Unterrichtsmaterialien → Informatik Sekundarstufen

Tipp der Redaktion

Fächerverbindendes

Diese Einheit gibt den Lernenden einen Einblick in das Denken in Strukturen aus der Informatik an einem Alltagsproblem mit Strichcodes.

Tipp der Redaktion

Textverarbeitung

In dieser Unterrichtseinheit zum Thema "Textverarbeitung - Layout" üben die Lernenden wichtige Formatierungsfunktionen in Word.

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Mit dem KI-Labor maschinelles Lernen entdecken und verstehen

Unterrichtseinheit

Das Material bietet eine Experimentier-Grundlage zum Thema maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz (KI), die browserbasiert arbeitet. Sie kann ergänzt werden durch Lehrmaterial eines offenen Online-Kurses (MOOC).Das "KI-Labor" bietet Möglichkeiten, mit dem eigenen digitalen Endgerät maschinelles Lernen erfahrbar zu machen. Es bietet aktuell die folgenden Lernräume: Handschrifterkennung durch ein neuronales Netz: Es ist sowohl ein vortrainiertes wie auch selbst-trainiertes Modell möglich. Dabei wird ein bekannter, frei verfügbarer Datensatz der Forschung (NIST) verwendet. Objekterkennung mit der Webcam: Auch hier wird ein vortrainiertes Modell mit einem frei verfügbaren Datensatz verwendet. Generierung von künstlichen Bildern als Beispiel für die GAN-Technik bei neuronalen Netzen Tic-Tac-Toe: Einfaches Verstärkungslernen sichtbar machen. Es muss eine KI durch mehrere Spiele selbst trainiert werden, die anschließend perfekt spielt. Somit sind verschiedene Themenbereiche des überwachten Lernens und Verstärkungslernens abgedeckt. Es kann selbstständig mit den Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Technologien experimentiert werden. Das KI-Labor kann entweder für sich alleine beziehungsweise in Kombination mit einer Unterrichtseinheit verwendet werden oder mit Hilfe der Lehrtexte des kostenlosen MOOCS "Elements of AI" zu einer vollwertigen Selbstlernumgebung ergänzt werden. Zur Ausführung wird lediglich ein moderner Webbrowser benötigt, je nach Hardware-Ausstattung können einige der Beispiele gegebenenfalls etwas länger dauern. Für die Objekterkennung wird darüber hinaus eine Webcam benötigt, auf die die Webseite zugreifen darf. Das KI-Labor eignet sich im Fach Informatik als Einführung in eine Unterrichtseinheit zu maschinellem Lernen (speziell zu neuronalen Netzen), als Ergänzungsangebot für interessierte Schülerinnen und Schüler oder auch als fachlicher Anknüpfungspunkt für eine Einheit in einem anderen Fach, wenn es beispielsweise um ethische oder wirtschaftliche Fragen der KI geht. Das Thema "Künstliche Intelligenz" im Unterricht Künstliche Intelligenz ist an vielen Stellen völlig alltäglich geworden. Meistens sind diese Systeme aber nur Black-Boxen in unserem Alltag und es fällt schwer, mehr über die Funktionsweise herauszufinden. Gleichzeitig sind die Themen, wenn man sie unterrichtlich behandeln möchte, mathematisch zu anspruchsvoll für den Schulunterricht, so dass nur ein oberflächlicher Zugang zur eigentlichen Funktionsweise möglich ist. Genauso ist das Umsetzen von existierender Software in eigenen Programmen zwar im Unterricht möglich, aber nur für leistungsstarke Lerngruppen. Durch das KI-Labor wird eine Möglichkeit geschaffen, mit dieser Software zu interagieren, ohne sie selbst entwickeln zu müssen. Man kann mit Systemen experimentieren und so einen Zugang zu deren Funktionsweisen erhalten, ohne die Funktion im Detail verstehen zu müssen. Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler Schülerinnen und Schüler benötigen kein spezielles Vorwissen, sie können dieses aber – wenn sie es mitbringen – nutzen, um mit einem anderen Blick auf die Beispiele zu schauen. Digitale Kompetenzen, die Lehrende zur Umsetzung der Unterrichtseinheit benötigen Abgesehen von der fachlichen und fachdidaktischen Expertise über die informatischen Aspekte des maschinellen Lernens ist nur die Bedienung eines Browsers notwendig. Didaktisch-methodische Analyse Das KI-Labor ist entweder als selbstständige Lernumgebung oder als Ergänzung zu einer Unterrichtseinheit gedacht. Als Einstieg lässt sich mit dem vortrainierten Modell zunächst erleben, dass die Erkennung gut funktioniert, gleichzeitig aber in ihrer Anwendung stark fokussiert ist. Die Spezialisierung ist ein typisches Merkmal moderner KI. Gleichzeitig kann man die statistischen Ausgaben, die typisch für neuronale Netze sind, sehen und so etwas über die Funktionsweise erfahren. Ist bereits Vorwissen vorhanden, beziehungsweise wird das Training von neuronalen Netzen unterrichtlich thematisiert, so können durch das selbst trainierbare Modell verschiedene Parameter untersucht und exploriert werden, beziehungsweise Themen des Unterrichts ganz konkret auf einem realen Datensatz erprobt werden. Ist keine Unterrichtseinheit geplant, so kann durch die entsprechenden Kapitel des MOOCS "Elements of AI" der Hintergrund für interessierte Schülerinnen und Schüler dennoch zugänglich gemacht werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler analysieren Verfahren des maschinellen Lernens. bewerten, wie und unter welchen Umständen ein Verfahren des maschinellen Lernens zu einer Entscheidung kommt. erklären, wie ein Verstärkungsalgorithmus für die KI eines einfachen Brettspiels funktioniert. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kennen und verstehen Funktionsweisen und grundlegende Prinzipien der digitalen Welt. erkennen und formulieren algorithmische Strukturen in genutzten digitalen Tools. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kommunizieren über informatische Themen. 21st Century Skills Die Schülerinnen und Schüler üben sich in kritischem Denken.

