Die Unterrichtsinhalte des Differenzierungsbereiches Mathematik-Physik-Informatik werden von Lehrern und Schülern aus den folgenden Modulen gemeinsam ausgewählt:
Mikrosystemtechnik - Mikrocontrollerprogrammierung
Mikrocontroller werden heute allgegenwärtig eingesetzt, doch wie funktionieren diese eigentlich?
- Was ist ein Mirocontroller
- Aktoren und Sensoren
- Die ARDUINO-UNO-Platine mit dem Atmega-Prozessor
- Elektronische Bauteile für ARDUINO
- Programmierung einfacher Projekte
- Kontroillstrukturen
- Eingabe und Ausgabesteuerung
- Programme mit Aktoren und Sensoren
Programmieren einer Handyapp
- Einführung in das Betriebssystem Android
- Der MIT-App-Inventor
- Grafische Programmierung mit dem App-Inventor
- Kontrollstrukturen
- Grafiksteuerung
- Eigene Apps: Ein Retrospiel
Tabellenkalkulationssysteme (EXCEL)
- Rechnungen automatisieren, Formeln, Datentypen
- Zuordnungen und Funktionen, Grafiken, Verkettung von Funktionen, Datenverteiler
- Bedingte Terme, logische Funktionen, funktionale Modellierung
- Statistik und Regression, Anwendung für Versuchsauswertungen
-Funktionale Modellierung, Datenflüsse und Datenverteiler
-Befehle in INFIX und PRÄFIX-Notation
-Projekt: Handykostenkalkulation
Webdesign und HTML mit CSS; PHP und MySQL
- Gestaltung einfacher Webseiten, HTML
- CSS und ggf. PHP (in Verbindung mit Datenbanken, MySQL)
- JavaScript und Dynamisierung
- Webdesignprojekt
- Content-Management-Systeme (z.B. Joomla)
Robotik
- Roboter und ihre Aufgaben
- Robotermodelle mit Lego Mindstorms NXT und Fischer Technik
- Roboter programmieren mit Ablaufdiagrammen
- Roboter lösen Probleme
- Roboter kommunizieren miteinander
- Roboter und Gesellschaft, Ökonomie rund um die Robotik
- Roboterprojekte
- Roboter in JAVA programmieren
Datenbanken (Access, MySQL) und SQL
- Datenbanktabellen, Schemata, Datensätze, Datentypen
- Einfache Abfragen (SELECT), Zerlegung von Abfragen
- Tabellenschlüssel, Redundanz und Konsistenz
- Objekte, Klassen und Beziehungen, Datenmodellierung, das Relationenmodell
- Beziehungen in Tabellen, Normalformen, Datenbankentwurf
- Tabellen auswerten, JOINS, Tabellen erweitern und verändern, Aggregatfunktionen
- CREATE, INSERT, UPDATE und DELETE als weitere SQL-Befehle
- Datenschutz- und Sicherheit
- Datenbankprojekte
Kryptologie – Geheime Botschaften
- Cäsarchiffren und ihre Kryptoanalyse
- Vigenère-Chiffre und Friedman/Kasiski-Analyse; Cryptools
- Transpositionsverfahren (Doppelwürfel)
- Enigma
- DataEncrytionStandard und AdvancedEncryptionStandard
- AxCrypt und TrueCrypt als Anwenderprogramme
- Symmetrie/Asymmetrie und Schlüsselaustausch nach Diffie-Hellman
- RSA-Verfahren und sichere Emails mittels Enigmail; Certification Agency
Mathematische Grundlagen
- Rechnen im Dualsystem (und ggf. im Hexadezimalsystem)
- Boole’sche Algebra
- Grundlagen der Relationenalgebra
CNC-Technik am Beispiel einer Drehbank
- Drehbanken mit CNC
- G-Codes zur Steuerung
- Von der Zeichnung (CAD) zum Programm
(evt. auch mittels eines CAM-Systems)
- Projekt: Schachfiguren o.Ä.
