Informatik 6: Informatisch modellieren

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Worum geht es? Du modellierst reale Aufgaben mit informatischen Mitteln, abstrahierst, zerlegst Probleme, strukturierst Daten und Regeln und vergleichst verschiedene Modelllösungen.

Lernziele

Nach diesem Kapitel kannst du:

• Probleme erfassen, Ziele klären.
• Daten auswählen, Merkmale ordnen.
• Aufgaben zerlegen, Teilprobleme bilden.
• Muster erkennen, Regeln ableiten.
• Unwichtiges weglassen, Wichtiges behalten.
• Modelle wählen, Darstellungen begründen.
• Listen nutzen, Tabellen verwenden.
• Raster deuten, Diagramme lesen.
• Abläufe beschreiben, Schritte ordnen.
• Bedingungen formulieren, Varianten prüfen.
• Grenzen erkennen, Annahmen benennen.
• Modelle testen, Fehler finden.
• Lösungen vergleichen, Alternativen prüfen.
• Ergebnisse erklären, Prozesse reflektieren.

Anschluss an die 5. Klasse

Abstraktion, Zerlegung, Algorithmen und Datenstrukturen sind bereits bekannt. Jetzt werden diese Methoden bewusst als Modellierungswerkzeuge kombiniert.

Lerninhalte

Kompaktüberblick

Modellierungsschritt	Leitfrage	Ergebnis
Problem klären	Was soll gelöst werden?	Zielbeschreibung
Abstrahieren	Was ist wichtig?	vereinfachtes Modell
Zerlegen	Welche Teilprobleme gibt es?	Teilaufgaben
Darstellen	Welche Form passt?	Tabelle, Diagramm, Ablauf
Prüfen	Passt das Modell zur Realität?	verbesserte Lösung

Merke: Modelle vereinfachen Wirklichkeit bewusst - deshalb müssen Annahmen und Grenzen sichtbar bleiben.

Grundidee des informatischen Modellierens

Ein Modell hilft dabei, eine komplexe Wirklichkeit auf wesentliche Merkmale zu reduzieren, damit Probleme untersucht, beschrieben und mit informatischen Werkzeugen wie Algorithmen, Tabellen, Diagrammen oder Simulationen bearbeitet werden können.

Modellieren bedeutet nicht, die Wirklichkeit vollständig abzubilden, sondern gezielt auszuwählen, was für eine Fragestellung wichtig ist. In den didaktischen Unterlagen wird dazu betont, dass Probleme formuliert, in überschaubare Einheiten zerlegt, grafisch dargestellt, auf Überprüfbarkeit hin befragt und im Prozess reflektiert werden sollen. Beispiele sind Raumpläne, Ablaufpläne, Tabellenmodelle, Suchstrategien oder einfache Prototypen.

Von der Alltagsaufgabe zum informatischen Problem

Zwischen einer offenen Alltagssituation und einer informatisch bearbeitbaren Aufgabe liegt ein wichtiger Übersetzungsschritt, bei dem Ziel, Daten, Bedingungen und erwartete Ergebnisse so geklärt werden, dass eine systematische Bearbeitung überhaupt möglich wird.

Aus „Plane ein Klassenfrühstück“ kann zum Beispiel das informatische Problem „Erfasse Wünsche, zähle Häufigkeiten, berechne Kosten, vergleiche Budget“ werden. Aus „Finde einen Weg durch die Schule“ wird „Beschreibe Räume, Verbindungen und Regeln für die Wegwahl“.

Aus „Ordne Bücher“ wird „Erfasse Titel, Kategorien oder Autoren und bringe sie nach einer Regel in Ordnung“. Modellierung beginnt also mit präzisem Formulieren.

Vereinfachen und Abstrahieren

Gute Modelle entstehen vor allem dann, wenn unwichtige Details weggelassen und nur jene Merkmale übernommen werden, die für die Lösung der aktuellen Aufgabe tatsächlich notwendig sind.

