Konzepte der Programmierung und deren Voraussetzungen

Abstract

Ziel dieses Artikels ist es eine Reihenfolge zu bestimmen in welcher Konzepte der Programmierung eingeführt werden sollen. Dazu werden aus Curricula, die das dem Thema Programmieren behandeln und in Berlin eingesetzt werden, die Voraussetzungen für Konzepte abgeleitet.

Full text

Grundlagen der Fachdidaktik Informatik,19312911
Konzepte der Programmierung und deren
Voraussetzungen
WS 17/18
Dozentin: Teresa Busjahn
Christian Zygmunt Jeschke,4935108
3. September 2018
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 2
2 Verwendete Curricula 2
2.1 Curriculum von DaVinci Innovation Labs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Informatik 1 vom Problem zum Programm, Helmut Balzert, 1976 . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Rahmenlehrplan Informatik f¨
ur die Sekundarstufe 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Rahmenlehrplan Informatik f¨
ur die Sekundarstufe 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.5 Studienordnung Mono-Bachelor Informatik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3 Methodisches Vorgehen 8
3.1 Darstellungstyp.......................................... 8
3.2 Gruppierung ........................................... 8
4 Ontologien 9
5 Fazit 12
6 Ausblick 12
7 Danksagung 12
8 Literaturverzeichnis 12
1

1 Einleitung
Das Einf
¨
uhren von Konzepten innerhalb einer Unterrichtstunde ist eine Aufgabe, die ein Curriculum
erfordert. Mit diesem gesteuerten Lehrprozess kann ein Lehrer sichergehen das er die neuen Konzepte
aufbauend auf den Konzepten einf
¨
uhrt, die zum Verst
¨
andnis erforderlich sind. Zum Beispiel ist die
Einf
¨
uhrung von Pseudocode, ohne davor
¨
uber verbale Probleml
¨
osungen zu sprechen keine gute Idee (siehe
Fazit). Eine Ordnung innerhalb der Konzepte ist also n
¨
otig um diese Abh
¨
angigkeiten f
¨
ur das Erstellen
eins Curriculums notwendig.
Aber nicht nur bei der Planung ist ein solches Wissen
¨
uber die Beziehung notwendig. Beim Erfassen
von dem Wissenstand des Sch
¨
ulers
¨
uber die Konzepte ist es ebenfalls notwendig Konzepte so abzufragen
das dem Lehrer klar wird durch welche L
¨
ucken dem Sch
¨
uler das Verst
¨
andnis fehlt. Versteht ein Sch
¨
uler
das Konzept Programmcode nicht, so kann es sein, dass er entweder Algorithmen noch nicht verstanden
hat oder das Konzept Programm. Vielleicht sogar beides! Weis der Lehrer die Voraussetzungen f
¨
ur ein
Konzept so kann er gezielt nach ihnen fragen und somit schnell zu einem Konzept komme bei welchem er
die Erkl¨
arung beginnen kann.
Ziel dieses Artikels ist es eine Reihenfolge zu bestimmen in welcher Konzepte eingef
¨
uhrt werden sollen.
Dazu werden aus Curricula, die das dem Thema Programmieren behandeln und in Berlin eingesetzt
werden, Voraussetzungen f
¨
ur Konzepte abgeleitet. Dies erfolgt mithilfe folgender Schritte: in 2. werden
die benutzen Curricula vorgestellt und es wird die Reihenfolge, in der die Konzepte eingef
¨
uhrt werden,
beschrieben und besondere Merkmale erw
¨
ahnt. In 3. folgt eine Beschreibung der verwendeten Methodik f
¨
ur
die Erstellung der in 4. vorgestellten Concept-Maps. Diese sollen die Konzepte miteinander in Beziehung
setzten und somit Abh
¨
angigkeiten visualisieren. In 5. werden die Ergebnisse zusammengefasst. Hier wird
die Zielstellung aufgegriffen. Zus
¨
atzlich liefert 6 einen Ausblick, welcher versucht
¨
uber die Arbeit hinaus
M¨
oglichkeiten aufzuzeigen, um die Zielstellung zu erreichen.
2 Verwendete Curricula
Die Referenzen, die im Abschnitt 2 aufgez
¨
ahlt werden haben auch die Bezeichnungen in der
¨
ublichen
Notation. Zum Beispiel ist Referenz aus Abschnitt 2.1 gleich [1].
2.1 Curriculum von DaVinci Innovation Labs
Der Unterricht von DaVinci Innovation Labs findet statt an Schulen im Land Berlin, Singapur, Taiwan und
China. Sch
¨
uler zwischen 6-15 Jahren lernen das Programmieren mithilfe einer visuellen Programmierspra-
che und Python. Diese benutzen einen eigenen Roboter, zus
¨
atzlich einen Computer und das Curriculum.
Das Curriculum ist eingeteilt in Unit’s die zwischen 1-10 Challenge’s beinhalten. Eine Challenge ist eine
Aufgabe, die der Sch¨
uler l¨
osen/programmieren soll, mithilfe eines selbstgeschriebenen Programms.
Das Curriculum besitzt einen Anhang der jeder Unit Konzepte zugeordnet, die in dieser eingef
¨
uhrt werden.
Auch behandelt eine Unit meist ein bestimmtes Thema, welches sehr nahe am zu vermittelnden Konzept
ist. Zum Beispiel sind in einer Unit Aufgaben zu l
¨
osen die vom Sch
¨
uler Wiederholungen verlangen. Das
dazugeh¨
orige Konzept ist nat¨
urlich Schleifen.
Es gibt eine erweitertes Curriculum das f
¨
ur die Lehrperson gedacht ist. Neben den Konzepten sind dort
innerhalb einer Unit auch typische Probleme angesprochen die Sch
¨
uler beim Bew
¨
altigen der Aufgaben
haben und Hilfestellungen zum
¨
Uberwinden dieser. Zus
¨
atzlich werden auch Kriterien genannt, an welchen
man den Erfolg des Sch¨
ulers messen kann.
Aufbau der Konzepte:
Abbildung 1 visualisiert die Reihenfolge der eingef
¨
uhrten Konzepte. Nebeneinanderstehende Konzepte
werden zeitgleich d.h. in derselben Unit eingef¨
uhrt
2

