1.1 Lernkompetenzen

Aufgabenstellungen sachgerecht zu analysieren und Lösungsstrategien zu entwickeln, Sachverhalte in einzelne Bestandteile zu zerlegen, Bestandteile eines Sachverhalts auszuwählen und strukturiert zusammenzufügen, selbstständig und situationsbezogen Lernstrategien und Techniken auszuwählen und anzuwenden, Arbeitsschritte zielgerichtet zu planen und umzusetzen, Informationen unter Nutzung von Print- und elektronischen Medien zu beschaffen, auszuwählen, zu speichern, auszuwerten, zu veranschaulichen und auszutauschen, Daten zu bearbeiten und die Ergebnisse zu verschriftlichen, zu veranschaulichen und auszutauschen, Arbeitsergebnisse unter Nutzung verschiedener Techniken zu präsentieren. Selbstkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können selbstregulierend lernen. Dies bedeutet insbesondere sich selbst Arbeits- und Verhaltensziele zu setzen, zielstrebig, zuverlässig, planmäßig, überlegt und ausdauernd zu lernen, Eigenverantwortung für das eigene Vorgehen zu übernehmen, eigene Lösungen, auch unter Nutzung geeigneter Hilfsmittel, auf ihre Richtigkeit zu überprüfen, sorgfältig und genau zu arbeiten, Hinweise aufzugreifen und umzusetzen, den eigenen Lernfortschritt einzuschätzen, 8 Vgl. Leitgedanken zu den Thüringer Lehrplänen für den Erwerb der allgemeinbildenden Schulabschlüsse, 2011. Kapitel 2. mit Erfolgen und Misserfolgen angemessen umzugehen. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können mit anderen lernen. Dies bedeutet insbesondere in kooperativen Arbeitsformen zu lernen, Verantwortung für den gemeinsamen Arbeitsprozess zu übernehmen, andere Schülerinnen und Schüler zu motivieren, diszipliniert zu arbeiten und sich an vereinbarte Regeln zu halten, eigene Standpunkte zu entwickeln und sachlich zu vertreten, mit Konflikten angemessen umzugehen, Hilfe zu geben und Hilfe anzunehmen, Ergebnisse und Wege gemeinsamen Arbeitens und die Leistung des Einzelnen in der Gruppe einzuschätzen. 9 Durch die aktive Auseinandersetzung mit informatischen Inhalten werden fachspezifische Kompetenzen erworben, die auch in anderen Fächern benötigt werden. Lernkompetenzen und fachspezifische Kompetenzen bedingen einander, durchdringen und ergänzen sich wechselseitig. Sie werden in der tätigen Auseinandersetzung mit fachbezogenen und fächerübergreifenden Kontexten erworben. Im Lernprozess sind sie eng miteinander verknüpft.