Abstraktion bedeutet, dass nicht alles aus der Wirklichkeit übernommen wird. Für einen Sitzplan sind Haarfarbe oder Lieblingsessen meist unwichtig, für eine Umfrageauswertung dagegen Kategorie, Anzahl und Antworttyp wichtig. Bei einem Wegmodell reicht oft ein Raster oder Plan mit Räumen und Übergängen; Wandfarbe oder Fensterform spielen keine Rolle.

Dadurch wird das Modell einfacher und besser bearbeitbar.

Zerlegen in Teilprobleme

Komplexe Aufgaben lassen sich leichter lösen, wenn sie in kleinere, überschaubare Teilprobleme aufgeteilt werden, die einzeln beschrieben, geprüft und später wieder zu einer Gesamtlösung zusammengesetzt werden können.

Die Unterlagen nennen die funktionale Zerlegung ausdrücklich als wichtige Tätigkeit. Ein Projekt zur Klassenfahrt kann in Ziele wie Daten sammeln, Kosten erfassen, Gruppen ordnen und Ergebnisse darstellen zerlegt werden. Ein digitales Spiel kann in Bewegung, Punktezählung, Kollisionserkennung und Anzeige aufgeteilt werden. Diese Zerlegung erleichtert Planung, Modellwahl und spätere Fehleranalyse.

Geeignete Darstellungen wählen

Die Qualität eines Modells hängt auch davon ab, ob die gewählte Darstellungsform zu den Daten und zur Fragestellung passt und Beziehungen, Abläufe oder Zustände verständlich sichtbar macht.

Je nach Aufgabe eignen sich unterschiedliche Darstellungen. Listen helfen bei geordneten Aufzählungen, Tabellen bei Zuordnungen und Vergleichen, Diagramme bei Entwicklungen und Häufigkeiten, Raster bei Wegen und Positionen, Ablaufpläne bei Handlungsfolgen. Die Unterlagen nennen ausdrücklich grafische Darstellungen, Infografiken und Diagramme als Hilfen, um komplexe Daten und Konzepte verständlicher zu machen.

Orientierung auf einen Blick

Darstellung	Geeignet für
Liste	Reihenfolgen und Sammlungen
Tabelle	Merkmale und Vergleiche
Flussdiagramm	Abläufe und Entscheidungen
Netz/Graph	Beziehungen und Wege

Daten und Beziehungen strukturieren

Informatische Modelle werden besonders tragfähig, wenn nicht nur einzelne Werte gesammelt, sondern Beziehungen zwischen Objekten, Eigenschaften oder Zuständen geordnet und nachvollziehbar festgehalten werden.

Bei einer Bibliotheksaufgabe können Bücher mit Autor, Genre und Ausleihstatus verknüpft werden. Bei einer Umfrage stehen Fragen, Antwortkategorien und Häufigkeiten in Beziehung.

Bei einem Stundenplanmodell werden Tage, Zeiten, Räume und Fächer miteinander verbunden. Solche Strukturen machen sichtbar, dass Modellierung nicht nur Sammeln, sondern bewusstes Ordnen von Zusammenhängen bedeutet.

Abläufe und Regeln modellieren

Viele Probleme verlangen nicht nur eine statische Darstellung von Daten, sondern auch eine Beschreibung von Handlungen, Bedingungen und Entscheidungen, damit Prozesse systematisch nachvollzogen oder automatisiert werden können.

Hier kommen Schritte, Bedingungen und Wiederholungen ins Spiel. Ein Modell kann etwa beschreiben, wie Stimmen gezählt, wie Objekte sortiert oder wie Wege gewählt werden. Regeln wie „wenn Feld blockiert ist, dann wähle einen anderen Weg“ oder „wenn eine Stimme gezählt wurde, erhöhe den passenden Zähler“ machen aus einer bloßen Datensammlung ein bearbeitbares Prozessmodell.

