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--- curricula:oberstufe:uv_q1-ii [2014/07/20 11:08] – angelegt Sven Biermann
+++ curricula:oberstufe:uv_q1-ii [2014/09/04 07:45] (aktuell) – [Konkretisierung Q1-II] Sven Biermann
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 ====== Konkretisierung Q1-II ======
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 ====== Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen ======
 ===== Leitfragen =====
-Womit beschäftigt sich die Wissenschaft Informatik?
+//Wie können beliebig viele linear angeordnete Daten im Anwendungskontext verwaltet werden?//
 ===== Vorhabenbezogene Konkretisierung =====
-Das erste Unterrichtsvorhaben stellt eine allgemeine Einführung in das Fach Informatik dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für manche Schülerinnen und Schüler in der Einführungsphase der erste Kontakt mit dem Unterrichtsfach Informatik stattfindet, so dass zu Beginn Grundlagen des Fachs behandelt werden müssen.
+Nach Analyse einer Problemstellung in einem geeigneten Anwendungskontext, in dem Daten nach dem First-In-First-Out-Prinzip verwaltet werden, werden der Aufbau von Schlangen am Beispiel dargestellt und die Operationen der Klasse Queue erläutert. Anschließend werden für die Anwendung notwendige Klassen modelliert und implementiert. Eine Klasse für eine den Anforderungen der Anwendung entsprechende Oberfläche sowie die Klasse Queue wird dabei von der Lehrkraft vorgegeben. Anschließend wird die Anwendung modifiziert, um den Umgang mit der Datenstruktur zu üben. Anhand einer Anwendung, in der Daten nach dem Last-In-First-Out-Prinzip verwaltet werden, werden Unterschiede zwischen den Datenstrukturen Schlange und Stapel erarbeitet. Um einfacher an Objekte zu gelangen, die zwischen anderen gespeichert sind, wird die Klasse List eingeführt und in einem Anwendungskontext verwendet. In mindestens einem weiteren Anwendungskontext wird die Verwaltung von Daten in Schlangen, Stapeln oder Listen vertieft. Modellierungen werden dabei in Entwurfs- und Implementationsdiagrammen dargestellt.
-Zunächst wird auf den Begriff der Information eingegangen und die Möglichkeit der Kodierung in Form von Daten thematisiert. Anschließend wird auf die Übertragung von Daten im Sinne des Sender-Empfänger-Modells eingegangen. Dabei wird eine überblickartige Vorstellung der Kommunikation von Rechnern in Netzwerken erarbeitet.
-Des Weiteren soll der grundlegende Aufbau eines Rechnersystems im Sinne der Von-Neumann-Architektur erarbeitet werden und mit dem grundlegenden Prinzip der Datenverarbeitung (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) in Beziehung gesetzt werden.
-Bei der Beschäftigung mit Datenkodierung, Datenübermittlung und Datenverarbeitung ist jeweils ein Bezug zur konkreten Nutzung der informatischen Ausstattung der Schule herzustellen. So wird in die verantwortungsvolle Nutzung dieser Systeme eingeführt.
 ===== Zeitbedarf =====
  Stunden
 ===== Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens =====
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 ^Unterrichtssequenzen ^zu entwickelnde Kompetenzen ^Beispiele, Medien, Materialien ^
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-**1. Information, deren Kodierung und Speicherung**
+**1. Die Datenstruktur Schlange im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse Queue**
-(a) Informatik als Wissenschaft der Verarbeitung von Informationen
+(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen
-(b) Darstellung von Informationen
+(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Queue
+%%(c)%% Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekte der Klasse Queue
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 Die Schülerinnen und Schüler
-  * beschreiben und erläutern
+  * erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),
-  * nutzen
+  * analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),
+  * beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),
+  * ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),
+  * ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),
+  * modifizieren Algorithmen und Programme (I),
+  * implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),
+  * nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),
+  * interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),
+  * testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I),
+  * stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D).
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-//Beispiel//: Textcodierung
+//Beispiel//: Patientenwarteschlange (jeder kennt seinen Nachfolger bzw. alternativ: seinen Vorgänger)
-Kodierung und Dekodierung
+Sobald ein Patient in einer Arztpraxis eintrifft, werden sein Name und seine Krankenkasse erfasst. Die Verwaltung der Patientenwarteschlange geschieht über eine Klasse, die hier als Wartezimmer bezeichnet wird. Wesentliche Operationen sind das „Hinzufügen“ eines Patienten und das „Entfernen“ eines Patienten, wenn er zur Behandlung gerufen wird.
+Die Simulationsanwendung stellt eine GUI zur Verfügung, legt ein Wartezimmer an und steuert die Abläufe. Wesentlicher Aspekt des Projektes ist die Modellierung des Wartezimmers mit Hilfe der Klasse Queue.
