Kursthemen

  • 12 E: Softwareentwicklung

    Herzlich Willkommen im Kurs Informatik 12 E zum Thema Objektorientierte Softwareentwicklung!

    Sie werden in diesem Kurs lernen, wie komplexe Softwareprojekte geplant, entwickelt und realisiert werden. Die dabei notwendigen Handlungsschritte ermöglichen Ihnen einen Zugang zu Problemlösetechniken der Informatik. Grundlagen sind die in Klasse 10 und im vorherigen Kapitel "Algorithmen und Daten" wiederholten algorithmischen Strukturen und Konzepte. 

    Der Moodle-Kurs begleitet den Unterricht. Sie finden hier Tafelbilder, Aufgaben, Dateien, Arbeitsblätter sowie Lösungen. Die Unterlagen werden schrittweise und i. d. R nach dem Unterricht veröffentlicht. 

    Hinweis: Der Kurs wird im Laufe des Schuljahres 2020/21 zu einem Grundkurs umgearbeitet und 2021/22 um den Leistungskurs erweitert.

    Stand: 20.11.2020

    • Kommunikation im Kurssystem

      Neben der direkten Kommunikation mithilfe des Moodle-Mitteilungsdienstes, der auch auf der App funktioniert und der E-Mail-Option, gibt es öffentliche Austausch- und Informationsmöglichkeiten in den Foren.

    • Fachbegriffe und Hilfen

      Als Hilfen stehen Tafelwerkergänzungen zur Verfügung, die jederzeit - auch in Lernkontrollen, Klausuren und in der Abiturprüfung - verwendet werden dürfen.

      Zusätzlich gibt es ein Informationsheft von Klett sowie ein Glossar. Diese Unterlagen sind nicht als Hilfsmittel in Lernkontrollen, Klausuren und in der Abiturprüfung zugelassen.

    • Software im Themenfeld

      Der Großteil der im Unterricht eingesetzten Programmwerkzeuge ist als Open Source oder Freeware deklariert. Für Hausaufgaben oder zum Nachvollziehen der Unterrichtsbeispiele kann der IoStick für die Sekundarstufe II benutzt werden. 

  • Allgemeines/Organisatorisches

    Unabhängig von den Softwareprojekten gibt es hier allgemeine Aktivitäten.

  • Dieses Thema

    Projekt Banksystem

    "Was ist ein Einbruch in eine Bank gegen die Gründung einer Bank?"
    Mackie Messer in Brechts "Die Dreigroschenoper"

    Die Entwicklung einer Software zur Verwaltung von Kunden und deren Geldtransaktionen über deren Konten unsere Wossi-Bank ist unser erstes komplexes Softwareprojekt. Es wird deutlich über die bisherigen algorithmischen Ansätze hinausgehen. Für die Analyse der Geschäftsvorgänge und die Abbildung dieser in ein informatisches Modell nutzen wir konsequent die sogenannte objektorientierte Modellierung und anschließend die objektorientierte Implementierung, die uns bereits ansatzweise in den Projekten mit dem Turtlezeichner bzw.  Turtlerechner joe begegnet ist.

    • Entwicklung einer Anforderungsdefinition

    • Analyse von Bank-Vorgängen Datei
      1. Reflektieren Sie die Schrittfolge für das Abheben von Bargeld von Ihrem Konto mit Ihrer Kundenkarte an einem Geldautomaten. Erfassen Sie in einer Übersicht weitere Transaktionen, die Sie am Bankautomaten bzw. am Bankschalter durchführen könnten. Geben Sie Details der Tätigkeiten an (z. B. Karte einstecken, PIN eingeben, ...).
      2. Führen Sie beispielhaft Transaktionen mit der Bankingsoftware durch. Vergleichen Sie mit Ihren Aufzeichnungen. Ergänzen und korrigieren Sie ggf. Seien Sie kreativ und versuchen Sie, die Sicherheitsmaßnahmen der Bankingsoftware zu umgehen (hier dürfen Sie das zwinkernd).
        Hinweis: Die Daten der Kunden befinden sich in der zugehörigen Text-Datei. 
      3. Erfassen Sie alle Aspekte, die in der Bankingsoftware nicht korrekt laufen bzw. die verbesserungswürdig sind.
    • Alternative/Ergänzung: Analyse durch Rollenspiele Aufgabe

      Spielen Sie das Bankwesen an der Wossi-Bank durch. In den Dateien finden Sie Karten für Kunden und Konten sowie mögliche Szenarien. Beobachten Sie alle Transaktionen und das Verhalten der Kunden/Bankangestellten.

    • Entwicklung eines Grundmodells

      Ausgehend von den Grundregeln der Wossi-Bank erfolgt nun eine objektorientiere Analyse der Geschäftsvorgänge. Ziel ist dabei die Entwicklung eines Klassendiagramms ausgehend. Wir nutzen dazu eine ähnliches Vorgehen wie bei der Entwicklung eines ER-Modells. 

      Für die Entwicklung des Modells stehen die Aufzeichnungen aus der Analyse der Bankingsoftware und des Rollenspiels sowie die darin enthaltenen Objektkarten zur Verfügung.