Abbildung 1: Reihenfolge im Curriculum von DaVinci Innovation Labs (Erstellt mithilfe von [8])
Besonderheiten im Curriculum (Fettgedruckte W
¨
orter markieren die Konzepte die in den Abschnitten 3
und 4 weiterverwendet werden):
Flussdiagramme
ist eines der ersten Konzepte und dienen dem Sch
¨
uler von Beginn an als Hilfestellung.
Probleml¨
osestrategien
wie
Trial and Error
,
Muster
,
Zerteilung
oder
Funktionsentwurf
/
Neuentwurf
werden explizit als Konzepte eingef
¨
uhrt. Sie werden nicht nacheinander eingef
¨
uhrt, sondern mit einigen
Stunden dazwischen.
Ebenso sind
Iterationen
wie
Schleifen
verschiedener Arten, wie
Endlosschleifen
oder
Z¨
ahlschleifen
,
genannt und werden mit Abstand zueinander eingef¨
uhrt.
2.2 Informatik 1 vom Problem zum Programm, Helmut Balzert, 1976
Das Buch ist ein zweib
¨
andiger Teil erschienen im Jahre 1976. Neben Themen wie ”Was ist ein Algorith-
mus?”werden ebenfalls technische und theoretische Themen besprochen und deswegen gibt es hier einen
sehr umfangreichen Blick auf die Informatik.
3

