Didaktik der Informatik Teil II

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Didaktik der Informatik Teil II

Thema 10 – Fachlehrplan Informatik – Kurs 1

Dr. Henry Herper - Wintersemester 2018/19

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Klasse 9 Klasse 9 Grundlagen von

Klasse 10 Informatik- Klasse 10

Algorithmen- und Kurs 1 - Objektorientiertes Modellieren

Kurs 2 - Daten erfassen, strukturieren und verarbeiten

Kurs 4 - Aktuelle Entwicklungen der Informatik im gesellschaftlichen Kontext Kurs 3 - Software Engineering und Projektarbeit

Einführungsphase Qualifikationsphase

Kompetenzschwerpunkte

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Kurs 1: Objektorientiertes Modellieren

Modellieren und Implementieren

– Problemstellungen unter Verwendung von Anwendungsfalldiagrammen analysieren und dokumentieren – objektorientierte Analysen durchführen sowie beteiligte Objekte, ihre Eigenschaften, Operationen und

vorhandene Beziehungen erkennen und Klassen ableiten

– Prozesse mithilfe von Aktivitäts- oder Zustandsdiagrammen modellieren – Klassen mit ihren Methoden in eine Programmiersprache implementieren

– Objekte erzeugen, in dynamischen Datenstrukturen verwalten, auf externen Datenträgern speichern und von diesen laden

– die Kommunikation zwischen und innerhalb von Objekten organisieren – Module und Bibliotheken in eigene Problemlösungen integrieren Begründen und

Bewerten

– die gewählte Abstraktion begründen

– eigene Lösungen bewerten und weitere Arbeitsschritte ableiten – gegebene Programme hinsichtlich ihrer Grundkonzepte analysieren Strukturieren und

Vernetzen

– einen objektorientierten Entwurf (Design) in der Modellierungssprache UML erstellen

– das Geheimnisprinzip und das Vererbungskonzept von Klassen auf einfache Sachverhalte anwenden – Probleme in Teilprobleme exemplarisch zerlegen

Kommunizieren und Kooperieren

– Schnittstellen entsprechend vereinbarter Regeln definieren – UML–Diagramme als Kommunikationsmittel in der Gruppe nutzen

Darstellen und Interpretieren

– Klassen und deren Beziehungen in UML darstellen

– Klassendefinitionen und Klassenbeschreibungen interpretieren

– Fehlermitteilungen interpretieren und unter Verwendung geeigneter Hilfesysteme Lösungsstrategien entwerfen

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Kurs 1: Objektorientiertes Modellieren

Grundlegende Wissensbestände

– UML-Diagramme (Aktivitäts- oder Zustandsdiagramm) – Parameterliste (Wert- und Referenzparameter)

– Erzeugen und Entfernen von Objekten (Konstruktor: Aufbau, Funktion, Überladung und ggf. Destruktor)

– Gültigkeitsbereiche, Zugriffsrechte und Integrität – Überladen von Operationen

– Assoziationen, Vererbung – Module und Bibliotheken

– Gestaltung grafischer Benutzungsoberflächen

– Testverfahren und deren Anwendung

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Kurs 1: Objektorientiertes Modellieren

Mögliche Projekte

Unterrichtsbegleitend sind u. a. folgende Projekte denkbar:

– Aufbau einer Simulation (z. B. Ampelschaltung, endlicher Automat, Warteschlangensysteme)

– Entwicklung eines Computerspiels

– Entwicklung einer verteilten Anwendung

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UML – Analysediagramme

UML-Klassendiagramme beschreiben das statische Verhalten des Systems.

 Strukturdiagramme

Die Klassen sollten dabei so modelliert werden, dass sie sich möglichst einfach (automatisch?) in eine objektorientierte Programmiersprache übertragen lassen.

Dazu müssen verschiedene Beziehungen zwischen den Klassen definiert

werden.

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UML – Klassendiagramm

Die Klassendiagramme repräsentieren der Kern der gesamten Modellierungssprache.

Im Rahmen der UML wird eine Klasse als Typ interpretiert, dessen Ausprägungen Objekte heißen.

Klassendiagramme sollen folgende Frage beantworten:

„Wie sind Daten- und Verhalten meines Systems im Detail strukturiert?“

Klassendiagramm: engl. Class Diagramm

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UML – Modellbeschreibung

Bei der Systemanalyse ist es erforderlich, möglichst viel Wissen über das reale System zu erfassen. Bei dem Aufbau der Klassenstruktur sind folgende Regeln hilfreich:

• aus den Substantiven (in den Anwendungsfällen) werden die Klassen des Modells ausgewählt

• Verben bilden die Operationen der Klassen

• Substantive, die sich auf klassenbildende Substantive beziehen, werden zu Attributen

Problem:

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Lastenheft zur Entwicklung eines Softwareprojektes Lastenheft ≙ Aufgabenstellung

Problem:

Finden einer geeigneten Aufgabenstellung, die von der Komplexität her geeignet ist, diese Tools zu verwenden aber dennoch den zeitlichen

Rahmen des Informatikunterrichtes einhält.

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Kompositions- struktur- diagramm

Verhaltens- diagramme

Klassen- diagramm Komponenten-

diagramm

Struktur- diagramme

Objekt- diagramm Verteilungs-

diagramm Paket- diagramme

Aktivitäts- diagramm

Anwendungsfall- diagramm Zustands- diagramm Interaktions-

diagramme Sequenz-

diagramm

Interaktions- übersichts-

diagramm

UML – Diagramme

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Anwendungsfalldiagramme im Softwarelebenszyklus

Analyse

Entwurf

Programmierung

Einsatz

Resultat der Anforderungsanalyse sind ein oder mehrere Anwendungsfalldiagramme

Was soll mein geplantes System leisten?

Ziel: Die Abläufe im geplanten Softwareprodukt verstehen und dokumentieren.

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UML – Anwendungsfälle (Grundbegriffe) Szenario

„Ein Szenario ist eine spezifische Folge von Aktionen, die zur Verdeutlichung des Verhaltens eines Systems dient.“

konkretes Szenario

„Ein konkretes Szenario ist eine spezifische Folge von Aktionen, die

von konkreten Akteuren (Personen oder Systemen) unter konkreten

Randbedingungen durchgeführt werden.“

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abstraktes Szenario

„Ein abstraktes Szenario ist eine spezifische Folge von Aktionen, die von Akteuren (im Sinne von Rolle) unter abstrakten Randbedingungen durchgeführt werden.“

Anwendungsfall

„Ein Anwendungsfall beschreibt eine Menge von Aktivitäten eines Systems aus der Sicht seiner Akteure, die für diese zu wahrnehmbaren Ereignissen führen. Er wird immer durch einen Akteur ausgelöst.“

/Quelle: Peter Forbrig, Objektorientierte Softwareentwicklung mit UML, Hanser-Verlag, 2007/

UML – Anwendungsfälle (Grundbegriffe)

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Anwendungsfälle sind eine Sammlung von Szenarios über den

Systemeinsatz. Jedes Szenario beschreibt eine Sequenz von Schritten. Die solche Sequenzen auslösenden Entitäten werden als Akteure bezeichnet. Sie sind externe Kommunikationspartner des Use-Cases.

Die Summe der Anwendungsfälle beschreibt den Projektumfang.

Die Anwendungsfallanalyse ist kein Werkzeug zum Softwaredesign, sondern dient zur Beschreibung der Anforderungen an ein Softwaresystem.

UML – Anwendungsfälle (Use-Cases)

/Quelle: Peter Forbrig, Objektorientierte Softwareentwicklung mit UML, Hanser-Verlag, 2007/

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