1.2 Fachspezifische Kompetenzen

Suchen, Verarbeiten und Aufbewahren: das zielgerichtete Suchen und Filtern von Informationen, die kritische Analyse von Quellen sowie die strukturierte Aufbewahrung von Daten Kommunizieren und Kooperieren: die situationsgerechte Kommunikation und aktive Teilhabe mithilfe digitaler Kommunikationsmöglichkeiten Produzieren und Präsentieren: die aktive Gestaltung unterschiedlicher Medienformate unter Berücksichtigung von rechtlichen Vorgaben Schützen und sicher Agieren: das sichere Agieren in digitalen Umgebungen, zum Beispiel unter dem Aspekt des Schutzes von persönlichen Daten Problemlösen und Handeln: die Anwendung von digitalen Werkzeugen und technischen Lösungen zum Lernen und Arbeiten Analysieren und Reflektieren: die Analyse und Bewertung von Medien in der digitalen Welt Die dort ausgewiesenen Kompetenzen werden durch die im Konzept zur informatischen Bildung formulierten Prozessbereiche erweitert10: Interaktion mit Informatiksystemen, Wirkprinzipien von Informatiksystemen, Informatische Modellierung und Wechselwirkung zwischen Informatiksystemen, Individuum und Gesellschaft. erweitertem Allgemein- und Fachwissen, verstärktem fachübergreifenden Arbeiten und Lernen, eigenverantwortlichem und selbstständig gestaltetem Lernen, der gezielten Anwendung unterschiedlicher Problemlösungsstrategien beim Bearbeiten komplexerer Aufgabenstellungen, der sachgerechten Auswahl an Informationen aus unterschiedlichen Quellen, sachgerechtem Reflektieren über den Problemlösungsprozess und dessen Ergebnis, einer sicheren und überzeugenden Darstellung von Arbeitsergebnissen mit Hilfe unterschiedlicher Präsentationsformen und -techniken, einer umfangreichen Anwendung wissenschaftlicher Arbeitsmethoden und -techniken, einem erhöhten Grad der Formalisierung. dem Fach mit grundlegendem Anforderungsniveau die Vermittlung einer wissenschaftspropädeutisch orientierten Grundbildung, dem Fach mit erhöhtem Anforderungsniveau die systematische, vertiefte und reflektierte wissenschaftspropädeutische Arbeit. Die Ziele und Inhalte des Kompetenzerwerbs des Fachs mit erhöhtem Anforderungsniveau ergänzen die des Fachs mit grundlegendem Anforderungsniveau durch die Anwendung von ausgewiesenen und systematischen Methoden mit wesentlichen, die Breite, die Komplexität und den Aspektreichtum des Fachs verdeutlichenden Inhalten, Theorien und Modellen, eine stärkere Orientierung an der Systematik der Fachwissenschaft, die Ausrichtung auf eine sichere und selbstständigere Anwendung informatischer Methoden, ihre Übertragung und theoretische Reflektion und das vielfältigere Erkennen von fachübergreifenden und fächerverbindenden Zusammenhängen. In den Zielen und Inhalten des Kompetenzerwerbs des Fachs mit erhöhtem Anforderungsniveau sind die Ziele und Inhalte des Kompetenzerwerbs des Fachs mit grundlegendem Anforderungsniveau eingeschlossen. Die für die Klassenstufen 11/12 für beide Anforderungsniveaus ausgewiesenen inhaltsbezogenen Kompetenzen erfordern eine schulinterne Präzisierung und Abstimmung.

2.1 Lernbereich Theoretische Informatik

gegebene umgangssprachliche Handlungsvorschriften in formale Darstellungen überführen, Formalismen zur Interaktion mit Informatiksystemen und zum Problemlösen nutzen sowie vorgegebene E-Mail- und WWW-Adressen auf korrekte Schreibweise prüfen. Lernausgangslage für erhöhtes Anforderungsniveau Die Schülerinnen und Schüler können die Begriffe Syntax und Semantik erläutern und an Beispielen unterscheiden, den Begriff Automat definieren und Zustandsdiagramme beschreiben. 15 Grundlegendes Anforderungsniveau (gA) Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können natürliche und formale Sprachen vergleichen, die Begriffe Syntax und Semantik erläutern, einen Zusammenhang zwischen formalen einen Zusammenhang zwischen Sprachen und dem im Unterricht verwende- formalen Sprachen und der im ten Werkzeug herstellen (DS), Unterricht verwendeten Programmiersprache herstellen (DS), Wörter einer formalen Sprache mithilfe ihrer Grammatik ableiten, Zusammenhänge von formalen Sprachen und Automaten erläutern, am Beispiel einer regulären Sprache die die Arbeitsweise von deterministischen Arbeitsweise eines endlichen Automaten Automaten erläutern, erläutern, das Modell Turingmaschine das Halteproblem beschreiben, beschreiben und ihre Arbeitsweise erklären, die Grenzen der Berechenbarkeit anhand der Church-Turing-These erläutern, die Beweisidee für die Unentscheidbarkeit des Halteproblems beschreiben, die Begriffe Zeit- und Speicherverhalten erklären (BNE), ein praktisch unlösbares Problem der lösbare Probleme der Informatik nach Informatik erläutern (DS). polynomiellem und exponentiellem Aufwand klassifizieren sowie Lösungen und Auswege (z. B. Heuristiken) der Informatik finden und erläutern (DS). Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können einfache Grammatiken im erweiterten Backus-Naur-Formalismus (EBNF) darstellen, einen deterministischen Automaten entwerfen und implementieren, einfache Interpreter entwerfen und implementieren, einfache Turingmaschinen konstruieren, das Zeit- und Speicherverhalten von iterativen und rekursiven Sortier- und Suchalgorithmen bewerten und mithilfe der O-Notation klassifizieren, die Arbeitsweise von Compilern und Interpretern vergleichen. Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können den Einsatz von Compiler oder Interpreter begründen (DS), die Zuverlässigkeit von Informatiksystemen beurteilen, den Einfluss von Informatiksystemen auf die Bereiche der Informationsgesellschaft beschreiben (KB, DB), ethisch-philosophische Probleme der Informatik bewerten (BNE), Pionierleistungen der theoretischen Informatik bewerten (z. B. Alan Turing und das Turingmaschinen-Modell, Alonzo Church und die Church-Turing-These; P-NP- Probleme), das Zeit- und Speicherverhalten von Algorithmen bewerten. 2.2 Lernbereich Technische Informatik Lernausgangslage Die Schülerinnen und Schüler können

