Objektorientiertes Modellieren Seminar Didaktik der Informatik Wintersemester 2013/2014

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1 Didaktik der Objektorientiertes Modellieren Seminar Didaktik der Informatik Wintersemester 2013/2014 Celalettin Tanriverdi Fachgebiet Didaktik der Informatik Bergische Universität Wuppertal 21. Januar 2013 Dieses Dokument wird unter der folgenden Creative-Commons-Lizenz veröffentlicht: cbeahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.de

2 Themen des Seminars Kapitel in [Humbert, 2006] Informatik fachdidaktiktisch denken und arbeiten , 4 2. Rollenspiel zum Persönlichkeitsschutz Lehramt Informatik Berufswahl und Bildungsgang Forschen in der Fachdidaktik Informatik Interaktive Lernmodule Beispiel MathePrisma , 7 6. Technische Informatik im Unterricht , 4, 7 7. Informatik in Bewegung , 7 8. Logik Paradoxien und Entscheidungen , Magie und Informatik (7) 11. a) Urheberrecht als Unterrichtsgegenstand b) Sichere Kommunikation zwischen Informatiksystemen , a) Stationenlernen b) Auszeichnungssprachen , a) Objektorientiertes Modellieren b) Datenbanken , Kryptologie

3 Inhaltsverzeichnis Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 3/73

4 Kompetenzen Folgende Kompetenzen sollen die SeminarteilnehmerInnen im Rahmen des Vortrags erwerben: Legitimierung von OOM nachvollziehen können OOM in die Bildungsstandards bzw. Richtlinien und Lehrpläne einordnen können OOM als planen können Einen Einblick in die Programmierumgebung bekommen Vorhandenes Unterrichtsmaterial zu OOM fachdidaktisch analysieren können Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 4/73

5 Definition OOM [... ] einen Ansatz zur Lösung eines Problems, der seinen Fokus auf Objekte richtet, die an dem Problem beteiligt sind ([Diethelm, 2007], S.15.). [... ] den Entwurf eines Modells, das dem objektorientierten Ansatz zum Zweck der Problemlösung folgt ([Diethelm, 2007], S.15.). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 5/73

6 Definition Objekte Didaktik der Informatik Ein (korrekt modelliertes) Objekt modelliert ein gedanklich abgegrenztes Gebilde mit allen seinen Eigenschaften und Verhaltensweisen ([Vahrenhold, 2008], Folie 6.25.). Objekte: Haben Eigenschaften, Fähigkeiten und Beziehungen untereinander Können miteinander agieren, wenn sie sich kennen, indem sie Nachrichten austauschen Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 6/73

7 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Richtungsweisende Aussagen (Humbert) Humbert fordert die Ablösung der strukturierten Programmierung durch die objektorientierte Modellierung ([Humbert, 1999], S. 187.). Bildung verändert die Sicht auf die Welt - die informatische Modellierung verändert die Welt; es spricht also vieles dafür, sich diesem wirkmächtigen Prinzip als notwendigem Bestandteil jeder allgemeinen Bildung zu nähern ([Humbert, 2012], S. 5.). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 7/73

8 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Richtungsweisende Aussagen (Hubwieser) [Es] gibt [... ] einen Themenbereich der Informatik, der aufgrund seiner immensen Bedeutung für die Allgemeinbildung [... ], in keinem Informatikunterricht übergangen werden kann. Es handelt sich um den Bereich der Modellierung [... ] ([Hubwieser, 2007], S. 85.). Es werden Objekte identifiziert und analysiert, ihre Attribute bestimmt und ihre Methoden erarbeitet. Diese Sichtweise kommt der natürlichen Art des Menschen, seine Umwelt wahrzunehmen, besonders nahe [... ] ([Hubwieser, 2007], S. 94.). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 8/73

9 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Warum sollen SchülerInnen Objektorientiertes Programmieren lernen? Sehr wenige SchülerInnen, die später programmieren können müssen Warum programmieren lernen? Zeitverschwendung? Warum überhaupt Informatikunterricht? Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 9/73

10 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Warum sollen SchülerInnen Objektorientiertes Programmieren lernen? Sehr wenige SchülerInnen, die später programmieren können müssen Warum programmieren lernen? Zeitverschwendung? Warum überhaupt Informatikunterricht? Informatik ist allgemeinbildend, wir sind von Informatik umgeben/davon abhängig Beispiel: Flugzeug, Online-Banking Ausfallen der Informatik Katastrophe und evtl. tödlich Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 10/73

