Eine objektorientierte Sichtweise erleichtert Schülerinnen und Schülern das Verständnis für Informatiksysteme. Deshalb erscheint es sinnvoll, Elemente der objektorientierten Modellierung bereits in den Anfangsunterricht Informatik aufzunehmen.Die hier vorgestellte Lernumgebung bietet eine Einführung in die Idee der Objektorientierung. Die Schülerinnen und Schüler lernen die informatischen Begriffe und Inhalte ?Objekt?, ?Attribut?, ?Attributwert?, ?Methode? und ?Klasse? kennen. Dadurch erwerben sie ein produktunabhängiges Verständnis für Informatiksysteme mit hohem Transferpotenzial. Als Beispiel wird die Software GEONExT für dynamische Mathematik genutzt und objektorientiert modelliert. So entstehen fruchtbare Verbindungen zwischen den Fächern Informatik und Mathematik. Informatische Bildung Der Informatikdidaktiker Steffen Friedrich hat den Begriff der informatischen Bildung konkretisiert, indem er vier didaktische Leitlinien für den Informatikunterricht formulierte: Umgang mit Informationen Wirkprinzipien von Informatiksystemen Problemlösen mit Informatiksystemen Arbeiten mit Modellen Insbesondere sollen die Schülerinnen und Schüler Probleme erkennen, die mit Informatiksystemen gelöst werden können, die Fähigkeit erwerben, sich in die zielorientierte Nutzung von Informatiksystemen einzuarbeiten und Problemlösungen in Bezug auf ihre Relevanz und Effizienz bewerten. Dabei sollen sie einen Einblick in gesellschaftlich bedeutsame Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnologien erhalten, deren Chancen und Risiken erkennen und Bereitschaft zu verantwortungsvollem Umgang mit derartigen Systemen entwickeln. Sie erleben beim Arbeiten, dass Modellbildung ein zentrales Element des Problemlösens mit Informatiksystemen ist, lernen Modellierungstechniken kennen und sehen die Gültigkeitsgrenzen und die Kritikbedürftigkeit von Modellen ein. Modellierung von Informatiksystemen Im Anfangsunterricht Informatik kann die Arbeit mit Standardsoftware, etwa zum Gestalten von Grafiken, zum Verfassen von Texten, zum Verwalten von Daten oder zum elektronischen Versenden von Nachrichten im Mittelpunkt stehen. Dabei geht es neben dem Erwerb grundlegender Bedienerfertigkeiten auch und vor allem um ein tieferes Verständnis für die zugehörigen Strukturen, denen die Prinzipien der Objektorientierung zu Grunde liegen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Objekte identifizieren, deren Attribute und Methoden erkennen und die Objekte klassifizieren. Auf diese Weise entwickeln sie exemplarisch Modelle der Informatiksysteme, die ihnen ein übergeordnetes, produktunabhängiges und längerfristig nutzbares Verständnis für diese Art von Software ermöglichen. Unterrichtsverlauf und Stationen der Lernumgebung Die eingesetzte Lernumgebung besteht aus HTML-Seiten mit GEONExT-Applikationen und umfasst acht aufeinander aufbauende Stationen. Didaktische und technische Hinweise Tipps zur Binnendifferenzierung und zum Arbeiten mit dem Heft, um oberflächliches "Durchklicken" durch die Lernumgebung zu verhindern Die Schülerinnen und Schüler sollen die Idee der Objektorientierung kennen lernen. Informatiksysteme objektorientiert modellieren können. die Bedeutung der objektorientierten Sichtweise im Alltag erfahren. Thema Objektorientierte Modellierung mit GEONExT Autor Prof. Dr. Volker Ulm Fach Informatik Zielgruppe Klasse 5-8 Zeitraum 10 Stunden Technische Voraussetzungen Browser mit Java-Unterstützung, Java Runtime Environment (kostenloser Download) Software