Die Webseiten der Fachschaft Informatik am ERG Saalfeld

Informatik gA Klasse 11

Es sollen in chronologischer Reihenfolge auf dieser Seite die in der Klasse 11 bearbeiteten Themen aufgelistet werden. Ebenso die Lehrplanziele, zu denen in diesem Abschnitt ein (wichtiger) Beitrag geleistet wird.

1. HTML-Projekt

Lehrplanforderung: der Schüler kann: selbstständig ein Projektthema finden; im Rahmen von Projektarbeiten Bezüge zu anderen Fächern herstellen; im Team arbeiten und gemeinsam mit dem Team den Verlauf der Projektarbeit selbstständig organisieren; den jeweiligen Verlauf einer Projektarbeit sowie die Ergebnisse dokumentieren und präsentieren; Fallbeispiele zum Datenschutz, zur Datensicherheit und Urheberrecht diskutieren

Die Klasse 11 beginnt bei uns traditionell mit einem HTML-Projekt. Es werden für dieses Projekt die Anforderungen sehr genau formuliert, ebenso präzise werden die Bewertungskriterien angegeben. Als Hilfe sind ein Themenkatalog und Beispielprojekte vorhanden. Die Themen sollen aber selbst gewählt werden.
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2. Bearbeiten von Problemen mit Perl

In diesem Schuljahr 2014/15 wird an unserer Schule in Informatik mit grundlegendem Anforderungsniveau (Grundfach) als Programmiersprache Perl verwendet. Dabei ist diese Sprache (wie vorher Java) nur das Hilfsmittel, um die Lehrplanziele insbesondere in der Klasse 11 umzusetzen. - Für die Bereitstellung von Beispielprogrammen für die Punkte 2.3 (Verzweigungen), 2.4 (Schleifen) und 2.7 (Funktionen) möchte ich Frank Matzmor (ehemaliger Schüler unseres Abiturjahrgangs 2014) herzlich danken. Ebenso bedanke ich mich beim Herausgeber des foo-Magazins Renée Bäcker. Die hier bereitgestellten Beiträge des Perl-Magazins stehen ebenfalls unter der Lizenz CC-BY-SA zur Verfügung.

Für die Nutzung von Perl sprechen folgende Gründe:

es gibt diese Sprache für praktisch jede Plattform einschließlich Windows
Perl ist Freeware, damit kann es problemlos zu Hause eingesetzt werden.
diese Sprache steht auf *jedem* Linux, Solaris bzw. Unix sofort zur Verfügung
es gibt zu Perl sehr viel Literatur (auch viele Angebote!)
es gibt genügend Information im Internet (Web, News, Listen)
es gibt zu dieser Sprache die größte Bibliothek (CPAN) = "Killerapplikation"
Perl ist die Sprache, die für reguläre Ausdrücke den Standard setzt.

Lehrplanforderung: der Schüler kann: den Algorithmusbegriff erläutern; die Sprachelemente Folge von Anweisungen, Auswahl und Wiederholung zur verbalen und grafischen Strukturierung von Algorithmen anwenden; ein Werkzeug der Informatik zum Problemlösen benutzen; Fehlermeldungen interpretieren und produktiv nutzen; imperativ und prozedural programmieren; das Variablenkonzept erläutern

Im Verlauf dieses Stoffgebietes wird anhand von Algorithmen (Intervallhalbierungsverfahren, euklidischer Algorithmus, Sieb des Eratosthenes) ein Algorithmusbegriff und grundlegende Eigenschaften von Algorithmen erläutert.

2.1 Installation und Kennenlernen von Perl

Installation von Perl auf Windows 7
Installation von Notepad++ auf Windows 7
Installation eines Struktogrammeditors
Eingabeaufforderung anpassen (Schriftgröße, Path)
Übungen auf der Eingabeaufforderung
Das Programm "Hallo Welt"

Hausaufgabe: Aufgabe Adresse Beispiel

2.2 Ein- und Ausgabe-Anweisungen, Variablen und Operatoren

Skalare, Zuweisungs- und Rechenoperatoren
Beispiele: Tauschen von 2 Variablen
Aufgaben: Berechnung der Hypotenuse, Division mit Rest

Arbeitsblatt zu Ausgaben, Variablen, Tauschen

2.3 Verzweigungen

if-Anweisung
Beispiel: Ordnen zweier natürlicher Zahlen
Aufgaben: b Teiler von a?, Dreieck rechtwinklig?