11 Software Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Viele Menschen gehen heute durch das Leben und sehen nicht, dass hinter diesen Informatiksystemen, die sie zum Laufen bringen, Software steht. Software wird gemacht Aktive Auseinandersetzung + eigenständige Programmierung Bewusster und kritischer Umgang Denn es gibt viele Fehler in der Software (jeder Software?) Softwareprojekte scheitern nach wie vor in großer Zahl völlig oder teilweise. Anteil erfolgreich abgeschlossener Projekte liegt - seit Jahren kaum verändert - bei ungefähr 1/3 (vgl. [Humbert, 2012], S. 21.) Modellieren und Programmieren (gehören laut Humbert immer zusammen) gehört mit zur Bildung des Menschen. Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 11/73

12 Das Objektorientierte Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität OOM besonders gut vermittelbar Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 12/73

13 Das Objektorientierte Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität OOM besonders gut vermittelbar Jeder soll die Softwarewelt und auch die Beziehungen zueinander besser verstehen. Objektorientiertes näher an der Vorstellungswelt (Beispiel Verwaltungssystem für Kunden) Kunden = Objekt bessser vorstellbar als eine Funktion, wenn man noch nicht programmieren kann Ohne Modelle sind wir Menschen ziemlich aufgeschmissen. Modellieren ist nicht nur in der Informatik (z.b. in der Mathematik entscheidend) (vgl. [Schulte, 2004], S. 72ff.) OOM besitzt lerntheoretische Vorteile aufgrund des Denkens in Objekten, weil diese Denkweise für den Menschen natürlicher ist. Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 13/73

14 Informatiksystem I Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Jedes Informatiksystem ist Ergebnis informatischer Modellierung. ( Als Informatiksystem bezeichnet man die spezifische Zusammenstellung von Hardware, Software und Netzverbindungen zur Lösung eines Anwendungsproblems ([Claus u. Schwill, 2001], S. 301.). Informatische Allgemeinbildung Nicht primär an der Zieldimension Informatiksysteme bedienen orientiert Vielmehr besteht der Nutzen der Informatiksysteme im Kontext der Modellierung in der Prüfung der entwickelten Lösungsvorschläge (vgl. [Humbert, 2012], S. 6.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 14/73

15 Informatiksystem II Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Hochkomplexe Informatiksysteme: Begegnen uns heute in allen Bereichen des Lebens Führen zu beachtlichen Veränderungen unserer Lebens- und Arbeitsweisen Immer kleiner Leistungsfähiger Die mit ihnen verbundenen Technologien immer komplexer Oft immer schwieriger zu verstehen und zu beherrschen (auch wenn die Produktwerbung gerne einen anderen Eindruck vermitteln möchte) (vgl. [Brinda, 2004], S. 1.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 15/73

16 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Allgemein bildender Informatikunterricht Die Menschen benötigen in naher Zukunft ein tief greifendes Verständnis dieser Technologien, um deren zukünftige Entwicklung verantwortungsbewusst steuern und zielsicher abschätzen sowie die Systeme ökonomisch und effizient nutzen zu können ([Hubwieser, 1999], S. 165.). Hierfür werden neue Kompetenzen erforderlich, die es vorher nicht gab. Lernort hierfür ist der allgemein bildende Informatikunterricht. Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 16/73

17 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Die Rolle des Programmierens im Informatikunterricht Programmieren hat keine allgemeinbildende Funktion Keine primäre Rolle im Informatikunterricht (vgl. [Hubwieser, 2007], S. 87) Die primäre allgemeinbildende Funktion des Informatikunterrichts: Modellierung (Fachseminare Arnsberg und Hamm) Informatikunterricht Einziges Fach, dass fach- und inhaltsunabhängige Modellbildungskompetenzen vermittelt (wird oft unterschätzt) Programmierung sollte immer eine dienende oder unterstützende Funktion gegenüber der Modellierung einnehmen (vgl. [Kuhaupt, 2012], S. 8.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 17/73

18 Allgemeinbildung Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Allgemeinbildung: Modellierung entscheidend Objektorientierte Programmierung bietet lediglich eine einfache und effiziente Möglichkeit, die erarbeiteten Modelle zu implementieren Liefert aber für sich genommen kaum Beiträge zur Allgemeinbildung Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 18/73

19 EPA Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Beschreiben, welche Kompetenzen SchülerInnen am Ende der gymnasialen Oberstufe erreichen sollen OOM: eine von sechs grundlegenden Modellierungstechniken, von denen Mindestens 2 im Grundfach und mindestens 3 im Leistungsfach vermittelt werden sollen OOM wichtig Die in der Lehrerbildung tätigen Hochschulen sollten dies auch bei der Ausbildung der InformatiklehrerInnen berücksichtigen. Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 19/73

20 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Inhaltliche Anforderungen für die Fachwissenschaften und Fachdidaktiken in der Lehrerbildung (Studieninhalte) Studium für LÄ der Sek I: Datenmodellierung und Datenbanksysteme: Datenmodellierung und Datenbankentwurf Relationales Modell... Programmierung und Softwaretechnik: Vorgehensmodelle für den Entwurf großer Softwaresysteme Methoden und Sprachen für den objektorientierten Entwurf... (vgl. [Sekretariat der KMK, 2008], S. 29.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 20/73

