Qualifikationsphase Q1 · Überblick

Q1 – Objektorientierte Modellierung, Algorithmen und Datenstrukturen

Probleme analysieren, Modelle entwickeln, Algorithmen untersuchen und Datenstrukturen einsetzen

Algorithmen, Datenstrukturen und objektorientierte Modelle bilden grundlegende Konstruktionsprinzipien von Informatiksystemen. Das Kurshalbjahr Q1 knüpft an die in der Einführungsphase erworbenen Kompetenzen an. Die Lernenden analysieren Problemstellungen, abstrahieren relevante Eigenschaften und Zusammenhänge, entwickeln Modelle und Algorithmen, stellen diese in geeigneten Formen dar und setzen sie in Programmen um. Modellierungen, Implementierungen und algorithmische Lösungen werden geprüft, verglichen und hinsichtlich ihrer Eignung und Effizienz beurteilt.

vgl. Hessisches Ministerium für Kultus, Bildung und Chancen: Kerncurriculum gymnasiale Oberstufe Informatik, Ausgabe 2024, S. 33–35

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Auf grundlegendem Niveau sind Q1.1 und Q1.2 verbindlich. In zwei der drei Kurshalbjahre Q1 bis Q3 wird zusätzlich ein Themenfeld durch Erlass festgelegt. Gehört Q1 zu diesen Kurshalbjahren, wird auf grundlegendem Niveau Q1.3 oder Q1.4 verbindlich.

Auf erhöhtem Niveau sind Q1.1 bis Q1.3 verbindlich. Gehört Q1 zu den beiden durch Erlass ergänzten Kurshalbjahren, wird Q1.4 oder Q1.5 zusätzlich verbindlich. Innerhalb der verbindlichen Themenfelder können durch Erlass Schwerpunkte und Konkretisierungen ausgewiesen werden.

Q1.1 führt von der objektorientierten Modellierung zur Entwicklung von Programmen. Aus Problembeschreibungen werden Objekte, Klassen, Eigenschaften, Methoden und Beziehungen abgeleitet. Die entwickelten Modelle werden in UML dargestellt, in Java implementiert und durch den Vergleich von Modell und Programmcode überprüft und weiterentwickelt. Dabei werden unter anderem Kapselung, Assoziationen, Vererbung, abstrakte Klassen, Interfaces und Polymorphie behandelt. Q1.2 behandelt Such- und Sortierverfahren, deren Laufzeitverhalten analysiert und verglichen wird. Q1.3 richtet den Blick auf rekursive Lösungsverfahren und deren Verhältnis zu iterativen Lösungen.

Q1.4 behandelt die objektorientierte Modellierung und Implementierung von Listen, Stapeln, Warteschlangen und Bäumen sowie die Untersuchung ihrer typischen Operationen, Speicherstrukturen und Laufzeiten. Q1.5 überträgt die Verbindung von Modellierung, Datenorganisation und Algorithmik auf netzförmige Strukturen. Graphen werden durch Knoten, Kanten und Kanteneigenschaften beschrieben und mithilfe grundlegender Graphenalgorithmen verarbeitet.

Das D-Book stellt die Inhalte aller fünf Themenfelder bereit. Die Inhaltsseiten, Aufgabenmodule und Werkzeuge verbinden dabei die Tätigkeiten Analysieren, Abstrahieren, Modellieren, Darstellen, Implementieren, Ausführen, Prüfen, Vergleichen und Überarbeiten. UML-Diagramme, Java-Code, algorithmische Darstellungen, Programmausgaben und Laufzeitbetrachtungen werden aufeinander bezogen. Welche Inhalte im jeweiligen Kurs verbindlich zu bearbeiten sind, richtet sich nach Kursniveau und geltendem Erlass. Maßgeblich sind insbesondere die Kompetenzbereiche Algorithmen, Information und Daten sowie Informatiksysteme.

Themenbereiche in Q1

Q1.1 · Klassen und Objekte Einführung in die objektorientierte Modellierung mit Klassen, Objekten, Attributen, Methoden und UML-Klassendiagrammen. Q1.2 · Such- und Sortieralgorithmen Grundlegende Verfahren zum Suchen und Sortieren von Daten sowie erste Überlegungen zu Effizienz und Laufzeit. Q1.3 · Rekursion Probleme rekursiv beschreiben und lösen – mit Rekursion, Terminierungsbedingungen und dem Vergleich zu iterativen Verfahren. Q1.4 · Höhere Datenstrukturen Listen, Stapel, Warteschlangen und Bäume objektorientiert modellieren, implementieren und in typischen Anwendungen nutzen. Q1.5 · Graphen Netzartige Strukturen mit Knoten und Kanten modellieren sowie grundlegende Graphenalgorithmen anwenden.

Begriffsnetz · Q1

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