Aufbau der Konzepte:
Abbildung 2: Reihenfolge in Informatik 1 - vom Problem zum Program (Erstellt mithilfe von [8])
Besonderheiten im Curriculum:
Kontrollstrukturen
werden einerseits fr
¨
uh im Buch erw
¨
ahnt. Andererseits behandelt das Buch
Steu-
eranweisungen
in einem eigenen Kapitel. Dieses steht an einem fortgeschrittenem Abschnitts des Buchs
und beinhaltet explizite Definitionen von z.B. Schleifen.
Das Buch behandelt nur wenige
Probleml¨
osestrategien
. Diese werden vereinzelt und nicht nacheinander
eingef
¨
uhrt. Das
Verallgemeinern
befindet sich zu Beginn des Buches und die
Zerteilung
erst in einem
sp¨
ateren Abschnitt.
Algorithmen
werden in
Pseudocode
geschrieben. Es existieren zwar Beispiele in
Programmcode
sie
dienen aber nur als Erg¨
anzung (Die hier benutzte Programmiersprache ist Pascal).
2.3 Rahmenlehrplan Informatik f¨
ur die Sekundarstufe 1
Der Rahmenlehrplan (RLP) vom Land Berlin f
¨
ur die Informatik ist f
¨
ur die Sekundarstufe 1 und Sekun-
darstufe 2 einzeln niedergeschrieben. Beide Versionen beinhalten eine Beschreibung von Kompetenzen die
als wichtigste Lernziele der Informatik im Mittelpunkt stehen (im Folgenden mit kursiv markiert).
Der RLP f
¨
ur die Sekundarstufe 1 unterteilt die Kompetenzen in Kategorien und diese beinhalten einzelne
Stufen (D bis H). Die Voraussetzungen werden aus den Beschreibungen angeleitet. Zum Beispiel ist
mo-
dellieren
in Stufe G und in der h
¨
oheren Stufe ist
Modell bewerten
. Beide sind in derselben Kategorie
4

und deshalb k¨
onnen wir hieraus ableiten: modellieren ist Voraussetzung f¨
ur Modell bewerten.
Abbildung 3:
Kompetenzstufen f
¨
ur die Sekundarstufe 1 Quelle: Rahmenlehrplan, Teil C, Informatik
Wahlpflichtfach, 2015
Besonderheiten im Curriculum:
Die Kompetenz Probleml
¨
osen beinhaltet viele Konzepte die f
¨
ur die Grundlagen der Programmie-
rung relevant sind. Zum Beispiel
Kontrollstrukturen Zerlegung
,
Verbale Beschreibung der Pro-
bleml¨
osung und Pseudocode
2.4 Rahmenlehrplan Informatik f¨
ur die Sekundarstufe 2
F
¨
ur den Rahmenlehrplan in der Sekundarstufe 2 ist eine Einf
¨
uhrungsphase beschrieben, die mehrere
Themengebiete mit dazugeh
¨
origen Inhalten beinhaltet, die von allen Sch
¨
ulern zu Beginn des Kurses
durchlaufen werden muss. F
¨
ur die Kompetenzen sind Eingangsvoraussetzungen formuliert und abschluss-
orientierte Standards.
Bei den abschlussorientierten Standards existiert eine Unterscheidung zwischen Kursunabh
¨
angigen und
welchen die nur f¨
ur den Leistungskurs formuliert sind.
5

