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Einführung in die Programmierung mit SCHEME. 2 Übersicht: 1.Informatikunterricht an Schulen 2.Unterrichtssequenzentwurf: Einführung in die Programmierung.

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Präsentation zum Thema: "Einführung in die Programmierung mit SCHEME. 2 Übersicht: 1.Informatikunterricht an Schulen 2.Unterrichtssequenzentwurf: Einführung in die Programmierung."—  Präsentation transkript:

1 Einführung in die Programmierung mit SCHEME

2 2 Übersicht: 1.Informatikunterricht an Schulen 2.Unterrichtssequenzentwurf: Einführung in die Programmierung mit SCHEME 3.Verlaufsplan einer Unterrichtsstunde aus der Sequenz 4.Fazit

3 Informatikunterricht an Schulen Sekundarstufe I

4 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 4 Unterricht in der SEK I (allgemein) Ziele: Mündigkeit der Schüler Entfaltung von Individualität und Aufbau sozialer Verantwortung Kulturelle Teilhabe Ethnisches Urteilen und Handeln Verantwortliche Tätigkeit in der Berufs- und Arbeitswelt Mitbestimmung und Mitverantwortung in einer demokratisch verfassten Gesellschaft

5 Informatikangebot in der SEK I Hauptschule

6 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 6 Informatik an Hauptschulen informations- und kommunikationstechnologische Grundbildung (IKG) in den Klassen 7 – 9 Vertiefung der in der IKG vermittelten Kenntnisse im Wahlpflichtbereich der Klassen 9 und 10 (teilweise auch schon in den Klassen 7 und 8)

7 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 7

8 Informatikangebot in der SEK I Realschule

9 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 9 Informatik an Realschulen informations- und kommunikationstechnologische Grundbildung (IKG) in den Klassen 7 – 9 Informatik als Schwerpunktfach im naturwissenschaftlich- technischen Bereich des Wahlpflichtbereichs I in den Klassen 8 – 10 (mit schriftlichen Leistungsüberprüfungen) Informatik als Wahlpflichtfach im Wahlpflichtbereich II in den Klassen 9 und 10

10 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 10

11 Informatikangebot in der SEK I Gymnasium

12 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 12 Informatik an Gymnasien (Sek. I) informations- und kommunikationstechnologische Grundbildung (IKG) in den Klassen 7 – 9 Informatik als Wahlpflichtfach im Wahlpflichtbereich II in den Klassen 9 und 10 –als Fach mit 3 Wochenstunden –als Kombination mit mehreren Naturwissenschaften –schwerpunktübergreifend mit Technik –alle Wahlmöglichkeiten schließen schriftliche Leistungs- überprüfungen mit ein

13 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 13

14 Informatikangebot in der SEK I Gesamtschule

15 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 15 Informatik an Gesamtschulen informations- und kommunikationstechnologische Grundbildung (IKG) in den Klassen 7 – 9 Informatik als Wahlpflichtfach in den Wahlpflichtbereichen I und II ab Klasse 7 bzw. 9 (jeweils mit schriftlicher Leistungsüberprüfung)

16 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 16

17 Ziele des Informatikunterrichts Sekundarstufe I

18 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 18 Ziele des Informatikunterrichts SEK I IKG Umgang mit dem Computer erlernen Textverarbeitung, Bildverarbeitung, Internet den Computer als wichtiges Hilfsmittel in verschiedenen Unterrichtsfächern kennenlernen

19 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 19 Ziele des Informatikunterrichts SEK I Informatik Erweiterung der Kenntnisse aus der IKG Verstehen komplexer Systeme durch Verknüpfung unterschiedlicher Anwendungen Reflektion und Beurteilung der Auswirkung neuer Technologien im Bezug auf unsere Gesellschaft Befähigung zu einem fachgerechten Umgang mit diesen Technologien durch Analyse komplexer Zusammenhänge sowie Erarbeitung einfacher Strukturen und Methoden

20 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 20 Ziele des Informatikunterrichts SEK I Grundstrukturen und Funktionen von Werkzeugen untersuchen und anwenden einfache Programme zu überschaubaren Problemstellungen entwickeln den Werkzeugen angemessene Methoden kennenlernen und Abläufe planen, durchführen und bewerten Sensibilisierung für den verantwortungsbewußten Umgang mit Informationen, z.B. in vernetzen Systemen

21 Informatikangebote in der SEK I Fazit

22 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 22 Informatik in der SEK I - Fazit IKG wird z.Z. nur an relativ wenigen Schulen konsequent durchgeführt Gründe –wenige ausgebildete Lehrer –ältere Kollegen trauen sich die Arbeit im Informatikraum nicht zu –Anzahl der zur Verfügung stehenden Computer reicht nicht aus –Durchführung hängt sehr stark von den jeweiligen Schulen ab

23 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 23 Informatik in der SEK I - Fazit Informatik findet nur im Wahlpflichtbereich statt, und ist daher nicht für jeden Schüler verpflichtend bietet dafür ein breites Spektrum an möglichen Themen, da die Themenauswahl nicht durch Lehrpläne vorgeschrieben wird die Probleme aus dem Bereich der IKG bestehen auch hier Daher ist keine einheitliche Vorbereitung der Schüler auf einen möglichen Informatikunterricht in der SEK II gewährleistet.

