Formale Sprachen und Automaten Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Inhalt Einordnung in den Lehrplan Didaktische Überlegungen Methodische Überlegungen Unterrichtsaufbau Methodische Beschreibung der Phasen Zielsetzung Diskussion

1. Einordnung in den Lehrplan Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Einordnung in den Lehrplan Mit der Entwicklung von Informatiksystemen gewinnt die Kommunikation zwischen Mensch und Maschine, sowie Maschine und Maschine immer mehr an Bedeutung. Die dabei benutzte Sprache soll im Informatikunterricht konstruiert, verarbeitet und reflektiert werden. Es ist dabei kein reiner „Theoriekurs“ anzustreben, es soll vielmehr eine Verzahnung mit praktischen Problemstellungen herausgearbeitet werden. Entwicklung eines Getränkeautomaten Reales, leicht zu verstehendes Bsp. ist In der Klasse auch ohne Computer umgesetzt werden kann. (Zustandsübergangsdiagramm) Eine Praktische Umsetzung durch. Z.B. JFLAP sollte in der folgen Stunde stattfinden.

2. Didaktische Überlegungen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Didaktische Überlegungen Automaten spielen im Alltag der Schüler eine wichtige Rolle, z.B. Fahrkartenautomat, Geldautomat, Getränkeautomat. In der Informatik z.B. als Parser Wie im Lehrplan gefordert wird den Schülern ein Weg von der Syntax und Semantik der natürlichen und künstlichen Sprachen über die Endlichen Automaten, Kellerautomaten hin zu den Turingmaschinen und damit zu den Grenzen der Berechenbarkeit gezeigt.

Didaktische Überlegungen Bei den EA kann dies durch die Verwendung von Zustandsgraphen und Übergangstabellen erfolgen. Um den Schülern die Möglichkeit zu geben das Konzept des Automaten und den Überblick zu behalten ist eine didaktische Reduktion notwendig. Die Simulierung und Überprüfung des modellierten Automaten sollte eingesetzt werden um zu prüfen ob der Automat auf entsprechende Eingaben wie erwartet reagiert und welche Ausgabe er erzeugt.

3. Methodische Überlegungen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Methodische Überlegungen Die Methoden müssen auf die Lerngruppe und Rahmenbedingungen abgestimmt sein. Gleichzeitig werden Aufgaben und Ziele des Lehrplans aufgegriffen und verfolgt. Die Schüler sollen selbstständig arbeiten und sich aktiv mit dem Thema auseinandersetzen. (Gruppenarbeitsphase) Analysen und Beschreibungen erfolgen durch die Schüler.

4. Unterrichts- aufbau Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Unterrichtsreihe Titel Zeit Lernziel Methode 1 UE 5 UE 2 UE Der Unterschied von Syntax und Semantik. 1 UE Die Schüler sollen den Unterschied zwischen Syntax und Semantik anhand natürlicher und künstlicher Sprachen erklären können. Gruppenunterricht Das Mathematisches Rüstzeug. Die Schüler sollen die mathematischen Grundkenntnisse erlernen und anwenden können, die sie für die UR brauchen. Lehrervortrag Einführung in die EAs. 5 UE Die Schüler sollen den Unterschiede verschiedene Automatenmodelle (EA, KA, TM) und deren praktischen Nutzen, sowie die Simulation in JFLAP erlernen. Fragend-entwickelndes Unterrichtsgespräch Gruppenunterricht, Partnerarbeit, Die wichtigsten Sprachklassen. 2 UE Die Schüler sollen die wichtigsten Sprachklassen beschreiben und erklären können und den Zusammenhang zwischen den entsprechenden Automaten erarbeiten. Der Ausblick auf die Chomsky-Hierarchie. Die Schüler sollen einen Ausblick auf weitere Sprachklassen erhalten, wie z.B. kontextsensitive Sprachen.

Lernziel der Stunde Die Schüler sollen an einem praktischen Beispiel den Zusammenhang zwischen einem Automaten und dem Zustandsübergangsdiagramm verstehen und erklären können.

Stundenaufbau Phase Zeit Inhalt Unterrichtsform Einstieg 5 min. Vorstellung meiner Person und des Themas. Lehrervortrag Problemstellung 10 min. Entwicklung eines Zustandsübergangsdiagramms zu einem Getränkeautomaten. Die Schüler sollen das gestellte Problem beschreiben und verstehen. Fragend-entwickelndes Unterrichtsgespräch Minimalziel Erarbeitung 20 min. Die Schüler sollen in einer 2er Gruppe die Problemstellung lösen und das Zustandsübergangsdiagramm auf Folie zeichnen. Gruppenarbeit Normalziel Präsentation 5-10 min. Eine Gruppe soll ihr Ergebnis vorstellen und erklären. Die anderen Schüler können Fragen stellen und gegebenenfalls Verbesserungsvorschläge vorbringen. Freies Unterrichtsgespräch Maximalziel

5. Methodische Beschreibung der Phasen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Einstieg 5 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Methodische Beschreibung der einzelnen Phasen Einstieg In dieser Phase findet die Vorstellung meiner Person statt und sie dient dazu einen ersten Eindruck von der Klasse und den Schülern zu erhalten. Zudem findet ein kurzer Ausblick statt, was in dieser Stunde erarbeitet werden soll.