  • Informatik
  • Sekundarstufe II

Arduino-Kurs mit Tinkercad

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit erarbeiten sich die Lernenden selbständig die Grundlagen zur Programmierung eines Mikrocontrollers und den Aufbau zugehöriger Schaltungen in Tinkercad.Tinkercad erlaubt den Aufbau, die Programmierung und die Simulation von Schaltungen mit verschiedenen Mikrocontrollern. Die Arbeitsergebnisse können vom Lehrenden eingesehen und gemeinsam bearbeitet werden. Tinkercad ist somit für den Einsatz im Distanzunterricht besonders gut geeignet. Mit diesem Arbeitsmaterial können erste einfache Programmieraufgaben in Tinkercad mit dem Arduino-Mikrocontroller durchgeführt werden (Ampelschaltung, Lichtorgel, dimmbare LED). Die Schülerinnen und Schüler lernen sowohl Sensoren als auch Aktoren kennen, die digital und analog ausgewertet beziehungsweise angesteuert werden. Die Grundlagen im Umgang mit Tinkercad sollten vorhanden sein. Für die erste Aufgabe wird der Programmcode zunächst vorgegeben und untersucht. Die Vorgaben werden in den nachfolgenden Aufgaben sukzessive verringert und die Lernenden programmieren zunehmend selbständig. Nach einer kurzen Vorstellung des Mikrocontrollers Arduino Uno und der Programmierumgebung in Tinkercad wird in der ersten Aufgabe "Hello World" zunächst der vorgegebene Code untersucht, indem ein Parameter verändert wird. Außerdem lernen die Schülerinnen und Schüler die Kommentarfunktion kennen sowie die allgemeine Struktur eines Programms. Aufbauend darauf werden beim Bau einer Ampel die digitale Ansteuerung mehrerer LEDs, das Auslesen eines Pins mit angeschlossenem Taster sowie die Ansteuerung eines Buzzers für ein Blindensignal erlernt. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der analogen Auswertung von Spannungssignalen. Ein Drehregler steuert hier die Blinkgeschwindigkeit einer LED und in der zweiten Aufgabe eine Lichtorgel. Im letzten Teil kommt dann die analoge Steuerung der Helligkeit einer LED sowie einer Farb-LED hinzu. Im Anschluss an den Kurs kann optional ein Projekt (Automatischer Teebereiter) durchgeführt werden, in dem die Lernenden ihre Kenntnisse umsetzen und erweitern können. In Meilensteinen werden die notwendigen Schritte beschrieben. Vorkenntnisse Die Lernenden benötigen keine Vorkenntnisse in Programmierung. Sie sollten aber über grundlegende Computerkenntnisse und den Umgang mit Tinkercad verfügen. Didaktisch-methodische Analyse Technik nimmt in unserem Leben einen immer höheren Stellenwert ein. Die Programmierung von Mikrocontrollern bietet hier einen einfachen Zugang und gleichzeitig motivierende Erfolgserlebnisse durch den Bau funktionierender Prototypen. Über verschiedene Stufen nähern sich die Lernenden der Programmierung des Arduino Mikrocontrollers mittels Tinkercad an. Die einzelnen Arbeitsblätter bauen aufeinander auf und sind Voraussetzung für das (optionale) Absolvieren der Lernzielkontrolle und des Projekts zum automatischen Teezubereiter. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten sich die Grundlagen des Programmierens. lernen den Arduino als Beispiel für einen Mikrocontroller kennen. nutzen Tinkercad, um verschiedene Schaltungen aufzubauen und zu simulieren. lernen, wie Technik (hier am Beispiel eines Teeautomats) in seinen Grundzügen funktioniert. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler erkennen den Wert des Tools Tinkercad, um reale Arduino Schaltungen zu simulieren, ohne dabei zum Beispiel LEDs bei falscher Verkabelung zu zerstören. sichern ihre Arbeitsergebnisse digital auf Tinkercad. nutzen den Computer darüber hinaus zur Recherche und zur Programmierung Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten selbstständig (gegebenenfalls mit einem Partner oder einer Partnerin) mit vorbereitetem Material.

  • Technik / Sache & Technik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co.
  • Sekundarstufe I

Upcycling und Reparieren im Unterricht

Fundstück

Das Projekt RETIBNE bietet frei erhältliche Unterrichtsmaterialien zum Thema "Upcycling und Reparatur" für den Technik- und Informatikunterricht an. Schülerinnen und Schüler sollen so ganz praxisnah Nachhaltigkeit lernen.

  • Informatik  / Technik

Künstliche Intelligenz (KI) im Alltag

Unterrichtseinheit

Dieses Unterrichtsmaterial widmet sich den ganz alltäglichen Fragen rund um Künstliche Intelligenz (KI): Was hat KI mit meinem Leben zu tun? Und was ist das eigentlich genau? Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eine eigene Perspektive auf Künstliche Intelligenz und sammeln Wissen zu diesem Themenkomplex.Künstliche Intelligenz (KI) – meist meint man heute damit Computersysteme oder Maschinen, die durch Verfahren Maschinellen Lernens scheinbar selbstständig begrenzte Aufgaben lösen können, und dies oft besser als der Mensch. Sie spielen heute schon in vielen Bereichen unseres Lebens eine wichtige Rolle, so kommen zum Beispiel Sprachassistenten oder selbst die Smartphone-Kamera nicht mehr ohne KI-Anteile aus. In diesem Unterrichtsmodul wird anhand bestehender Alltagserfahrungen sowie vorhandener Vorstellungen über KI zunächst ein Überblick über Einsatzmöglichkeiten, Grundbegriffe und Funktionsweisen von KI gegeben, ohne dass sich die Schülerinnen und Schüler sofort mit der dahinterstehenden Technologie auseinandersetzen müssen. Alternativer Einstieg ins Thema Für den Einstieg in die Unterrichtssequenz gibt es zwei mögliche Herangehensweisen. Während die erste Version auf Basis konkreter, bebilderter Alltagsbeispiele gestaltet ist und eher für jüngere Lerngruppen geeignet ist (siehe Unterrichtsablauf), ist die zweite Version offener und basiert nicht auf gegebenen Anwendungen für KI. Die Schülerinnen und Schüler steigen bei Variante 2 direkt mit eigenen, selbstgewählten Erfahrungen aus ihrem Alltag in die Thematik ein. Zur Strukturierung dieser Phase dienen Reflexionsfragen, die auch in Form einer Online-Befragung gestellt und ausgewertet werden können (siehe Lehr- und Arbeitsmaterial "MENSCH, Maschine!" ). Verknüpfung mit dem Simulationsspiel "MENSCH, Maschine!" Es empfiehlt sich, die Aufgaben dieser Unterrichtseinheit mit dem Simulationsspiel "MENSCH, Maschine!" zu verknüpfen. Das Spiel ermöglicht es Jugendlichen, nachzuvollziehen, wie die Maschine lernt – und damit die Grundprinzipien von Maschinellem Lernen (ML) zu verstehen. Ein entsprechendes Unterrichtsmodul finden Sie hier . Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit eigenen Alltagserfahrungen zum Thema KI. sammeln vorhandenes Wissen zum Thema "Künstliche Intelligenz" und ordnen dieses ein. erhalten einen Überblick über Einsatzmöglichkeiten, Grundbegriffe und Funktionsweisen von KI. lernen KI-Systeme als Mittel der Marketing-Optimierung kennen. ziehen Rückschlüsse auf ihr eigenes Such- und Surfverhalten im Netz.

  • Informatik  / Mathematik
  • Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Tablets im digitalen Klassenzimmer: Zeit, mit der Zeit zu gehen

