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Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java anhand von einfachen Animationen (Unterrichtsvorhaben EF-III)

Leitfragen: Wie lassen sich Animationen und Simulationen optischer Gegenstandsbereiche unter Berücksichtigung von Tastatureingaben realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Der Schwerpunkt dieses Unterrichtsvorhabens liegt auf der Entwicklung mehrerer Projekte, die durch Eingaben des Benutzers gesteuerte Animationen aufweisen. Zunächst wird ein Projekt bearbeitet, das in Anlehnung an das vorangegangene Unterrichtsvorhaben eine Szene darstellt, die lediglich aus Objekten besteht, zu denen das didaktische System Klassen vorgibt. Einzelne Objekte der Szene werden animiert, um ein einfaches Spiel zu realisieren oder die Szene optisch aufzuwerten. Für die Umsetzung dieses Projekts werden Kontrollstrukturen in Form von Schleifen und Verzweigungen benötigt und eingeführt.

Sind an einem solchen Beispiel im Schwerpunkt Schleifen und Verzweigungen eingeführt worden, sollen diese Konzepte an weiteren Beispielprojekten eingeübt werden. Dabei muss es sich nicht zwangsläufig um solche handeln, bei denen Kontrollstrukturen lediglich zur Animation verwendet werden. Auch die Erzeugung größerer Mengen grafischer Objekte und deren Verwaltung in einem Feld kann ein Anlass zur Verwendung von Kontrollstrukturen sein.

Das Unterrichtsvorhaben schließt mit einem Projekt, das komplexere grafische Elemente beinhaltet, so dass die Schülerinnen und Schüler mehr als nur die Klasse erstellen müssen, welche die Szene als Ganzes darstellt. Elemente der Szene müssen zu sinnhaften eigenen Klassen zusammengefasst werden, die dann ihre eigenen Attribute und Dienste besitzen. Auch dieses Projekt soll eine Animation, ggf. im Sinne einer Simulation, sein, bei der Attributwerte von Objekten eigener Klassen verändert werden und diese Veränderungen optisch sichtbar gemacht werden.

Komplexere Assoziationsbeziehungen zwischen Klassen werden in diesem Unterrichtsvorhaben zunächst nicht behandelt. Sie stellen den Schwerpunkt des folgenden Vorhabens dar.

Zeitbedarf: 18 Stunden

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen

Zu entwickelnde Kompetenzen

Beispiele, Medien, Materialien

1. Bewegungsanimationen am Beispiel einfacher grafischer Objekte (GLObjekte)

(a) Kontinuierliche Verschiebung eines GLObjekts mit Hilfe einer Schleife (While-Schleife)

(b) Tastaturabfrage zur Realisierung einer Schleifenbedingung für eine Animationsschleife

(c) Mehrstufige Animationen mit mehreren sequenziellen Schleifen

(d) Berechnung von Abständen zwischen GLObjekten mit Hilfsvariablen

(e) Meldungen zur Kollision zweier GLObjekte mit Hilfe von Abstandsberechnungen und Verzweigungen (IF-Anweisungen)

Die Schülerinnen und Schüler

  • analysieren und erläutern einfache Algorithmen und Programme (A),
  • entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar (M),
  • 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),
  • ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu (M),
  • ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),
  • modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I),
  • implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I),
  • implementieren Algorithmen unter Verwendung von Variablen und Wertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen (I),
  • implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I),
  • testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I),
  • interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I).

Beispiel: Wurfspiel

Die Schülerinnen und Schüler realisieren mit Objekten der GLOOP-Umgebung ein Spiel, bei dem ein Ball über den Bildschirm bewegt und auf eine runde Zielscheibe geworfen werden soll.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator – Kontrollstrukturen (Download EF-III.1)

2. Erstellen und Verwalten größerer Mengen einfacher grafischer Objekte (GLObjekte)

(a) Erzeugung von Objekten mit Hilfe von Zählschleifen (FOR-Schleife)

(b) Verwaltung von Objekten in eindimensionalen Feldern (Arrays)

(c) Animation von Objekten, die in eindimensionalen Feldern (Arrays) verwaltet werden

(d) Vertiefung: Verschiedene Feldbeispiele

Beispiel: Hubschrauberlandeplatz

Die Schülerinnen und Schüler realisieren einen runden Hubschrauberlandeplatz und eine Reihe von Landemarkierungen, die in einem Feld verwaltet werden. Mit Hilfe der Landemarkierungen werden verschiedene Lauflichter realisiert.

Beispiel: Schachbrett

Die Schülerinnen und Schüler realisieren mit Hilfe mehrerer Quader ein Schachbrett.

Beispiel: Magischer Würfel

Die Schülerinnen und Schüler erstellen einen großen Würfel, der aus mehreren kleineren, farbigen Würfeln besteht.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Kontrollstrukturen(Download EF-III.2)

3. Modellierung und Animation komplexerer grafisch repräsentierbarer Objekte

(a) Modellierung eines Simulationsprogramms mit eigenen Klassen, die sich selbst mit Hilfe von einfachen GLObjekten zeigen mit Hilfe eines Implementationsdiagramms

(b) Implementierung eigener Methoden mit und ohne Parameterübergabe

(c) Realisierung von Zustandsvariablen

(d) Thematisierung des Geheimnisprinzips und des Autonomitätsprinzips von Objekten

(e) Animation mit Hilfe des Aufrufs von selbstimplementierten Methoden

(f) Vertiefung: Weitere Projekte

Beispiel: Kerzensimulation

Die Schülerinnen und Schüler modellieren und erstellen eine Klasse, mit deren Hilfe Kerzen simuliert werden können. Eine Kerze kann angezündet und gelöscht werden. Abgesehen davon brennen Kerzen abhängig von ihrer Dicke unterschiedlich schnell ab.

Beispiel: Uhren

Die Schülerinnen und Schüler erstellen eine Simulation mehrerer Uhren für verschiedene Zeitzonen.

Beispiel: Ampeln

Die Schülerinnen und Schüler erstellen eine Ampelkreuzung mit mehreren Ampelanlagen an einem Bahnübergang.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator – Eigene Klassen (Download EF-III.3)

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