Problemstellung 10 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Methodische Beschreibung der einzelnen Phasen Problemstellung Die Schüler sollen einen Getränkeautomaten anhand einer Powerpoint- Präsentation beschreiben und die wichtigsten Ergebnisse herausarbeiten. Auftretende Probleme können in dieser Phase im Gespräch gelöst werden. Wichtige Überlegungen können an der Tafel festgehalten werden. Dies kann auch an einem realen Getränkeautomaten in der Schule geschehen, wobei dieser für die Schüler evt. viel zu komplex ausfallen kann. Fragend-entwickelndes Unterrichtsgespräch

Beispiel Getränkeautomat Geldeinwurf 0,5 1,0 0,5 1,0 Geldrückgabe Zählerstand Tasten die gedrückt werden können Rück 1,5 0,0 0,5 Nimmt nur 0,5 und 1,0 Euro-Stücke an. Getränkepreis: 1,5 Euro Cola Ausgabe Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück Rück 0,5 0,0 1,5 Cola, Fanta, Rück drücken: Es passiert nichts Geldzähler bleibt auf 0,0 Cola Cola Fanta Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück 1,5 0,0 0,5 Geld einwerfen: - 0,5 Euro einwerfen - 1,0 Euro einwerfen - Geldzähler zählt hoch Cola Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 1,0 0,5 Rück 1,5 Zuviel Geld einwerfen: - 0,5 Euro einwerfen - 1,0 Euro einwerfen - Geld wird zurückgegeben - Geldzähler bleibt bei 1,5 Cola Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 1,0 0,5 Rück 0,0 1,5 Rück-Taste drücken: Das eingeworfene Geld wird zurückgegeben - Geldzähler auf 0,0 Cola Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 Rück 0,0 1,5 Cola-Taste drücken: - Cola wird ausgeworfen - Geldzähler auf 0,0 Cola Cola Fanta

Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 Rück 0,0 1,5 Fanta-Taste drücken: - Fanta wird ausgeworfen - Geldzähler auf 0,0 Cola Fanta Fanta

Wichtige Informationen Sichern Was muss der Automat sich merken? Wieviel Geld eingeworfen ist Was kann eingegeben werden? Geld (0,5 oder 1,0) Cola, Fanta oder Rück Was wird wann ausgegeben? Cola, Fanta oder Geld

Erarbeitungsphase 20 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Methodische Beschreibung der einzelnen Phasen Erarbeitungsphase Gruppenarbeitsphase: Die Schüler sollen das Zustandsübergangsdiagramm des eben vorgestellten Getränkeautomaten auf Folie zeichnen. Die Gruppen sollen selbständig arbeiten und das gestellte Problem lösen. Die Schüler trainieren dabei Kommunikation und Kooperation. Der Lehrer fungiert als Betreuer der Gruppen falls diese ein Problem haben und nicht weiter wissen, hält sich aber ansonsten im Hintergrund.

Präsentationsphase 5-10 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Methodische Beschreibung der einzelnen Phasen Päsentationsphase Nach der Gruppenarbeitsphase soll eine Gruppe das von ihnen entworfene Zustandsübergangsdiagramm an einem Projektor der Klasse vorstellen und erklären. In einer Diskussion mit den anderen Schülern können dann Fragen gestellt und Verbesserungen besprochen werden.

G = ([Cola, Fanta, Rück, 0,5, 1,0], [0,5, 1,0, 1,5, Cola, Fanta], [0,0, 0,5, 1,0, 1,5], 0,0, δ, λ) 1,0, - 0,5, - Rück, 0,5 Rück, 1,0 Rück, 1,5 Cola, Cola Fanta, Fanta 1,0 , 1,0 Cola, - Fanta, - 0,5, 0,5 1,0, 1,0 Rück, -

6. Zielsetzung Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

Zielesetzung Minimalziel Normalziel Maximalziel Beschreibung des Getränkeautomaten durch die Schüler und Sicherung der wichtigsten Information an der Tafel. Normalziel Lösen des gestellten Problems in der Gruppenarbeitsphase und dessen Sicherung, durch das Zeichnen eines entsprechenden Zustandsübergangsdiagramms auf Folie Maximalziel Vorstellen des Zustandsübergangsdiagramms am Projektor und Beantwortung von Fragen, sowie einer Diskussion über evt. Verbesserungen.

7. Diskussion Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler