EOS - Fahrt eines Lastwagens

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1 EOS - Fahrt eines Lastwagens Stand: Jahrgangsstufen Lernbereich 2: Modul Fach/Fächer Übergreifende Bildungsund Erziehungsziele Zeitrahmen Benötigtes Material Informationstechnologie Technische Bildung 2 Unterrichtsstunden EOS Einfache objektorientierte Sprache mit Entwicklungsumgebung Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler analysieren Aufgabenstellungen (z. B. Programm für das Rechnen mit Brüchen) und erstellen hierfür objektorientierte Modelle unter Verwendung standardisierter Notationsformen. entwickeln Lösungsansätze mithilfe von Algorithmen (z. B. für eine Methode zur Addition zweier Brüche). implementieren objektorientierte Programme mit einem geeigneten Programmierwerkzeug. testen und optimieren ihre objektorientierten Programme. Aufgabe Simuliere die Fahrt eines Lastwagens auf der x-achse bis zur Haltelinie mit der Programmiersprache EOS und beachte dabei folgende Vorgaben: 1. Der LKW steht auf der x-achse und fährt ohne Ruckeln. 2. Er wechselt die Farbe seines Führerhauses auf gelb, sobald er die y-achse überfährt. 3. Der LKW stoppt, sobald er die Haltelinie (vgl. im Bild: rotes Rechteck) berührt. 4. Abschließend kippt beim LKW der grüne Auflieger schrittweise um 50 Grad nach oben (vgl. Bild unterhalb mit der Endposition des Lastwagens). Anforderungen an deine Lösung: Der Programmcode soll möglichst kurz sein. Verwende Methoden zur Änderung der Attributwerte von Objekten. Seite 1 von 8

2 Teste und optimiere deine Lösung Spiele nacheinander folgende zwei Szenarien durch. Passe dein Programm ggf. an, so dass es die Fahrt des Lastwagens trotz der veränderten Situationen simuliert. 1. Verändere die Startposition des Lastwagens. Dein Programm soll die Fahrt simulieren, egal wo der LKW rechts von der y-achse steht. 2. Verändere die Position der Haltelinie und passe dein Programm ggf. so an, dass es die Fahrt des Lastwagens simuliert, egal wo die Haltelinie links von der y-achse steht. Hilfestellungen zur Erzeugung des Lastwagens und der Haltelinie (geringe Hilfestellung) Objektdiagramm Erzeuge die für den Lastwagen und die Haltelinie nötigen Objekte anhand des Objektdiagramms und der Objektkarte mithilfe von Methoden. Lies die Positionen der Objekte aus dem Bild zur Aufgabenstellung ab. Objektkarte Hilfestellung zur Teilaufgabe 1 (geringe Hilfestellung) Vereinbare eine Gruppe mit dem Bezeichner (= Objektnamen) LKW. Verwende die Methode schlucke (vgl. Hilfe-Menü der Entwicklungsumgebung), um alle Einzelteile (Objekte) des Lastwagens der Gruppe hinzuzufügen. Seite 2 von 8

3 Hilfestellung zur Teilaufgabe 2 (geringe Hilfestellung) Verwende eine Auswahlstruktur und werte die absolute Position der linken Kante des Lastwagens aus, um zu erkennen, ob er an der y-achse angekommen ist. Vergleiche die x-koordinaten (mittlere Hilfestellung) Bei allen Punkten auf der y-achse haben die x-koordinaten den Wert Null. Struktogramm zur Einseitigen Auswahl (umfangreiche Hilfestellung) Verwende eine Auswahlstruktur. Prüfe in der Bedingung, ob die absolute Position der linken Kante des Lastwagens negativ geworden ist. In diesem Fall hat der LKW die y-achse überfahren. Hilfestellung zur Teilaufgabe 4 Passender Drehpunkt (mittlere Hilfestellung) Wähle mithilfe der Hilfefunktion in EOS eine passende Methode aus, bei der du als Parameter einen Drehpunkt mit angeben kannst. Beachte für die Angabe des Drehpunkts die Endposition des Objekts Fahrgestell an der Haltelinie (vgl. Bild zur Endposition des Lastwagens auf Seite 1). Hilfestellung zum Testfall 1 (mittlere Hilfestellung) Verwende die Programmstruktur Wiederholung mit Anfangsprüfung. Überprüfe, ob die Position der linken Kante des Lastwagens größer als -40 (= Wert des Attributs rechts des Objekts Haltelinie) ist. Struktogramm zur Wiederholung mit Anfangsprüfung (umfangreiche Hilfestellung) Seite 3 von 8