21 Beispiel (Uni Münster) Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Logik der objektorientierten Programmiersprachen: Zunächst Klassenbegriff und unmittelbar danach Objektbegriff Auch an vielen Universitäten Kapitel 2 unter Grundbegriffe der Objektorientierung : Ein Java-Programm besteht aus mehreren Klassen; zu jeder Klasse gibt es Objekte (Instanzen) ([Kuchen, 2007]). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 21/73

22 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Wissenserwerb, Gesamtbetrachtung Berlin/Brandenburg/Thüringen (n=69) Wie haben Sie Ihr Wissen über Objektorientierung erworben? 5%: Sonstiges 15%: Lehramtsstudium 15%: Erweiterungsstudium 35%: Fortbildung 75%: Selbststudium (vgl. [Kohl u. Romeike, 2006], S. 4.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 22/73

23 Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Selbsteinschätzung und Unterrichtserfahrungen, Gesamtbetrachtung Berlin/Brandenburg/Thüringen (n=69) Wie schätzen Sie Ihr Wissen über Objektorientierung ein? 6%: umfassend 10%: kein Wissen 31%: gut 53%: weniger gut Haben Sie Objektorientierung schon unterrichtet? 49%: ja 51%: nein (vgl. [Kohl u. Romeike, 2006], S. 8.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 23/73

24 Fazit Richtungsweisende Aussagen Warum? Universität Defizite deutlich InformatiklehrerInnen: Nur wenige mit den Konzepten der Objektorientierung sicher vertraut Nur wenige schätzen ihr Wissen als umfassend ein Dies ist aber notwendig SchülerInnen sollen mit diesem Paradigma als Leitlinie oder Säule informatischer Modellierung bis zum Abitur geführt werden. Defizite in den Grundlagen der Objektorientierung Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 24/73

25 Bildungsstandards I Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Prozessbereiche: Modellieren und Implementieren Schülerinnen und Schüler aller Jahrgangsstufen: Erstellen informatische Modelle zu gegebenen Sachverhalten Implementieren Modelle mit geeigneten Werkzeugen Reflektieren Modelle und deren Implementierung (vgl. [GI, 2008], S. 13.) Der Prozess der Modellierung ist nicht nur Lerninhalt, sondern auch durchgängige Methode des Informatikunterrichts ([GI, 2008], S. 45.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 25/73

26 Bildungsstandards II Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Hier wird nicht ausschließlich der Objektorientierung das Wort geredet. Aber es ist deutlich, dass dieser Modellierung eine prioritäre Rolle zuwächst (vgl. [Humbert, 2012], S. 18.). Modellierung: Im Wesentlichen auf die Analyse von zu simulierenden Vorgängen der Realwelt beschränkt Durchführung einer sich anschließenden Simulation soll mithilfe eines geeigneten Werkzeugs erfolgen Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 8 bis 10 entwickeln für einfache Sachverhalte objektorientierte Modelle und stellen diese mit Klassendiagrammen dar. (vgl. [GI, 2008], S. 19.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 26/73

27 Richtlinien und Lehrpläne I Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Modellieren und Konstruieren: Ein Informatikmodell gewinnen Probleme eingrenzen und spezifizieren, reduzierte Systeme definieren: Problemstellungen eingrenzen und Probleme strukturieren Anforderungen an ein Modell aufstellen Ein reduziertes Modell für die Problemstellung definieren Eine erste Lösungsstrategie entwerfen (vgl. [MSWWF, 1999], S. 11.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 27/73

28 Richtlinien und Lehrpläne II Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Modellierung gehört zu den Hauptaufgaben des Informatikunterrichtes in der Oberstufe Modellierung: Gleich als erstes Thema bei den Fachinhalten in Kapitel 2 Bereiche, Themen, Gegenstände aufgeführt Modellbildung als grundlegendes Ziel des Informatikunterrichts Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 28/73

29 Richtlinien und Lehrpläne III Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first (im Vergleich zu den Bildungsstandards) konkreter und platzieren das Modellieren und Konstruieren im Zentrum des Unterrichts Informatik-Unterricht Soll von allgemein formulierten Problemstellungen ausgehen ein informatikspezifisches Modell [entwickeln], welches das konzeptionelle Gerüst darauf aufbauender Problemlösungsverfahren beschreibt ([MSWWF, 1999], S. 12.). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 29/73

30 Qualifikationsphase Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Objektorientiertes Modellieren (Wiederholung und Vertiefung der Inhalte Jgst. 11) Objekte, Klassen, Attribute, Methoden UML-Klassendiagramm Beziehungen zwischen Klassen (hat, kennt, ist) Polymorphie Ereignissteuerung (vgl. [MSW-NW, 2007]) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 30/73

