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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Whitepaper: Bildung nachhaltig transformieren

Fachartikel

Die Digitalisierung hat alle Lebensbereiche, auch die moderne Bildung, erreicht. Das Conrad Education Team, erfahrener Technik-Experte und Lösungsanbieter im Education-Bereich, arbeitet mit unterschiedlichsten Bildungseinrichtungen zusammen und zeigt: Diese können voneinander lernen und von ihren Erfahrungen profitieren. Im neuen, umfangreichen Whitepaper "Bildung transformieren – für eine nachhaltige Digitalisierung" kommen Verantwortliche aus drei Bildungsbereichen im Rahmen von ausführlichen Best-Practice-Beispielen zu Wort und berichten von ihren Erfahrungen.Längst hat die Digitalisierung alle Lebensbereiche erreicht und spätestens seit der Corona-Pandemie ist klar: Moderne Bildung geht nicht ohne. Mit Mitteln aus dem DigitalPakt ist vielerorts der Anfang gemacht – die erforderlichen Infrastrukturen wurden ausgebaut und digitale Endgeräte angeschafft. Doch wie kann die Digitalisierung im Bildungsumfeld weiter ausgebaut und nachhaltig in den schulischen und außerschulischen Alltag integriert werden, sodass Lernerlebnisse mehr Relevanz und Lebensweltbezug erhalten, Lernende aller Altersklassen auch in Zukunft davon profitieren und digitales Equipment Lehrkräften langfristig Flexibilität und Zeitersparnis bei der Unterrichtsgestaltung bringt.

  • Technik / Sache & Technik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Mathematik / Rechnen & Logik / Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Physik / Astronomie / Chemie / Natur & Umwelt

Vom Schaltplan zur Platine – Schaltpläne lesen und Platinen bestücken

Fachartikel

Dieser Fachartikel gibt praktische Hinweise und Tipps für den Unterricht, damit es Schülerinnen und Schüler einfacher Schaltpläne lesen und Platinen oder Steckboards bestücken können. Die Hinweise beziehen sich gleichermaßen auf Streifenrasterplatinen und auf Steckboards. Außerdem erhalten Sie zwei Übungsaufgaben, die direkt im Unterricht eingesetzt werden können. Der Artikel wird im Kontext des von der Deutsche Telekom Stiftung geförderten Programms "Junior-Ingenieur-Akademie" in gekürzter Form veröffentlicht.

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

Digitale Schule: Evolution des Lehramts

News

Die Kombination aus der richtigen Strategie und passenden Technik ermöglicht den Wandel hin zur digitalen Schule.

  • Mathematik / Rechnen & Logik / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Technik / Sache & Technik
  • Sekundarstufen

Codierung von Zeichen mit ASCII und Unicode

Kopiervorlage / Interaktives

Wie verarbeiten Computer und digitale Endgeräte unsere Schriftsprache? Und warum sind ostasiatische Schriften im Zeitalter der Digitalisierung eine Herausforderung? Mithilfe eines Arbeitsblattes und interaktiver Übungen setzen sich die Lernenden mit der Binärdarstellung von Zeichen mit den standardisierten Codes ASCII und Unicode auseinander.Wie von Geisterhand schrieben in den 1950er Jahren Schreibmaschinen Texte, deren Absendende tausende von Kilometern entfernt saßen. Die Welt rückte immer mehr zusammen, Nachrichten verbreiteten sich innerhalb von Minuten um den ganzen Globus. Damit Schriftzeichen maschinell übermittelt werden können, ist es notwendig, diese zu codieren. Heute ist es das Internet, das diese Technologie zur Perfektion gebracht hat. Dieses Arbeitsmaterial vermittelt Schülerinnen und Schülern, wie die Schriftsprache bei digitalen Geräten codiert ist, was sich hinter den standardisierten Codes ASCII und Unicode verbirgt und warum ihr Browser selbst chinesische Zeichen richtig darstellen kann. Ergänzend stehen interaktive Übungen zur Verfügung, mit denen die Lernenden die Welt des ASCII-Codes spielerisch erkunden können. Zur Einführung in das Thema "Binärcodierung von Zeichen" bietet sich außerdem das Arbeitsmaterial "Binärcode und Codierung" an. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die historische Entwicklung der digitalen Codierung von Schriftsprache kennen. lernen den ASCII-Code kennen. lernen Hexadezimalcodes kennen. lernen den Unicode als digitales Werkzeug des Word Wide Webs kennen. reflektieren die Probleme einer digitalen Welt mit über hundert Sprachen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die Quellennutzung im Internet. nutzen interaktive Übungen im H5P-Format selbstständig. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler ver- und entschlüsseln codierte Texte in Partnerarbeit.