2.2 Lernbereich Technische Informatik

den schematischen Aufbau eines Computersystems beschreiben und dessen wesentliche Hardwarekomponenten hinsichtlich ihrer Kenngrößen charakterisieren, die Begriffe Information, Nachricht und Daten sowie Digitalisierung, Codierung und Unicode erläutern, bei der erweiterten Suche nach Informationen logische Verknüpfungen anwenden, am Beispiel der Halbleiterdiode Leitungsvorgänge am pn-Übergang beschreiben und erklären. Lernausgangslage für erhöhtes Anforderungsniveau Die Schülerinnen und Schüler können die Digitalisierung analoger Größen erläutern, ein Modell der Übertragung von Informationen beschreiben und darstellen, die binäre Codierung als wichtiges Prinzip der Informationsverarbeitung beschreiben. Grundlegendes Anforderungsniveau (gA) Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die von-Neumann-Rechnerarchitektur erläutern, die Einheit Byte und deren Binärpräfix einordnen und anwenden, die binäre Codierung als wichtiges Prinzip endliche gebrochene Dezimalzahlen in der Informationsverarbeitung beschreiben, einem Bitmuster vorgegebener Länge angeben und über die Genauigkeit der die Digitalisierung analoger Größen Darstellung reflektieren (MB), erläutern (MB), positive und negative Ganzzahlen in einem Bitmuster darstellen, Dualzahlen addieren und subtrahieren, einen Algorithmus zur Multiplikation zweier positiver Dualzahlen beschreiben, die Schaltbelegungstabellen, die Schaltsymbole und die Funktionsdarstellung der Logikgatter NOT, AND, OR, NAND und NOR angeben, einfache Verknüpfungen aus NOT, AND, OR, NAND und NOR in eine disjunktive Normalform überführen, Schaltbelegungstabellen von Flipflops angeben und deren Einsatz als Speicherbaustein erklären, die Schaltbelegungstabellen und Schaltsymbole von Halb- und Volladdierer angeben, ein Addierwerk beschreiben, die grundsätzliche Funktionsweise eines Analog-Digital-Wandlers sowie eines Digital- Analog-Wandlers erläutern. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Dezimalzahlen in Dualzahlen umwandeln und umgekehrt, Verknüpfungen von Logikgattern konstruieren, mittels Schaltbelegungstabellen derartige Verknüpfungen analysieren. Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können die Rechengenauigkeit des Computers einschätzen, Binärpräfixe mit denen des metrischen Systems (SI-Präfix) vergleichen. 18 2.3 Lernbereich Praktische Informatik Lernausgangslage Die Schülerinnen und Schüler können

