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Lehrerfortbildung: Einstieg in die objektorientierte Programmierung mit Java

Mit dem neuen Lehrplan für die Sekundarstufe II im Fach Informatik ist die Programmiersprache Java für die Oberstufe in NRW verbindlich festgelegt worden. Um den (zukünftigen) Lehrkräften den Einstieg in die objektorientierte Programmierung (OOP) in Java zu erleichtern, wird auf der Basis des Blended Learning Konzepts eine Aus-. Fort- und Weiterbildungsmöglichkeit für Informatiklehrkräfte entwickelt, die flexibel in den Schul- oder Unialltag eingebunden werden kann. Das Fortbildungskonzept baut dabei auf zwei Säulen auf:

Abbildung 1: Lehrerfort- und -weiterbildung - Einstieg in die OOP mit Java (Bildquellen: links - Quelle: thenounproject.com, Autor: Lance Hancock (CC BY 3.0), rechts - Quelle: thenounproject.com, Autor: Kevin Augustine LO (CC BY 3.0))

Das e-Learning Angebot findet in Form eines MOOCs (massive open online course) statt, in dem die Teilnehmer-innen an die Programmiersprache Java über den objektorientierten Einstieg heran geführt werden.

Einzelne Präsenzveranstaltungen ergänzen die inhaltliche Ebene mit einer didaktischen Sicht zur Vermittlung von Grundlagen der objektorientierten Programmierung mittels Java in der Oberstufe (dieses Konzept ist noch im Aufbau).

Das MOOC

Ziel des Online-Kurses ist die Realisierung eines fiktiven Restaurants, dem „JavaBurger“. In kleinen Einheiten lernen die Teilnehmer-innen durch die Interaktion zwischen den Objekten Kunde, Bedienung und der Küche das Prinzip der Objektorientierung am Beispiel von Java. Dabei werden folgende Konzepte eingeführt:

  1. Einführung in die Struktur des Restaurants: Klasse, Objekt
  2. Begrüßung des Kunden durch die Bedienung: Methoden ohne Parameter und Rückgabewert, Ausgaben von Zeichenketten auf der Konsole
  3. Bedienung und Kunde mit Persönlichkeit, persönliche Anrede: Variablen, Attribute, Datentypen, Verkettung von Strings
  4. Erstellung der Bestellung durch den Kunden, Aufnahme der Bestellung durch die Bedienung: Methoden mit Parameter/Rückgabewert
  5. Überprüfung der Vorräte in der Küche, Einkauf: Arrays, bedingte Anweisungen
  6. Zubereitung der Gerichte in der Küche, Ausstellung der Rechnung: for-/while-Schleifen, mathematische Operatoren

Für einen leichten Einstieg in die Welt der OOP werden alle Programmieraufgaben in einem Online-Editor bearbeitet. Dieser ermöglicht die Bearbeitung der Aufgaben von überall auf beliebigen (mobilen) Geräten im Webbrowser ohne die Installation von Software. Zudem bekommen die Teilnehmer-innen ein ergänzendes Feedback zur Standard-Konsolen-Ausgabe vom Compiler, das eine Bewertung der Aufgaben ermöglicht.

Abbildung 2: Online Editor zur Fort- und Weiterbildung im MOOC

Die Präsenzveranstaltungen

An die Aneignung der fachlichen Inhalte der objektorientierten Programmierung gliedert sich eine didaktische Auseinandersetzung zu den unterschiedlichen Umgebungen (BlueJ, GLOOP, Greenfoot) zur Vermittlung der Konzepte in der Schule sowie der Einblick in mögliche Projekte für den Unterricht an.

Am 05. Oktober 2015 fand von 9 - 15 Uhr im InfoSphere ein erster Testlauf dieser Fortbildung statt.


Der Ausgangspunkt dieser e-Learning-Einheit ist die Bachelorarbeit von Patrick Christiansen (siehe weitere Informationen). Diese wird von Michaela Inden im Rahmen ihrer Dissertation zu einem Gesamtkonzept der Aus- und Fortbildung im Bereich der objektorientierten Programmierung ausgebaut.


Bereits einmal stattgefunden hat eine Fortbildung im Rahmen des NRW Informatiktages 2015 an der RWTH mit folgendem Inhalt:

Für den Einstieg in die objektorientierte Programmierung in Java gibt es mittlerweile verschiedene Ansätze sowie Programmierumgebungen mit visuellem Feedback. Ein nicht zuletzt durch das Schulbuch Informatik 1 (Schöningh Verlag) verbreiteter Ansatz ist zum einen der Einstieg in Java mit Greenfoot, mit dem einfach grafische Anwendungen wie z.B. Simulation und Spiele erstellt werden können. Aber auch BlueJ ist ein bekanntes Werkzeug für den Einstieg in Java. Dieses Tool bietet einen einfachen textuellen Einstieg in Java-Programmierung, der jedoch leicht um die visuelle Ebene erweitert werden kann. Eine Möglichkeit der grafischen Erweiterung bietet die Java-Bibliothek GLOOP, die im Rahmen des beispielhaften schulinternen Lehrplans für Informatik genutzt wird. Dies ist eine 3D-Grafik-Bibliothek für Java, die in Verbindung mit BlueJ einen einfachen Einstieg in die Objektorientierung anhand der dreidimensionalen Grafikprogrammierung liefern soll. Eine Alternative zur grafischen Gestaltung mit GLOOP bietet das in BlueJ mitgelieferte Beispielprojekt „shapes“. Mit kleinen Änderungen können aus den Grundformen Bilder gezeichnet werden.

Das Highlight eines jeden Programmier-Unterrichts aus Sicht der Schülerinnen und Schülern ist es natürlich, ein richtiges Projekt erfolgreich umzusetzen. Die Wahl des Projekts fiel dabei schnell auf das weit verbreitete Spiel „Flappy Bird“ – simpel im Funktionsumfang und doch fesselnd. Dazu wurde das Spiel zum einen in Greenfoot und zum anderen BlueJ, sowohl mit GLOOP als auf der Basis des Beispielprojekts „shapes“, umgesetzt. Dieses Projekt kann somit als Vertiefung der gelernten Grundlagen in Java mit Hilfe von drei Stationen programmiert werden:

  1. Vogel erstellen und bewegen
  2. Röhren erstellen und bewegen
  3. Kollisionen abfragen und Punkte zählen

Viel Spaß beim ersten eigenen „Flappy Bird“-Spiel!

Im Folgenden finden Sie die Materialien zu den jeweiligen Ansätzen:

  • „Flappy Bird“ in BlueJ ohne GLOOP (mit Hilfe des Beispielprojekt „shapes“ und der Basisbibliothek)

Beachten Sie bitte die Installationsanleitung zu den jeweiligen Programmierumgebungen!

 


Autorin: Michaela Inden

Bei Fragen inhaltlicher Art wenden Sie sich bitte direkt an die Autorin, für alle anderen Fragen steht Ihnen unser Kontaktformular jederzeit zur Verfügung.

Quellenangabe: Die hier verwendeten Screenshots wurden von der Autorin selbst angefertigt.