Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Fachdidaktische Aspekte der theoretischen Informatik 12. GI-Fachtagung Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis Lehrerfortbildungsveranstaltung.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "Fachdidaktische Aspekte der theoretischen Informatik 12. GI-Fachtagung Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis Lehrerfortbildungsveranstaltung."—  Präsentation transkript:

1 Fachdidaktische Aspekte der theoretischen Informatik 12. GI-Fachtagung Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis Lehrerfortbildungsveranstaltung am FB Informatik Christian Wagenknecht, Michael Hielscher Görlitz, am

2 Was haben wir heute vor? Informatiklehrpläne in D und Beispiel: Hessen Sächs. LP Ziele und Inhalte Probleme fachdidaktische Antworten und ein Feld für Erprobungen AtoCC – ohne AtoCC hat man keine Chance! Abschluss 2

3 Lehrplan Ziele und Inhalte 3 Nr. Bundesland Lehrplaninhalt (Lernbereich)Pflichtbestandteil 1 Baden-Württemberg Bereich der theoretischen Informatik (Automaten, Berechenbarkeit) nein 2 Bayern 3. Formale Sprachen (noch Entwurf) 3 Berlin 4.4 Sprachen und Automaten ja (auch GK) 4 Brandenburg Bereich D 2: Automaten und formale Sprachen nein 5 Bremen Grundlagen der Theoretischen Informatik (Automaten, formale Sprachen) nein 6 Hamburg 7 Hessen Formale Sprachen und Grammatiken Automaten, Fakultativ: Übersetzerbau ja (auch GK) 8 Mecklenburg-Vorpommern 4. Sprachen und Automaten ja (auch GK) 9 Niedersachsen Eigenschaften endlicher Automaten Aspekte formaler Sprachen nein 10 Nordrhein-Westfalen Endliche Automaten und formale Sprachen nein 11 Rheinland-Pfalz Formale Sprachen und Automaten zur Sprachbeschreibung und Spracherkennung ja (nur LK) 12 Saarland Automaten und formale Sprachen Fakultativ: Übersetzerbau ja (auch GK) 13 Sachsen 8 A: Formale Sprachen, Kellerautomat, Akzeptor nein 14 Sachsen-Anhalt 15 Schleswig-Holstein Automaten als mögliches Themengebiet nein 16 Thüringen Themenbereich 7.3: Einblick in formale Sprachen nein In den meisten Bundesländern sind ausgewählte Inhalte der TI Lehrplaninhalt der Sek. II:

4 Lehrplanauszug Hessen Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Formale Sprachen und Grammatiken reguläre und kontextfreie Grammatiken und Sprachen Anwendung mit Syntaxdiagrammen Chomsky-Hierarchie (LK) kontextsensitive Sprachen (LK) Endliche Automaten Zustand, Zustandsübergang, Zustandsdiagramm Zeichen, Akzeptor Simulation realer Automaten (z. B. Getränkeautomat) Anwendung endlicher Automaten (z. B. Scanner) deterministische und nicht-deterministische Automaten (LK) reguläre Ausdrücke (LK) Mensch-Maschine-Kommunikation (LK) Kellerautomaten (LK, GK fakultativ) Automat mit Kellerspeicher kontextfreie Grammatiken Klammerausdrücke, Rekursion Turing- oder Registermaschine (LK, GK fakultativ) Turing- oder registerberechenbar Churchsche These Computer als universelle symbolverarbeitende Maschine Verhältnis Mensch-Maschine Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Übersetzerbau Scanner, Parser, Interpreter und Compiler z. B. Steuersprache für Roboter, LOGO, Plotter oder miniPASCAL 4

5 Gefühlssituation der Lehrenden "TI wollte ich nie machen." "TI hat mich nie richtig interessiert." "TI war mir immer zu theoretisch und abstrakt." "Die TI-Dozenten waren suspekt – TI im postgradualen Studium erinnere ich mit Grausen." "Die TI-Inhalten helfen mir nicht, wenn das Schulnetzwerk mal wieder zusammenbricht."... 5

6 Lernbereich 8 A (Sächs. Lehrplan) 6 GK Informatik f. Jahrgangsstufen 11 und 12, wird ab Schuljahr 2008/09 wirksam endlicher Automat

7 Ausgangssituation für TI in der Schule Manche Lehrende mögen es nicht. Manche Lehrende können es nicht richtig. SchülerInnen/Studierende fragen gelegentlich: "Wann geht es denn nun endlich richtig los mit der Informatik? Ach so, das ist es schon." Lehrplaninhalt: Zeit-Inhalt-Relation bedenklich; lässt Kompetenzdefizite der Autoren vermuten "Ergebnis": Wenn möglich, TI weglassen. FALSCH!! Informatik wird nicht als Wissenschaft repräsentiert. (Kontrast zu Math., Nat.-wiss.) Konkret: Studienabbrecher!!! 7