31 Zentralabitur I Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Inhaltliche Schwerpunkte I. Objektorientiertes Modellieren und Implementieren von kontextbezogenen Anwendungen I.1 Konzepte des objektorientierten Modellierens Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Geheimnisprinzip Klassendiagramme Beziehungen zwischen Klassen: (Gerichtete) Assoziation mit Multiplizität, Vererbung Abstrakte Klassen, Polymorphie (vgl. [MSW-NW, 2007]) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 31/73

32 Zentralabitur II Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first I.2 Datenstrukturen... I.3 Modellieren und implementieren kontextbezogener Problemstellungen als Netzwerkanwendungen... (vgl. [MSW-NW, 2007]) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 32/73

33 Zwischenfazit Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Forderungen nach Modellierung Informatisches Modell gewinnt für den Unterricht immer stärker an Bedeutung Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 33/73

34 Konzept Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Ira Diethelms Konzept folgt 4 Leitideen: models first strictly objects first Nachvollziehbarkeit Ausführbarkeit Ziel: Modellierung Weitgehend grafische Modellierungsebene Viele Probleme eines Programmierkurses werden vermieden, dennoch entstehen als Ergebnis der Modellierung ausführbare Programme Im Mittelpunkt steht vielmehr von Beginn an das informatische Modellieren (zunächst von Objektdiagrammen) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 34/73

35 Models first Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first OOM wird von Anfang an im Informatikunterricht unterrichtet. Nicht nur die Modellierungssprache, sondern auch die Modellierungstechnik soll von Beginn an gelehrt werden. (vgl. [Diethelm, 2007], S.42.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 35/73

36 Strictly objects first Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Unterrichtskonzept zu OOM sollte bei den Objekten beginnen Die Modellierung sollte buchstäblich bei den Objekten beginnen, mit deren Eigenschaften, Beziehungen und Fähigkeiten (vgl. [Diethelm, 2007], S.42f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 36/73

37 Nachvollziehbarkeit Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Aus den gelernten Teilen ergibt sich erst nach einer gewissen Zeit für die SchülerInnen ein Gesamtbild. SchülerInnen erfahren erst spät, wozu sie bestimmte Konstrukte wie z.b. public static void main bisher gelernt haben und warum diese Konstrukte so aufgebaut sind. Achten, die Systematik der Modellierung nachvollziehbar zu machen (vgl. [Diethelm, 2007], S.43f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 37/73

38 Ausführbarkeit Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Eine der großen Chancen des Informatikunterrichts: Etwas zu schaffen, das man evtl. sogar mit nach Hause nehmen kann, um es seinen Eltern oder Freunden oder evtl. über das Internet der ganzen Welt zu zeigen, was man selbst erstellt hat (vgl. [Diethelm, 2007], S.44f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 38/73

39 Klassen Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Sollen zweitrangig behandeln werden Sollen sich aus den Objekten ergeben Diese grundlegende Vorgehensweise sollte auch bei der Modellierung von Verhalten - also in Bezug auf die Methoden - angewandt werden Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 39/73

40 Vorteile Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first 1) In der Realität Objekte identifiziert 2) Auf Eigenschaften untersuchen und als Modell darstellen 3) (Zeitlicher Abstand) Objekte mit ähnlichen Eigenschaften werden in Klassen zusammengefasst 4) Perspektive umkehren: Klasse als Bauplan für Objekte begreifen (aus einer bestehenden Klasse Objekte erstellen) Problem der Ähnlichkeitshemmung wird umgangen, da die Begriffe Objekt und Klasse mit zeitlichem Abstand zueinander eingeführt werden Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 40/73

41 Nachteile Bildungsstandards Richtlinien und Lehrpläne Zwischenfazit Strictly models and objects first Fehlender Klassenbegriff: nicht möglich, von Beginn an mit einer Programmierumgebung zu arbeiten Einzige Produkte, die SchülerInnen in dieser Phase des Informatikunterrichts entwickeln können: passive, nicht ausführbare Objektdiagramme Wirkt wenig motivierend für die SchülerInnen Keine Gelegenheit, sich aktiv- handelnd mit dem Gegenstand auseinanderzusetzen Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 41/73

42 OOM im Unterricht: Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Immer noch breit diskutiertes Thema In der Didaktik akzeptiert und gewünscht Von der Praxis oft als unnötiger Overhead oder als schlicht zu komplex empfunden Wenige Stunden Informatik in der Woche Bisher wenig dokumentiert über OOM Aber mehr Praxis Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 42/73

43 Problemlage Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Objektorientiertes Unterrichtskonzept nicht von Haus aus schwierig, es gebe nur viele Möglichkeiten für LehrerInnen, etwas falsch zu machen und damit bei den SchülerInnen Fehlvorstellungen hervorzurufen (vgl. [Simon Holland u. Woodman, 1997].) Informatisches- und speziell OOM werden von der Fachdidaktik betont und für den Unterricht empfohlen (im Informatikunterricht aber noch zu wenig umgesetzt). Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 43/73