24 Informatikunterricht an Schulen SEK II

25 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 25 Unterricht in der SEK II allgemein: Ziele: Vertiefung der Allgemeinbildung Wissenschaftspropädeutische Grundbildung Soziale Kompetenzen Langfristige Lernprozesse, um dauerhafte Lernkompetenzen aufzubauen Denken in übergreifenden Strukturen und Komplexen vermitteln Auf ein Hochschulstudium / den Beruf vorbereiten

26 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 26 Unterricht in der SEK II allgemein: Grundlegende Kompetenzen für ein Studium / den Beruf: Sprachliche Ausdrucksfähigkeit Fremdsprachliche Kommunikationsfähigkeit Umgang mit mathematischen Systemen, Verfahren und Modellen

27 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 27 Inhalte des Informatik-Unterrichts: Modellieren & Konstruieren (Paradigmen-abhängig) Analysieren & Bewerten

28 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 28 Paradigma:Möglichkeiten / Chancen / Grenzen: Klassisches Ein/Ausgabe-Prinzip Basis: von-Neumann-Maschine Große an Anwendungen / Beispielen Imperativ Objektorientiert Wissensbasiert Funktional Animationen, graphische Benutzeroberfläche Client- / Server- Architektur Betriebssysteme Datenbank-Systeme Intelligenzbegriff, künstliche Intelligenz Beispiel: Rasterfahndung Flexibilität durch Listenverarbeitung -> KI-Einsatz Beispiele: Textverarbeitung, Dialogsysteme, Kryptologie, mathematischer Einsatz

29 Lehrinhalte 11 / 12 / 13

30 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 30 11/I – 11/II Grundsätzliche Orientierung Vermittlung von informatischen Arbeitstechnicken Algorithmische Grundschulung Basiskenntnisse anhand eines ausgewählten Paradigmas Lösung von Grundaufgaben Schema: Analysieren / Modellieren / Konstruieren / Bewerten

31 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 31 12/I – 13/I 1.Vertiefung: Konzept und Spracherweiterung Schaffung neuer Sprachmittel 2.Neue Themenfelder: Maschinennahe Konzepte Auszüge der theoretischen Informatik Netzstrukturen

32 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 32 13/II 1.Vorbereitung auf die Abiturprüfung: Themenfelder verknüpfen Reflexion informatischen Arbeitens Ausgearbeiteter Vortrag (Facharbeit) oder mündlicher Vortrag

33 Entwurf einer Unterrichtsreihe: Einführung in die Programmierung mit SCHEME

34 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 34 Voraussetzungen und Ziele Voraussetzungen: Jahrgangsstufe 11 / I Kein Scheme-Vorwissen Grundlegende Computerkenntnisse (Dateien, Ordner, evtl. Editor) Ca. 2 Schüler pro Computer Zeitrahmen: ca. 12 Wochen, 2 Wochenstd.

35 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 35 Voraussetzungen und Ziele Ziele: Schüler sollen einfache Probleme in einer Programmiersprache abbilden können (Abstraktion von Daten und Algorithmen) Lernen informatikspezifischer Methoden an Beispielen (Vertiefung und Analyse erst in 12 / 13)

36 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 36 Übersicht Einführung am Prompt Einfache Funktionen schreiben Erlernen von Kontrollstrukturen Rekursion Listen

37 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 37 Einführung in Scheme Inhalt der Einheit (1 -2 Doppelstunden) Grundrechenarten an der Kommandozeile Variablen und Zuweisung Laden von Funktionen Ziele der Einheit Erster Einblick in die Programmierung mit Scheme Konzept der Verschachtelung von Ausdrücken verstehen => Funktionen

38 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 38 Einfache Funktionen Inhalt der Einheit (2 Doppelstunden) Funktionsdefinition einführen Erste Funktionen schreiben lassen Ziele der Einheit Das Funktionsprinzip kennenlernen Schaffung einer Umgebung von Funktionen, Verschachtelung von Funktionen

39 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 39 Kontrollstrukturen Inhalt der Einheit (2-3 Doppelstunden) Pseudocode Schleifen If-Then Konstrukt Ziele der Einheit Abstrahieren von Problemen: Problem – Pseudocode - Code