4 Quellen- und Literaturangaben Download von EOS unter (Stand: Mai 2017) Download von EOS 2 und Unterschiede zu EOS 1.5.9: Peter Schneider (Stand: Mai 2017) Veränderte Klausuraufgabe zum Grundkurs der Zusatzausbildung Informationstechnologie, 2013 Bildquellen: Screenshots (Autorin C. Hirtl-Baur) Hinweise zum Unterricht Folgende Inhalte aus den Modulen 1.2, und werden vorausgesetzt: Fachbegriffe: Klassen, Objekte, Attribute, Attributwerte, Methoden, Parameterwerte, Methodenaufrufe mit der Punktnotation, Aggregation (Gruppierung) Algorithmische Grundstrukturen: Anweisung, Sequenz, Auswahl und Wiederholung Standardisierte Notationsformen: z. B. Klassendiagramm, Struktogramm Bei Schwierigkeiten können den Schülern die gestuften Hilfestellungen angeboten werden, z. B. in Form von Karten, die die Lehrkraft bei Bedarf den Schülern zur Verfügung stellt. Die Hilfestellungen sind so formuliert, dass sie sowohl für eine Programmierung mit EOS als auch mit EOS 2 verwendet werden können. Meist lösen die Schüler die Teilaufgabe 3 oft mit einer Wiederholung mit Zähler und lesen aus dem gegebenen Bild die Anzahl der Schritte zwischen Lastwagen und Haltelinie ab. Die Anforderung an das Programm im Testfall 1, die Fahrt des Lastwagens mit einer beliebigen Position rechts von der y-achse zu simulieren, ist jedoch nicht mit einer Wiederholung mit Zähler zu erfüllen. Mit einer Wiederholung mit Anfangsprüfung muss vor jedem Verschieben des Lastwagens nach links geprüft werden, ob die Position seiner linken Kante noch größer als -40 (= Wert des Attributs rechts des Objekts Haltelinie) ist. Die Auswertung der Attributwerte von LKW und Haltelinie ist für das Optimieren des Programms im Testfall 2 nötig. Die Position der Haltelinie links von der y-achse ist nicht mehr festgelegt. Folglich müssen in der Anfangsbedingung der Wiederholung die Positionen der Objekte LKW und Haltelinie miteinander verglichen werden. Da nun auch die Endposition des Lastwagens variabel ist, muss der Drehpunkt in Aufgabe 4 allgemein mit den Bezeichnern (Namen) von Attributen angegeben werden. Seite 4 von 8