44 Mangel Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Wesentliche Ursache für die noch seltene Berücksichtigung von OOM in der Schulpraxis Mangel an: Verfügbaren Unterrichts- und Übungsbeispielen Unterrichtsgeeigneten Informatiksystemen zur Förderung der Aneignung von Fachkonzepten Strukturierungshinweisen für den Unterricht Damit verbundene Einsatzkonzepte Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 44/73

45 Problem der pädagogischen Praxis Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Objekt- und der Klassenbegriff werden am Anfang des Schuljahres zeitgleich eingeführt Unklarheit bei der Abgrenzung zwischen den Begriffen Objekt und Klasse Phänomen der Ähnlichkeitshemmung (zwei verwandte und ähnliche Begriffe, Objekt und Klasse, zeitnah zueinander eingeführt) (vgl. [Schultz, 2008], S. 4f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 45/73

46 Wie soll das stattfinden? Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht In vielen Büchern werden gleichzeitig Objekte und Klassen eingeführt. auch gute SchülerInnen können ein halbes Jahr später Objekte mit Klassen nicht mehr trennen. Hier in der Uni wird es auch so gemacht. didaktisch nicht gut Informatikstudierende an der Uni sind vorgebildet oder überdurchschnittlich interessiert. In der Schule kann man davon nicht ausgehen. Didaktisch etwas mehr aufbereiten Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 46/73

47 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Anfangsunterricht in der sphase der gymnasialen Oberstufe (Entwickelt im Zusammenhang mit einer Zweiten Staatsarbeit für das Lehramt an Gymnasien und Gesamtschulen) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 47/73

48 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Ausgangspunkt der Reihe: eine Situationsbeschreibung bzw. ein Szenario Textuelle Situationsbeschreibung Ausschnitt aus Lebenswelt der SchülerInnen Aufgabe der SchülerInnen Objektorientiertes Modell erarbeiten + später dieses Modell in einer objektorientierten Programmiersprache implementieren (vgl. [Humbert, 2012], S. 34.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 48/73

49 Phase 1: Modellierung der Objekte Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Identifikation der in der Situationsbeschreibung vorkommenden Objekte Methodische Hilfe: Verfahren nach Abbott (vgl. [und Hamm, 2010].) Ziel: Modelleriung der in der Realsituation vorkommenden Objekte als informatische Objekte, die in Form von Objektkarten dargestellt werden (vgl. [Humbert, 2012], S. 34.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 49/73

50 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 2: Modellierung der Beziehungen Beziehungen zwischen den Objekten modellieren Erarbeitung eines Objektdiagramms, in dem alle Objekte sowie ihre Beziehungen untereinander modelliert und dargestellt werden SchülerInnen: überlegen, welche Objekte miteinander kommunizieren bzw. Nachrichten austauschen und sich daher kennen müssen Erste statische Modellierung des Szenarios (vgl. [Humbert, 2012], S. 35.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 50/73

51 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 3: ein dynamisches Modell durch Sequenzdiagramme Interaktion der Objekte durch ein Sequenzdiagramm modellieren Übersichtliche und kompakte Darstellung der Kommunikation der Objekte (vgl. [Humbert, 2012], S. 36f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 51/73

52 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 4: Modellierung der Methoden auf Objektebene Ziel: Formalisierung der einzelnen Methoden in Form von Struktogrammen, die später implementiert werden Durch den Verbleib auf der Objektebene wird einerseits die Komplexität reduziert und andererseits eine Vermischung von Objektund Klassenebene vermieden. (vgl. [Humbert, 2012], S. 37ff.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 52/73

53 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 5: Implementierung der modellierten Methoden auf Objektebene Implementierung der erarbeiteten Methodenrümpfe bzw. Methodeninhalte Aber: Methodenkopf bleibt zunächst unberührt und wird später nach der des Klassenbegriffs implementiert Wichtig: Implementierung zunächst auf Papier (vgl. [Humbert, 2012], S. 39f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 53/73

54 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 6: Ausführung der Implementierung mit dem didaktischen Werkzeug Wozu? Um das erarbeitete Modell und dessen Implementierung auzuprobieren sowie zu prüfen (vgl. [Humbert, 2012], S. 40f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 54/73

55 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 7: Abstraktion des Modells auf Klassenebene Abstraktion von der Objektebene auf die Klassenebene des Klassenbegriffs SchülerInnen sollten gerade bei der Modellierung der Methoden erfahren haben, dass einige Objekte ähnlich sind und sich ähnlich verhalten. Dies aufgreifen und Klassenbegriff als Bauplan für Objekte oder zur Klassifizierung von Objekten einführen. Abstraktion vom Objektdiagramm zum Klassendiagramm (vgl. [Humbert, 2012], S. 41.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 55/73