Fachartikel

Dieser Fachartikel zu Tablets im Unterricht beschäftigt sich mit den vielfältigen Potenzialen für die Unterstützung von Schülerinnen und Schülern beim Lernen und die effizientere Gestaltung eines modernen Unterrichts. Schwere Bücher, schwere Schulranzen Befragungen von Eltern im Auftrag von Krankenkassen zeigen, dass eine beträchtliche Anzahl von Kindern über ein zu hohes Gewicht von Schulranzen und das Tragen von Unterrichtsmaterialien klagen. Es kann daher sogar passieren, dass Kinder an manchen Tagen über zehn Kilo in ihrem Schulranzen durch die Gegend tragen. Das ist bei durchschnittlichen 9- bis 11-Jährigen, die circa 30 bis 35 Kilo wiegen, ungefähr ein Drittel des eigenen Körpergewichts. Der Richtwert von maximal 10 Prozent des Körpergewichts wird also oftmals überschritten. Wenn man das auf einen gewöhnlichen Erwachsenen überträgt, entspricht dies dem Gewicht von zwei Kästen Wasser. Stellen wir uns mal vor, wir müssten mehrmals die Woche zwei Kästen Wasser zur Arbeit tragen und danach wieder zurück: Das würden wir uns selbst nicht zumuten – warum also unseren Kindern? Tablets als Lösung: leicht, dünn und digital Lehrerinnen und Lehrer, die sich mit diesem Problem intensiv auseinandersetzen, investieren daher einen nicht unerheblichen Teil ihrer Zeit mit der genauen Planung und der Abstimmung, welche Bücher und Unterrichtmaterialien am jeweiligen Unterrichtstag tatsächlich gebraucht werden. Ein Tablet kann dieses Problem abschaffen. Es ist nicht nur sehr leicht , sondern auch enorm flexibel einsetzbar . Eine Lösung, von der viele Nutzer, also die Schulen, Lehrerinnen und Lehrer, Eltern, aber vor allem die Schülerinnen und Schüler enorm profitieren können. Mit einem Tablet werden aus schweren Büchern E-Books . Aus Kilos werden Bytes, aus analog wird digital und Schulranzen müssen nicht vollbeladen werden. Tablets als Multifunktionswerkzeug im Unterricht Ein Tablet kann vieles. Es bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in nahezu allen Unterrichtssituationen und -fächern , da es flexibel in den Unterricht integriert werden kann und als "Multifunktionswerkzeug" dient. Diverse Möglichkeiten des Übens, Teilhabens, Kollaborierens, der Dokumentation und Erarbeitung von Unterrichtsinhalten, der Recherche, der intuitiven Gestaltung, der Textverarbeitung et cetera können den Kompetenzerwerb von Schülerinnen und Schülern in den drei Kernbereichen Analysieren und Reflektieren , Produzieren und Präsentieren sowie Problemlösen und Handeln unterstützen. Ebenfalls lässt sich durch zahlreiche Apps der Unterricht offener, forschender und projektbezogener gestalten. Potenziale von Tablets im MINT-Unterricht Das kann sich besonders in den MINT-Fächern zeigen: Im Unterrichtseinsatz können Tablets als kleine, mobile Messlabore genutzt werden, die eigenverantwortliches Experimentieren ermöglichen. Magnetfeld-, Gyrometer und Beschleunigungssensoren eignen sich insbesondere in Verbindung mit einer Vielzahl verfügbarer Mess-Apps super für den experimentellen Unterricht und die naturwissenschaftliche Bildung. So kann die Messung der Frequenz eines Pendels mit dem Beschleunigungssensor, der Dopplereffekt oder auch die dB-Messung mit dem Mikrofon bestimmt werden. Entfernungen, Längen, Höhen und Flächen lassen sich mittels Trigonometrie berechnen. Ebenfalls bieten sich zahlreiche Möglichkeiten der sensorischen Erfassung und Auswertung von externen Daten wie der PH-Messung, der Luftfeuchtigkeit, Temperaturen, der Nutzung eines Voltmeters und vielen weiteren Anwendungen, die einfach über Bluetooth an das Tablet gekoppelt werden können. Verbindung von Konventionellem und Digitalem: Handschrift auf dem Tablet Kann man also mit der Zeit gehen und trotzdem Konventionelles behalten? Eine Studie des Verbands Bildung und Erziehung (VBE) verweist auf einen zunehmenden Verlust der Handschrift bei Schülerinnen und Schülern und macht die fortschreitende Digitalisierung der Kommunikation dafür verantwortlich. Die Handschrift gilt dabei als kulturelle Technik, die Merkfähigkeit und Kreativität fördert und für die kognitive Entwicklung von Kindern essenziell ist. Händisches Schreiben ist ebenfalls deshalb so wichtig, weil eine höhere Verarbeitungstiefe als beim Tippen erreicht wird. Um die Kulturtechnik zu wahren, aber auch erweiterte Möglichkeiten der Digitalisierung wie Handschrifterkennung, das