Informatik in der 12 mit Java

Hier wird eine Unterrichtssequenz für die Jahrgangsstufe 12 (Schuljahre 2001/2002 und 2002/2003, Grundkurs) mit der Programmiersprache Java je nach Unterrichtsfortschritt dokumentiert. Teilweise dokumentiert sind die diversen Wiederholungen für die Schüler, die neu in meinen Kurs gekommen sind. dies betrifft insbesondere das Thema "Rekursion".

Klassen und Objekte werden behutsam eingeführt. Bei Arrays tauchen zum ersten Mal die Begriffe Klasse und Objekt auf. Diverse Schwierigkeiten beim Verständnis von Zuweisungen werden genutzt, um das Zeigerkonzept einzuführen: Eine Arrayvariable a ist ein Pointer auf ein Array-Objekt. Das Gleiche gilt dann für Strings. Zur Untersuchung des Zeitverhaltens von Sortieralgorithmen wird zum ersten Mal eine separate Klasse erstellt. Zwischenzeitlich sind Sequenzen zu rechnerinternen Vorgängen und zum Thema 'Datenbanken' vorhanden. Die Datenbanktabellen führen dann zur Behandlung von einfachen Klassen und Objekten. Später werden dann beim Thema 'Dynamische Datenstrukturen' auch Klassen mit Daten und Methoden behandelt. Ganz allmählich gewinnt der Begriff 'Objektorientierung' eine Bedeutung.

Als wichtigste Quelle nutze ich das meiner Meinung nach hervorragende Buch
"Sprechen Sie Java - Eine Einführung in das systematische Programmieren" von Hanspeter Mössenböck.
Die dort angegebenen einfachen Ein- und Ausgabe-Klassen In.html (In.java) und Out.html (Out.java) werden bei den meisten Programmen auch hier benutzt.

(zum vorangegangenen Unterricht in der 11 (2000/2001 und 2001/2002) siehe JavaKara und Java mit Turtle)

Installation der Programme auf der Informatik-CD zu Hause

Alle Arbeitsblätter sind mit TeX erstellt, mit DVIPS ins PostScript-Format und mit GhostScript ins PDF-Format konvertiert worden. Die LaTeX-Quelltexte (Zip-Datei) sind verfügbar. Sollte etwas fehlen, so schicken Sie mir eine EMail.

Die Datenstruktur Array
Einführung mit graphischer Anwendung (mit Turtle)
(Wird später mit einer Klasse 'Punkt' gelöst werden.)
Standardoperationen auf Arrays
Einlesen, Ausgeben, Element suchen, Maximum und Minimum suchen.
Stoppuhr zum Testen der Algorithmen
Erstes Beispiel einer sehr einfachen selbsterstellten Klasse
- Stoppuhr.java
Einfache Sortieralgorithmen für Arrays
Minsort, Bubblesort und Bubblesort mit Merker
Binäre Suche in einem Array
- Lösungen
- BinSuche.java mit while-Schleife
- BinSucheRek.java rekursiv (Vorher: Wiederholung der Rekursion)
Arrays sind Objekte: Was ist ein Zeiger?
- ArrayBsp2.java zur Demonstration
Zeichen und Zeichensätze (Unicode)
- Unicodetabelle2.java zur Ausgabe einer Zeichentabelle auf der Konsole
- Windows Codepage 1252 Microsoft-Doku
Zeichen in Dateien (TXT-Dateien)
- DateiAnzeigen.java als Beispiel für die Arbeit mit TXT-Dateien
- Aufgabe für Montag, den 20.12.2004
Strings
String als Objekt, Stringvariable, Stringoperationen, Stringaufbau, StringBuffer, Konversionen
- Permutationsalgorithmus für Strings (Rekursion) Permutation.java
Mehrdimensionale Arrays und Backtracking
mit dem "Haus des Nikolaus" als einführendem Beispiel.
- Nikolaus.java
- Haus des Nikolaus als Kunstwerk: Kuhmist und Acryl auf Leinwand von Gabriele Heider:
  Haus des Nikolaus I
  Haus des Nikolaus II
- House of Santa Claus englische Seite mit vielen weiteren Informationen zur Thematik
- VierFarbenProblem VierFarben.java
- Acht-Damen-Problem Damen.java AchtDamenKara.java für JavaKara (Version 99)
Rekursive Sortieralgorithmen
Sortierverfahren im Vergleich
- Darstellung und Vergleich von Sortieralgorithmen von Christian Vollmer (Facharbeit eines Informatikschülers in einem GK Mathematik)
- Sortierverfahren im Vergleich (Schülerdokumentation des Unterrichtsprojektes)
Klassen und Objekte (Einführung) und Objekte in Arrays
Klassen mit Daten und Methoden, Konstruktoren
- Komplexer Flohzirkus Klasse Komplex, Mandelbrotmenge, Juliamenge usw.
- Komplex.java
- Flöhe hüpfen lassen und zeichnen
Dynamische Datenstrukturen
- Josephus-Problem zur Einführung (Vorlage: JosephusRumpf.java Lösung: Josephus.java)
- Zeiger-Übungen (mit doppelt verketteter Liste)
- Sortierte Listen Einfüge- und Löschmethoden u.a.
- Weitere Listenstrukturen: FIFO, LIFO bzw. Stack
Fortführung des Themas in der 13

Nach den Sortieralgorithmen wurde eine Unterrichtsreihe zu rechnerinternen Vorgängen eingeschoben (noch nicht vollständig dokumentiert):

Verschiedene Stellenwertsysteme: Dezimal-, Binär-, 5er-, 6er- und Hexadezimalsystem
Addition und Multiplikation
Negative Zahlen im Binärsystem (Zweierkomplement) und Subtraktion
Prinzipielle Darstellung von rationalen Zahlen
Logische Schaltungen: AND, OR, NOT, XOR, NAND, NOR
Beispiel und
Schaltung zur Speicherung eines Bits
Halbaddierer und Volladdierer
Simulation eines Mikroprozessors durch ein Rollenspiel
Vorstellung des Programmes DC: Didaktischer Computer
- Rolle der einzelnen Bauteile: Befehlsregister, Befehlszählregister, Adressregister, Datenregister, Akkumulator, Adressbus, Datenbus, Steuerleitungen, RAM.
- Einfaches Maschinenspracheprogramm für den DC mit direkter Adressierung
- Benutzung des Mini-Assemblers mit symbolischen Adressen
- Schleifenstrukturen, Verzweigungen, Unterprogramme, Parameterübergabe, lokale Variablen

Diese Unterrichtsreihe zu den Stellenwertsystemen wird in diesem Schuljahr bereits in der 11 durchgeführt.

Thema Datenbanken

Gerne würde ich mich mit an der Thematik interessierten Lehrern austauschen. Eine empfehlenswerte Möglichkeit ist über die (von mir betreute) Informatik-Mailingliste bei der ZUM (Zentrale für Unterrichtsmedien) gegeben. Bitte tragen Sie sich dort ein!

Einstiegssequenz in der 11 mit KARA, dem programmierbaren Marienkäfer und weitere Informationen zur Informatik und Java und den eingesetzten lizenzfreien Programmen.

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