Dynamische Systeme und grafische Modellbildung mittels DYNASYS
- Untersuchung verschiedener dynamischer Systeme aus Biologie, Geografie, Physik, Ökonomie
- Grafische Modellbildung bei dynamischen Systemen
- Abhängigkeiten, Zuflüsse, Zustandsgrößen, Parameter
- Iterative Lösung und Prognosen
- Modellbildungssystem DYNASYS
- Anwendung und Interpretation der Bedeutung in verschiedenen Wissenschaften, Grenzen
- Klimamodelle
Grundlagen der PC-Technik
- Digitale Logik: AND-; NAND-; OR-; NOR-; XOR-Gatter
- Physik von Dioden und Transistoren
- Bau dieser Gatter in RDL-DTL- oder TTL-Logik
- Digitale ICs, ggf. Löten aus elektrotechnischen Bauteilen
- Halbaddierer und Volladdierer
- Speicherbausteine: Register; FlipFlops
- Simulation des Baus eines Mikrocomputers
- Bau eines 4Bit-Computers aus elektrotechnischen Bausteinen
- Mikrocontroller-Praxis und Assembler-Programmierung
- Simulationen (LoCad; LogikSim; Digitalsimulator; KTechlab; …)
- von Neumann - Rechner
ECDL (European Computer Driving Licence)
- es besteht ggf. die Möglichkeit durch verschiedene Selbstlernmodule auf die ECDL-Prüfung vorzubereiten und diese dann abzulegen
Einführung in die Computeralgebra mittels des Computeralgebrasystems (CAS) Maple
- Variablen, Parameter, Terme
- Funktionen und graphische Darstellung
- Kompliziertere mathematische Modelle
- Iterative Berechnungen automatisieren
Physik und Technik
- Bau technischer Modelle und ihre physikalischen Berechnungen: Getriebe, Lenkungen, …
- Vernetzung zur Robotik und Physik
- Projektarbeiten (evt. auch hydraulisch/pneumatisch)
- Bau physikalischer Erfahrungsexperimente a la Phänomenta (nach Möglichkeiten des SGR)
- Durchführung physikalischer Experimente mit digitaler Messwerterfassung, Auswertung mittels PC
Programmierkurs (z. B. JAVA (objektorientiert) oder Scratch (imperativ))
- Objekte und Klassen, Attribute und Datentypen -> „Objektorientierte Konzepte“
- Zustandsmodelle und Diagramme (UML)
- Methoden und Interaktion (Funktionen)
- Algorithmen und Problemlösung, Schleifen
- Beziehungen zwischen Objekten und Kommunikation
- * Generalisierung
- Softwareprojekte
- * GUI-Entwurf und Programmierung
- verwendete Software: JAVA SDK, BlueJ, Greenfoot, JAVA-Editor, …
- ggf. Steuerungsprogramme für Roboter
- ggf. JAVA-Applets und Webdesign
Textverarbeitung mittels LaTex und/oder WORD
Lineare Optimierung
Präsentation von Informationen mittels PowerPoint
Geogebra
Linux: Installation, Konfiguration und Administration; Arbeiten unter Linux
Netzwerke: wie funktioniert das eigentlich
- Technik; OSI-Schichtenmodell; Protokolle; …
Video-; Grafik- und Audiobearbeitung mittels PCs
- Podcast-Projekt
- 3D-Aufnahmen mit einer Digitalkamera
Neben den fachspezifischen Kompetenzen sollen auch allgemeine, methodische Kompetenzen erlernt und eingeübt werden, z.B. das Anfertigen von Projektarbeiten als Klausurersatz unter wissenschaftspropädeutischen Gesichtspunkten: Es wird neben dem Projektprodukt eine schriftliche Dokumentationsmappe angefertigt, welche zu einem großen Teil in die Bewertung der Projektarbeit einfließt.