40 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 40 Rekursion Inhalt der Einheit (2-3 Doppelstunden) einfache rekursive Beispiele (Multiplikation durch Addition ausdrücken) Rekursionen anhand eines Beispiels (ggT) durchführen Ziele der Einheit Das Prinzip der Rekursion als Abstraktion kennenlernen

41 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 41 Listen Inhalt der Einheit (2-3 Doppelstunden) Einführung in den universellen Datentyp Liste Anwendung von (linearer) Rekursion Ziel der Einheit Beispiele für die Verwendung von Listen Verständnis für das rekursive Zugriffsprinzip

42 Verlaufsplan einer Unterrichtsstunde aus der Sequenz Rekursion

43 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 43 Hintergrund / Zusammenhang In der vorangegangenen Stunde wurde das Prinzip der Rekursion erarbeitet, und an einfachen Beispielen implementiert, z.B.: Multiplikation auf Addition zurückführen Fibonacci-Zahlen n!

44 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 44 Simulation der Stunde

45 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 45 Der Fußboden eines rechteckigen Zimmers ist 3,24 Meter breit und 4,68 Meter lang. Das Zimmer soll mit möglichst großen, quadratischen Teppichfliesen ausgelegt werden.

46 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 46 Simulation der Stunde

47 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 47 Verlaufsskizze Thema: Umsetzung des ggT-Algorithmus Stundenziel: Die Schüler sollen das, in der letzten Unterrichtsstunde erarbeitete, Prinzip der Rekursion erkennen und an einer fremden Problemstellung anwenden können.

48 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 48 Phase (Inhaltlicher / Methodischer) Schwerpunkt FormMedien Einstieg Problemer- schließende Fragestellung Nennung eines ggT Beispiels. Wie kann der ggT berechnet werden ? UGTafel Erarbeitung IHypothesen der SchülerUGTafel Erarbeitung II Sicherung Explizite Berechnung des ggT sowie Formulierung des mathematischen Algorithmus Zusammentragen der Ergebnisse EA UG Heft Tafel Erarbeitung III Sicherung Umformulierung des mathematischen Algorithmus in rekursiven Pseudocode Zusammentragen des Pseudo-Codes EA UG Heft Tafel

49 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 49 Phase (Inhaltlicher / Methodischer) Schwerpunkt FormMedien Didaktische Reserve / HA Implementierung des Pseudo-Codes in Scheme Eingabe des Codes EA / PA Heft Computer

50 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 50 Tafelbild ggT: ggT: ggT: ggT: a b Pseudo- Code SCHEME CODE

51 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 51 ggT : 1799, = 128 * = 2 * 7 + 0

52 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 52 ggT : , = 255 * = 128 * = 2 * 7 + 0

53 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 53 ggT : , = 2 * = 255 * = 128 * = 2 * 7 + 0

54 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 54

55 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 55 Pseudo Code ggT (a, b) = wenn (b = 0) dann Ergebnis = a sonst Ergebnis = ggT (b, (a mod b))

56 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 56 SCHEME Code (define (ggt m n) (if (= n 0) m (ggt n (mod m n)) )

57 Fazit

58 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 58 Forschungsschwerpunkte Fachbereich 15 - Mathematik und Informatik Institut für Informatik Prof. Dr. Achim Clausing Algorithmen und Datenstrukturen im Informatikunterricht Im Informatikunterricht der Gymnasien werden einfache eindimensionale Such- und Sortierverfahren schon seit Einführung des Fachs behandelt. Während bisher die klassische prozedurale Darstellung vorherrschte, ist in den letzten Jahren mit der stärkeren Verbreitung objektorientierter Programmiersprachen eine neue Sicht auf das Gebiet aufgekommen. Gemeinsam mit einigen Lehrern und Lehrerinnen an hiesigen Gymnasien wurde versucht, eine schulgeeignete Einführung in Algorithmen und Datenstrukturen unter Verwendung der Programmiersprache Java zu entwickeln. Die Ergebnisse sind nicht durchgehend ermutigend, obwohl Java einen Motivationsschub bei Lehrenden wie Lernenden ausgelöst hat. Die Komplexität der Sprache führt dazu, daß das Augenmerk in der Regel zu stark auf die Programmierung und zu wenig auf den eigentlichen Gegenstand gerichtet ist. Zur Zeit wird von uns deshalb eine objektorientierte Variante der Sprache Scheme entwickelt, die ähnlich wie Scheme einfach und doch mächtig, aber zusätzlich konsequent objektorientiert ist. Möglicherweise ist ein solcher Einstieg in die Programmierung schulgeeigneter als ein auf Java basierender Kurs. Beteiligter Wissenschaftler: Prof. Dr. A. Clausing

59 Einführung in die Programmierung mit SCHEME 59 Quellenangaben Scheme Forschungsbericht: Ministerium für Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung des Landes NRW: Lehrpläne NRW Informatik SEK II bzw. SEK I ISBN und ISBN


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