Modelle mit informatischen Werkzeugen umsetzen

Modelle werden besonders wirksam, wenn sie nicht nur auf Papier bleiben, sondern in digitalen Werkzeugen wie Tabellen, Simulationen, Blockprogrammen oder Plattformen ausprobiert und überprüft werden können.

Die Unterlagen nennen dafür Computer oder Tablets, Software für Umfragen, Datenanalyse oder Simulationen sowie digitale Medien und Lernplattformen. Ein Umfragemodell kann in einer Tabelle umgesetzt werden, ein Wegmodell in einer Rastersimulation, ein Ablaufmodell in Scratch oder Open Roberta. Dadurch wird überprüfbar, ob das Modell tatsächlich funktioniert und verständlich genug beschrieben wurde.

Modelle prüfen und Fehler analysieren

Ein informatisches Modell ist nicht schon deshalb gut, weil es fertig gezeichnet oder programmiert wurde, sondern erst dann, wenn seine Annahmen, Grenzen, Ergebnisse und mögliche Fehlerquellen bewusst überprüft werden.

Die Unterlagen nennen Überprüfbarkeit, Fehleranalyse und Reflexion ausdrücklich als zentrale Tätigkeiten. Ein Tabellenmodell kann fehlerhafte Eingaben enthalten, ein Wegmodell eine Sackgasse übersehen, ein Ablaufmodell unklare Bedingungen haben. Deshalb sollten Modelle mit Beispieldaten, Testfällen oder Gegenbeispielen geprüft werden. Erst dadurch zeigt sich, ob das Modell der Fragestellung wirklich gerecht wird.

Alternativen vergleichen und verbessern

Modellieren ist ein iterativer Prozess, bei dem oft mehrere mögliche Darstellungen oder Lösungswege entstehen, die auf Verständlichkeit, Aufwand, Genauigkeit und Eignung hin verglichen werden können.

Ein Problem kann als Tabelle oder Diagramm, als Ablaufplan oder Textbeschreibung, als Raster oder Baum dargestellt werden. Nicht jede Variante ist gleich gut. Ein Sitzplan lässt sich als Liste darstellen, wird aber als Raster oft schneller erfasst. Eine Umfrage kann tabellarisch exakt sein, aber als Balkendiagramm verständlicher wirken. Das Prüfen von Alternativen gehört daher zum Modellieren selbst.

Beispiele aus Schule und Alltag

Besonders anschlussfähig werden Modellierungsprozesse dann, wenn sie an Situationen geübt werden, die für Lernende aus Unterricht, Organisation oder Alltag bereits bekannt und deshalb leicht in Problem, Daten und Regeln zerlegbar sind.

Typische Beispiele sind Klassenumfrage, Sitzplan, Bibliothek, Ausflugskosten, Wegsuche, Stundenplan, Punktestand, Mediennutzung, Temperaturreihe, Materialverwaltung. Eine Klassenumfrage kann in Kategorien, Zähler und Diagramme überführt werden. Ein Sitzplan wird zum Rastermodell. Ein Ausflug wird als Tabellenmodell mit Preisen und Teilnehmenden beschrieben. Solche Beispiele zeigen, dass informatische Modellierung Probleme sichtbar, prüfbar und bearbeitbar macht.

Kurz zusammengefasst

Prinzip	Nutzen
Abstraktion	Unwichtiges weglassen
Zerlegung	Komplexität reduzieren
Modell	Zusammenhänge darstellen
Validierung	Modell an Realität prüfen

Merke: Die wichtigsten Zusammenhänge solltest du nicht nur wiedergeben, sondern an einem neuen Beispiel erklären und anwenden können.

Weiterführende Links

• CS Unplugged
• inf-schule
• Open Roberta

Passende LearningSnacks

• Das EVA-Prinzip
• Algorithmus

Übungen

Die Aufgaben setzen die Inhalte praktisch um. Bei jeder Aufgabe ist der konkrete Arbeitsauftrag ausdrücklich gekennzeichnet.

