Objektorientierte Modellierung Didaktik der Informatik Sommersemester 2009 Referent: Martin Wendel Objektorientierte Modellierung

Objektorientierte Modellierung Grundlagen der Objektorientierung Einführung in UML Lehrplan Unterrichtsreihe Stundenentwurf

Grundlagen der Oo. OO entstand in 1960ern Simula-67 Smalltalk Alan Kay Komplexität reduzieren Objekte der realen Welt abbilden Quelle: http://en.wikipedia.org/wiki/Alan_Kay

Grundlagen der Oo. Daten aus Problembereich gruppieren Eigenschaften Attribute Operatoren Methoden Akteure sind Instanz einer Klasse

Grundlagen der Oo. Klasse legt Attribute und Methoden fest Bauplan für Instanzen beliebig viele Instanzen Jede Instanz einer Klasse besitzt eigene Werte für Attribute eine eindeutige Identität. Quelle: http://informatik.unibas.ch/lehre/ws06/cs203/se5.pdf

Grundlagen der Oo. Instanz / Objekt Verhalten durch Methoden bestimmt Zustand durch Attribute beschrieben eigenständige Programmeinheit interagieren mit anderen Objekten Kein unkontrollierter Zugriff von Außen Datenkapsellung

Grundlagen der Oo. Datenkapsellung Die Implementierung des Objekts für die Außenwelt nicht sichtbar. beschränkt die Sichtbarkeit von Attributen und Methoden Schnittstellen regeln wie andere Objekte auf Objekt zugreifen können Interner Zustand kann nicht unerwartet geändert werden Quelle: http://informatik.unibas.ch/lehre/ws06/cs203/se5.pdf

Grundlagen der Oo. Vererbung Polymorphismus redundanzfreies Programmieren Klassen übernehmen Eigenschaften und Verhalten von Ihrer „Superklasse“ Vererbte Attribute und Methoden können redefiniert werden. Polymorphismus Quelle: http://www.der-wirtschaftsingenieur.de/bilder/it/klassendiagramm1.PNG

Grundlagen der Oo. Polymorphismus Späte Bindung gleichnamige Methoden verhalten sich unterschiedlich in unterschiedlichen Klassen Interfaces stellen sicher, dass die Aufrufe der Methoden immer gleich sind Späte Bindung Zuordnung einer konkreten Methode erst zur Laufzeit des Programms Klassenzugehörigkeit des Objekts bestimmt welche Methode verwendet wird

Grundlagen der Oo. Macht`s einfach einfacher Nutzen der Objektorientierung Verringerung der Komplexität Aufbau der Realität abbilden Änderungen in objektorientierten Systemen meist auf Klassenebene Geringerer Änderungsaufwand Polymorphismus und Vererbung ermöglichen Wiederverwendung von Komponenten. Macht`s einfach einfacher

Einführung in UML Unified Modeling Language Hilfsmittel zur Modellierung Dokumentation Spezifizierung Visualisierung komplexer Softwaresysteme

Einführung in UML Funktionen der UML Abstraktion / Vereinfachung Kernpunkte des Systems darstellen Verhindert  sich beim Entwurf eines Systems in Details zu verlieren! Die meisten Systeme werden in Teamarbeit erstellt → Kommunikation ist notwendig

Einführung in UML Nicht nur Programmierer sind in den Entwicklungsprozess involviert  gemeinsame, verständliche Sprache notwendig natürliche Sprache mehrdeutig und unpräzise Programmiersprachen nicht für alle verständlich Graphische  UML füllt diese Lücke  Vielfältige Beschreibungsmöglichkeiten

Einführung in UML Quelle: http://www.sts.tu-harburg.de/teaching/ss-07/se-ss-07/05-Spezifikation-UML-Teil-1a.pdf

Einführung in UML Klassendiagramme Stellen statische Struktur eines Systems dar  Zeigt Klassen mit Attributen und Operatoren Klassen, Attribute und Operationen haben Namen Sichtbarkeit bei Attributen & Operationen   +  public ­  private #  protected Quelle: http://informatik.unibas.ch/lehre/ws06/cs203/se5.pdf

Einführung in UML Beziehungen zwischen Klassen Assoziation: Vererbung Implementierung Quelle: http://informatik.unibas.ch/lehre/ws06/cs203/se5.pdf

Einführung in UML Komposition Aggregation Elemente leben & sterben gemeinsam Aggregation part of Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Komposition_Aggregation.png

