124 Kompetenzorientierte Aufgaben im Informatikunterricht

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1 124 Kompetenzorientierte Aufgaben im Informatikunterricht 4.2 Aufgaben Aufgabe 1: Kühlschrank Aufgabenstellung Ein einfacher Kühlschrank besitzt einen Ein-Aus-Schalter, der jederzeit betätigt werden kann. Im eingeschalteten Zustand kann er auf die Kühlstufen 1, 2 oder 3 eingestellt werden. Dafür gibt es die Tasten zum Hochschalten und zum Herunterschalten der Kühlstufe. Nach dem Einschalten befindet sich der Kühlschrank immer auf Kühlstufe 2. a) Modellieren Sie den beschriebenen Kühlschrank mithilfe eines Zustandsübergangsdiagramms (einschließlich der drei auslösenden Aktionen hochschalten, und ). b) Erstellen Sie die dazugehörige Zustandsübergangstabelle. c) Implementieren Sie den Kühlschrank durch Definition einer geeigneten Klasse, wobei die möglichen Zustände des Kühlschranks durch die Attribute stufe und eingeschaltet und die auslösenden Aktionen durch die Methoden hochschalten(), () und () realisiert werden sollen. Testen Sie Ihre Implementierung, indem Sie die Zustandsübergänge nach unterschiedlichen Methodenaufrufen mit dem Zustandsdiagramm vergleichen. Definieren Sie dazu eine Methode zustandausgeben(), die den Zustand des Kühlschranks auf dem Bildschirm ausgibt. d) Alle Zustandsübergänge des Kühlschranks sollen nun anstatt mit drei Methoden wie in Teilaufgabe c mit einer einzigen Methode zustandwechseln(string aktion) möglich sein, wobei die auslösende Aktion durch die Variable aktion eingegeben wird. Implementieren Sie diese Methode. Diskutieren Sie, welche Vor- und Nachteile die Realisierung der Zustandsübergänge mit nur einer Methode mit sich bringt. e) Es ist möglich, den Kühlschrank mit einem einzigen Attribut zustand vollständig zu beschreiben. Diskutieren Sie wie in Teilaufgabe d Vor- und Nachteile dieser Realisierung und passen Sie Ihre Implementierung entsprechend an. f) Bei realen Kühlschränken lässt sich der Grad der Kühlung oft stufenlos einstellen. Erläutern Sie, warum sich ein derartiger Kühlschrank nicht mit einem Zustandsdiagramm modellieren lässt.

2 Jahrgangsstufe Lösungsvorschlag zu Aufgabe 1 a) hoch-/ aus hochschalten hochschalten b) hochschalten Zustand auslösende Aktion hochschalten aus 2 aus aus 1 aus aus aus 3 2 c) public class Kuehlschrank { private int stufe; private boolean eingeschaltet; public Kuehlschrank() { public void zustandausgeben() { if (eingeschaltet) { System.out.println("Der Kühlschrank ist eingeschaltet, die eingestellte Kühlstufe ist " + stufe + "."); else { System.out.println("Der Kühlschrank ist ausgeschaltet."); public void hochschalten() { if (stufe < 3) { stufe = stufe + 1;

3 126 Kompetenzorientierte Aufgaben im Informatikunterricht public void () { if (stufe > 1) { stufe = stufe - 1; public void () { if (eingeschaltet) { else { eingeschaltet = true; stufe = 2; d) public void zustandwechseln(string aktion) { if (eingeschaltet == false) { if (aktion == "") { //statt "==" auch "equals" mögl. eingeschaltet = true; stufe = 2; else { switch (stufe) { case 1: { if (aktion == "hochschalten") { stufe = stufe + 1; if (aktion == "") { break; case 2: { if (aktion == "hochschalten") { stufe = stufe + 1; if (aktion == "") { stufe = stufe - 1; if (aktion == "") { break; case 3: { if (aktion == "") { stufe = stufe - 1; if (aktion == "") { break; Wird nur eine Methode verwendet, lassen sich Automaten immer auf dieselbe Weise implementieren, man kann also nach einem Schema vorgehen. Ein Nachteil besteht darin, dass die Lösung weniger intuitiv ist, d. h. das Drücken einer Taste bzw. das Betätigen des Schalters nicht genau eine Methode auslöst, sondern nur einen Eingabeparameter bestimmt.

4 Jahrgangsstufe e) Durch die Einführung eines Attributs zustand lassen sich die Zustände eines Automaten unmittelbar umsetzen, ein Vorteil besteht also in einer einfacheren Handhabung. Reduziert man allerdings die Eigenschaften eines realen Objekts auf nur ein Attribut, können dadurch Informationen verloren gehen. public class Kuehlschrank { private int zustand; //zustand = 0 bedeutet ausgeschaltet... public Kuehlschrank() { zustand = 0; (Für die entsprechend modifizierten Methoden siehe BlueJ-Projekt kuehlschrank_1e.) f) Ein solcher Kühlschrank kann theoretisch unendlich viele verschiedene Zustände einnehmen. Ein Zustandsdiagramm hat dagegen immer endlich viele Zustände Spezifizierung der Aufgabe 1 Zugrunde liegende Kompetenzkomponente 10-A Grundprinzipien von Automaten, Algorithmen und Programmen aus objektorientierter Sicht Kompetenzerwartungen Kompetenzerwartungen Teilaufgabe EPA-Bereich Schülerinnen und Schüler können die Veränderungen von Objekten mithilfe von Zuständen und Übergängen analysieren und mit Zustandsübergangsdiagrammen modellieren. Schülerinnen und Schüler können Zustandsmodelle als objektorientierte Programme realisieren, indem sie die Zustände durch Werte von Attributen (Variablen) festlegen und den Übergängen Methodenaufrufe zuordnen. Schülerinnen und Schüler können anhand überschaubarer Beispiele eine algorithmische Beschreibung von Abläufen entwickeln und dabei bekannte Bausteine von Algorithmen und zusammengesetzte Datentypen einsetzen. Jahrgangsstufenübergreifende Kompetenzen a II c, d, e I c, d, e I Kurzbeschreibung Ordnungsprinzipien Abstraktionsfähigkeit Urteilsvermögen Modellbildung / Modellierungstechniken Methodenkompetenz Teilaufgabe a, b a, c, d, e, f d, e, f a-f c, d, e

5 Übung Sequenzdiagramm Einfach verkettete Liste (ohne Kompositum) Implementierung: liste_2_lsg in Kap. 1.4 Methoden von Liste Zeichne für eine Liste mit zwei Elementen ein Sequenzdiagramm der Methode suchen("huber") für den Fall, dass das gesuchte Element a) an zweiter Stelle der Liste ist b) in der Liste nicht vorhanden ist.

6 Zeichne für eine Liste mit zwei Elementen ein Sequenzdiagramm der Methode endeentfernen().