Vom Alltag zur Modellfrage

Ziel/Fokus: Problem, Klärung

Arbeitsauftrag: Die Lernenden erhalten alltagsnahe Situationen und formulieren daraus eine möglichst klare Modellfrage, etwa „Wie kann der günstigste Einkauf geplant werden?“ oder „Wie kann ein Sitzplan fair verteilt werden?“. Danach markieren sie, welche Informationen wichtig sind und welche zunächst weggelassen werden können.

Material/Beispiele: Schulweg, Klassenfest, Sitzplan, Umfrage, Regalordnung

Sicherung/Reflexion: Frage, Abgrenzung

Wichtige und unwichtige Merkmale trennen

Ziel/Fokus: Abstraktion, Auswahl Material, Vorlagen Personenkarte, Raumplan, Produktliste, Datensatz

Arbeitsauftrag: Die Gruppen bearbeiten Beispiele wie Sitzordnung, Bibliotheksliste oder Klassenumfrage. Sie erstellen zwei Spalten mit „wichtig“ und „nicht wichtig“ und ordnen Merkmale wie Name, Lieblingsfarbe, Platznummer, Genre oder Preis zu. Anschließend begründen sie ihre Auswahl in Bezug auf die Fragestellung.

Sicherung/Reflexion: Merkmale, Begründung

Eine Aufgabe in Teilprobleme zerlegen

Ziel/Fokus: Zerlegung, Struktur Material, Aufgaben Ausflug, Buffet, Bibliothek, Stundenplan, Turnier

Arbeitsauftrag: Die Lernenden wählen eine größere Aufgabe, etwa ein Klassenfrühstück oder eine Ausflugsplanung, und zerlegen sie in Teilprobleme wie Daten sammeln, Kosten berechnen, Gruppen bilden oder Ergebnisse darstellen. Danach ordnen sie die Teilprobleme in eine sinnvolle Reihenfolge und markieren Abhängigkeiten.

Sicherung/Reflexion: Teilaufgaben, Reihenfolge

Passende Darstellungen auswählen

Ziel/Fokus: Darstellung, Eignung

Arbeitsauftrag: Die Gruppen erhalten dieselbe Problemstellung, etwa „Weg durch das Schulhaus“, „Umfrage auswerten“ oder „Bücher verwalten“. Sie wählen eine passende Darstellungsform und begründen ihre Entscheidung. Danach vergleichen sie ihre Lösung mit einer alternativen Darstellung und benennen Vor- und Nachteile beider Formen.

Material/Beispiele: Liste, Tabelle, Raster, Diagramm, Ablaufplan

Sicherung/Reflexion: Vergleich, Auswahl

Daten strukturieren und ordnen

Ziel/Fokus: Daten, Struktur

Arbeitsauftrag: Die Lernenden erhalten unsortierte Daten und übertragen sie in eine sinnvolle Struktur, etwa eine Tabelle mit Kategorien, eine Liste mit Reihenfolge oder ein Raster mit Positionen. Danach prüfen sie, ob die gewählte Ordnung spätere Fragen wie Vergleiche, Zählungen oder Wegentscheidungen unterstützt.

Material/Beispiele: Umfragewerte, Preise, Namen, Zeiten, Räume

Sicherung/Reflexion: Ordnung, Nutzen

Regeln und Abläufe modellieren

Ziel/Fokus: Regeln, Ablauf

Arbeitsauftrag: Die Gruppen formulieren zu einer strukturierten Aufgabe einen einfachen Ablauf, etwa „zähle Stimmen“, „finde den höchsten Wert“ oder „wähle einen freien Sitzplatz“. Dabei nutzen sie Schrittfolgen und Bedingungen wie wenn, dann, sonst. Anschließend prüfen sie, ob eine andere Gruppe den Ablauf nachvollziehen kann.

