II · Informatiksysteme verstehen: Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe
„Mein erstes Gadget ist ein kleiner Computer“ · Orientierungsrahmen ca. 12 Ustd.
Leitfrage: Was steckt hinter „das Gerät macht etwas“ – und warum reagieren zwei gleiche Geräte auf dieselbe Eingabe verschieden?
Worum es fachlich geht
Der fachliche Kern ist die Funktionssicht statt der Gegenstandssicht: Ein System wird nicht über seine Bauteile erklärt, sondern über Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe, den gespeicherten Programmablauf und den inneren Zustand. Der Von-Neumann-Blick entsteht altersgerecht als Antwort auf die Frage, warum dasselbe Gerät verschiedene Dinge tun kann, ohne umgebaut zu werden: weil die Anweisungen gespeichert und austauschbar sind. Bit und Byte werden anschaulich als Größenvorstellung eingeführt, nicht als Rechenverfahren.
| Merkmal | Festlegung |
|---|---|
| Jahrgangsfenster | 7 |
| Inhaltsfelder | Informatiksysteme · Information und Daten |
| Inhaltliche Schwerpunkte | Aufbau und Funktionsweise von Informatiksystemen · Daten und ihre Codierung · Erfassung, Verarbeitung und Verwaltung von Daten |
| Kompetenz-IDs | D3, D4, G2, S1, S3, M6 |
| Zeitlicher Orientierungsrahmen | könnte bei etwa 12 Ustd. liegen |
| Leistungsbewertung | ausschließlich nach dem externen Leistungskonzept |
D3 – vergleichen Datenmengen hinsichtlich ihrer Größe mit anschaulichen Beispielen aus ihrer Lebenswelt. D4 – codieren und decodieren Daten unter Verwendung verschiedener Codierungsvorschriften. G2 – ermitteln durch die Analyse eines Algorithmus dessen Ergebnis. S1 – identifizieren Beispiele für (vernetzte) Informatiksysteme aus ihrer Lebenswelt. S3 – erläutern grundlegende Prinzipien eines Von-Neumann-Rechners. M6 – stellen den Einfluss von Informatiksystemen auf das eigene Handeln im gesellschaftlichen Kontext dar.
Derselbe Aufbau – jetzt als Untersuchungsgegenstand
Es wird nichts dazugesteckt. Der Aufbau aus dem ersten Unterrichtsvorhaben wechselt die Rolle: vom Werkzeug zum Gegenstand. Das ist didaktisch der entscheidende Schritt – die Lernenden untersuchen ein Gerät, das sie selbst gebaut haben und dessen Verhalten sie kennen.
3D-Modell wird geladen, sobald es sichtbar wird.
Ziehen dreht das Modell, das Mausrad zoomt. Ein Klick auf einen Bauteilnamen blendet ihn aus oder wieder ein. Blau markiert sind die Bauteile, mit denen in dieser Reihe gearbeitet wird.
Was praktisch geschieht
Funktionen statt Bauteile benennen
Der eigene Aufbau wird beschriftet – aber nicht mit „Taster“, sondern mit „hier wird eine Information in das System gegeben“. Die Umstellung von Gegenstand auf Funktion ist die eigentliche Hürde.
Gegenbeispiel bauen
Ein Bauteil, das nur leuchtet, ohne dass etwas verarbeitet wird, zeigt: sichtbare Wirkung ist noch keine Verarbeitung.
Programm wechseln, Gerät bleibt
Auf denselben Aufbau kommt ein völlig anderes Programm. Nichts wird umgesteckt – und das Gerät tut etwas anderes. Daraus wird der Gedanke des gespeicherten Programms erschlossen.
Versorgung erfahrbar machen
Das USB-Kabel wird abgezogen. Ohne Strom kein System: eine banale Beobachtung, die später bei der Fehlersuche zur eigenen Kategorie wird.
