Kursthemen

  • 12 D: Algorithmen und Daten

    Herzlich Willkommen im Kurs Informatik 12 D zum Thema Algorithmen und Daten!

    Sie werden in diesem Kurs die Grundlagen des Problemlösens in der imperativen Sprache Java aus Klasse 10 wiederholen und festigen. Die Implementierung einfacher Algorithmen und Sortierverfahren bereitet das komplexe Thema der Softwareentwicklung vor. Der Leistungskurs beurteilt zudem Algorithmen hinsichtlich ihrer Effizienz.

    Der Moodle-Kurs begleitet den Unterricht. Sie finden hier alle Tafelbilder, Aufgaben, Dateien, Arbeitsblätter sowie Lösungen. Die Unterlagen werden nach der Behandlung in der Stunde veröffentlicht. Darüber hinaus werden Sie Aktivitäten im Kurs ausführen müssen. Dazu zählt auch das Führen des Glossars.

    Hinweis: Dieser Kurs ist aktuell geschlossen.

    Lehrbücher:

    Eingesetzt werden die Lehrbücher Informatik 1 (2014) und Informatik 2 (2014) aus dem Verlag Schöningh.

  • SOL Kurzeinführung Informatik - Wiederholung blockbasierte Programmierung

    • Programmieren in der Grundschule oder gar im Kindergarten? Nennen wir es besser Probleme lösen durch Beschreibung eines Lösungsablauf = Algorithmus. Ja, das können wir schön länger!

      Mit Scratch und Makecode/OpenRoberta (Calliope) haben wir bereits in den Jahrgangsstufen 5 bis 9 (in MV) blockbasiert programmiert. Da die Algorithmen immer komplexer und auch länger wurden, wechselten wir in der Jahrgangsstufe 10 von der visuellen zu einer texttuellen Programmierumgebung – zu Java. 

      Nun gilt es, die algorithmischen Problemlösekompetenzen wieder zu aktivieren. Daher steigen wir mit der Wiederholung der Grundlagen der Programmierung ein und bemühen nochmals – weil es so schön war – die blockbasierten Systeme.

    • Wiederholung im Selbsstudium: Code.org Schnellkurs Link/URL

      Bitte durchlauft im Selbststudium den Code.org-Kurs "Kurzeinführung in die Informatik". Die Zugangsdaten gibt es per Mitteilung. Diese Aufgabe gilt als "Dauerübung", damit nix einrostet.

  • Mit Turtle Joe algorithmische Strukturen und Grundkonzepte der Objektorientierung verstehen

    • Herzlich Willkommen in unserer Welt, Ina und Joe!

      Ina und Joe sind zwei junge Schildkröten. Joe ist einen halben Tag vor seiner Schwester Ina geschlüpft ist. Ina erkennt man im Bild sehr gut, denn sie hat auf den letzten zwei Platten des Wirbelschildes (fünf Platten) keine schwarzen Punkte. Joe hingegen besitzt auf der vierten Platte einen schwarzen Punkt und auf der fünften Platte keinen Punkt. Beide bewegen sich so langsam vorwärts.

      Joe (links oben) und Ina, zwei soeben geschlüpfte Schildkröten

      ... und schon sind wir mittendrin in der Beschreibung der Welt mithilfe der objektorientierten Modellierung. In der Informatik werden Joe und Ina Objekte der Klasse Schildkröte genannt. Eine Klasse ist dabei eine Art Bauplan für gleichartige Objekte, die durch Eigenschaften (Attribute) und Fähigkeiten (Methoden) definiert werden. Ein Objekt ist also eine konkrete Realisierung und wird als Instanz bezeichnet. Die Attribute des Objekts/der Instanz besitzen bestimmte Werte.

      Hinweis: Eine ähnliche Art der Modellierung ist uns aus der Unterrichtseinheit Datenbanksysteme schon bekannt. Dort betrachteten wir Entitäten mit Attributen und Attributwerten und stellten die Abstraktion als Entitätstyp im ER-Diagramm dar. Allerdings spielten die Fähigkeiten keine Rolle.