Abbildung 4 visualisiert die Reihenfolge der eingef
¨
uhrten Konzepte. Nebeneinanderstehende Konzepte
werden gleichzeitig d.h. entweder in der Einf
¨
uhrungsphase eingef
¨
uhrt (oben im Bild), sie sind in den
gleichen Eingangsvorraussetzungen(oberste Konzepte innerhalb der K
¨
asten) oder in den selben abschluss-
orientierten Standards niedergeschrieben(untere Konzepte innerhalb der K
¨
asten (f
¨
ur den Leistungskurs
ganz unten)).
Abbildung 4: Reihenfolge im RLP Informatik Sek 2 (Erstellt mithilfe von [8])
Besonderheiten im Curriculum:
Das Konzept
Algorithmik im Kleinen
beinhaltet viele f
¨
ur diesen Artikel relevanten Konzepte und
befindet sich in der Einf
¨
uhrungsphase. In dem sp
¨
ateren Unterricht werden diese in dem Konzept
Model-
lieren Abl¨
aufe mit Algorithmen gef¨
ordert werden, innerhalb von Probleml¨
osen.
Das Konzept der
Algorithmen
tritt mehrfach auf. Innerhalb der Kompetenz Informatiksysteme ver-
stehen welches Eigenschaften von Algorithmen beinhaltet und in der Kompetenz Probleml¨
osen mit
Algorithmen beschreiben und setzen Algorithmen in Programme um.
2.5 Studienordnung Mono-Bachelor Informatik
Die Studienordnung beinhaltet einen exemplarischen Studienverlaufsplan welcher nicht verpflichtend ist
aber aufeinanderfolgende Veranstaltungen in einer solchen Weise einordnet. Teil der Studienordnung sind
ebenfalls Modulbeschreibungen die Voraussetzungen (andere Module) beinhalten. Es gibt Module, die
aufgrund ihrer Bezeichnung schon die Reihenfolge klarstellen. Das Modul funktionale Programmierung
wird auch als ALP1 und das Modul objektorientierte Programmierung wird auch als ALP2 bezeichnet.
Daraus folgt das die Konzepte aus der funktionalen als Voraussetzung f
¨
ur objektorientierte Programmie-
rung gelten. Diese Abk¨
urzungen werden im Folgenden nochmals erw¨
ahnt.
6

Abbildung 5:
Exemplarischer Studienverlaufsplan f
¨
ur das Wintersemester Quelle: Studienordnung Mono-
Bachelor Informatik, FU Berlin, 27.08.2014
Besonderheiten im Curriculum:
Das Konzept der
Zerteilung
ist als Inhalt in der objektorientierten (ALP 2) und nichtsequentiellen
Programmierung(ALP 4). Auch das Modul Softwaretechnik (SwT) beinhaltet diese Methode.
Allgemeine
Probleml¨
osestrategien
sind Bestandteil des Moduls Algorithmen, Datenstrukturen und
Datenabstraktion (ALP 3).
Muster
im Speziellen sind sie in ALP 2 und in SwT Inhalt.
Wiederver-
wendung ist sowohl Teil des Softwareprojekts als auch von SwT.
Das Konzept der Spezifikation ist ebenfalls Teil von ALP 3.
Kontrollstrukturen sind nur in dem Modul Funktionale Programmierung (ALP 1) zu finden.
Algorithmen werden in ALP 1-3 behandelt.
Das Konzept der
Datenstrukturen
existiert in ALP 1 als
algebraische und abstrakte Datentypen
,
in ALP 2 als
einfache Datenstrukturen
und in ALP3 als
grundlegende Datenstrukturen
(Listen
Schlangen, Keller, B
¨
aume). Im Modul Datenbanksysteme sollen die Studenten Datenstrukturen imple-
mentieren
Syntax ist in ALP 1 und GTI enthalten.
Die Vorlesung SwT beinhaltet inhaltlich das Konzept der
Artefakte
. Diese beschreiben alle Arten von Do-
kumenten die bei Entwicklung von Software entstehen z.B.
Pseudocode
,
Programmcode
,
Diagramme
etc. Auch wird im Rahmen dieser Veranstaltung gelehrt was ein Muster ist und das modellieren.
Logik als eigenes Konzept existiert in Modul Logik und Diskrete Mathematik im ersten Semester.
7