Der Lernweg
| Schritt | Was geschieht | Lernhandlung | Lernprodukt |
|---|---|---|---|
| L1 | Das eigene Gerät zerlegen — gedanklich | Der Aufbau aus UV I wird nach Funktion beschrieben: Was ist hier Eingabe, was Verarbeitung, was Ausgabe? | EVA-/Systemdiagramm des eigenen Aufbaus |
| L2 | Gegenbeispiel | Ein Bauteil, das nur leuchtet, ohne dass etwas verarbeitet wird, dient als Gegenbeispiel: sichtbare Wirkung ist nicht Verarbeitung. | begründete Abgrenzung |
| L3 | Programmwechsel | Dasselbe Gerät bekommt ein anderes Programm und tut etwas völlig anderes — ohne Umbau. Daraus wird der Von-Neumann-Gedanke erschlossen (S3). | Erklärung „gespeicherte Anweisung → Verarbeitung → Wirkung" |
| L4 | Zustand sichtbar machen | Ein Programm, bei dem derselbe Tastendruck je nach Vorgeschichte anders wirkt. Der Zustand wird als Erklärung nötig. | Beispielpaar mit Erklärung |
| L5 | Ergebnis analysieren | Ein fremdes Blockprogramm wird gelesen und sein Ergebnis vorhergesagt, bevor es ausgeführt wird (G2). | Trace-Tabelle mit Vorhersage |
| L6 | Daten und Größe | Wie viel passt in den Speicher des Geräts? Bit und Byte werden an den eigenen Programmgrößen und an Alltagsdaten anschaulich verglichen (D3). | Größenvergleich mit Begründung |
| L7 | Codieren | Eine Codierungsvorschrift wird auf eine Geräteausgabe angewandt und rückwärts gelesen (D4) — Vorbereitung auf UV III. | Codiertabelle |
| L8 | Andere Systeme wiedererkennen | Dieselbe EVA-Struktur wird in Alltagsgeräten wiedergefunden (S1) und ihr Einfluss auf das eigene Handeln beurteilt (M6). | Vergleichstabelle, begründete Stellungnahme |
Was dieser Weg zusätzlich leistet
- Systemgrenze bestimmen: Wo hört das Gerät auf, wo fängt die Umwelt an? Diese Frage entsteht nur an einem realen Aufbau.
- Versorgung als eigene Größe: Ohne Strom kein System — eine Erfahrung, die A nicht bietet und die auf UV XIV vorbereitet.
- Bauteilbezeichnung und Fachsprache am realen Objekt.
Möglicher Stundentakt
Wochenrhythmus: eine Doppelstunde (DS, 2 Ustd.) und eine Einzelstunde (ES, 1 Ustd.). Die Taktung ist ein Vorschlag; Dauer, Reihenfolge und Sozialform bleiben Entscheidung der Lehrkraft.
| Std. | Format | Überschrift der Stunde | Kern | Sichtbares Lernprodukt |
|---|---|---|---|---|
| 1–2 | DS | „Mein Gerät ist ein Computer" | Funktionssicht statt Bauteilsicht: Der Aufbau aus UV I wird danach beschrieben, was eingegeben, verarbeitet und ausgegeben wird. [L1] | EVA-/Systemdiagramm des eigenen Aufbaus |
| 3 | ES | „Eingabe, Verarbeitung, Ausgabe — die Wörter" | Fachsprache sichern; Gegenbeispiel: sichtbare Wirkung ohne Verarbeitung. [L2] | Wortbank + begründete Abgrenzung |
| 4–5 | DS | „Ein anderes Programm — ein anderes Gerät" | Derselbe Aufbau bekommt ein anderes Programm und tut etwas völlig anderes, ohne Umbau. Daraus entsteht der Von-Neumann-Gedanke. [L3] | Erklärung „gespeicherte Anweisung → Verarbeitung → Wirkung" |
| 6 | ES | „Warum kann dasselbe Gerät Verschiedenes?" | Sicherung S3 mit Satzmustern; Diagnose, ob das gespeicherte Programm als Erklärung genutzt wird. | Erklärtext mit Fachbegriffen |
| 7–8 | DS | „Gleicher Druck, andere Wirkung" | Ein Programm, bei dem derselbe Tastendruck je nach Vorgeschichte anders wirkt. Zustand wird als Erklärung nötig. Fremden Ablauf lesen und Ergebnis vorhersagen. [L4][L5] | Beispielpaar mit Erklärung + Trace-Tabelle |
| 9 | ES | „Wie viel passt da rein?" | Bit und Byte anschaulich als Größenvorstellung; Vergleichsanker aus der Lebenswelt. [L6] | Größenvergleich mit Begründung |
| 10–11 | DS | „Vom Zeichen zur Zahl" | Eine Codierungsvorschrift auf eine Geräteausgabe anwenden und rückwärts lesen. Vorbereitung auf UV III. [L7] | Codiertabelle mit codiertem und decodiertem Beispiel |
| 12 | ES | „Dieselbe Struktur überall" | EVA-Struktur in Alltagsgeräten wiederfinden; Einfluss auf das eigene Handeln beurteilen. [L8] | Vergleichstabelle + begründete Stellungnahme |
Mögliche Vertiefungsstunden
Module außerhalb des Kerns. Sie können entfallen, ohne den Kompetenznachweis zu berühren.