+Anschließend wird der Funktionsumfang der Anwendung erweitert: Patienten können sich zusätzlich in die Warteschlange zum Blutdruckmessen einreihen. Objekte werden von zwei Schlangen verwaltet.
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-**1. Information, deren Kodierung und Speicherung**
+**2. Die Datenstruktur Stapel im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse Stack**
-(a) Informatik als Wissenschaft der Verarbeitung von Informationen
+(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen
-(b) Darstellung von Informationen
+(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Stack
+%%(c)%% Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines oder mehrerer Objekte der Klasse Stack
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-//Beispiel//: Textcodierung
+//Beispiel//: Heftstapel
-Kodierung und Dekodierung
+In einem Heftstapel soll das Heft einer Schülerin gefunden werden.
+oder
+//Beispiel//: Kisten stapeln
+In einem Stapel nummerierter Kisten soll eine bestimmte Kiste gefunden und an einen Kunden geliefert werden. Dazu müssen Kisten auf verschiedene Stapel gestapelt und wieder zurückgestellt werden.
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+**3. Die Datenstruktur lineare Liste im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse List**
+(a) Erarbeitung der Vorteile der Klasse List im Gegensatz zu den bereits bekannten linearen Strukturen
+(b) Modellierung und Implementierung einer kontextbezogenen Anwendung unter Verwendung der Klasse List.
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+//Beispiel//: Abfahrtslauf
+Bei einem Abfahrtslauf kommen die Skifahrer nacheinander an und werden nach ihrer Zeit in eine Rangliste eingeordnet. Diese Rangliste wird in einer Anzeige ausgegeben. Ankommende Abfahrer müssen an jeder Stelle der Struktur, nicht nur am Ende oder Anfang eingefügt werden können.
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+**4. Vertiefung - Anwendungen von Listen, Stapeln oder Schlangen in mindestens einem weiteren Kontext**
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+//Beispiel//: Skispringen
+Ein Skispringen hat folgenden Ablauf: Nach dem Sprung erhält der Springer eine Punktzahl und wird nach dieser Punktzahl in eine Rangliste eingeordnet. Die besten 30 Springer qualifizieren sich für den zweiten Durchgang. Sie starten in umgekehrter Reihenfolge gegenüber der Platzierung auf der Rangliste. Nach dem Sprung erhält der Springer wiederum eine Punktzahl und wird nach der Gesamtpunktzahl aus beiden Durchgängen in die endgültige Rangliste eingeordnet.
+//Beispiel//: Terme in Postfix-Notation
+Die sog. UPN (Umgekehrt-Polnische-Notation) bzw. Postfix-Notation eines Terms setzt den Operator hinter die Operanden. Um einen Term aus der gewohnten Infixschreibweise in einen Term in UPN umzuwandeln oder um den Wert des Terms zu berechnen, kann ein Stack verwendet werden.
+//Beispiel//: Rangierbahnhof
+Auf einem Güterbahnhof gibt es drei Gleise, die nur zu einer Seite offen sind. Wagons können also von einer Seite auf das Gleis fahren und nur rückwärts wieder hinausfahren. Die Wagons tragen Nummern, wobei die Nummer jedoch erst eingesehen werden kann, wenn der Wagon der vorderste an der offenen Gleisseite ist. (Zwischen den Wagons herumzuturnen, um die anderen Wagonnummern zu lesen, wäre zu gefährlich.) Zunächst stehen alle Wagons unsortiert auf einem Gleis. Ziel ist es, alle Wagons in ein anderes Gleis zu fahren, so dass dort die Nummern der Wagons vom Gleisende aus aufsteigend in richtiger Reihenfolge sind. Zusätzlich zu diesen beiden Gleisen gibt es ein Abstellgleis, das zum Rangieren benutzt werden kann.
+//Beispiel//: Autos an einer Ampel zur Zufahrtsregelung
+Es soll eine Ampel zur Zufahrtsregelung in Java simuliert werden. An einem geradlinigen, senkrecht von unten nach oben verlaufenden Straßenstück, das von Autos nur einspurig in eine Richtung befahren werden kann, ist ein Haltepunkt markiert, an dem die Ampel steht. Bei einem Klick auf eine Schaltfläche mit der Aufschrift „Heranfahren“ soll ein neues Auto an den Haltepunkt heranfahren bzw. bis an das letzte Auto, das vor dem Haltepunkt wartet. Grünphasen der Ampel werden durch einen Klick auf eine Schaltfläche mit der Aufschrift „Weiterfahren“ simuliert. In jeder Grünphase darf jeweils nur ein Auto weiterfahren. Die anderen Autos rücken nach.
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