Material/Beispiele: Zählung, Sortierung, Wegwahl, Spielregel, Auswahlverfahren

Sicherung/Reflexion: Schritte, Klarheit

Ein Modell digital umsetzen

Ziel/Fokus: Umsetzung, Werkzeug

Arbeitsauftrag: Die Lernenden übertragen ein einfaches Modell in eine digitale Form, etwa eine Umfrage in eine Tabelle, einen Wegplan in ein Raster oder einen Ablauf in eine Blockumgebung. Danach testen sie, ob das digitale Modell mit Beispieldaten oder Eingaben sinnvoll funktioniert und die erwarteten Ergebnisse liefert.

Material/Beispiele: Tabellenkalkulation, Scratch, Whiteboard, Formular, Simulationsraster

Sicherung/Reflexion: Test, Funktion

Fehler im Modell finden

Ziel/Fokus: Fehler, Prüfung

Arbeitsauftrag: Die Lehrkraft stellt absichtlich problematische Modelle bereit. Die Gruppen markieren unklare Stellen, fehlende Informationen oder ungeeignete Darstellungen und erklären, welche Folgen diese Schwächen für die Lösung haben. Danach entwickeln sie eine verbesserte Version des Modells.

Material/Beispiele: fehlerhafte Tabelle, unklarer Ablauf, lückenhaftes Raster, falsches Diagramm

Sicherung/Reflexion: Fehlerquelle, Verbesserung

Zwei Modelllösungen vergleichen

Ziel/Fokus: Vergleich, Bewertung Material, Varianten zwei Tabellen, zwei Pläne, zwei Diagramme, zwei Abläufe

Arbeitsauftrag: Die Lernenden erhalten zwei verschiedene Modellierungen derselben Aufgabe, etwa eine Liste und eine Tabelle oder ein Raster und einen Textplan. Sie prüfen beide anhand von Kriterien wie Verständlichkeit, Vollständigkeit und Bearbeitbarkeit. Anschließend entscheiden sie sich für eine Variante und begründen ihr Urteil schriftlich.

Sicherung/Reflexion: Kriterien, Urteil

Ein eigenes Mini-Modellierungsprojekt entwickeln

Ziel/Fokus: Projekt, Gesamtprozess Material, Themen Klassenbudget, Mensa, Mediennutzung, Raumbelegung, Bücherverleih

Arbeitsauftrag: Kleingruppen wählen ein überschaubares Thema und bearbeiten es vollständig. Sie formulieren die Problemfrage, wählen wichtige Merkmale aus, strukturieren die Daten, bestimmen eine Darstellungsform, beschreiben Regeln oder Abläufe und prüfen das fertige Modell mit Beispielen. Danach präsentieren sie nicht nur das Ergebnis, sondern auch ihren Modellierungsweg.

Sicherung/Reflexion: Produkt, Prozess

Kompetenzcheck

Überprüfe am Ende selbst:

Ich kann …	Ja	Noch üben
probleme erfassen, Ziele klären.	☐	☐
daten auswählen, Merkmale ordnen.	☐	☐
aufgaben zerlegen, Teilprobleme bilden.	☐	☐
muster erkennen, Regeln ableiten.	☐	☐
unwichtiges weglassen, Wichtiges behalten.	☐	☐
modelle wählen, Darstellungen begründen.	☐	☐
listen nutzen, Tabellen verwenden.	☐	☐
raster deuten, Diagramme lesen.	☐	☐
abläufe beschreiben, Schritte ordnen.	☐	☐
bedingungen formulieren, Varianten prüfen.	☐	☐
grenzen erkennen, Annahmen benennen.	☐	☐
modelle testen, Fehler finden.	☐	☐
lösungen vergleichen, Alternativen prüfen.	☐	☐
ergebnisse erklären, Prozesse reflektieren.	☐	☐