3 Methodisches Vorgehen
3.1 Darstellungstyp
Mithilfe einer Concept-Map folgt eine ”Repr
¨
asentation der zugrunde liegenden Begriffe und derer Zusam-
menh
¨
ange. Daf
¨
ur hat sich in einigen Zweigen der Informatik in den letzten Jahren der Begriff Ontologie
eingeb
¨
urgert.“[6] Concept-Map‘s bieten den Vorteil das sie nicht eine hierarchische Struktur voraussetzen.
Die Notwendigkeit dieser Annahme wird mit Abbildung 7 aufgezeigt. Zudem bieten sie den Vorteil das
Beziehungen eine Beschriftung beinhalten. Die Beschriftung hier ist eine Nummer, die auf eine der obigen
Quellen verweisen und bedeutet das die Beziehung aus der Quelle abgeleitet wurde. Exemplarisch werden
hier die Konzepte Parameter und Funktionen dargestellt
(Alle Concept-Map’s wurden mit [9] erstellt.)
Abbildung 6: Concept-Map Parameter und Funktionen
Das Konzept
Parameter
ist eine Voraussetzung f
¨
ur das Konzept
Funktionen
, weil sowohl im Curriculum
von 2.1 und im Buch 2.2 erst Parameter und anschließend Funktionen eingef
¨
uhrt werden. Die
¨
ubrigen
Quellen erw¨
ahnen diese Konzepte nicht und werden deswegen nicht erw¨
ahnt.
Die Annahme das Konzepte nicht hierarchisch sind wird deutlich wenn wir das Diagramm mit den
Konzepten
Konstante
,
Variable
und
Z¨
ahlvariable
betrachten (Abb.7). Die Referenz [1] f
¨
uhrt die
Konzepte in entgegengesetzter Reihenfolge ein wie die Referenz [2]. Deshalb k
¨
onnen wir hierf
¨
ur keine
Reihenfolge bestimmen.
Abbildung 7: Concept-Map Variable
3.2 Gruppierung
Die Konzepte werden von mir zusammen gruppiert, so das zusammengeh
¨
orige Konzepte und Beziehungen
innerhalb einer Concept-Map auftreten. Dies dient vor allem dazu den Umfang in einem geeigneten
Rahmen zu halten, um eine bessere Auswertung zu erm
¨
oglichen. Die Concept-Map’s aus den Abbildungen
6 und 7 bekommen die Bezeichnungen Parameter und Funktionen bzw. Variable. Die noch folgenden
Concept-Map’s haben die Bezeichnungen Algorithmik, Produkte, Prozesse und Datenstrukturen. Die
Wahl der Kategorie wird im Folgenden begr¨
undet und es werden die dazugeh¨
origen Konzepte genannt:
•
Die Gruppe Algorithmik beinhaltet alle Konzepte die f
¨
ur das Schreiben eines (einfachen) Programms
notwendig sind. Der Begriff Algorithmik im Kleinen der Bereits aus dem RLP 2 (siehe 2.4) w
¨
are
ebenfalls eine passende Beschreibung. Dazu geh
¨
oren: Initialisierung, Deklaration, Anweisung, einfache
Anweisung, Kontrollstrukturen, Steueranweisungen, Endlosschleife, Schleifen, Schleifen mit While
und Until, Schleifenausbruch, Z
¨
ahlschleifen, Bedingte Verzweigungen (If/else), Wahrheitswerte und
Logik
8

•
Die Gruppe Produkte beinhaltet schriftliche oder verbale Dokumente, die f
¨
ur die Programmierung
notwendig sind. Dazu geh
¨
oren Algorithmen, Flussdiagramme, Artefakte, Muster, Struktogramme,
Klassendiagramm, Pseudocode, Programmcode, informelle Problembeschreibung und zustandsorien-
tierte Modellierung / Zustandsdiagramm
•
Im Gegensatz zur vorherigen Gruppe bezeichnet die Gruppe Prozesse alle Methoden und Tech-
niken und Methoden die beim Programmieren angewendet werden (k
¨
onnen). Trial and Error,
Zerteilung/Zerlegung/Modularisierung, Funktionsentwurf und Neuentwurf /Er
¨
ortern von Verbesse-
rung/Modell bewerten, Modellieren, Wiederverwendung, Verallgemeinern und Spezifikation
•
Die letzte Gruppe beinhaltet strukturierte Objekte/einfache Datenstrukturen, dynamische Datenty-
pen, algebraische und abstrakte Datentypen und grundlegende Datenstrukturen
4 Ontologien
Abbildung 8: Concept-Map Algorithmik
Konzepte der Gruppe Algorithmik wurden nur in den Referenzen [1] und [2] erw
¨
ahnt. Die Studienordnung
brachte die Information das Kontrollstrukturen und Logik zeitgleich im ersten Semester studiert werden
sollten.
Ohne Voraussetzung ist die Deklaration, wohingegen Wahrheitswerte keine Voraussetzung f
¨
ur ein anderes
Konzept ist.
Wir erkennen das nach der Initialisierung zwei Pfade gegangen werden k
¨
onnen. Der erstere (untere)
Pfad behandelt (Endlos-)schleifen mit und ohne While und Until. Interessant ist das Endlosschleifen in
ihrer Anwendung fr
¨
uher vorkommen als das allgemeinere Konzept der Schleifen. Ab der Einf
¨
uhrung des
allgemeinen Konzepts wird es zunehmend spezieller, um den vollen Umfang der Schleifen zu nutzen. Der
zweite Pfad (obere) entscheidet sich nicht f
¨
ur die Schleifen, sondern f
¨
uhrt erst einfache Anweisungen
9