      Eine Objektkarte dient der übersichtlichen Darstellung des Zustands eines Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt. Für Ina und Joe sehen die Objektkarten so aus:

      Zur Darstellung der Klasse verwenden wir das Klassendiagramm. Es gibt neben dem Namen und den Eigenschaften auch die Fähigkeiten (Methoden) an. Einige Methoden benötigen weitere Angaben, die mithilfe von Parametern übergeben werden können.

    • Seymor Papert CC-BY-SA 3, Matematicamente.it, Wikipedia

      Seymour Papert war Professor für Mathematik und Erziehungswissenschaften am Massachusetts Institute of Technology. Seine Ziele waren die Entwicklung informatischer Fähigkeiten der Schüler bei gleichzeitiger Mündigkeit von der IT. Er entwickelte in den 1960er die Programmiersprache LOGO, in der es eine Turtle - also eine Schildkröte - gab, die man durch Befehle steuern konnte. Sie zeichnete den abgelaufenen Weg. Kinder konnten so geometrische Figuren programmieren und zeichnen.

      ... und wir auch!

      Unsere Turtle verfügt über Befehle zum Bewegen und Drehen, kann aber auch die Stiftfarbe ändern. Eine Übersicht über die Fähigkeiten unserer Turtle liefert das Klassendiagramm. Unsere Turtle joe lebt in der Entwicklungsumgebung BlueJ und solle neue Fähigkeiten erlernen. Aus dem Klassendiagramm wissen wir bereits, dass Fähigkeiten = Methoden sind. Also müssen wir Methoden (in Java) entwickeln.

    • Turtle-Grafik mit Java Link/URL

      Mittels SOL und eigener Vorlage beschäftigen wir uns etwas mit Turtle-Grafik. Das Tutorial führt uns dabei durch algorithmische Strukturen.

    • Wir erweitern die Klasse Turtlezeichner nun schrittweise um weitere Fähigkeiten für Joe und nutzen dabei die Aufgaben aus dem SOL-Kurs "Turtle-Grafik mit Java".

    • Methoden in Java

      In unserer BlueJ-Welt existiert das Objekt joe der Klasse Turtle in der Klasse Turtlezeichner. Für das Lernen neuer Zeichnungen nutzen wir diese Klasse und ergänzen sie um eigene Methoden.

      Eine Methode, die wir von außen aufrufen können und die einen Auftrag ausführt, hat in Java folgenden Aufbau:

      public void machWas(){
        //hier Algorithmus einfügen
      }

      Sind Parameter zur Übergabe von Werten notwendig, dann verwenden wir folgende Struktur:

      public void machWasAnderes(Datentyp pParameter){
        //hier Algorithmus einfügen
      }

      Beispiele:

      Joe zeichnet ein Quadrat mit fester Seitenlänge:

      public void zeichneQuadrat(){
        for (int i = 1; i <= 4; i++){
          joe.move(100);
          joe.turn(90);  
        }
      }

      Joe zeichnet ein Rechteck mit variablen Seitenlängen:

      public void zeichneRechteck(int pLaenge, int pBreite){
        for (int i = 1; i <= 2; i++){
          joe.move(pLaenge);
          joe.turn(90);  
          joe.move(pBreite);
          joe.turn(90);
        }
      }

  • Algorithmen darstellen, interpretieren und implementieren

    • Im Folgenden soll die Implementation von Lösungsalgorithmen in Java trainiert werden. Dazu liegen Aufgaben vor, die sich entweder mit grundlegenden mathematischen Problemen, wie sie in der Verschlüsselung von Nachrichten eingesetzt werden, oder mit Datumsberechnungen beschäftigen. Bei der Bearbeitung des Portfolios wird zusätzlich die Methodenart Anfrage kennengelernt sowie das Handling mit Parametern und Datentypen geübt. 

    • Diskussion: Algorithmenstrukturen, Parameter/Variable und Datentyp, Ein- und Ausgaben, einfache Datentypumwandlungen, Berechnungs- und logische Operatoren, Anfrage- und Auftragsmethoden

  • Dieser Abschnitt

    Such- und Sortieralgorithmen und deren Laufzeit

    Hinweise

    • Abitur 2022: nicht abiturrelevant - Übungsmöglichkeit für Algorithmen und Daten
    • Abitur 2023: abiturrelevant im LK im Kontext objektorientierter Programmierung