FORMALE SPRACHEN UND AUTOMATENFachdidaktik Informatik SS09

von Benjamin Seiler

Inhalt

1. Einordnung in den Lehrplan2. Didaktische Überlegungen3. Methodische Überlegungen4. Unterrichtsaufbau5. Methodische Beschreibung der Phasen6. Zielsetzung7. Diskussion

1. EINORDNUNG IN DEN LEHRPLANFachdidaktik 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 ÜBERLEGUNGENFachdidaktik 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 ÜBERLEGUNGENFachdidaktik 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- AUFBAUFachdidaktik Informatik SS09

von Benjamin Seiler

Unterrichtsreihe

Titel Zeit Lernziel Methode

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.

1 UE 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 UnterrichtsgesprächGruppenunterricht,Partnerarbeit,

Die wichtigsten Sprachklassen.

2 UE Die Schüler sollen die wichtigsten Sprachklassen beschreiben und erklären können und den Zusammenhang zwischen den entsprechenden Automaten erarbeiten.

Gruppenunterricht

Der Ausblick auf die Chomsky-Hierarchie.

1 UE Die Schüler sollen einen Ausblick auf weitere Sprachklassen erhalten, wie z.B. kontextsensitive Sprachen.

Lehrervortrag

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 PHASENFachdidaktik 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

Cola

Fanta

Rück

0,5

0,5 1,0

1,0

1,50,50,0Nimmt nur 0,5 und 1,0 Euro-Stücke an.

Getränkepreis: 1,5 Euro

Tasten die gedrückt werden könnenZählerstandAusgabe

Geldeinwurf

Geldrückgabe

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück

0,5

0,5 1,0

1,0

1,50,50,0Cola, Fanta, Rück drücken:- Es passiert nichts- Geldzähler bleibt auf 0,0

Rück

Cola

Fanta

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück

0,5

0,5 1,0

1,0

1,50,50,0 Geld einwerfen:- 0,5 Euro einwerfen- 1,0 Euro einwerfen- Geldzähler zählt hoch

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück 1,5

0,5

0,5

1,0

1,0

Zuviel Geld einwerfen:- 0,5 Euro einwerfen- 1,0 Euro einwerfen- Geld wird zurückgegeben- Geldzähler bleibt bei 1,5

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück

0,5 1,0

Rück-Taste drücken:-Das eingeworfene Geld wird zurückgegeben- Geldzähler auf 0,0

0,51,0

0,01,5

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück

0,5 1,0

Cola-Taste drücken:- Cola wird ausgeworfen- Geldzähler auf 0,0

0,01,5

Cola

Beispiel Getränkeautomat

Cola

Fanta

Rück

0,5 1,0

Fanta-Taste drücken:- Fanta wird ausgeworfen- Geldzähler auf 0,0

0,01,5

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.

0,0

0,5

1,5

1,0

1,0, -

0,5, - 1,0, -

0,5,

-

Rück, 0

,5

Rück, 1,0

Rück, 1,5Cola, ColaFanta, Fanta

1,0 ,

1,0

Cola

, -

Fant

a, -

0,5

, -

0,5, 0,51,0, 1,0

Cola, - Fanta, -

Cola, - Fanta, -Rück, -

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)

6. ZIELSETZUNGFachdidaktik Informatik SS09

von Benjamin Seiler

Zielesetzung

Minimalziel 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. DISKUSSIONFachdidaktik Informatik SS09

von Benjamin Seiler