if-else-Anweisung
Beispiel: Mengenrabatt
Aufgaben: Verdienst und Prämie, "Statistik", Energietarife

elsif-Anweisung
Beispiele: Quadratische Gleichung, Schaltjahr !!!
Aufgaben: Pension, Body-Maß-Index

Leistungskontrolle: Aufgaben kegel.pl quad_gleichung.pl

2.4 Schleifen

for-Schleife (und foreach-Schleife)
Beispiele: Tabelle der Quadratwurzeln, diophantischen Gleichung (Steinkohle)
Aufgaben: Tabelle der Quadratzahlen ..., das kleine Einmaleins (Screenshot)

Leistungskontrolle: Aufgaben steinkohle.pl

while-Schleife
Beispiele: Bierschaum, Intervallhalbierungsverfahren
Aufgaben: Pythagoräische Zahlentripel, ggT (EUKLID), wundersame Zahlen (3n+1 - Problem), Fahrkarte (minimale Anzahl Münzen)

Arbeitsblatt zu Verzweigungen, Schleifen, Algorithmus
Kursarbeit: Aufgaben euklid.pl
Kursarbeit (Nachschreibetermin): Aufgaben

do-while-Schleife
Beispiele: Zahlenraten
Aufgaben: Zahlensumme, elektronischer Würfelbecher

2.5 Strings

Zeichen und Zeichenketten (Strings)
Beispiel: Logins am ERG
Aufgaben: Logins von Skolelinux, Aufgaben zu Strings

zur Vertiefung: Arbeiten mit Zeichensätzen

foo-Magazin: Charsets oder "Warum funktionieren meine Umlaute nicht?" (aus Heft 5)

2.6 Listen

Listen erstellen, Zugriff auf Elemente und Listen-Operationen
Beispiel: Wörter einer Zeile (mit split), Textdatei einlesen und Zeilen nummerieren, Wörter zählen (chomp!), Namen generieren
Aufgaben: kleiner Gauß, Logins erstellen

Arbeitsblatt zu Listen und Listenoperatoren neu: Musterlösung Programm zum Anzeigen Screenshot dazu

Collatzfolgen (Prüfungsaufgabe 2.1 und 2.2 vom GF Informatik 2007 aus Thüringen)

Hinweise zur Kursarbeit für den Infokurs 11/3 am Donnerstag, den 28.04.2022

Schwerpunkte: Schleifen, Listen, Kommentieren, Struktogramm erstellen, Definition und Eigenschaften von Algorithmen, Ausgabe von Programmen angeben

Als Beispiel wird hier als PDF-Datei die "Leistungskontrolle zu Algorithmus und Schleifen vom 11.04.2019" angegeben.

2.7 Subroutinen (Prozeduren und Funktionen)

Prozeduren und Funktionen (ohne Parameter)
Parameter (von Prozeduren und Funktionen)
globale und lokale Variable, aktuelle und formale Parameter
Beispiel: Primzahlsieb
Aufgaben: Intervallhalbierungsverfahren, Datum

vollkommene Zahlen (Prüfungsaufgabe 1 vom GF Informatik 2004 aus Thüringen)
Durchschnitts- und Medianalter (Prüfungsaufgabe 4 vom GF Informatik 2009 aus Thüringen)
Kalenderaufgaben Hinweise (Prüfungsaufgabe 3.1 vom LF Informatik 2002 aus Thüringen)

Neu: Hinweise zur Kursarbeit für den Infokurs 11/2 am Dienstag, den 24.05.2022

Schwerpunkte: Subroutinen (Prozeduren und Funktionen) einschließlich Parameter, globale und lokale Variable, Kommentieren, Ausgabe von Programmen angeben

Als Beispiel wird hier als PDF-Datei die "Leistungskontrolle zu Subroutinen vom 15.01.2021" (wuerfeln.pl) angegeben.