56 Problemlage Wie soll das stattfinden? Anfangsunterricht Phase 8: Implementierung der Klassenkarten und Fertigstellung Methodenrümpfe bereits implementiert Ledigliche Implementierung der Klassenkarten bzw. Klassenrümpfe und des Konstruktors (intensive Behandlung) (vgl. [Humbert, 2012], S. 41f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 56/73

57 JooPu I Java objects only Programmierumgebung Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 57/73

58 JooPu II Programmierumgebung, da keine vollständige Entwicklungsumgebung (wie z.b. Netbeans10) oder ein CASE-Tool (wie z.b. Fujaba11) Didaktisch vereinfachte Programmierung mit Java soll im Vordergrund stehen Prototyp, noch nicht für den breiten Einsatz im Schulunterricht geeignet Nur mit entsprechender Vorbereitung im Unterricht einsetzbar (vgl. [Kuhaupt, 2012], S. 20.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 58/73

59 JooPu III Wird unter einer geeigneten Lizenz zur kostenfreien Verwendung freigegeben werden Durch Implementierung in Java plattformunabhängig einsetzbar Momentan ausgerichtet auf Programmierung der Szenarien in Java Durch Modifikation des Quellcodes von JooPu kann man beliebige andere Compiler oder Interpreter einbinden und so mit verschiedenen anderen Programmiersprachen arbeiten. Leitet den Quelltext nur an den jeweiligen Compiler oder Interpreter weiter, fängt die Konsolenausgaben ab und stellt sie wieder im JooPu-Interface dar (vgl. [Kuhaupt, 2012], S. 26.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 59/73

60 JooPu IV Prinzip: Verstecken bzw. Ausblenden des Klassen-Overheads und der Fokussierung auf die Objektebene Lehrperson: Muss zunächst die Klassen selber (auf Basis des erarbeiteten Modells) implementieren und in einer Art Szenario-Datei in JooPu einbinden Muss sich überlegen, welche Methoden von den SchülerInnen bearbeitet werden sollen. Dies wird in der Szenario-Datei durch Freilassen der jeweiligen Methodenrümpfe in Kombination mit einer textuellen Markierung erreicht Momentan Verwendung von 5 exemplarischen Methoden (Anzahl veränderbar) (vgl. [Kuhaupt, 2012], S. 20.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 60/73

61 JooPu V Aufgabe des Programms: Gestatten der Eingabe von implementierten Methodenrümpfen für exemplarisch ausgewählte Methoden Ohne Kenntnisse des Klassenbegriffs ausführbar Sinn von JooPu: Mit Informatiksystemen kleine Methoden implementieren und die Ausführbarkeit von Modell und Implementierung sehen (vgl. [Humbert, 2012], S. 40f.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 61/73

62 JooPu VI Oberer Bereich: die am Szenario beteiligten Objekte in Form von vereinfachten Objektkarten Mauszeiger über eine vereinfachte Objektkarte: jeweilige Objektkarte in einer vollständigen Darstellung Unter den Objekten: SchülerInnen können die von der Lehrperson ausgewählten Methoden mit beliebigen Inhalten füllen Methoden implementieren + Arbeitsergebnisse testen: Kompilieren und ausführen -Button Insgesamt sehr einfach aufgebautes Benutzer-Interface Soll auf natürliche Art und Weise den Fokus auf Objekte und die Programmierung legen (vgl. [Kuhaupt, 2012], S. 26.) Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 62/73

63 Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 63/73

64 [Brinda 2004] Brinda, Torsten: Didaktisches System für objektorientiertes Modellieren im Informatikunterricht der Sekundarstufe II, Universität Siegen, Didaktik der Informatik und E-Learning, Dissertation, März 2004 [Claus u. Schwill 2001] Claus, Volker ; Schwill, Andreas ; Meyers Lexikonredaktion (Hrsg.): Duden Informatik. Mannheim : Dudenverlag, 2001 [Diethelm 2007] Diethelm, Ira: Strictly models and objects first Unterrichtskonzept für objektorientierte Modellierung. In: Schubert, Sigrid (Hrsg.): Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis INFOS GI-Fachtagung September 2007, Siegen, 2007, [GI 2008] GI: Grundsätze und Standards für die Informatik in der Schule Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe I. Version: April fa-ibs/empfehlungen/bildungsstandards_2008.pdf, Abruf: 5. Mai Erarbeitet vom Arbeitskreis»Bildungsstandards«Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 64/73

