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Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von grafischen Spielen und Simulationen (Unterrichtsvorhaben EF-IV)

Leitfrage: Wie lassen sich komplexere Datenflüsse und Beziehungen zwischen Objekten und Klassen realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich im Schwerpunkt mit dem Aufbau komplexerer Objektbeziehungen. Während in vorangegangenen Unterrichtsvorhaben Objekte nur jeweils solchen Objekten Nachrichten schicken konnten, die sie selbst erstellt haben, soll in diesem Unterrichtsvorhaben diese hierarchische Struktur aufgebrochen werden.

Dazu bedarf es zunächst einer präzisen Unterscheidung zwischen Objektreferenzen und Objekten, so dass klar wird, dass Dienste eines Objektes von unterschiedlichen Objekten über unterschiedliche Referenzen in Anspruch genommen werden können. Auch der Aufbau solcher Objektbeziehungen muss thematisiert werden. Des Weiteren wird das Prinzip der Vererbung im objektorientierten Sinne angesprochen. Dazu werden die wichtigsten Varianten der Vererbung anhand von verschiedenen Projekten vorgestellt. Zunächst wird die Vererbung als Spezialisierung im Sinne einer einfachen Erweiterung einer Oberklasse vorgestellt. Darauf folgt ein Projekt, welches das Verständnis von Vererbung um den Aspekt der späten Bindung erweitert, indem Dienste einer Oberklasse überschrieben werden. Modellierungen sollen in Form von Implementationsdiagrammen erstellt werden.

Zum Abschluss kann kurz auf das Prinzip der abstrakten Klasse eingegangen werden. Dieser Inhalt ist aber nicht obligatorisch für die Einführungsphase.

Zeitbedarf: 18 Stunden

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen

Zu entwickelnde Kompetenzen

Beispiele, Medien, Materialien

1. Vertiefung des Referenzbegriffs und Einführung des Prinzips der dynamischen Referenzierung

(a) Einführung der GLOOP-Objektselektion mit der Maus

(b) Einführung der Klasse GLObjekt als Oberklasse aller sichtbaren Objekte in GLOOP

(c) Steuerung einfacher grafischer Objekte über eine Referenz aktuell, die jeweils durch eine Klickselektion mit der Maus auf ein neues Objekt gesetzt werden kann.

Die Schülerinnen und Schüler

  • analysieren und erläutern eine objektorientierte Modellierung (A),
  • stellen die Kommunikation zwischen Objekten 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),
  • modellieren Klassen unter Verwendung von Vererbung (M),
  • implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I),
  • testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I),
  • interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),
  • modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I),
  • stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungsbeziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),
  • dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden (D).

Beispiel: Seifenblasen

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Spiel, bei dem Seifenblasen über den Bildschirm schweben und durch anklicken mit der Maus zum Zerplatzen gebracht werden können.

Beispiel: Sonnensystem

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation des Sonnensystems bei der Daten zum angeklickten Planeten ausgegeben werden.

Materialien:

-

2. Entwicklung eines Spiels mit der Notwendigkeit von Kollisionskontrollen zwischen zwei oder mehr grafischen Objekten

(a) Modellierung des Spiels ohne Berücksichtigung der Kollision mit Hilfe eines Implementationsdiagramms

(b) Dokumentation der Klassen des Projekts

(c) Implementierung eines Prototypen ohne Kollision

(d) Ergänzung einer Kollisionsabfrage durch zusätzliche Assoziationsbeziehungen in Diagramm, Dokumentation und Quellcode

(e) Verallgemeinerung der neuen Verwendung von Objektreferenzen

(f) Vertiefung: Entwicklung weiterer Spiele und Simulationen mit vergleichbarer Grundmodellierung

Beispiel: Ufospiel

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln die Simulation eines Ufos, das Asteroiden ausweichen soll mit denen eine Kollision möglich ist.

Beispiel: Billardkugeln

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Spiel, bei dem tickende Billardkugeln mit einer beweglichen Box eingefangen werden sollen.

Beispiel: Autospiel

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Autospiel, bei dem ein Auto durch einen Wald fahren und mit Bäumen kollidieren kann.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator – Assoziationen (Download EF-IV.1)

Informationsblatt: Implementationsdiagramme (Download EF-IV.2)

3. Erarbeitung einer Simulation mit grafischen Objekten, die sich durch unterschiedliche Ergänzungen voneinander unterscheiden (Vererbung durch Spezialisierung ohne Überschreiben von Methoden)

(a) Analyse und Erläuterung einer Basisversion der grafischen Klasse

(b) Realisierung von grafischen Erweiterungen zur Basisklasse mit und ohne Vererbung (Implementationsdiagramm und Quellcode)

(c) Verallgemeinerung und Reflexion des Prinzips der Vererbung am Beispiel der Spezialisierung

Beispiel: Schneemann

Die Schülerinnen und Schüler erstellen eine Simulation von Schneemännern, die unterschiedliche Kopfbedeckungen tragen.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator – Vererbung (Download EF-IV.3)

4. Entwicklung einer komplexeren Simulation mit grafischen Elementen, die unterschiedliche Animationen durchführen (Vererbung mit Überschreiben von Methoden)

(a) Analyse und Erläuterung einer einfachen grafischen Animationsklasse

(b) Spezialisierung der Klasse zu Unterklassen mit verschiedenen Animationen durch Überschreiben der entsprechenden Animationsmethode

(c) Reflexion des Prinzips der späten Bindung

(d) Vertiefung: Entwicklung eines vergleichbaren Projekts mit einer (abstrakten) Oberklasse

Beispiel: Flummibälle

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation von Flummibällen, bei der unterschiedliche Bälle unterschiedliche Bewegungen durchführen.

Beispiel: Weihnachtsbaum

Die Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation eines Weihnachtsbaums mit Hilfe einer abstrakten Klasse Schmuck.

Materialien:

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator – Vererbung (Download EF-IV.4)

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