5 Beispiele für mögliche Lösungen der Schülerinnen und Schüler Programmcode mit EOS 1.5.9: Aufgabe 1 bis 4 (Mindestanforderung) //Deklaration der Objekte für LKW und Haltelinie Führerhaus, Auflieger, Fahrgestell, Haltelinie:RECHTECK Rad1, Rad2:KREIS //Methodenaufrufe zur Zuweisung von Attributwerten Führerhaus.füllfarbeSetzen(rot) Führerhaus.eckenSetzen(10,100,60,10) Auflieger.füllfarbeSetzen(grün) Auflieger.eckenSetzen(60,70,200,30) Fahrgestell.füllfarbeSetzen(grau) Fahrgestell.eckenSetzen(60,30,180,10) Rad1.füllfarbeSetzen(schwarz) Rad1.mittelpunktSetzen(30,15) Rad1.radiusSetzen(15) Rad2.füllfarbeSetzen(schwarz) Rad2.mittelpunktSetzen(160,15) Rad2.radiusSetzen(15) Haltelinie.eckenSetzen(-45,30,-40,0) Haltelinie.füllfarbeSetzen(rot) //Aufgabe 1: Einzelteile im Objekt LKW der Klasse GRUPPE zusammenführen LKW:Gruppe LKW.schlucke(Führerhaus) LKW.schlucke(Auflieger) LKW.schlucke(Fahrgestell) LKW.schlucke(Rad1) LKW.schlucke(Rad2) //Aufgabe 2 und 3: Fahrt bis zur Haltelinie; Farbwechsel des Führerhauses wiederhole 50 mal LKW.verschieben(-1,0) wenn Führerhaus.links < 0 dann Führerhaus.füllfarbeSetzen(gelb) *wenn //Aufgabe 4: Auflieger kippt um Drehpunkt (130/30) schrittweise nach oben wiederhole 50 mal Auflieger.drehenUm(130,30,-1) Optimiertes Programm im Testfall 1: Beliebige Position des Lastwagens //Aufgabe 2 und 3: Fahrt bis zur Haltelinie; Farbwechsel des Führerhauses wiederhole solange LKW.links > -40 LKW.verschieben(-1,0) wenn Führerhaus.links < 0 dann Führerhaus.füllfarbeSetzen(gelb) *wenn Seite 5 von 8

6 Endversion: Optimiertes Programm im Testfall 2 (Änderungen bei Aufgabe 2 bis 4): Beliebige Position des Lastwagens und der Haltelinie //Aufgabe 2 und 3: Fahrt bis zur Haltelinie (= beliebige Position links von //der y-achse) wiederhole solange LKW.links > Haltelinie.rechts LKW.verschieben(-1,0) wenn Führerhaus.links < 0 dann Führerhaus.füllfarbeSetzen(gelb) *wenn //Aufgabe 4: Auflieger kippt um allgemein formulierten Drehpunkt wiederhole 50 mal Auflieger.drehenUm(Fahrgestell.rechts,Fahrgestell.oben,-1) Programmcode mit EOS 2: Aufgabe 2 bis 4; inkl. Testfälle (Neuerungen in roter Farbe) In EOS 2 wird z. B. die Klasse FENSTER und für alle Objekte die Methode zeichne() verwendet. Objekte der Klasse GRUPPE besitzen kein Attribut links. Die Methode drehenum() heißt nun drehenan(). Objekte werden, sobald sie in eine Gruppe aufgenommen werden, in das Koordinatensystem der Gruppe platziert. Alle Objekte innerhalb einer Gruppe haben damit relative Koordinaten. Ein Verschieben der Gruppe verändert dadurch die Attributwerte der Objekte, die zur Gruppe gehören, nicht. In unserem Beispiel besitzt das Objekt Führerhaus vor der Aufnahme in die Gruppe LKW den Wert links = 10 mm. Nach der Aufnahme in die Gruppe LKW besitzt das Objekt Führerhaus konstant den gerundeten Wert links = - 83,99 mm. Das Objekt LKW der Klasse GRUPPE besitzt vor dem Losfahren den gerundeten Attributwert x = 93,99 mm (= x-koordinate des Schwerpunkts). Die sich verändernden Attributwerte von LKW bzw. Führerhaus können mit den in EOS 2 dargestellten Objektdiagrammen während des Ablaufs des Programms mitverfolgt werden. Mit dem Ausdruck LKW.x + Führerhaus.links kann die Position des Lastwagens berechnet werden. So ergibt sich z. B. vor dem Losfahren des LKWs mit 93,99 mm 83,99 mm = 10 mm die absolute Position der linken Kante des Lastwagens. Weitere Unterschiede und Informationen zur Konvertierung von Programmen mit EOS und Neuerungen von EOS 2 sind unter zu finden. //EOS 2 - Simulation der Fahrt eines LKWs Führerhaus, Auflieger, Fahrgestell, Haltelinie:RECHTECK Rad1, Rad2:KREIS f:fenster Führerhaus.füllfarbeSetzen(rot) Führerhaus.eckenSetzen(10,100,60,10) Auflieger.füllfarbeSetzen(grün) Auflieger.eckenSetzen(60,70,200,30) Fahrgestell.füllfarbeSetzen(grau) Fahrgestell.eckenSetzen(60,30,180,10) Rad1.füllfarbeSetzen(schwarz) Rad1.mittelpunktSetzen(30,15) Rad1.radiusSetzen(15) Rad2.füllfarbeSetzen(schwarz) Rad2.mittelpunktSetzen(160,15) Rad2.radiusSetzen(15) Seite 6 von 8