2.3 Lernbereich Praktische Informatik

Handlungsvorschriften aus dem Alltag formulieren, Algorithmen zum Lösen von Aufgaben und Problemen aus verschiedenen Anwendungsgebieten entwerfen sowie gegebene Algorithmen lesen und interpretieren, Algorithmen implementieren und geeignet darstellen, verschiedene Kriterien der Informationsdarstellung und -strukturierung sowie deren Brauchbarkeit für das eigene Handeln bewerten, die Begriffe Klasse, Objekt, Attribut und Attributwert erläutern und im fachlichen Kontext verwenden, Objekte in Informatiksystemen identifizieren, Attribute und deren Werte identifizieren sowie deren Einfluss auf die Informationsdarstellung reflektieren, für einfache Sachverhalte objektorientierte Modelle entwickeln und diese in Klassendiagrammen darstellen. Lernausgangslage für erhöhtes Anforderungsniveau Die Schülerinnen und Schüler können den Begriff Algorithmus definieren und darstellen, was ein Algorithmus leistet, Sachverhalte nennen, die nicht durch Algorithmen lösbar sind, Variablen und Wertzuweisungen verwenden, die Kontrollstrukturen Auswahl und Wiederholung verbal und grafisch darstellen, in Algorithmen nutzen und in einer Programmiersprache implementieren, Algorithmen und deren Implementierungen nach Vorgaben modifizieren und ergänzen sowie eine Fehleranalyse durchführen, die Begriffe Syntax und Semantik erläutern und an Beispielen unterscheiden. Grundlegendes Anforderungsniveau (gA) Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können den Algorithmusbegriff erläutern, die Sprachelemente Folge von Anweisungen, Auswahl und Wiederholung zur verbalen und grafischen Strukturierung von Algorithmen anwenden (DS), iterative und rekursive Algorithmen analysieren und vergleichen, die Arbeitsweise von Such- und die Arbeitsweise von iterativen und Sortieralgorithmen erläutern (DS), rekursiven Such- und Sortieralgorithmen erläutern (DS), iterative Such- und Sortieralgorithmen entwerfen und implementieren, einen rekursiven Suchalgorithmus entwerfen und implementieren, Programmiersprachen nach Paradigmen klassifizieren, imperativ und prozedural programmieren, imperativ, prozedural und modular programmieren, das Variablenkonzept erläutern, einfache und strukturierte Datentypen mit ih- einfache und strukturierte Datentypen ren wesentlichen Operationen unterscheiden sowie dynamische Datenstrukturen und anwenden, (Liste, Stapel, Schlange) mit ihren wesentlichen Operationen unterscheiden und anwenden, die Begriffe einfach verkettete Liste, binärer Baum und Graph definieren und erläutern, die Wegsuche in Graphen beschreiben, die Begriffe Objekt, Klasse und Vererbung die Begriffe Objekt, Klasse, Vererbung, erläutern (DS), dynamische Bindung und Polymorphie erläutern (DS), einfache Sachverhalte objektorientiert einfache Sachverhalte objektorientiert modellieren. modellieren und implementieren. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Die Schülerinnen und Schüler können iterative Algorithmen entwerfen und iterative und rekursive Algorithmen implementieren, entwerfen und implementieren, die Problemlösungsmethoden Backtracking und Teile und Herrsche anwenden, objektorientierte Programme analysieren und in Klassendiagrammen darstellen, grundlegende Methoden der Softwareentwicklung anwenden, die Phasen des Problemlösens (Entwerfen, Implementieren, Reflektieren) anwenden, ein Werkzeug der Informatik zum eine Programmiersprache als Problemlösen benutzen, Werkzeug zum Problemlösen nutzen, Fehlermeldungen interpretieren und Fehler mit geeigneten Werkzeugen produktiv nutzen, effektiv ermitteln und korrigieren, Problemlösungen testen und dokumentieren, ein Werkzeug der Informatik zum Modellieren benutzen (BO). Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können in kooperativen Arbeitsformen komplexe Probleme bearbeiten, das verwendete Werkzeug zur Problemlösung beurteilen, über den Prozess des Problemlösens reflektieren. 2.4 Lernbereich Angewandte Informatik Lernausgangslage Die Schülerinnen und Schüler können geeignete Werkzeuge zur Kommunikation und Kooperation auswählen, ergebnisorientiert und verantwortungsbewusst kommunizieren und kooperieren, nach grundlegenden Aspekten des Urheberrechts, des Datenschutzes, der Datensicherheit, des Persönlichkeitsrechts und des Jugendmedienschutzes handeln, lokale und globale Netzwerke unterscheiden und angemessen nutzen, die Unsicherheit einfacher Verschlüsselungsverfahren erläutern. Lernausgangslage für erhöhtes Anforderungsniveau: Die Schülerinnen und Schüler können ein Modell der Übertragung von Informationen unter Verwendung der Begriffe Sender, Codierung, Übertragungsmedium, Decodierung und Empfänger beschreiben und darstellen, den Weg einer E-Mail, den Datenweg beim Abrufen von Webseiten und die Arbeitsweise von Suchmaschinen anhand von Modellen beschreiben und darstellen, verlustfreie und verlustbehaftete Datenkompression beschreiben. 21 2.4.1 Netzwerke und IT-Sicherheit Grundlegendes Anforderungsniveau (gA) Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können