ein. Dieser Pfad ist eher theoretisch veranlagt im Vergleich zum praktischen Pfad eins. Begr
¨
undbar ist
dies durch den Vergleich der Referenzen. [2] bietet einen Kontrast zu [1]. W
¨
ahrend das Curriculum von
DaVinci praxisbezogen ist, dient das Buch eher als theoretische Einf¨
uhrung in die Informatik.
Abbildung 9: Concept-Map Produkt
Ohne Voraussetzung ist die Verbale Formulierung der Probleml
¨
osung und das Klassendiagramm. Pro-
grammcode, Muster und Zustandsdiagramm sind hingegen f
¨
ur kein anderes Konzept Voraussetzung.
Artefakte werden in der Referenz [5] (Studienordnung) alle schriftlichen Dokumente genannt, die in einer
Softwareentwicklung entstehen. Deswegen ist das Konzept stellvertretend f
¨
ur viele andere Konzepte in
diesem Diagramm die aber in der Studienordnung nur sehr wenig ausdifferenziert werden. Erkennbar ist
das erst Algorithmen besprochen werden und anschließend das Konzept Artefakte. Das Konzept Algorith-
mus ist ein solches das in jeder Quelle erw
¨
ahnt wird. Weil der Zeitpunkt der Einf
¨
uhrung variiert k
¨
onnen
die Voraussetzungen hier nicht eindeutig identifiziert werden. Der Rahmenlehrplan f
¨
ur die gymnasiale
Oberstufe [4] erwartet zuerst Wissen ¨
uber Struktogramme, Pseudocode und Klassendiagramme. [2] will
aber zuerst den Algorithmus erw
¨
ahnen und anschließend die Diagramme benutzen. Sichtbar wird hier ein
Zyklus, der wie in Abbildung 7 auf eine gegenseitige Abh
¨
angigkeit hindeutet. Abschließend kann eindeutig
festgehalten werden, dass erst verbale L
¨
osungen eingef
¨
uhrt werden sollten, anschließend formalisiert als
Pseudocode, danach das allgemeinere Konzept Algorithmus, zeitgleich die informelle Problembeschreibung
und abschließend konkret die Anwendung der L¨
osung als Programm f¨
ur die Maschine.
Das Klassendiagramm kann zuerst eingef
¨
uhrt werden, anschließend das Flussdiagramm, dann das Struk-
togramm und zuletzt das Zustandsdiagramm.
10