8 TI an Hochschulen – NICHTS für Schulen 8 Typischerweise: Begrifflich orientiert, deduktiv Zeichen, Alphabet, Wort, Verkettung, Wortmenge Sprache, formale Grammatik, Ableitung reguläre Sprachen: Chomsky-Typ-3-Grammatik, reguläre Ausdrücke, DEA, NEA, L(DEA)=L(NEA), Minimalautomat, diverse Sätze (Nerode/Myhill, Pumping Lemma,...),... kontextfreie Sprachen: Typ-2-Gr., DKA, NKA, L(DKA) >> NKA (1 Zustand), diverse Sätze,... ksS / unbeschr. Sprachen: Typ-1- und Typ-0-Grammatiken, Turing-Maschine (beschränkt/unbeschränkt) * Theorie der formalen Sprachen * Automatentheorie * Berechenbarkeitstheorie * Komplexitätstheorie

9 Schwächen dieses Vorgehens 9 1.Geringe Motivation 2.kfS (im Verbund mit rS) sind die für den Compilerbau wichtigste Sprachklasse – wird nicht gezeigt (evtl. in einem Extrakurs Compilerbau) Besser: Grundkonzepte des Compilerbaus konzeptionell thematisieren. Motivation aus der Praxis! Dies ist ohne Software-Hilfsmittel nicht möglich.

10 Unterrichtsplanung (14 Ustd.) 10

11 Didaktische Software in Schulen: diverse Simulationstools oder Lernumgebungen, wie Kara; meist von enthusiastischen LehrerInnen in Hochschulen: Systeme für die Lehre, wie JFLAP LEX und YACC für die Hand des Ingenieurs 11 Simulationstool – Bildungsserver Hessen

12 Defizite existierender Systeme Systeme bzw. separate Module thematisieren Einzelaspekte nicht definitionskonform und/oder nicht an Lernprozessen orientiert, sondern die Prozess- Simulation dominiert Suggerieren abstrakten Automat als physikalisches Objekt Systeme können nur simple Beispiele bearbeiten – zu große Distanz zur Praxis 12

13 Lern- und Arbeitsumgebung für TI: Anforderungen ganzheitlicher Ansatz: Praxis Theorie Praxis, s. Lehrplanforderung einheitliche Bedienung der Module (für Automatentheorie und Sprachübersetzer) Handlungsorientierung auf hohen Abstraktionsniveaus (wenig technischer Ballast auch für anspruchsvolle Aufgabenstellungen) 13

14 Lern- und Arbeitsumgebung für TI: Anforderungen Selbstverantwortetes Lernen und Lerntyp- Bezug durch Angebot alternativer Arbeits- und Beschreibungsformen Binnendifferenzierung durch erweiterbare Aufgabenstellungen Beiträge des Lernenden durch Formulierung von Aufgabenstellungen/Musterlösungen Dokumentation der Arbeitsergebnisse mit hohe Darstellungsqualität 14

15 AtoCC - Vom abstrakten Automaten zur automatisierten Entwicklung von Sprachübersetzern Typische Kopplung von Automatentheorie mit Aspekten des Compilerbaus (s. Lehrpläne) Wichtige didaktische Entscheidung: Zielsprache sollte nicht Maschinencode sein!! ein enger Bezug der Herstellung eines Sprachübersetzers zu den theoretischen Grundlagen erfordert hohe Abstraktion Modellierung des Übersetzungsprozesses mit "ausführbaren" T-Diagrammen 15

16 Unterrichtsplanung: 1. Woche 16

17 ZR – eine Sprache für einen Zeichenroboter 17 Praxisnahe (echte!) Aufgabe mit grafischer Ausgabe: Entwickeln Sie einen Compiler, der die Sprache ZR (ZeichenRoboter) in PDF übersetzt. Eingabewort (in ZR): WH 36 [WH 4 [VW 100 RE 90] RE 10] Ausgabewort (in PS): %!PS-Adobe-2.0 /orient 0 def /xpos 0 def /ypos 0 def setrgbcolor /goto { /ypos exch def /xpos exch def xpos ypos moveto} def /turn { /orient exch orient add def} def /draw { /len exch def newpath xpos ypos moveto /xpos xpos orient sin len mul add def /ypos ypos orient cos len mul add def xpos ypos lineto stroke } def goto 100 draw 90 turn 100 … turn 10 turn


Herunterladen ppt "Fachdidaktische Aspekte der theoretischen Informatik 12. GI-Fachtagung Informatik und Schule Didaktik der Informatik in Theorie und Praxis Lehrerfortbildungsveranstaltung."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen