Seminar aus dem Bereich E-Learning

Seminar aus dem Bereich E-Learning Thema: Softwarebasierende Lernhilfen zur Interaktiven Visualisierung von Automaten und ihre Eignung für den Sekundarstufenunterricht. Martin Franz maddin_franz@web.de

Gliederung I) Notwendigkeit von Programmen zur interaktiven Visualisierung von Automaten (Motivation) II) Analyse von ausgewählten Programmen 1. Festlegung sinnvoller Unterscheidungsmöglichkeiten 2. Kara 3. Charon 4. AtoCC 5. Weitere Programme III)Fazit

Motivation (1) Automaten als wichtiger Bestandteil des Lehrplans der G8 10. Klasse Zustand von Objekten: Festlegung durch Zustände der Attribute, Zustandsübergang durch Wertzuweisung Zustandsdiagramme einfacher Automaten (Zustand, Zustandsübergang: auslösende Aktion, Bedingung und ausgelöste Aktion), Zustandsübergangstabelle 12. Klasse erkennender, endlicher Automat als geeignetes Werkzeug zur Syntaxprüfung für reguläre Sprachen; Implementierung eines erkennenden Automaten Quelle: Aktueller Lehrplan des 8-stufigen Bayrischen Gymnasiums http://www.isb-gym8-lehrplan.de/ (14.7.08)

Motivation (2) Motivation der SuS (Schüler und Schülerinnen): Die Motivation des Lernenden wird gesteigert, wenn er aktiv in den Lernprozess integriert wird, und seinen Lernweg selbst bestimmen kann, d.h. wenn er nicht nur die Rolle eines passiven Beobachters übernimmt. Dies kann durch vielfältige Interaktionsmöglichkeiten realisiert werden. [ ]interaktive Animationen oder Simulationen, die zum explorativen Arbeiten anregen, können beim Benutzer Neugier wecken[.] Quelle: Högn Oliver: Medienadäquate Aufbereitung und Rezeption von Lerninhalten, 2006, http://www.unikat.at/enzi/lernen/hoegn2.html

Unterscheidungsmöglichkeiten 1. Eingewöhnungszeit 2. Bedienbarkeit 3. Visualisierung 4. Funktionsumfang und Erweiterbarkeit 5. Lehrerfunktionen 6. Preis 7. Installationsaufwand/Anforderungen 8. Sprache 9. Dokumentation/Hilfestellung 10.Verbreitung

Kara: Zusammenfassung 1. Eingewöhnungszeit Im Anfangsunterricht: ca. 1-2 Schulstunden Mit Kenntnis von Karol: ca. ½ Schulstunde 2. Bedienbarkeit Intuitiv, ausschließlich mit der Maus 3. Visualisierung Motivierende und spielerische Ausführung in einer 2D-Welt 4. Funktionsumfang und Erweiterbarkeit Viele Erweiterungsmöglichkeiten, v.a. Programme zur Einführung in bestimmte höhere Programmiersprachen 5. Lehrerfunktionen Viele Übungen mit verschiedener Schwierigkeit, Lösungsvorschläge in der Lehrerversion 6. Preis Lizenzgebührenfrei 7. Installationsaufwand/ Anforderungen an den Computer Installation von Java nötig, Linux/Windows 8. Sprache Deutsch, Englisch 9. Dokumentation/ Klare Dokumentation im Programm Hilfestellung 10. Verbreitung hoch

Charon: Zusammenfassung 1. Eingewöhnungszeit Anhand eines Beispiels schnell erlernbar 2. Bedienbarkeit Einfach gehalten durch Drag&Drop und Ausfüllen der Zustandstabelle 3. Visualisierung Farbliche Verfolgung der Zustände bei der Simulation, Ampel 4. Funktionsumfang und Erweiterbarkeit Konstruktion und Simulation von endlichen Automaten Keine zusätzlichen Funktionen 5. Lehrerfunktionen Viele Automatengraphen dabei 6. Preis Lizenzgebührenfrei 7. Installationsaufwand/ Keine Installation, Windows Anforderungen an den Computer 8. Sprache Deutsch 9. Dokumentation/ - Hilfestellung 10. Verbreitung -

AtoCC: Zusammenfassung 1. Eingewöhnungszeit Anhand eines Beispiels erlernbar, aber langsamer als Charon 2. Bedienbarkeit Intuitiv, Drag&Drop 3. Visualisierung Aufteilung ein Einzelschritte, viele Einstellungsmöglichkeiten bei der Graphdarstellung vorhanden, farbliche Verfolgung der Zustände bei der Simulation 4. Funktionsumfang Konstruktion und Simulation der verschiedener Automatentypen, Compilerbau als Erweiterungsmögl. und Erweiterbarkeit 5. Lehrerfunktionen Automatische Korrektur, viele Aufgabenbeispiele mit Lösung vorhanden 6. Preis Lizenzgebührenfrei 7. Installationsaufwand/ Installation nötig, Linux/Windows Anforderungen an den Computer 8. Sprache Englisch, Deutsch (aber nicht vollständig übersetzt) 9. Dokumentation/ Einführungsassistent Hilfestellung 10. Verbreitung Tendenz steigend

Weitere Programme JFLAP (Java Formal Language and Automata Package) Älteres und sehr verbreitetes Programm Bedienung durch Nutzung von Maus und Tastatur zusammen Exorciser Reines Übungsprogramm mit automatischer Korrektur Bedienung rein mit der Maus Viele Inhalte der Theoretischen Informatik

Fazit Die Nutzung von Software zur Visualisierung von Automaten ist sinnvoll Es sind für die verschiedenen Unterrichtssituation geeignete Programme vorhanden: Anfangsunterricht: Kara Spielerischer Einstieg in die Automatentheorie/Informatik Erweiterungen erleichtern später den Einstieg in höhere Programmiersprachen wie Java 10. Klasse: Charon Gut geeignet, um alltägliche Automaten und Akzeptoren darzustellen In der 12. Klasse weiterverwendbar 12. Klasse: AtoCC Miteinbeziehung der Grammatik Automatische Korrektur bietet schnelles Feedback für die SuS und erleichtert die Arbeit des Lehrers