2.4.1 Netzwerke und IT-Sicherheit

komplexe Probleme projektbasiert mit Methoden der Informatik lösen (BO), das Client-Server-Modell beschreiben, den Datenaustausch durch ein Schichtenmodell beschreiben, den Aufbau einer IP-Adresse erläutern, die Namensauflösung von Internetadressen (Uniform Resource Identifier URI) durch das Domain Name System (DNS) erläutern, die Wegewahl (Routing) von Datenpaketen beschreiben, verlustfreie und verlustbehaftete Datenkom- verlustfreie und verlustbehaftete pression beschreiben, Datenkompression erläutern, symmetrische Verschlüsselungsverfahren symmetrische und asymmetrische erläutern, Verschlüsselungsverfahren erläutern, die Sicherheit von Verschlüsselungsalgorithmen bewerten und typische Angriffe erläutern (DS, BO). Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können den Verlauf einer Projektarbeit sowie die Ergebnisse dokumentieren und präsentieren (BO), im Rahmen von Projektarbeiten Bezüge zu anderen Fächern herstellen, ein symmetrisches Verschlüsselungsverfahren implementieren. Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können eigenständig ein Projektthema finden, im Team arbeiten und gemeinsam mit dem Team den Verlauf der Projektarbeit selbstständig organisieren (BO), gesellschaftliche und ethische Aspekte der Nutzung sozialer Netzwerke beurteilen (BNE), Nutzen und Sicherheit aktueller Internetdienste diskutieren, Fallbeispiele zum Datenschutz, zur Datensicherheit und Urheberrecht diskutieren (DB), Regeln im Umgang mit kryptografischen Systemen diskutieren. 22 2.4.2 Wissensbasierte Systeme Grundlegendes Anforderungsniveau Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) (gA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können