65 Beschluss des GI-Präsidiums vom 24. Januar 2008 veröffentlicht als Beilage zur LOG IN 28 (2008) Heft 150/151. ISSN [und Hamm 2010] Hamm, Referendare Informatikfachseminare A.: Das Verfahren nach Abbott [Hubwieser 1999] Hubwieser, Peter: Informatik als Pflichtfach an bayerischen Gymnasien. In: Informatik und Schule Fachspezifische und fachübergreifende didaktische Konzepte, 1999, S [Hubwieser 2007] Hubwieser, Peter: Didaktik der Informatik. Grundlagen, Konzepte, Beispiele. 3., überarbeitete und erw. Auflage. Berlin : Springer, ISBN X [Humbert 1999] Humbert, Ludger: Grundkonzepte der Informatik und ihre Umsetzung im Informatikunterricht. In: Schwill, Andreas (Hrsg.): Informatik und Schule Fachspezifische und fachübergreifende didaktische Konzepte, 1999, S [Humbert 2006] Humbert, Ludger: Didaktik der Informatik mit praxiserprobtem Unterrichtsmaterial. 2., überarbeitete und erweiterte Aufl. Wiesbaden : B.G. Teubner Verlag, 2006 (Leitfäden der Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 65/73

66 Informatik). ISBN [Humbert 2012] Humbert, Ludger: Objektorientierte Modellbildung zwischen Mathematik und Informatik. Dezember 2012 (Schriften zum Modellieren und Anwenden von Mathematik) [Kohl u. Romeike 2006] Kohl, Lutz ; Romeike, Ralf: Aktueller Stand der Objektorientierung bei Informatiklehrerinnen und -lehrern. In: HDI 2006: Hochschuldidaktik der Informatik Organisation, Curricula, Erfahrungen. 2. GI-Fachtagung Dezember 2006 in München, Germany, 2006, S [Kuchen 2007] Kuchen, Herbert: Script zur Vorlesung Informatik I. Münster, November 2007 [Kuhaupt 2012] Kuhaupt, Johannes: Implementierung von Methoden als Bestandteil einer strikten objektorientierten Modellierung. Hamm, Zentrum für schulpraktische Lehrerausbildung Seminar für das Lehramt für Gymnasien Gesamtschulen, Hausarbeit gemäß OVP, Mai Abruf: 16. Juni 2012 Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 66/73

67 [MSW-NW 2007] MSW-NW: Abitur Gymnasiale Oberstufe Informatik Übersichtsseite: Vorgaben, Fachliche Hinweise und sonstige Materialien, Operatoren und Konstruktionsvorgaben, Aufgabenbeispiele. schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15. Version: 2007, Abruf: 25. Februar MSW-NW Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen [MSWWF 1999] MSWWF (Hrsg.): Richtlinien und Lehrpläne für die Sekundarstufe II Gymnasium/Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen Informatik. 1. Aufl. Frechen : Ritterbach Verlag, 1999 (Schriftenreihe Schule in NRW 4725). MSWWF (Ministerium für Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen) [Schulte 2004] Schulte, Carsten: Lehr- Lernprozesse im Informatik-Anfangsunterricht: theoriegeleitete Entwicklung und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Objektorientierung in der Sekundarstufe II, Universität Paderborn, Didaktik der Informatik, Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Dissertation, Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 67/73

68 März DocumentServlet?id=5166, Abruf: 12. August 2010 [Schultz 2008] Schultz, Torsten: Entwicklung einer handlungsorientierten in die objektorientierte Analyse und Modellierung im Anfangsunterricht der Jahrgangsstufe 11 durch Objekt-Rollenspiele. Hamm, Studienseminar für Lehrämter an Schulen Seminar für das Lehramt für Gymnasien Gesamtschulen, Hausarbeit gemäß OVP, Mai Abruf: 26. August 2012 [Sekretariat der KMK 2008] Sekretariat der KMK: Ländergemeinschaftliche inhaltliche Anforderungen für die Fachwissenschaft und Fachdidaktik in der Lehrerbildung. Version: Dezember 2008, Abruf: 4. April KMK Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland [Simon Holland u. Woodman 1997] Simon Holland, Robert G. ; Woodman, Mark: Avoiding object misconceptions Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 68/73

69 [Vahrenhold 2008] Vahrenhold, Jan: Folien zur Vorlesung Didaktik der Informatik Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 69/73

70 I [Brinda 2004] Brinda, Torsten: Didaktisches System für objektorientiertes Modellieren im Informatikunterricht der Sekundarstufe II, Universität Siegen, Didaktik der Informatik und E-Learning, Dissertation, März 2004 [Claus u. Schwill 2001] Claus, Volker ; Schwill, Andreas ; Meyers Lexikonredaktion (Hrsg.): Duden Informatik. Mannheim : Dudenverlag, 2001 [Diethelm 2007] Diethelm, Ira: Strictly models and objects first Unterrichtskonzept für objektorientierte Modellierung. In: Schubert, Sigrid (Hrsg.): Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis INFOS GI-Fachtagung September 2007, Siegen, 2007, [GI 2008] GI: Grundsätze und Standards für die Informatik in der Schule Bildungsstandards Informatik für die Sekundarstufe I. Version: April gliederungen/fb-iad/fa-ibs/empfehlungen/bildungsstandards_2008.pdf, Abruf: 5. Mai Erarbeitet vom Arbeitskreis»Bildungsstandards«Beschluss des GI-Präsidiums vom 24. Januar 2008 veröffentlicht als Beilage zur LOG IN 28 (2008) Heft 150/151. ISSN [und Hamm 2010] Hamm, Referendare Informatikfachseminare A.: Das Verfahren nach Abbott [Hubwieser 1999] Hubwieser, Peter: Informatik als Pflichtfach an bayerischen Gymnasien. In: Informatik und Schule Fachspezifische und fachübergreifende didaktische Konzepte, 1999, S Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 70/73

