Informatik

Lehrwerk für die gymnasiale Oberstufe - Ausgabe 2014

Schulbuch 1

Einführungsphase

Das im Schülerbuch vorgestellte Greenfoot-Szenario „Planetenerkundung“ können Sie als ZIP-Datei (315 KB) unter der Rubrik "Ergänzende Materialien" kostenlos herunterladen.

Informatik 1 erläutert zu Beginn anschaulich die grundlegenden Inhaltsfelder der Informatik und eröffnet danach den Blick auf die objektorientierte Sichtweise des Faches. Zur Erlangung der Kernelemente der objektorientierten Programmierung arbeitet das Buch mit verschiedenen Entwicklungsumgebungen, die sich in ihrer Komplexität jeweils erhöhen, je weiter die Lernenden sind. Greenfoot ist eine Arbeitsumgebung für das Erlernen der OOP mit Java. Durch eine ikonische Darstellung der Objekte, eine direkte Rückmeldung über die Wirkung des Programms und die Möglichkeit, Objekte zu inspizieren, werden hier viele Lerntypen angesprochen. Diese Umgebung ermöglicht so einen intuitiven und motivierenden Zugang zur Informatik.

In dieser ersten Phase erweitern die Schülerinnen und Schüler die folgenden inhaltsbezogenen Kompetenzen und Ziele:

• Sie erlangen ein grundlegendes objektorientiertes Verständnis von der Beziehung von Klasse zu Objekt und dessen Zustand, sowie den Methodenaufrufen eines Objekts.
• Sie beherrschen den Umgang mit informatischen Strukturen wie Kontrollstrukturen und Wiederholschleifen.
• Sie entwickeln einfache Algorithmen - umgangssprachlich, im Pseudocode und im Programmablaufplan - und lernen dabei Grundzüge der Algorithmenentwicklung kennen.
• Sie beherrschen das Variablenkonzept bei Attributen, Parametern und Rückgaben.
• Sie lernen die Programmiersprache Java als künstliche Sprache mit Semantik und Syntax kennen.

Da sich bei weitem nicht alle Probleme in der Informatik mit ikonischen Darstellungen visualisieren lassen und zudem auch Greenfoot – vor allem hinsichtlich realistischer Programmierung – an seine Grenzen stößt, wird nach der Greenfoot-Anfangsreihe auf die Umgebung BlueJ gewechselt. Auch diese nutzt noch die Darstellung der Objekte und bietet so Anfängern die Möglichkeit, Klassen direkt zu instanziieren und dann auf den Objekten zu arbeiten. Zudem liegt der gleiche Editor wie in Greenfoot zugrunde und erleichtert so den Übergang. 

In dieser Unterrichtseinheit wird eine Mischung aus Dekonstruktion und Konstruktion verwendet, sodass die Lernenden langsam in die Lage versetzt werden, eigene (kleine) Projekte selbstständig und „professionell“ zu entwickeln. Die Komplexität der Realität muss dabei zuerst anhand des Anforderungsprofils für die Software in eine Spezifikation überführt werden, die dann Schritt für Schritt über Objektdiagramme, Klassendiagramme, Objektinteraktionen in Sequenzdiagrammen und Klassendokumentationen schlussentlich implementiert wird. Die objektorientierte Modellierung von Klassen, Attributen, Methoden und Beziehungen rückt somit in den Fokus.

In der Einheit "Suchen und Sortieren" wird zunächst das Feld als erste Datenstruktur eingeführt. Die Schülerinnen und Schüler erarbeiten anschaulich verschiedene Such- und Sortierverfahren. Sie lernen, die Verfahren auf Beispiele anzuwenden, zu analysieren und bezüglich ihrer Effizienz zu beurteilen.

Durch den Einsatz der semiprofessionellen Umgebung Eclipse werden die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt, realitätsnah eigene Projekte unter Verwendung des MVC-Konzepts zu programmieren.

In dieser zweiten Phase erweitern die Schülerinnen und Schüler die folgenden inhaltsbezogenen Kompetenzen und Ziele:

• Sie ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen.
• Sie modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen.
• Sie erweitern ihre Fähigkeiten, Code und Diagramme zu dokumentieren und lernen die API in Auszügen zu nutzen.
• Sie entwickeln einfache grafische Oberflächen (GUI) nach dem MVC-Konzept.
• Sie erlernen den Umgang mit einer ersten linearen Datenstruktur.
• Sie vertiefen ihre Fähigkeiten im Entwurf, der Implementation, der Analyse und der Beurteilung von Algorithmen.

Zudem erweitern Sie die folgenden prozessbezogenen Kompetenzen und Ziele:

• Sie erstellen informatische Modelle zu gegebenen Sachverhalten (z.B. mit UML und CRC-Technik) und stellen Beziehungen zwischen den verwendeten Klassen heraus.
• Sie implementieren Modelle mit geeigneten Werkzeugen (Objektdiagramme, Entwurfs- und Implementationsdiagramme und Sequenzdiagramme).
• Sie reflektieren Modelle und deren Implementierung und erlernen so eine selbstorganisierte Herangehensweise an Sachverhalte.
• Sie arbeiten projektorientiert und durchlaufen dabei verschiedene Phasen der Softwareentwicklung.

In Exkursen wird zudem das Basiswissen über Informatiksysteme wie der Unterschied zwischen "Digital und Analog", die binäre Speicherung und Verarbeitung im Rechnersystem, das Prinzip des von-Neumann-Rechners und des Compilers vermittelt.