2.4.2 Wissensbasierte Systeme

Modelle zur Repräsentation von Wissen über einen abgeschlossenen Ausschnitt der realen Welt wiedergeben, die Begriffe Faktum, Regel, Abfrage erklären, wissensbasierte Systeme als Kombination einer Datenbasis, einer Menge von Regeln und einer Inferenzmaschine beschreiben, anhand der Strategien Tiefensuche und Backtracking die automatisierte Ableitung von Aussagen durch eine Inferenzmaschine beschreiben (DS), Grenzen eines abgeschlossenen wissensbasierten Systems unter dem Aspekt der „closed world assumption“ analysieren, Methoden zur dynamischen Veränderung der Wissensbasis nennen, das Konzept der schwachen künstlichen Intelligenz erläutern, Methoden deklarativer Softwareentwicklung mit anderen bekannten Paradigmen vergleichen. Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können zu einem abgeschlossenen Ausschnitt der realen Welt (z. B. Stammbaum) eine Wissensbasis durch die Angabe von Fakten und Regeln modellieren, die Wissensbasis in einem geeigneten System implementieren und durch geeignete Anfragen an das System testen, Rekursion zur Beschreibung komplexerer Zusammenhänge einsetzen, die Abarbeitung von Anfragen in Entscheidungsbäumen darstellen und erläutern. 23 Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können den Stellenwert wissensbasierter Systeme und maschinellen Schließens im Kontext künstlicher Intelligenz beurteilen, die Relevanz wissensbasierter Systeme in verschiedenen Anwendungsbereichen bewerten (z. B. Spiele, Therapien, Expertensysteme) (BO). 2.4.3 Maschinelles Lernen Grundlegendes Anforderungsniveau Erhöhtes Anforderungsniveau (eA) (gA) Sachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können

2.4.3 Maschinelles Lernen

verschiedene Grundideen von Verfahren künstlicher Intelligenz beschreiben (u. a. Pattern matching, maschinelles Lernen), typische Einsatzfelder maschinellen Lernens erläutern, die Rolle und Funktionsweise von künstlicher Intelligenz bei der Analyse großer Datenmengen (Big Data) und deren Auswirkungen auf das Privatleben und die Gesellschaft erklären (BNE). Die Schülerinnen und Schüler können ein Verfahren des statistischen maschinellen Lernens (z. B. Regression, k-Means oder neuronale Netze) beschreiben, die Grundprinzipien überwachten Lernens (supervised learning), unüberwachten Lernens (unsupervised learning) und bestärkenden Lernens (reinforcement learning) erläutern (DS), die Qualität von Trainingsdaten anhand von Kriterien beurteilen, Prinzipien der Datenaufbereitung beschreiben, unter Verwendung einer geeigneten Software den Einfluss von Trainingsdaten und Hyperparametern erläutern, bewerten, ob durch maschinelles Lernen starke künstliche Intelligenz entsteht. 24 Methodenkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können Systeme der künstlichen Intelligenz durch geeignete Anfragen zur Informationsgewinnung nutzen, Tools der künstlichen Intelligenz (z. B. Large Language Models) bedarfsgerecht und reflektiert anwenden und projektbezogen einsetzen, Die Schülerinnen und Schüler können geeignete Promptformulierungen zielgerichtet in Softwareentwicklungsprozessen einsetzen (DS), Trainingsdaten auswählen, analysieren und bewerten, ein Modell trainieren, ein maschinelles Lernverfahren auf eine Problemstellung anwenden. Selbst- und Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können - zu ausgewählten aktuellen Einsatzmöglichkeiten künstlicher Intelligenz Stellung nehmen, - ethischen und rechtliche Chancen und Risiken für Individuum und Gesellschaft bewerten (BNE). Die Schülerinnen und Schüler können sich zur Nachvollziehbarkeit, Erklärbarkeit, Zuverlässigkeit und Bias von KI-generierten Ergebnissen positionieren, zu aktuellen Einsatzmöglichkeiten des maschinellen Lernens Stellung nehmen (z. B. Gesichtserkennung, Content-Targeting), Chancen und Risiken bei Entwicklung und Anwendung beschreiben und diese hinsichtlich individueller und gesellschaftlicher Verantwortung bewerten (BNE), die Verwendung von Trainingsdaten und KI-generierten Inhalten aus rechtlicher Sicht des Datenschutzes sowie des Urheberrechts diskutieren (DB), Potenziale künstlicher Intelligenz in der Zukunft diskutieren und auf Basis der Sachkompetenz begründen (DS, BNE).