71 II [Hubwieser 2007] Hubwieser, Peter: Didaktik der Informatik. Grundlagen, Konzepte, Beispiele. 3., überarbeitete und erw. Auflage. Berlin : Springer, ISBN X [Humbert 1999] Humbert, Ludger: Grundkonzepte der Informatik und ihre Umsetzung im Informatikunterricht. In: Schwill, Andreas (Hrsg.): Informatik und Schule Fachspezifische und fachübergreifende didaktische Konzepte, 1999, S [Humbert 2006] Humbert, Ludger: Didaktik der Informatik mit praxiserprobtem Unterrichtsmaterial. 2., überarbeitete und erweiterte Aufl. Wiesbaden : B.G. Teubner Verlag, 2006 (Leitfäden der Informatik). ISBN [Humbert 2012] Humbert, Ludger: Objektorientierte Modellbildung zwischen Mathematik und Informatik. Dezember 2012 (Schriften zum Modellieren und Anwenden von Mathematik) [Kohl u. Romeike 2006] Kohl, Lutz ; Romeike, Ralf: Aktueller Stand der Objektorientierung bei Informatiklehrerinnen und -lehrern. In: HDI 2006: Hochschuldidaktik der Informatik Organisation, Curricula, Erfahrungen. 2. GI-Fachtagung Dezember 2006 in München, Germany, 2006, S [Kuchen 2007] Kuchen, Herbert: Script zur Vorlesung Informatik I. Münster, November 2007 [Kuhaupt 2012] Kuhaupt, Johannes: Implementierung von Methoden als Bestandteil einer strikten objektorientierten Modellierung. Hamm, Zentrum für schulpraktische Lehrerausbildung Seminar für das Lehramt für Gymnasien Gesamtschulen, Hausarbeit gemäß OVP, Mai Abruf: 16. Juni 2012 Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 71/73

72 III [MSW-NW 2007] MSW-NW: Abitur Gymnasiale Oberstufe Informatik Übersichtsseite: Vorgaben, Fachliche Hinweise und sonstige Materialien, Operatoren und Konstruktionsvorgaben, Aufgabenbeispiele. http: //www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15. Version: 2007, Abruf: 25. Februar MSW-NW Ministerium für Schule und Weiterbildung des Landes Nordrhein-Westfalen [MSWWF 1999] MSWWF (Hrsg.): Richtlinien und Lehrpläne für die Sekundarstufe II Gymnasium/Gesamtschule in Nordrhein-Westfalen Informatik. 1. Aufl. Frechen : Ritterbach Verlag, 1999 (Schriftenreihe Schule in NRW 4725). MSWWF (Ministerium für Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen) [Schulte 2004] Schulte, Carsten: Lehr- Lernprozesse im Informatik-Anfangsunterricht: theoriegeleitete Entwicklung und Evaluation eines Unterrichtskonzepts zur Objektorientierung in der Sekundarstufe II, Universität Paderborn, Didaktik der Informatik, Fakultät für Elektrotechnik, Informatik und Mathematik, Dissertation, März Abruf: 12. August 2010 [Schultz 2008] Schultz, Torsten: Entwicklung einer handlungsorientierten in die objektorientierte Analyse und Modellierung im Anfangsunterricht der Jahrgangsstufe 11 durch Objekt-Rollenspiele. Hamm, Studienseminar für Lehrämter an Schulen Seminar für das Lehramt für Gymnasien Gesamtschulen, Hausarbeit gemäß OVP, Mai Abruf: 26. August 2012 Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 72/73

73 IV [Sekretariat der KMK 2008] Sekretariat der KMK: Ländergemeinschaftliche inhaltliche Anforderungen für die Fachwissenschaft und Fachdidaktik in der Lehrerbildung. Version: Dezember 2008, Abruf: 4. April KMK Ständige Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland [Simon Holland u. Woodman 1997] Simon Holland, Robert G. ; Woodman, Mark: Avoiding object misconceptions [Vahrenhold 2008] Vahrenhold, Jan: Folien zur Vorlesung Didaktik der Informatik Objektorientiertes Modellieren, C. Tanriverdi 73/73

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