7 Haltelinie.eckenSetzen(-45,30,-40,0) Haltelinie.füllfarbeSetzen(rot) f.zeichne(haltelinie) LKW:Gruppe LKW.schlucke(Führerhaus) LKW.schlucke(Auflieger) LKW.schlucke(Fahrgestell) LKW.schlucke(Rad1) LKW.schlucke(Rad2) f.zeichne(lkw) wiederhole solange LKW.x + Führerhaus.links > Haltelinie.rechts LKW.verschieben(- 1,0) wenn LKW.x + Führerhaus.links < 0 dann Führerhaus.füllfarbeSetzen(gelb) *wenn wiederhole 50 mal Auflieger.drehenAn(Fahrgestell.rechts, Fahrgestell.oben,-1) Anregung zum weiteren Lernen Deklaration eigener Methoden mit EOS Mithilfe der Deklaration (Vereinbarung) eigener Methoden werden Programmteile, die öfters verwendet werden, ausgelagert. Methoden ohne Parameter eignen sich zur Modularisierung des Programms für Programmteile, die völlig identisch mehrmals verwendet werden. Im Folgenden wird eine Methode mit Parameter deklariert, um sie mit wechselnden Werten mehrmals aufrufen zu können. Beispiel Ein Rad soll sich um 70 Grad zuerst im Uhrzeigersinn und anschließend entgegen des Uhrzeigersinns um 120 Grad wieder zurückdrehen. Da sich die beiden Wiederholungen (Drehen im bzw. gegen den Uhrzeigersinn) nur in der Drehrichtung (1 Grad bzw. -1 Grad) und im Drehwinkel unterscheiden, kann man diesen Teil des Programms in die selbst deklarierte Methode auto- Drehen() auslagern, welcher Werte für die Parameter drehwinkel und drehrichtung beim Aufruf übergeben werden. Programm mit EOS k:kreis l1,l2:linie d:dreieck rad:gruppe k.füllfarbesetzen(gelb) k.radiussetzen(100) k.mittelpunktsetzen(0,0) Seite 7 von 8

8 l1.endpunktesetzen(-100,0,100,0) l1.drehenum(0,0,45) l1.linienstärkesetzen(3) l2.endpunktesetzen(-100,0,100,0) l2.drehenum(0,0,-45) l2.linienstärkesetzen(3) d.füllfarbesetzen(blau) d.eckensetzen(-10,90,10,90,0,100) rad.schlucke(k) rad.schlucke(l1) rad.schlucke(l2) rad.schlucke(d) //Aufrufe der eigenen Methode autodrehen; Übergabe konkreter Werte an die //Parameter drehwinkel und drehrichtung autodrehen(70,-1) autodrehen(120, 1) //Deklaration der eigenen Methode autodrehen mit dem Parameter drehrichtung methode autodrehen(drehwinkel:integer; drehrichtung:integer) wiederhole (drehwinkel) mal rad.drehen(drehrichtung) ende Hinweis: Beim Aufruf der selbst deklarierten Methode autodrehen() könnte zur Belegung der Parameter auch Variablen eingesetzt werden, z. B. autodrehen(m, n). Die Parameter werden dann mit den Inhalten der Variablen belegt. Methodendeklaration mit EOS 2 (Neuerung in roter Farbe) //Deklaration der eigenen Methode autodrehen methode autodrehen(drehwinkel:integer, drehrichtung:integer) wiederhole drehwinkel mal rad.drehen(drehrichtung) *methode Seite 8 von 8