Abbildung 10: Concept-Map Prozess
Ohne Voraussetzungen ist das Konzept von Trail and Error. Die Wiederverwendung hingegen ist keine
Vorrausetzung f
¨
ur ein anderes Konzept. Die Spezifikation und die Zerteilung sind Konzepte mit 7-8 Bezie-
hungen, wie der Algorithmus im vorherigen Diagramm. Auch kann hier unumstritten als Voraussetzung
f
¨
ur die Spezifikation nur Trail and Error identifiziert werden. Als Vorrausetzung f
¨
ur Wiederverwendung ist
hier die Spezifikation. [1] setzt als Pfad den Weg von Trial den Error
¨
uber die Spezifikation, Schachtelung,
Zerteilung und anschließend die Verbesserung. [4] hingegen f
¨
uhrt die Zerteilung als letztes ein und will
vorerst noch Spezifikation, Modellieren und Verbesserung einf
¨
uhren. [2] setzt den Pfad von Spezifikation
(rechte Seite im Diagramm)
¨
uber das Verallgemeinern zur Verbesserung und abschließend noch zur
Schachtelung bevor auch hier die Zerteilung als letztes eingef
¨
uhrt wird. Nur f
¨
ur die Studienordnung ist
die Zerteilung als ohne Voraussetzungen eingef
¨
uhrt und anschließend die Spezifikation. Argumentieren
l
¨
asst sich dies damit das zeitlich der Abschluss der zweiten Sekundarstufe mit dem Begin f
¨
ur die Hoch-
schule
¨
ubereinf
¨
allt. Die Zerteilung ist damit ein
¨
Ubergangskonzept. Das heißt das Sch
¨
uler/Studenten mit
demselben Konzept beginnen mit welchem sie zuletzt gearbeitet haben. Darauffolgend werden Konzepte
in der Hochschule wieder aufgegriffen die zuvor bereits behandelt wurden bzw. neue Konzepte eingef
¨
uhrt
wie die Wiederverwendung.
Abbildung 11: Concept-Map Datenstrukturen
Die Erarbeitung der Gruppe Datenstrukturen hat eine klare Beziehung ergeben. Einfache Datenstrukturen
dienen als Voraussetzung f
¨
ur grundlegende Datenstrukturen und dynamische Datentypen. Abstrakte und
algebraische Datentypen sind Voraussetzung f¨
ur die einfachen Datenstrukturen.
11

Einige Beziehungen sind durch die Gruppierung entfallen und werden hier kurz erg¨
anzt:
-Das Konzept
Muster
ist mit dem
modellieren
sehr stark gekoppelt. Es wurde hier auf eine Trennung
entschieden, weil sich Muster in der Hochschule mehr mit der Lehre
¨
uber feststehende Muster besch
¨
aftigt
(Architekturstile, Entwurfsmuster). Das Modellieren hingegen besch¨
aftigt sich mehr mit dem Prozess.
-
Logik
und
Wahrheitswerte
sind stark gekoppelt. Diese Kopplung wurde nicht im Diagramm sichtbar
gemacht, weil in [2] nur die Wahrheitswerte erw
¨
ahnt werden, aber Logik als eigenes Themengebiet nicht
aufgegriffen wird, wie in [5].
5 Fazit
Bei der Auswahl eines guten Startpunktes f
¨
ur ein Curriculum dienen die hier gefundenen Konzepte ohne
Voraussetzungen: Parameter, Deklaration, Verbale Formulierung der Probleml
¨
osung, Klassendiagramm,
Trial and Error und algebraische und abstrakte Datentypen.
Allgemein ist festzuhalten das es in den hier betrachteten Referenzen keine Reihenfolge gibt die
¨
ubergreifend
eingesetzt wurde. Somit entstehen zwischen Konzepten beidseitige Voraussetzungen. Daraus folgt folgende
Schlussfolgerung.
Einige Konzepte m¨
ussen zeitgleich eingef¨
uhrt werden
. Deutlich wird dies bei
den Spezifikationen, Zerteilung, Verbesserung und Schachtelung. Diese Konzepte helfen einander und
nur ein
¨
Uberblick
¨
uber Alle gibt einem Lerner das Verst
¨
andnis
¨
uber die Einzelnen. Es gibt aber auch
Reihenfolgen:
Die erste ist das eine Probleml
¨
osung zuallererst verbal, anschließend als Pseudocode (halbformal) und
schließlich formal f
¨
ur die Maschine geschrieben werden sollte. Auch unter den Diagrammen sollte das
Klassendiagramm als erstes eingef
¨
uhrt werden, danach das Flussdiagramm, anschließend das Struktogramm
und schließlich das Zustandsdiagramm.
Bevor das Konzept Artefakte eingef
¨
uhrt werden sollten verschiedenste Algorithmen und das Gesamtkonzept
Algorithmus bekannt sein. Muster folgen dann den Artefakten.
Neben dem Muster sind die Konzepte Wiederverwendung, grundlegende und dynamische Datentypen
solche die in den letzten Stunden vorkommen sollten. Sie erfordern eine hohe Kompetenz in den Gebieten
Abstraktion und/oder Erfahrung in der Programmierung.
6 Ausblick
Eine Definition der hier genannten Konzepte w
¨
are sinnvoll. Einige Konzepte bieten Mehrdeutigkeiten, die
dadurch beseitigt werden k
¨
onnten. Durch weitere Referenzen k
¨
onnten die hier gefundenen Voraussetzungen
best
¨
atigt, wiederlegt und/oder diskutiert werden. Durch eine digitale Version k
¨
onnte in Anlehnung zum
Gold Book [7] eine zusammenh
¨
angende Version der Concept-Map’s entstehen. Die digitale Version h
¨
atte
ebenfalls den Vorteil das die Definitionen zu bereits bestehenden Quellen verweisen k¨
onnten.
7 Danksagung
Ich m
¨
ochte mich hiermit bei meinem Arbeitsgeber DaVinci Labs bedanken der mir erm
¨
oglicht hat die
internen Dokumente f
¨
ur diese Arbeit zu benutzen und bei Rainier Raymond Robles einem Freund und
Studienkollegen der mir bei der Durchsicht geholfen hat.
8 Literaturverzeichnis
•[1] internes Curriculum, Davinci Labs, 2016
12

