Dieses Übungsheft für den Informatikunterricht bietet eine systematische und anwendungsorientierte Einführung in die wichtigsten Datenstrukturen. Das Material verknüpft theoretisches Grundlagenwissen mit praktischen Programmierübungen in Python 3 und verdeutlicht, wie die richtige Datenorganisation die Effizienz von Programmen bestimmt.

Inhaltliche Schwerpunkte:

• Listen & Arrays:Aufbau, Eigenschaften und Laufzeitverhalten von Arrays, dynamischen Python-Listen und verketteten Listen.

• Stacks (LIFO) & Queues (FIFO):Funktionsweise, objektorientierte Implementierung und typische Anwendungsfälle (z. B. Klammer-Prüfung, Call Stack, Ringpuffer).

• Hashmaps & Dictionaries:Speicherung von Schlüssel-Wert-Paaren, mathematische Grundidee von Hash-Funktionen sowie die Lösung von Kollisionen (Chaining).

• Komplexität (O-Notation):Systematische Beurteilung und Auswahl der passenden Datenstruktur anhand eines praxisnahen Entscheidungsbaums und Gegenüberstellung der Laufzeiten (O(1), O(n), O(n log n)).

• Mini-Projekt:Zusammenführende Programmierung eines Aufgabenplaners, der Stacks, Queues und Hashmaps in einem lebensnahen Praxis-Szenario vereint.

Aufbau und didaktische Struktur:

• Theorie und Programmierung:Jedes Kapitel kombiniert kompakte Erklärungen und Visualisierungen mit direkt darauffolgenden Übungen (Code-Tracing, Analyse und eigene Implementierung).

• Integrierte Differenzierung:Die Aufgabenstellungen sind durch ein transparentes Sterne-System in drei Anforderungsbereiche (leicht, mittel, schwer) unterteilt, um unterschiedlichen Leistungsniveaus gerecht zu werden.

• Zusatzmaterialien:Ein kompaktes Fachglossar klärt zentrale Begrifflichkeiten (z. B. amortisierte Laufzeit, Bucket, Chaining). Ein ausführlicher Lösungsteil mit lauffähigen Python-Codes und Kommentaren ermöglicht eine verlässliche (Selbst-)Kontrolle.

Einsatzmöglichkeiten im Unterricht:Das didaktisch aufbereitete Material ist auf einen Umfang von 6 bis 8 Schulstunden ausgelegt. Es eignet sich hervorragend zur systematischen Erarbeitung im regulären Programmierunterricht, für Projektphasen oder zur zielgerichteten Klausurvorbereitung in der Mittel- und Oberstufe. Die Code-Beispiele benötigen keine externen Bibliotheken und laufen direkt in jeder gängigen Python-Umgebung.