Veröffentlichungen

Jonathan Ufer (2008) Architekturmuster und das Verstehen von Informatiksystemen.
Eine Analyse und Unterrichtsbeispiele für die Sekundarstufe II. Vdm Verlag Dr. Müller
179 Seiten
ISBN: 978-3639002218

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Über das Buch

Architekturmuster wie zum Beispiel Model-View-Controller sind verallgemeinerte, elegante Lösungen für häufig auftretende Probleme beim Entwurf von Software. Sie beinhalten viele fundamentale Ideen der Informatik. Dieses Buch zeigt, wie Architekturmuster im Informatikunterricht der Sekundarstufe II thematisiert werden können, um Schülern das Verstehen von Informatiksystemen zu erleichtern.
Nach einer gründlichen didaktischen Analyse der acht objektorientierten Architekturmuster anhand von fünf Kriterien werden fünf Muster ausgewählt, zu denen detaillierte Unterrichtsbeispiele beschrieben werden. Die Schüler untersuchen das nach außen sichtbare Verhalten, die innere Struktur und Implementierungsdetails von Lernprogrammen, die hier heruntergeladen werden können. Unter Angabe der notwendigen Vorkenntnisse, der Lernziele und möglicher Lernschwierigkeiten stellt der Autor Arbeitsblätter mit UML-Diagrammen sowie Programmieraufgaben in Java und Prolog mitsamt Musterlösungen vor.
Dieses Buch bietet vielfältige Anregungen für die eigene Unterrichtsgestaltung. Es richtet sich an Informatiklehrer, Lehramtsstudierende der Informatik und Informatikdidaktiker.


Inhaltsverzeichnis

Vorwort
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Grundlagen
2.1 Fundamentale Ideen der Informatik
2.2 Informatiksystemverständnis
2.3 Softwaremuster und Informatiksystemverständnis
3 Kriterien zur Analyse der einzelnen Architekturmuster
4 Analyse der Architekturmuster
4.1 Analyse des Schichten-Architekturmusters
4.2 Analyse des Kanäle-und-Filter-Architekturmusters
4.3 Analyse des Tafel-Architekturmusters
4.4 Analyse des Vermittler-Architekturmusters
4.5 Analyse des Model-View-Controller-Architekturmusters
4.6 Analyse des Präsentation-Abstraktion-Steuerung-Architekturmusters
4.7 Analyse des Mikrokern-Architekturmusters
4.8 Analyse des Reflexion-Architekturmusters
4.9 Zwischenfazit
5 Unterrichtsbeispiele im Rahmen des Unterrichtsmodells für das Verstehen von Informatiksystemen
5.1 Vorbemerkungen
5.2 Unterrichtsbeispiel zum MVC-Architekturmuster
5.3 Unterrichtsbeispiel zum Tafel-Architekturmuster
5.4 Unterrichtsbeispiel zum Schichten-Architekturmuster
5.5 Unterrichtsbeispiel zum Kanäle-und-Filter-Architekturmuster
5.6 Unterrichtsbeispiel zum Vermittler-Architekturmuster
6 Zusammenfassung und Fazit
Literaturverzeichnis
Anhang
A Fundamentale Ideen der Informatik nach Schwill
B Unterrichtsmaterialien zum MVC-Architekturmuster
C Unterrichtsmaterialien zum Tafel-Architekturmuster
D Unterrichtsmaterialien zum Schichten-Architekturmuster
E Unterrichtsmaterialien zum Kanäle-und-Filter-Architekturmuster
F Unterrichtsmaterialien zum Vermittler-Architekturmuster
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis


Einleitung

Das Verstehen von Informatiksystemen ist ein zentrales Bildungsziel des Informatikunterrichts. Schüler sollen erkennen, aus welchen Komponenten ein Informatiksystem besteht und wie diese miteinander in Beziehung stehen.
In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit die acht objektorientierten Architekturmuster nach [Buschmann et al., 1996] im Informatikunterricht der Sekundarstufe II eingesetzt werden können, um einen Beitrag zum Informatiksystemverständnis zu leisten. Die zentrale Arbeitshypothese lautet, dass Architekturmuster als Form der Wissensrepräsentation hierzu geeignet sind, weil sie miteinander vernetzte fundamentale Ideen der Informatik beinhalten, Zusammenhänge zwischen den Systemkomponenten beschreiben und elegante Lösungen für häufig auftretende Probleme in der Software-Entwicklung darstellen.
In Kapitel 2 werden die informatikdidaktischen Grundlagen dieser Arbeit vorgestellt. Kapitel 2.1 erläutert das Konzept der fundamentalen Ideen der Informatik nach [Schwill, 1993]. In Kapitel 2.2 werden zunächst verschiedene Definitionen des Begriffs „Informatiksystem“ erläutert. Danach werden der Wert, aber auch die Probleme einer vernetzen Denkweise im Schulfach Informatik diskutiert. Abschließend wird der fachdidaktische Ansatz nach Stechert beschrieben, dem zufolge eine systematische Untersuchung eines Informatiksystems hinsichtlich seines nach außen sichtbaren Verhaltens, seiner inneren Struktur und der Implementierungsdetails zum Informatiksystemverständnis und zum Erwerb entsprechender fachlicher Kompetenzen beitragen kann. Kapitel 2.3 stellt das Konzept der Softwaremuster nach [Gamma et al., 1995] und [Buschmann et al., 1996] vor und diskutiert die Möglichkeiten, aber auch die Probleme, die sich durch eine Thematisierung von Softwaremustern in der Schule ergeben können.
In Kapitel 3 werden fünf Kriterien erläutert, die aus den vorangegangenen Überlegungen abgeleitet wurden und bei der Analyse der acht Architekturmuster in Kapitel 4 ausführlich überprüft und diskutiert werden. Zunächst werden die dem Architekturmuster inhärenten fundamentalen Ideen diskutiert und deren wichtigste Verknüpfungen werden mithilfe von Wirkungsdiagrammen dargestellt. Anschließend werden die Zusammenhänge zwischen dem Architekturmuster und anderen Softwaremustern besprochen, insbesondere den in dem Muster erkennbaren Entwurfsmustern. Schließlich werden nacheinander die didaktische Komplexität sowie das Anwendungsgebiet des Architekturmusters untersucht und es wird ein lebensweltliches, das heißt „software-freies“ Beispiel für dieses Muster erarbeitet und beschrieben. Kapitel 4 schließt mit einem Zwischenfazit, in dem die Ergebnisse der Analyse der acht Architekturmuster zusammengefasst und ausgewertet werden.
Auf Grundlage dieser Untersuchungsergebnisse wurden die fünf Architekturmuster Model-View-Controller, Tafel, Schichten, Kanäle-und-Filter sowie Vermittler ausgewählt. Zu diesen Mustern wird im 5. Kapitel eine mögliche Unterrichtsreihe für die Sekundarstufe II skizziert. Hierfür wurden unter Verwendung der jeweiligen Architekturmuster einfache Informatiksysteme entwickelt, die mithilfe von Arbeitsblättern hinsichtlich ihres nach außen sichtbaren Verhaltens, ihrer inneren Struktur und ihrer Implementierungsdetails von den Schülern untersucht werden sollen.
Im 6. Kapitel werden die Ergebnisse dieser Arbeit zusammengefasst und die sich daraus ergebenden Fragen und Forschungsaufgaben werden angesprochen.