Löschen von Geschriebenem et cetera zu ermöglichen, ist die Stifteingabe beziehungsweise das Schreiben per Stift ein entscheidender Vorteil im direkten Vergleich zu Laptops. Diese verfügen meist nur über eine Tastatur und einen Bildschirm ohne Touch-Funktion oder falls doch vorhanden, so sind die Anschaffungskosten in den meisten Fällen deutlich im Premium-Bereich und eher für eine professionelle Nutzung im Grafik-, Design- und Gestaltungsbereich geeignet. Neues Lernen mit Tablets: Samsung zeigt, wie man es lösen kann Der Technologiekonzern Samsung hat sich intensiv mit der Digitalisierung unserer Schulen auseinandergesetzt und eine solide Brücke zwischen den weitreichenden Stärken seiner Produkte und den Anforderungen eines modernen Klassenraums geschlagen. So bietet Samsung eine Palette an leichten, dünnen und einfach nutzbaren Endgeräten, die in unterschiedlichen Preis-Segmenten verfügbar sind und eine enorm hohe Kompatibilität mit anderen Anwendungen und Geräten bieten. Ein schönes Beispiel dafür ist das Galaxy Tab S6 Lite. Mit seinen gerade mal 460 Gramm ist das Schüler-Tablet von Samsung ein geeigneter Begleiter im Unterricht und bietet durch seine hohe Kompatibilität zahlreiche Anwendungs- und Erweiterungsmöglichkeiten in nahezu allen Fächern. Mit seinem inkludierten S Pen kann es das händische Schreiben fördern, während es ein fast authentisches Schreibgefühl ermöglicht. Wo manche Laptops mangels Akku-Kapazität, frühzeitig an den Strom angeschlossen werden müssen, bietet das Galaxy Tab S6 Lite einen leistungsstarken Akku, der auch längere Schultage überstehen kann. In sämtlichen Endgeräten hat Samsung dabei glücklicherweise auf ein geschlossenes Betriebssystem verzichtet und alle Endgeräte laufen auf dem Android OS , was nicht nur von über 70 Prozent aller Smartphone- und Tablet-Besitzer genutzt wird, sondern auch in seiner Anwendung sehr einfach ist. Bei vielen anderen Betriebssystemen ist das oftmals nicht so. Gerade PCs und Laptops haben so ihre Tücken. Sprich: Wenn man ein Problem mit Programmen, Abstürzen, Installationen, dem Internet und Netzwerklösungen, aber vor allem auch der Sicherheit des Gerätes hat, so benötigt man in den meisten Fällen IT-Hilfe oder zumindest die Unterstützung von jemandem, der sich intensiv mit Computern beschäftigt hat. Auf Samsung Geräten kommen dank des zuverlässigen Android-Betriebssystem Abstürze so gut wie nie vor und deshalb können fast alle Probleme direkt von der Lehrkraft oder den Schülerinnen und Schülern selbst gelöst werden. Unterricht mit Tablets an der Tafel Letztendlich kommt es auf die Gesamtlösung an und darauf, dass die Strukturen der Digitalisierung ineinandergreifen. Deshalb bietet Samsung mit dem Flip auch zusätzlich eine digitale Tafel , die für einen modernen Unterricht mit kompatiblen Endgeräten ausgelegt ist. Darauf lassen sich nicht nur wie auf einem Flip-Chart ressourcen- und umweltschonend Präsentationen erstellen, die auf Papier verzichten. Es lassen sich auch Aufgaben fast wie an einer echten Tafel lösen. Vor allem das Screen-Mirroring ist hervorzuheben, mit dem die Inhalte der Tablets einfach und für die ganze Klasse gut sichtbar auf dem Flip geteilt werden können. Fazit: Tablets an Schulen – eine Investition, die sich lohnt Jetzt sollten natürlich auch Taten folgen. Wir haben viel Nützliches, die Ressourcen im DigitalPakt Schule sind da und warten darauf, abgerufen zu werden. Denn eine flächendeckende Versorgung und Ausstattung sind die Grundlage für Bildungsgleichheit und für ein hohes Maß an Gerechtigkeit. Ein gemeinsamer Nenner in dieser Aufgabe, aber auch ein geeignetes Tool für die Umsetzung kann das Tablet sein – eine Investition, die sich auf allen Ebenen lohnt.

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Aktuelle News für das Fach Informatik

Unterrichtsmaterial und Arbeitsblätter Informatik

Informatik-Unterrichtsmaterial liegt hier in Form von Arbeitsblättern und Stundenentwürfen vor, die zum Beispiel Themen wie die informatische Grundbildung, die Modellierung, die Algorithmik und die Tabellenkalkulation oder den Umgang mit Datenbanken behandeln. 

Weitere Unterrichtseinheiten und Arbeitsblätter für den Informatik-Unterricht finden Sie in unseren FachportalenInformationstechnik und Wirtschaftsinformatik für berufsbildende Schulen.

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