Datenrepräsentation, darunter Schachspielzustände, Bandinformationen und Graphenstrukturen.
Erkundung von XML-Dokumenten
Das Unterrichtsmaterial führt anhand verschiedener Beispiele wie XHTML, SVG und MusicXML in die Struktur und Syntax von XML-Dokumenten ein. Die Lernenden analysieren die Grundstrukturen, vergleichen Gemeinsamkeiten und Unterschiede und untersuchen den Aufbau von Tags sowie deren Schachtelung.
Übungen - Blick hinter die Kulissen: Datenformate von Text- und Grafikdateien
Anhand von konkreten Beispielen zu OpenOffice-Textdokumenten und GeoGebra-Dateien untersuchen die Lernenden verschiedene Dateiformate und deren zugrundeliegende XML- oder Tag-basierte Strukturen durch Betrachten mit Texteditoren und Entpacken.
Erkundung - Darstellung von Geoinformation mit OpenStreetMap
Das Unterrichtsmaterial führt anhand von OpenStreetMap und XML-basierten Geodaten in die Darstellung von Geoinformationen ein. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die OSM-Dateistruktur, bearbeiten Karten mit dem Werkzeug JOSM und analysieren die Verknüpfung von Daten und visueller Repräsentation.
Darstellung von Routen und GPX-Dateien
Dieses Unterrichtsmaterial führt Lernende anhand von Mountainbiketouren und GPX-Dateien an die strukturierte Darstellung von Geodaten heran. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die XML-basierte Struktur von GPX-Dateien und bilden diese als hierarchischen Baum ab.
Darstellung von Musik und MusicXML
Das Unterrichtsmaterial führt in die digitale Repräsentation von Musik ein, indem herkömmliche Noten mit der Markup-Sprache MusicXML verglichen werden. Anhand von Aufgaben analysieren die Lernenden XML-Strukturen von Noten, experimentieren mit einem MusicXML-Editor und untersuchen die Auswirkungen von Änderungen im Quelltext.
Übungen zu SVG-Grafiken und Vektorgrafiken
Das Material enthält praktische Aufgaben zur Untersuchung und Modifikation von SVG-Quelltexten sowie zur Erstellung von Vektorgrafiken. Die Schülerinnen und Schüler lernen dabei, den Zusammenhang zwischen Code und grafischer Darstellung zu verstehen.
Elemente einer SVG-Grafik
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt die grundlegende Struktur von SVG-Vektorgrafiken als XML-Dokumente. Es beschreibt den Einsatz von Tags für geometrische Objekte, die Bedeutung der Elementreihenfolge für Überlappungen sowie die Verwendung von Attributen.
Vektorgrafiken und die Auszeichnungssprache SVG
Dieses Unterrichtsmaterial erklärt den Unterschied zwischen Pixel- und Vektorgrafiken. Es zeigt, wie Vektorgrafiken über Baumdiagramme strukturiert werden und wie man sie mithilfe der Auszeichnungssprache SVG darstellt.
Magst du die programmierte Farbwelt? - Eigene Farben in PyTamaro
Dieses Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler in die programmierbasierte Erstellung eigener Farben mit der Bibliothek PyTamaro ein. Dabei werden grundlegende Konzepte wie additive und subtraktive Farbmischung (RGB, CMY) sowie Farbräume wie HSV praktisch und anhand von Programmierbeispielen erarbeitet.
Barcode Generator in Python
Das Material führt anhand des GTIN-12-Standards und von Barcodes in die Datenrepräsentation ein und lässt Lernende mithilfe von Python (PyTamaro) eine Funktion zur visuellen Erstellung von Barcodes programmieren.
Pixel-Bilder und Binärcodierung von Bildern
In dieser Unterrichtsstunde lernen Schülerinnen und Schüler, wie Computer Bilder mithilfe von Pixeln und Binärzahlen darstellen. Anhand von Arbeitsblättern und Malaktivitäten erfahren sie, wie Schwarz-Weiß-Bilder durch Nullen und Einsen kodiert werden.
Wie Computer Buchstaben speichern: Binärcodierung von Text
Dieses unplugged Unterrichtsmaterial führt Schülerinnen und Schüler spielerisch an die Repräsentation von Text und Buchstaben als Binärzahlen heran. Es behandelt Themen wie Bit-Grössen, Zeichensätze (wie ASCII und Unicode) und exponentielles Wachstum anhand praktischer Codierungs- und Decodierungsaufgaben.
Binary Representation Activity
Das Material führt spielerisch und verständlich in das Binärsystem ein und zeigt, wie verschiedene Datentypen wie Zahlen und Buchstaben mittels Nullen und Einsen dargestellt werden können. Gleichzeitig schlägt es eine Brücke zur Mathematik und dem dezimalen Zahlensystem.
Computer Science Unplugged: Grundlagen ohne Computer
Eine Sammlung von unterhaltsamen und fesselnden Aktivitäten, die es Lernenden ermöglichen, grundlegende Konzepte der Informatik ohne Computer zu erkunden. Die Materialien eignen sich sowohl für den Einsatz in Schulklassen als auch für das Lernen zu Hause.
Aufgabensammlung zur Kombinatorik
Eine Sammlung von klassisch formulierten Aufgaben zur Kombinatorik, die verschiedene Abzählprobleme (wie Permutationen, Kombinationen und Variationen mit und ohne Wiederholung) behandelt. Die Aufgaben decken kontextuelle Fragestellungen von Autoparkplätzen über Speisekarten bis hin zum Morsealphabet ab.
Erkundung - Darstellung von Grafiken
Dieses Unterrichtsmaterial führt Lernende anhand praktischer Aufgaben in die unterschiedlichen Darstellungsformen von Computergrafiken ein. Es werden sowohl Vektorgrafiken mittels SVG-Quelltext als auch Pixelgrafiken im PPM-Format analysiert, verglichen und modifiziert.
Graustufenbilder in Graustufenbilder verstecken
Die Unterrichtsmaterialien behandeln das Verstecken von Graustufenbildern in anderen Graustufenbildern mittels Steganographie. Anhand praktischer Aufgaben und Python-Quellcode analysieren die Lernenden Algorithmen zur Datenmanipulation und implementieren eigene Programme.
Bilder in Graubildern verstecken
Das Unterrichtsmaterial erklärt anschaulich das Prinzip der Steganographie, bei dem geheime Schwarz-Weiß-Bilder in anderen Bildern durch die Manipulation von Graustufenwerten versteckt werden. Schülerinnen und Schüler lernen, wie Pixelwerte verändert und ausgelesen werden, um verborgene Informationen zu entschlüsseln.
Geheime Nachrichten in Bildern (Steganografie)
Dieses Unterrichtsmaterial führt anhand einer detektivischen Geschichte in das Thema der digitalen Bildverarbeitung und Steganografie ein. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen Farbwerte von Bildpixeln, entdecken versteckte Informationen und lernen, wie Daten in digitalen Bildern manipuliert werden können.
Übungen zu Pixel- und Vektorgrafiken sowie Datenrepräsentation
Dieses Unterrichtsmaterial enthält praktische Übungen zur Darstellung von Pixelgrafiken anhand von Rohdaten (wie dem PGM-Format), Hexadezimalfolgen sowie zur Abschätzung des Speicherbedarfs von Bildern. Zudem beinhaltet es Aufgaben zum Vergleich von Pixel- und Vektorgrafiken.