Einführung in UML Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikiversity/de/b/b9/Klassendiagramme.pdf

Einführung in UML Objektdiagramme Anordnung von Objekten zur Laufzeit Art Schnappschuss des Systems   Objekte haben  Namen und  Typ  Optional Werte für Attribute  angeben Ähnliche Notation bei Klassen- und Objektdiagrammen Quelle: http://info12.t-butsch.net/images/4/43/Objektdiagramm.jpg

Lehrplan Zu vermittelnde Kompetenzen: Grundideen und Grundkonzepte kennen Objektorientierte Modelle zu einfachen Problembereichen entwickeln und implementieren

Lehrplan Inhalte Grundideen und Grundkonzepte Basiskonzepte der Objektorientierung: Klasse, Objekt, Nachricht, Beziehung Prinzipien der Objektorientierung: Abstraktion, Kapselung, Vererbung, Polymorphismus Inhalte entwickeln und implementieren Entwicklung Objektorientierter Modelle Darstellung Objektorientierter Modelle Implementierung Objektorientierter Modelle

Lehrplan Additum Leistungskurs: Verschiedene Beziehungsarten Vererbung gleicher Wortlaut Objektorientierte Modelle zu komplexen Problembereichen entwickeln und implementieren Vererbung gehört zu den Grundprinzipien der Oo. Daher unbedingt auch im GK zu vermitteln

Unterrichtsreihe Kognitive Ziele: Schüler in die Lage versetzen: Einen einfachen Sachverhalt aus objektorientierter Sicht zu begreifen Klassendiagramme zu erstellen Klassen mit deren Beziehungen zu erkennen Klassen als Bauplan für Objekte zu begreifen Einfache Sachverhalte objektorientiert zu modellieren und zu implementieren

Unterrichtsreihe Psychomotorische Ziele Fähigkeit der Schüler Wissen anzuwenden und Anderen zu erklären vertiefen. Sich eigenständig in Gruppen mit der mit der Erfassung und Lösung eines informatischen Problemgegenstandes auseinandersetzen

Unterrichtsreihe Aufbau der Unterrichtsreihe mehrere kleine Projekte Motivation der Schüler hoch halten Binnendifferenzierung Modellieren zunächst gemeinsam Schrittweise mehr auf Schüler übertragen Modellierungskompetenz sicherstellen Abschlussprojekt : gemeinsames eigenständig in Gruppen erarbeitetes Softwareprojekt

Stundenentwurf Eine Gruppe von Hundebesitzern möchte ihren jeweiligen (Quelle: http://www.hsf-degerloch.de/img_inh/ths_vm_05_2.jpg Eine Gruppe von Hundebesitzern möchte ihren jeweiligen Hund dressieren. Dazu gehen Sie mit Ihrem Hund auf einen Dressurplatz. Dort geben sie Ihrem Hund verschiedene Kommandos und der Hund reagiert darauf- oder auch nicht. Je nach Reaktion des Hundes verhält sich der Hundebesitzer unterschiedlich. Er lobt seinen Hund oder sagt, dass man das noch üben muss.

Stundenentwurf Zeit Funktion Sozialform Medien 5 Begrüßung, Aufmerksamkeit bündeln FU OH / Beamer 15 Lehrer entwirft zusammen mit Schülern ein Diagramm zur Aufgabenstellung. Identifikation der Klassen Identifikation der Attribute Identifikation der Methoden GU Tafel Schüler erhalten BlueJ-Projekt. PC

Stundenentwurf Quelle: eigener Entwurf

Stundenentwurf

Stundenentwurf Zeit Funktion Sozialform Medien 20 Methoden dressiereHund() sageKommando() HoereKommandoUndReagiere() implementieren. PA PC 5 Pause Kontrolle der Methoden, Fehlersuche 2 Mensch und 2 Hundobjekte erzeugen Dressur durchführen

Stundenentwurf

Stundenentwurf

Stundenentwurf Zeit Funktion Sozialform Medien 5 Objektdiagramm erstellen GU Tafel Notausstieg 1 10 Main Methode implementieren 3 Menschobjekte & 3 Hundobjekte erzeugt und eine Dressur durchführt. PA PC Notausstieg 2 15 Das Projekt selbstständig erweitern. Dabei Klassendiagramm und Objektdiagramm nutzen GA HA: Welche Vorteile könnte Objektorientiertes vorgehen haben?

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Diskussion Sollte von Beginn an Objektorientiertes Programmieren und Modellieren vermittelt werden?

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