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

Podcasts im naturwissenschaftlichen Unterricht

Fachartikel

Dieser Fachartikel stellt Vorteile sowohl der Rezeption als auch der Produktion von Podcasts im Unterricht vor und gibt Tipps zur Podcast-Produktion im naturwissenschaftlichen Unterricht. Diese werden anhand von Beispielen aus der Unterrichtspraxis veranschaulicht sowie durch eine nützliche Linkliste gestützt.Die kreative Medienarbeit mit Podcasts im naturwissenschaftlichen Unterricht stellt nicht nur hohe Anforderungen an die Auseinandersetzung mit dem Thema (als Grundlage für das eigene Podcast-Drehbuch), sondern fordert und fördert auch Absprachen und die Disziplin innerhalb einer Gruppe. Ein Schülerkommentar drückt manchmal mehr aus als jedes theoretische Konzept: "Wir haben uns beim Erstellen der Podcasts so intensiv mit den Themen beschäftigt – wenn diese in der Abiturprüfung dran kommen, dann läuft vor unseren Augen der Film ab! Lernen müssen wir für diese Themen nicht mehr." Vorteile der Podcast-Rezeption im Unterricht Unabhängig von Zeit & Ort nutzbar Podcasts sind Audio- oder Videobeiträge, die über das Internet veröffentlicht ("cast" von "Broadcast", also "Rundfunk") und auf Knopfdruck rezipiert werden können ("Pod" als Akronym für "Play on demand"), um sie zu einem individuell passenden Zeitpunkt zu konsumieren. Podcasts werden von Medienanstalten, Institutionen (zum Beispiel TV-Sendern) oder von Privatpersonen zu unterschiedlichsten Fachbereichen und Themen bereitgestellt. Bereicherung des Materialfundus für den Unterricht Podcasts stellen eine wertvolle Bereicherung des Materialfundus für den Fachunterricht dar. Auf bestehende Podcasts zurückzugreifen und sie in den Unterricht zu integrieren, ist der rezeptive Weg: das Konsumieren. Rezeption im individuellen Tempo In der Schule können Podcasts über die Internetseiten von Anbietern wie " Quarks & Co " und " National Geographic " während der Unterrichtsstunde abgerufen werden. Dadurch, dass Podcasts bequem über das Smartphone oder Tablet abrufbar sind, können Podcasts unkompliziert auch ohne vorhandenen Computerraum in den Unterricht integriert werden. Zudem kann jede Schülerin und jeder Schüler die Arbeitsaufträge zum Podcast im individuellen Tempo bearbeiten und ihn bei Bedarf stoppen oder wiederholen. Nutzung auch am heimischen Endgerät Die im Unterricht verwendeten Podcasts sind natürlich auch zuhause, beispielsweise im Distanz-Unterricht oder in Form einer Hausaufgabe nutzbar, denn selbstverständlich sind sie auch von zu Hause aus abrufbar und können bei Bedarf ebenso auf das eigene mobile Endgerät heruntergeladen werden. Ist auch das persönliche Interesse für ein Thema geweckt, können sich die Lernenden per Podcasts weiter auf dem Laufenden halten und tiefer in die Thematik eindringen. Vorteile der Podcast-Produktion im Unterricht Ergebnissicherung und Öffnung von Schule Eine besondere Chance bietet sich im Zuge des produktiven Einsatzes im Unterricht, also dem Erstellen und Veröffentlichen eigener Podcasts zu speziellen Fachinhalten, da hier die Eingangskanäle Hören und Sehen durch das eigene Handeln bereichert werden. Durch die Veröffentlichung im Internet wirkt das Produkt nicht nur im eigenen Klassenzimmer oder verschwindet in der Schublade, sondern ist weltweit jederzeit für interessierte Personen verfügbar und kommentierbar. Dies öffnet den Lernort Schule und macht Arbeitsergebnisse transparent. Kreative Darstellung fachlicher Inhalte Ein gelungenes Beispiel für eine Podcast-Erstellung durch Schülerinnen und Schüler findet sich auf der Seite des Werner-Heisenberg-Gymnasiums in Leverkusen. Jene Schule bot ihren Abiturientinnen und Abiturienten im Rahmen eines "Abitur-Vorbereitungswochenendes" an, sich in thematischen Fachgruppen inhaltlich auf die bevorstehende Prüfung mittels Podcast-Produktion vorzubereiten. Ein Tag war dabei der kreativen Umsetzung biologischer Inhalte und der Produktion eines Videopodcasts gewidmet.

