Objektorientierte Konzepte in der Schule. Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen

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1 Objektorientierte Konzepte in der Schule Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen

2 Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen 1. Modellierung Der Begriff Modell kommt häufig in der Alltagssprache in ganz unterschiedlichen Bereichen vor: Steuermodell Rentenmodell Modellversuch Modellcharakter...

3 1. Modellierung In den Bereichen der Informatik, Mathematik und Naturwissenschaften besitzt der Begriff Modell eine klar umrissene Bedeutung: Modelle sind vereinfachte, strukur- und verhaltenstreu Beschreibungen von realen oder geplanten Systemen. Beispiele: Atommodell Modell des menschlichen Auges...

4 1. Modellierung Merkmale und Zweck von Modellen Modelle bilden einen Ausschnitt eines komplexen Systems, das in seiner Gesamtheit kaum zu überschauen ist, idealisiert und abstrahiert ab. Bei dieser Abstraktion werden für die jeweilige Situation wichtige Teile hervorgehoben und weniger wichtige unterdrückt. Die als relevant angesehenen Struktur- und Verhaltensmerkmale des Orginals werden übernommen.

5 1. Modellierung Merkmale und Zweck von Modellen Modelle dienen dazu ein System zu strukturieren, um es handhabbar und verstehbar zu machen. Je nach Intention der Modellierung können mit Hilfe des Modells Vorgänge erklärt, Ereignisse vorhergesagt oder auch Entscheidungen getroffen werden. Modellbildung bzw. Modellierung stellt damit ein universelles Arbeitsprinzip dar. Sie wird in der Schule in allen Unterrichtsfächern angewendet, allerdings in den wenigsten Fällen explizit thematisiert.

6 Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen 2. Modellieren im Informatikunterricht Für den Informatikunterricht stellen sich zwei Felder des Modellierens heraus: Modellieren von Problemsituationen Ein Vorgegebenes Problem soll mit einem Informatiksystem dargestellt bzw. gelöst werden. Modellieren von Informatiksystemen Hier stehen die Modelle von Informatiksystemen selbst im Vordergrund.

7 2. Modellieren im Informatikunterricht Modellierung von Problemsituationen Problemsituationen werden im Informatikunterricht häufig durch praktische Aufgabenstellungen initiiert: Fahrstuhlsteuerung Eisenbahnsteuerung mit Weichen, Signalen Hochregalsteuerung Automatische Gepäckaufbewahrung Vokabeltrainer Bibliothekssystem Shopsystem

8 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Situation Modellieren Modell Validieren Verarbeiten Ergebnis Interpretieren Informatische Lösung

9 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Modellieren Reales oder gedachtes Problem als Ausgangspunkt Problem muss der Bearbeitung zugänglich gemacht werden Entwurf eines Modells: Situation analysieren und strukturieren Bestimmung der wesentlichen Elemente Beschreibung ihrer Eigenschaften und Wechselwirkungen Verwenden von geeigneten Hilfsmitteln zur Modellierung Problem: Welches Modell ist am geeignetsten (Methodenkompetenz)

10 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Verarbeiten Arbeiten mit dem Modell Umsetzen Implementierung in einer Programmiersprache Erstellen einer Datenbankstruktur Entwicklung von Hardware Ergebnis: Informatische Lösung

11 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Interpretieren Rückübersetzung von der Modellsituation in die Ausgangssituation Beachtung des Modellierungsverfahrens

12 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Validieren Vergleich der Lösungen mit der (realen) Situation Kritische Überprüfung des Modells Beurteilung des Problemlöseprozesses hinsichtlich Korrektheit und Effizienz Mögliche Abänderung des Modells bzw. Wahl eines anderen Modellierungsverfahrens

13 2. Modellieren im Informatikunterricht Bearbeiten von Problemsituationen Das Bearbeiten von Problemsituationen ist ein Kreisprozess, in dem die Modellierung einen wichtigen Schritt darstellt. Allerdings lässt sich ohne Durchführung der weiteren Schritte nicht eindeutig klären, ob die Wahl des Modells und die Modellierung problemangemessen bzw. korrekt waren. Somit ist auch in einem sehr modellzentrierten Informatikunterricht die Bedeutung der weiteren Schritte hervorzuheben.

14 2. Modellieren im Informatikunterricht Modellieren von Informatiksystemen Das Arbeiten mit Standardsoftware (Grafik, Textverarbeitung, , Datenverwaltung) kann im Anfangsunterricht im Mittelpunkt stehen. Dabei nimmt das Informatiksystem selbst den Platz der Situation ein.

15 2. Modellieren im Informatikunterricht Modellieren von Informatiksystemen Ziele: Exemplarische Entwicklung von Modellen der Informatiksysteme Längerfristig nutzbares Verständnis des Aufbaus von Informatiksystemen Keine Schulung der Bedienfertigkeit für ein bestimmtes System

16 2. Modellieren im Informatikunterricht Modellieren von Informatiksystemen Auch in höheren Jahrgangsstufen kann das Modellieren von Informatiksystemen einen tieferen Einblick in die Modellierung komplexerer Systeme bilden. Datenverkehr im Bankwesen Buchungsysteme in Reisebüros

17 Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen Umgang mit Informationen Wirkprinzipien von Informatiksystemen Problemlösen mit Informatiksystemen Arbeiten mit Modellen 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Informatische Bildung nach S. Friedrich in LOG IN 15 (1995), Heft 5/6, S

18 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Informatische Bildung Ziele des Informatikunterrichts: Erkennen von Problemen, die mit Informatiksystemen gelöst werden können Erwerben der Fähigkeit, sich in die zielorientierte Nutzung von Informatiksystemen einzuarbeiten Bewertung von Problemlösungen hinsichtlich Relevanz und Effizienz Einblick in die Bedeutung der Informations- und Kommunikationstechnologien für die Gesellschaft

19 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Informatische Bildung Ziele des Informatikunterrichts: Entwickeln eines verantwortungsvollen Umgangs mit IuK Technologien Modellbidung als ein zentrales Element des Problemlösens mit Informatiksystemen kennenlernen Kennenlernen und Anwenden von Modellierungstechniken Gültigkeitsgrenzen und Kritik an Modellen erkennen und formulieren

20 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Informatische Bildung Ziele des Informatikunterrichts nach dem Lehrplan für bayerische Gymnasien: Die wesentliche Aufgabe des Informatikunterrichts am Gymnasium ist es (daher), den Schülern ein systematisches, zeitbeständiges und über bloße Bedienerfertigkeiten hinausgehendes Basiswissen über die Funktionsweise, die innere Struktur sowie die Möglichkeiten und Grenzen informationstechnischer Systeme zu vermitteln. Dadurch wird ihnen deren sinnvolle, kompetente und verantwortungsbewusste Nutzung und Beurteilung ermöglicht. Als zukünftige Entscheidungsträger müssen die Gymnasiasten mit den Denkweisen vertraut gemacht werden, die den Informations- und Kommunikationstechniken zugrunde liegen, um deren prinzipielle Chancen und Risiken richtig einschätzen zu können.

21 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Die Objektorientierte Modellierung von Informatiksystemen kann sich als durchgängiges Arbeits- und Lernprinzip in Anfangsunterricht in der Informatik herauskristallisieren.

22 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Schüler gewinnen einen Zugang zur Informatik, indem Sie mit verschiedenartigen Softwaresystemen problemorientiert arbeiten: Gestalten von Grafiken Verfassen von Texten Versenden von s Verwalten von Daten und Dateien

23 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Hauptziel neben dem Erwerb von grundlegenden Bedienfertigkeiten ist dabei ein tieferes Verständnis der zugehörigen Datenstrukturen, denen die Prinzipien der Objektorientierung zugrunde liegen: Vektorgrafiken bestehen aus Objekten wie Kreisen, Geraden Textdokumente enthalten als Teilobjekte Seiten, Absätze, Zeichen s umfassen Absender, Text, Anhänge, Links Ordner enthalten Unterordner bzw. Dateien

24 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Die jeweiligen Objekte besitzen Attribute mit Attributwerten, die durch das Anwenden von Methoden angezeigt oder verändert werden können. Gleichartige Objekte gehören einer gemeinsamen Klasse an. Es gibt Beziehungen zwischen Klassen.

25 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Die objektorientierte Sichtweise stellt sich somit als Leitidee beim Arbeiten mit derartigen Informatiksystemen heraus. Die Identifizierung von Objekten, deren Attributen und Methoden und die Klassifizierung der Objekte und die damit verbundene Modellierung führt damit neben dem Erwerb der reinen Bedienkompetenz zum Erkennen übergeordneter, produktunabhängiger Konzepte. Diese Konzepte lassen sich auf andere Informatiksysteme übertragen.

26 3. Objektorientierte Modellierung im Informatikanfangsunterricht Bedeutung der Objektorientierung und Modellierung im Bezug auf die Ziele des Informatikunterrichts Somit ist es möglich mit der Objektorientierten Modellierung von Informatiksystemen einen Einstieg in die Informatik zu finden, der den Zielen des Informatikunterrichts gerecht wird. Die Lerneinheit Objekte in Grafiken stellt einen entsprechenden Zugang dar.