      1. Ermittlung von Substantiven/Eigennamen zur Identifikation von Objekten/Klassen
        Die Hauptwörter beschreiben mögliche Objekte oder Klassen. Liegen Oberbegriffe vor, handelt es sich in der Regel um eine Klasse.
      2. Ermittlung von Adjektiven zur Identifikation der Eigenschaften der Objekte/Klassen
        Adjektive bezeichnen häufig die Eigenschaftsangaben von Objekten. Es sind die Eigenschaft und alle möglichen Werte pro Objekt/Klasse zu erfassen. 
      3. Ermittlung von Verben zur Identifikation der Fähigkeiten der Objekte/Klassen bzw. der Beziehungen zwischen den Objekten/Klassen
        Verben bezeichnen häufig Fähigkeiten von Objekten oder Zusammenhänge zwischen Objekten. Im ersten Fall ist zu prüfen, ob für das Realisieren der Fähigkeit weitere Angaben (Parameter) notwendig sind oder ob die Fähigkeit in eine Antwort mündet (Anfrage). Im zweiten Fall ist zu erfassen, welche und wie viele Objekte miteinander in Beziehung stehen. 
    • Kontoentwurf 1 und Implementierung der Grundfunktionalität

    • Prinzip der Datenkapselung

      In den bisherigen Projekten haben wir vor die Attribute stets ein private und vor die Methoden stets ein public geschrieben, aber warum eigentlich? Untersuchen wir das ganze mal mit einem Kontoprojekt, die bei den Attributen in Konto auf das "private" verzichtet. 

      1. Legen Sie im Angreifer-Projekt drei Konten und testen Sie die Funktionalität des Einzahlens Abhebens und Überweisens.
      2. Legen Sie ein Angreiferobjekt an und ordnen Sie ihm eines der drei Konto als Besitz zu. 
      3. Inspizieren Sie alle Konten.
      4. Stehlen Sie mithilfe der entsprechenden Methode der Klasse Angreifer das Geld von einem Konto. Beobachten Sie die Kontoobjekte.
      5. Ermitteln Sie, wie der Angriff realisiert/implementiert wurde.
      6. Ändern Sie die Eigenschaft betrag in der Klasse Konto auf private.
      7. Versuchen Sie einen erneuten Angriff. Leiten Sie Schlussfolgerungen ab.

      Die Schlüsselwörter public und private legen kontrollierte Zugriffsoptionen auf Attribute und Methoden fest. Dies bezeichnet man als Kapselung. Damit können Klassen den internen Zustand anderer Klassen nicht unkontrolliert lesen oder ändern. Der Zugriff auf die Eigenschaften und Methoden erfolgt damit über wohldefinierte Schnittstellen. Der innere Aufbau einer Klasse und der darin implementierten Algorithmen soll den Anwender nicht interessieren (Geheimnisprinzip). Durch die Kapselung werden nur Angaben über die Funktionsweise einer Klasse nach außen sichtbar, nicht aber die interne Darstellung.

      Veranschaulichung der Datenkapselung an einem Beispiel

      Auf die Eigenschaften des Objektes James Bond kann man nicht direkt zugreifen. Nur über den Auftrag benutzeWaffe bzw. die Anfragen nenneWaffe, nenneChef, nenneName und nenneNr. können die Attribute manipuliert werden. Es ist nicht möglich, den Namen des Chefs zu ändern, da hierfür keine Methode zur Verfügung gestellt wird.

    • Entwicklung guter Software

    • Erstellung einer verwaltenden Klasse für Kunden und Konten - Nutzung einer Datenschnittstelle

    • Erstellen Sie eine Klasse Verwalter mit zunächst folgenden Funktionalitäten:

      1. Attribut zum Speichern aller Kunden der Bank
      2. Attribut zum Speichern aller Konten der Bank
      3. Methode zum automatischen Erzeugen des Kundenstamms lt. Übungszettel
      4. Methode zum automatischen Erzeugen des Kontenstamms lt. Übungszettel
      5. Prüfung der Funltionalität → "Beim Erzeugen des Verwalters wird der Kunden- und Kontenstamm erzeugt"

      Rollenspiel Verwalter - Kunde

      • Verwalter muss stets prüfen, ob Konto existiert → Methode zum Suchen eines Kontos anhand der Kontonummer

    • Erweiterung der Klasse Verwalter um Methoden zum Abfragen des Kontostands, zum Abheben und zum Überweisen → Einführung eines Attributs aktuellesKonto und weiterer Methoden zum An-/Abmelden

    • Entwicklung des Graphical User Interface (GUI) und der Controller-Klasse

  • Zwischenprojekt Zeigeruhr

  • Automodellierung mit Material von G. Röhner

    • Hinweis: Bitte entpacken Sie die Datei GUIAuto in ihrem Projektordner. Im Anschluss sollten darin die Dateien GUIAuto.java, JNumberField.class und ein Ordner mit einem Bild vorhanden sein.

  • Übungsprojekt Kurse

  • Projekt Verschlüsselung