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Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung anhand von statischen Grafikszenen (Unterrichtsvorhaben EF-II)

Leitfrage: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und im Sinne einer Simulation informatisch realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Ein zentraler Bestandteil des Informatikunterrichts der Einführungsphase ist die Objektorientierte Programmierung. Dieses Unterrichtsvorhaben führt in die Grundlagen der Analyse, Modellierung und Implementierung in diesem Kontext ein.

Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler analysiert und im Sinne des Objektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die grundlegenden Begriffe der Objektorientierung und Modellierungswerkzeuge wie Objektkarten, Klassenkarten oder Beziehungsdiagramme eingeführt.

Im Anschluss wird mit der Realisierung erster Projekte mit Hilfe der didaktischen Programmierumgebung GLOOP begonnen. Die von der Bibliothek vorgegebenen Klassen werden von Schülerinnen und Schülern in Teilen analysiert und entsprechende Objekte anhand einfacher Problemstellungen erprobt. Dazu muss der grundlegende Aufbau einer Java-Klasse thematisiert und zwischen Deklaration, Initialisierung und Methodenaufrufen unterschieden werden.

Da bei der Umsetzung dieser ersten Projekte konsequent auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der Quellcode aus einer rein linearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die Grundlagen der Objektorientierung möglich, ohne dass algorithmische Probleme ablenken. Natürlich kann die Arbeit an diesen Projekten unmittelbar zum nächsten Unterrichtsvorhaben führen. Dort stehen unter anderem Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.

Zeitbedarf: 8 Stunden

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen

Zu entwickelnde Kompetenzen

Beispiele, Medien, Materialien

1. Identifikation von Objekten

(a) Am Beispiel eines lebensweltnahen Beispiels werden Objekte im Sinne der Objektorientierten Modellierung eingeführt.

(b) Objekte werden mit Objektkarten visualisiert und mit sinnvollen Attributen und „Fähigkeiten“, d.h. Methoden versehen.

(c) Manche Objekte sind prinzipiell typgleich und werden so zu einer Objektsorte bzw. Objektklasse zusammengefasst.

(d) Vertiefung: Modellierung weiterer Beispiele ähnlichen Musters

Die Schülerinnen und Schüler

  • ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
  • modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),
  • stellen die Kommunikation zwischen Objekten grafisch dar (M),
  • implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I),
  • stellen den Zustand eines Objekts dar (D).

Beispiel: Vogelschwarm

Schülerinnen und Schüler betrachten einen Vogelschwarm als Menge gleichartiger Objekte, die in einer Klasse mit Attributen und Methoden zusammengefasst werden können.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Allgemeine Objektorientierung

(Download EF-II.1)

2. Analyse von Klassen didaktischer Lernumgebungen

(a) Objektorientierte Programmierung als modularisiertes Vorgehen (Entwicklung von Problemlösungen auf Grundlage vorhandener Klassen)

(b) Teilanalyse der Klassen der didaktischen Lernumgebungen GLOOP

Materialien:

Dokumentation der didaktischen Bibliothek GLOOP (Download EF-II.2)

3. Implementierung dreidimensionaler, statischer Szenen

(a) Grundaufbau einer Java-Klasse

(b) Konzeption einer Szene mit Kamera, Licht und sichtbaren Objekten

(c) Deklaration und Initialisierung von Objekten

(d) Methodenaufrufe mit Parameterübergabe zur Manipulation von Objekteigenschaften (z.B. Farbe, Position, Drehung)

Beispiel: Skulpturengarten

Schülerinnen und Schüler erstellen ein Programm, das mit Hilfe von geometrischen Objekten der GLOOP-Umgebung einen Skulpturengaten auf den Bildschirm bringt.

Beispiel: Olympische Ringe

Die Schülerinnen und Schüler bilden das Emblem der olympischen Spiele mit Hilfe von GLOOP-Objekten nach.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Sequenzielle Programmierung

(Download EF-II.3)

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© 2019 Qualitäts- und UnterstützungsAgentur - Landesinstitut für Schule - Letzte Änderung: 15.05.2014