  • Biologie / Ernährung und Gesundheit / Natur und Umwelt / Informatik / Wirtschaftsinformatik / Computer, Internet & Co. / Chemie / Natur & Umwelt / Geographie / Jahreszeiten / Physik / Astronomie / Mathematik / Rechnen & Logik / Technik / Sache & Technik
  • Primarstufe, Sekundarstufe I, Sekundarstufe II

Binärcode und Codierung – die Sprache der digitalen Welt

Kopiervorlage

Wie verarbeiten eigentlich Computer oder Smartphones Daten? Was haben die arabischen Zahlen mit dem Binärcode gemeinsam? Mithilfe dieser Arbeitsblätter lernen die Schülerinnen und Schüler ausgehend von Ziffern und Zahlen den Binärcode als Sprache der Computer und Smartphones kennen.Unser Alltag ist von Zahlen geprägt. Doch was haben die arabischen Zahlen mit dem Binärcode gemeinsam und warum können Computer unser Dezimalsystem nicht direkt verarbeiten? Ausgehend von unserem Zahlensystem über den BCD-Code, die Ganzzahlen bis zu den Gleitkommazahlen lernen die Schülerinnen und Schüler Unterschiede und Gemeinsamkeiten von analoger und digitaler Welt kennen. Darüber hinaus erfahren sie, was BCD, ASCII und Unicode bedeuten und wie diese die digitale Welt prägen. Damit sind die Grundlagen für die Verarbeitung von digitalen (Zahlen-)Informationen in der Informatik gelegt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die Herkunft unseres Zahlensystems kennen (Arbeitsblatt 01). unterscheiden zwischen analoger und digitaler Welt (Arbeitsblatt 01). lernen die Fachbegriffe Bit und Byte kennen (Arbeitsblatt 01). stellen den Zusammenhang zwischen Dezimalzahlen und Bit-Schreibweise her (Arbeitsblatt 02). codieren mit dem BCD-Code die Ziffern 0 bis 9 (Arbeitsblatt 02). notieren ihren Geburtstag als binär codierte Dezimalzahlen (Arbeitsblatt 02). lernen den Begriff/Datentyp Integer kennen (Arbeitsblatt 03). berechnen den Wert eines Integers mit oder ohne Vorzeichen (Arbeitsblatt 03). lernen den Begriff/Datentyp Fließkommazahl kennen (Arbeitsblatt 04). erfahren etwas zu Normen in der Technik (Arbeitsblatt 04). Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen spezielle Online-Umrechner im Internet. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler diskutieren gemeinsam Anwendungen und Grenzen des Datentyps Integer. erfahren gemeinsam die Grenzen von Binärcode im normalen Alltagsgebrauch.

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

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

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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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