Infang 11.1 Funktionale Modellierung; Tabellenkalkulationssysteme und funktionale Sprachen (ca. 28 Std.)
Die Jugendlichen lösen auch anspruchsvollere Aufgabenstellungen, z. B. aus dem kaufmännischen Bereich oder der Mathematik, unter Verwendung der funktionalen Sichtweise. Dabei wird ihnen bewusst, dass sich komplexe Prozesse durch eine Gliederung in Teilprozesse übersichtlicher darstellen lassen.
Um das Zusammenwirken von Teilprozessen zu beschreiben, nutzen die Jugendlichen gezielt Datenflussdiagramme und setzen die dadurch beschriebenen Berechnungen zunächst in einem Tabellenkalkulationsprogramm um. Sie lernen hierbei, Teilprozesse mit den vordefinierten Funktionen der Tabellenkalkulation zu realisieren und diese zu kombinieren. Die funktionale Sichtweise hilft den Jugendlichen auch, die Arbeitsweise dieser Softwarewerkzeuge zu verstehen und sie effizient zu nutzen.
Viele Aufgabenstellungen, wie z. B. die systematische Suche in vernetzten Strukturen, lassen sich vorteilhaft mithilfe rekursiver Verfahren lösen. Um Einblicke in das wichtige Prinzip der Rekursion zu erhalten, erwerben die Schüler Grundkenntnisse in einer funktionalen Programmiersprache, mit deren Hilfe sie rekursive Funktionen realisieren. Dadurch erweitern sie auch ihr Verständnis der funktionalen Modellierung. Insbesondere wird hier auch der Unterschied zwischen Funktion und Prozess deutlich.
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Datenflussdiagramme: Funktion/Prozess, Datenfluss, Ein- und Ausgabe, Verteiler
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Funktion als informationsverarbeitende Einheit: Bezeichner, Zuordnungsvorschrift, Eindeutigkeit, Eingangsparameter, Funktionswert; elementare Datentypen: Zahl, Text, Datum, Wahrheitswert
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vordefinierte Funktionen, insbesondere bedingte Funktion („Wenn-Funktion“) und logische Funktionen
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Tabellenkalkulationssysteme: Umsetzung von Datenflussdiagrammen in Terme, Realisierung der Datentypen (Zellinhalt und Ausgabeformat)
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funktionale Sprache: Programm als Term; einfache Beispiele für rekursive Funktionen
Infang 11.2 Datenmodellierung und Datenbanksysteme (ca. 28 Std.)
Die Jugendlichen erkennen, dass zur Verwaltung großer, komplexer Datenmengen sowohl Kenntnisse über Datenmodellierung als auch die Fähigkeit zur Umsetzung der Modelle auf geeignete Softwareprodukte erforderlich sind. Sie lernen nun an praxisnahen Beispielen, relevante Information zu strukturieren, diese Strukturen auf ein Datenbankschema zu übertragen und mit einem Datenbankmanagementsystem zu realisieren. Ihr Wissen um die Möglichkeiten zur Auswertung des Datenbestands macht den Schülern auch die damit verbundenen Gefahren bewusst. Sie erwerben Kenntnisse, die sie befähigen, sensible Themen wie Datenzuverlässigkeit, Datensicherheit und Datenschutz im fachlich gebührenden Rahmen zu diskutieren und zu beurteilen.
Infang 11.2.1 Objektorientiertes Datenmodell, Konzeption und Auswertung von relationalen Datenbanken
Die Schüler strukturieren Daten aus Beispielen ihrer Erfahrungswelt durch Klassen sowie deren Beziehungen. Dabei erkennen sie, dass sich die gefundene Struktur sehr übersichtlich in Klassendiagrammen darstellen lässt. Um die so erstellten Modelle nutzen und ihre Brauchbarkeit überprüfen zu können, realisieren sie diese mit einem relationalen Datenbanksystem. Den Schülern wird bewusst, dass die Lösungskonzepte hierbei fortwährend kritisch überprüft und gegebenenfalls überarbeitet werden müssen.
Praxisnahe Fragestellungen verdeutlichen den Jugendlichen die Notwendigkeit, aus dem Datenbestand eines Datenbanksystems neue Informationen zu gewinnen. Hierfür führen sie gezielt auch komplexere Abfragen mithilfe einer geeigneten Abfragesprache (z. B. SQL) durch.
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Objekt (Entität), Klasse, Attribut und Wertebereich
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Klassendiagramm: Beziehungen zwischen Klassen, Kardinalität
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Umsetzung von Klassendiagrammen in ein relationales Modell: Datensatz, Tabelle, Wertebereich, Eindeutigkeit der Datensätze, Primär- und Fremdschlüssel
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Einfügen, Ändern, Löschen von Datensätzen mithilfe der Sprache des verwendeten Datenbankmanagementsystems
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funktionale Sicht auf Abfragen: Abfragen einer Tabelle durch Projektion und Selektion, Ergebnistabelle, Abfragen über verknüpfte Tabellen (Join als Verkettung von Kreuzprodukt und Selektion), Unterabfragen
Infang 11.2.2 Korrektheit von Datenbankschemata
Beim Ändern und Löschen von Daten erfahren die Schüler, dass ein korrekter und erfolgreich nutzbarer Datenbestand bestimmte Forderungen an das Datenbankschema stellt. Sie lernen, das Datenbankschema entsprechend zu überprüfen und gegebenenfalls zu überarbeiten.
Die Schüler gewinnen mit dem Begriff der funktionalen Abhängigkeit die Grundlage für das Verständnis des Schlüsselkonzepts und der Normalformen. Sie sind in der Lage, Inkonsistenzen und Redundanzen auf die Verletzung der Normalformen zurückzuführen und damit Schwachstellen von Datenmodellen zu identifizieren.
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Integritätsbedingungen auf Feld-, Datensatz- und Tabellenebene
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Redundanz und Konsistenz von Daten, referentielle Integrität
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funktionale Abhängigkeiten: Schlüsselkonzept, erste bis dritte Normalform
Infang 11.2.3 Datensicherheit und Datenschutz
In den bisher erarbeiteten Beispielen sind den Schülern beim Umgang mit Datenmengen bereits Themen aus den Bereichen Datensicherheit und Datenschutz begegnet; eine rückblickende Zusammenschau sorgt für ein tieferes Verständnis und Bewusstsein der Bedeutung von Datensicherheit und Datenschutz. Dabei erhalten die Schüler an geeigneter Stelle einen Einblick in verschiedene technische Verfahren, Daten dauerhaft zu speichern und zu sichern.
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Datensicherheit, Einschränkung der Sicht auf Daten (View), Mehrbenutzerproblematik
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Datenschutz, gesetzlicher Rahmen