•[2] Informatik 1 vom Problem zum Programm, Helmut Balzert, 1976
•
[3] Rahmenlehrplan Jahrgangsstufen 7-10 Informatik Wahlpflichtfach, Senatsverwaltung f
¨
ur Bil-
dung, Jugend und Familie (Berlin) und Ministerium f
¨
ur Bildung ,Jugend und Sport (Branden-
burg),18.11.2015
•
[4] Rahmenlehrplan f
¨
ur die gymnasiale Oberstufe, Senatsverwaltung f
¨
ur Bildung,Jugend und Sport
Berlin, 2006
•[5] Studienordnung Mono-Bachelor Informatik, FU Berlin, 27.08.2014
•
[6] Wolfgang Hesse, Ontologie(n), gi.de, Zeile 14-16, 28.07.2005, Erreichbar unter:
https://gi.de/
informatiklexikon/ontologien/. [Stand: Juli 2018]
•
[7] IUPAC Compendium of Chemical Terminology - the Gold Book,International Union of Pure
and Applied Chemistry,2005, Erreichbar unter:
https://goldbook.iupac.org/pages/about.html.
[Stand: Juli 2018]
•[8] JGraph Ltd, draw.io, https://www.draw.io/[Stand: August 2018]
•
[9] dreampuf, GraphvizOnline,
https://dreampuf.github.io/GraphvizOnline/
[Stand: August
2018]
Abbildungsverzeichnis
1 Reihenfolge im Curriculum von DaVinci Innovation Labs (Erstellt mithilfe von [8]) . . . . 3
2 Reihenfolge in Informatik 1 - vom Problem zum Program (Erstellt mithilfe von [8]) . . . . 4
3
Kompetenzstufen f
¨
ur die Sekundarstufe 1 Quelle: Rahmenlehrplan, Teil C, Informatik
Wahlpflichtfach,2015....................................... 5
4 Reihenfolge im RLP Informatik Sek 2 (Erstellt mithilfe von [8]) . . . . . . . . . . . . . . . 6
5
Exemplarischer Studienverlaufsplan f
¨
ur das Wintersemester Quelle: Studienordnung Mono-
Bachelor Informatik, FU Berlin, 27.08.2014 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
6 Concept-Map Parameter und Funktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
7 Concept-MapVariable ...................................... 8
8 Concept-MapAlgorithmik.................................... 9
9 Concept-MapProdukt...................................... 10
10 Concept-MapProzess ...................................... 11
11 Concept-MapDatenstrukturen ................................. 11
13