2.8 reguläre Ausdrücke (Mustervergleiche)

Mustervergleiche mit Word (als Einstieg)
Reguläre Ausdrücke in Perl
Beispiel: Analyse der logon.log, Analyse der access.log von Squid

zur Vertiefung: weitere Möglichkeiten mit regulären Ausdrücken

foo-Magazin: Der Flip-Flop-Operator (aus Heft 7)
foo-Magazin: Regex Module - zahme Regenechsen ... (aus Heft 27)

3. Rekursion und Iteration

Als Einstieg in die Rekursion wird das bekannteste Beispiel für Rekursion "Türme von Hanoi" verwendet. Auf der Webseite für Kinder www.blinde-kuh.de haben wir in den letzten Jahren diese Variante genutzt. Wir bedanken uns bei dem Programmierer Stefan R. Müller, der uns dieses Programm unter der Lizenz CC-BY-SA zur Verfügung gestellt hat. - In der Liste zu unserem Schulserver wurde die Frage gestellt, wie von vorhandenen Accounts den Desktop neu erstellen kann und dabei neben dem Kopieren der Verzeichnisse und Dateien auch die Eigentümer und Rechte korrekt setzen kann. Zu unserer großen Verwunderung fand sich im CPAN kein brauchbares Tool, um diese Aufgabe erledigen zu können. Von den Dresdnern Perl-Mongers stellte uns dankenswerter Weise Martin Probst dazu eine rekursive Funktion zur Verfügung. Dieses praktische Beispiel soll hier den Schülern nicht vorenthalten werden, siehe 3.1 - letzter Punkt.

Lehrplanforderung: der Schüler kann: iterative und rekursive Algorithmen analysieren und vergleichen; iterative Algorithmen entwerfen und implementieren; die Problemlösungsmethoden Backtracking anwenden

In der Informatik wird von Iteration gesprochen, wenn ein Zugriff schrittweise (beziehungsweise wiederholt) auf Datenstrukturen erfolgt, beispielsweise bei einer FOR-Schleife.

Bei der Rekursion bezogen auf die Programmierung ruft sich eine Prozedur, Funktion oder Methode in einem Computerprogramm selbst wieder auf. (Auch der gegenseitige Aufruf stellt eine Rekursion dar.) Wichtig bei der rekursiven Programmierung ist eine Abbruchbedingung in dieser Funktion.

3.1 Erläuterung der Rekursion an bekannten Beispielen

Die Türme von Hanoi: Programm von www.blinde-kuh.de, Perl-Programm mit Aufgaben
Bestimmung der Fakultät: Bestimmung mit Bierdeckelstapel, Perl-Programm mit Aufgaben
Bestimmung eines Binomialkoeffizienten
Bestimmung eines Elements der Fibonacci-Folge
rekursives Kopieren eines Verzeichnisses

3.2 kleine Aufgaben zur Rekursion

Zahlenfolgen aus dem Lehrbuch Mathe Klasse 11 S. 11/3
ggT zweier Zahlen a und b
Quersumme einer natürlichen Zahl n
Stellenzahl einer natürlichen Zahl n
Potenz einer Zahl mit einer natürlichen Zahl
Produkt 2er natürlicher Zahlen

Rekursion an der Klingel (Prüfungsaufgabe 1.1 vom GF Informatik 2001 aus Thüringen)
Prüfungaufgabe zur Rekursion (Prüfungsaufgabe 1.3 vom GF Informatik 2003 aus Thüringen)

3.3 Anwendung der Iteration bei ausgewählten Verfahren

Wurzelberechnung nach Heron von Alexandria

Anmerkung: Als zweites Beispiel für die Iteration wird die monoalphabetische Substitution behandelt. Da das Thema "Verschlüsselung" in der Klasse 12 behandelt wird, ist dieses Beispiel für die Iteration in die Klasse 12 verschoben.

Leistungskontrollle zu Rekursion und Iteration (ohne PC)

4. Sortieren und Suchen

Es werden hier Bubble-, Selection- und Insertion-Sort als iterative Sortierverfahren erläutert und von den Schülern auch implementiert. Bei den rekursiven Sortierverfahren werden Merge- und Quicksort erläutert. Auch hier wird sich mit dem Quelltext auseinander gesetzt, aber das dient nur dazu, das Verständnis zu verbessern. Insbesondere geht es darum, die Zeitkomplexität zu erkennen und die Tragweite zu verstehen. Bei Quicksort soll das Problem des Pivot-Elements erkannt werden. Dazu wird auch auf Clever-Quicksort eingegangen.

Lehrplanforderung: der Schüler kann: die Arbeitsweise von iterativen und rekursiven Such- und Sortieralgorithmen erläutern; iterative Such- und Sortieralgorithmen entwerfen und implementieren; einen rekursiven Suchalgorithmus entwerfen und implementieren