| Modul | Umfang | Inhalt | Strang |
|---|---|---|---|
| „Der Speicher wird eng" | 2 Ustd. | Programmgröße messen und begründet verkleinern; Grenzen des Rechenkerns erfahrbar machen. | E2 |
| „Systemgrenze" | 2 Ustd. | Fälle sammeln, in denen die EVA-Zuordnung strittig ist, und die Strittigkeit begründen. | E3 |
| „Ein Gerät ohne sichtbare Ausgabe" | 2 Ustd. | Ein System beschreiben, dessen Wirkung man nicht sieht — Verarbeitung ohne Anzeige. | E1 |
| „Was ist kein Informatiksystem?" | 2 Ustd. | Abgrenzung an Grenzfällen (mechanische Uhr, Lichtschalter, Taschenrechner). | E3 |
Diagnose und Differenzierung
Erwartbare Fehlvorstellungen
- Systemteile werden nach Gegenstand statt nach Funktion zugeordnet („der Taster ist die Eingabe" statt „hier wird eine Information in das System gegeben").
- Sichtbare Wirkung wird für Verarbeitung gehalten.
- „Zustand" wird mit „Position im Ablauf" verwechselt.
- Bit/Byte werden als Rechenaufgabe statt als Größenvorstellung erlebt.
Diagnosezeichen und passende Hilfe
| Diagnosezeichen | Hilfe | Erneute Prüfung |
|---|---|---|
| Zuordnung erfolgt über Bauteile | H1 EVA-Karten mit Funktionsfragen · H3 Beispiel und Gegenbeispiel laut denken | ein zweites System selbst zuordnen |
| Verarbeitung wird nicht benannt | H2 die drei Fragen trennen: Was geht hinein? Was geschieht? Woran sieht man es? | ein System ohne sichtbare Ausgabe beschreiben |
| Zustand wird nicht als Erklärung genutzt | H2 zwei gleiche Eingaben mit verschiedener Wirkung nebeneinanderlegen | eine dritte Wirkung erklären |
| Bit/Byte bleiben inhaltsleer | H1 Vergleichsanker aus der Lebenswelt (ein Foto, ein Lied, ein Buch) | eine neue Datenmenge einordnen |
Herausforderung nach oben
- E1 dasselbe Modell auf ein unbekanntes Gerät übertragen.
- E2 ein System finden, bei dem die Zuordnung strittig ist, und die Strittigkeit begründen.
- E3 beurteilen, was sich änderte, wenn die Verarbeitung nicht im Gerät, sondern woanders stattfände — Vorgriff auf UV IV.
Nachweis der Kompetenzen
| Kompetenz | Wie sie in dieser Reihe nachgewiesen wird |
|---|---|
| D3 | Größenvergleich an Programm- und Alltagsdaten (L6) |
| D4 | Codiertabelle auf eine Geräteausgabe angewandt (L7) |
| G2 | Trace-Tabelle mit Vorhersage vor Ausführung (L5) |
| S1 | Wiedererkennen der EVA-Struktur in Alltagsgeräten (L8) |
| S3 | Prinzip am Programmwechsel erschlossen (L3) |
| M6 | Stellungnahme mit Bezug zum eigenen System (L8) |
Wenn die Technik ausfällt
Zu jedem praktischen Schritt gibt es einen vollständigen Weg ohne Gerät. Er ist sofort einsetzbar und trägt dasselbe Fachprodukt:
- EVA-Karten für Systemteile und Datenwege
- Systemmodell auf Papier ergänzen und begründen
- vorgegebener Ablauf als Trace-Tabelle von Hand
- Codiertabelle auf Papier.
Anschluss an andere Unterrichtsvorhaben
- Aktivieren: Sequenz und Ablaufdarstellung aus I (kurze Diagnose, keine stillschweigende Voraussetzung).
- Neu einführen: EVA, Systemgrenze, gespeichertes Programm, Zustand, Bit/Byte anschaulich, Codiertabelle.
- Übergeben: Codierung an III; Datenfluss an IV; EVA und Zustand an VI, VII und XIV.