GEONExT (kostenloser Download auf der GEONExT-Homepage) Arbeiten mit einer computerbasierten Lernumgebung bedeutet keineswegs ausschließliches Arbeiten am Rechner. Ziel des Mediums Computer ist es, den Schülerinnen und Schülern informatische Inhalte näher zu bringen, im hier beschriebenen Unterrichtsbeispiel die objektorientierte Modellierung. Die entscheidenden Vorgänge laufen dabei nicht am Rechner, sondern im Kopf des Schülers ab, der beim Arbeiten kognitive Strukturen aufbaut. Hierfür bedarf es aber des Zusammenwirkens vieler unterrichtlicher Komponenten: Individuelles Arbeiten am Computer und auf Papier, die Kooperation mit den Mitschülern und das Unterrichtsgespräch im Klassenplenum beeinflussen und befruchten sich wechselseitig. Die Lernumgebung umfasst acht Stationen, die in der angegebenen Reihenfolge bearbeitet werden sollten, da sie aufeinander aufbauen. Station 1: GEONExT kennen lernen Die Schülerinnen und Schüler gewinnen einen ersten Zugang zu dem Informatiksystem. Sie experimentieren mit Punkten, Strecken, Geraden und Kreisen und fertigen damit eigene Zeichnungen an. Station 2: Eigenschaften erkunden Die Attribute der Objekte werden erkundet und ihre Attributwerte verändert. Am Beispiel eines Objekts "Punkt" fertigen die Schülerinnen und Schüler eigenständig eine Übersicht über gefundene Objekteigenschaften an und dringen damit in die Welt der Objektorientierung ein. Station 3: Vokabeln der Informatik Die Schülerinnen und Schüler und lernen die Fachbegriffe "Objekt", "Attribut", "Attributwert" und "Methode" anhand von GEONExT-Objekten kennen. Station 4: Vielecke Vielecke eröffnen neue Möglichkeiten beim Zeichnen von Bildern. Anhand eines Fünfecks werden die bislang gelernten Fachbegriffe wiederholt und vertieft. Station 5: Freie und abhängige Objekte Für ein tiefer gehendes Verständnis für dynamische Konstruktionen ist die Differenzierung zwischen freien und abhängigen Objekten sinnvoll. Die Lernenden erfahren insbesondere den Unterschied zwischen freien Punkten und Schnittpunkten. Station 6: Klassen Es zeigt sich, dass es zweckmäßig ist, gleichartige Objekte zu Klassen zusammenzufassen. Die erarbeiteten Begriffe der Objektorientierung werden auf vielfältige Bereiche aus der alltäglichen Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler übertragen (zum Beispiel Klasse "Fahrrad"). Station 7: Textfelder Mit Textfeldern lernen die Schülerinnen und Schüler eine neue Klasse kennen. Sie versehen Zeichnungen mit Beschriftungen und verändern deren Attributwerte. Speziell dynamische Textfelder zum Messen von Entfernungen und Winkeln stellen ein mächtiges Werkzeug zum quantitativen Arbeiten mit dynamischen Konstruktionen dar. Station 8: Weiter experimentieren Den Lernenden steht die vollständige GEONExT-Oberfläche zur Verfügung. Sie experimentieren insbesondere mit Parallelen, Senkrechten und Rechtecken. Das Speichern und Laden von Daten führt zu neuen Themenbereichen (Speichermedien, Pfad einer Datei, ... ). Durch den Export von Daten in andere Informatiksysteme (Textverarbeitung, Rastergrafikprogramm) ergeben sich vielfältige Verknüpfungen im informatischen Wissen der Schülerinnen und Schüler. Im Anfangsunterricht Informatik treten im Rahmen eigenständigen Arbeitens die unterschiedlichen Arbeitstempi der Lernenden besonders deutlich zu Tage. Hier machen sich insbesondere stark differierende Vorerfahrungen im Umgang mit Computern bemerkbar. Um derartige Unterschiede im Unterricht abzufangen, enthält die Lernumgebung Seiten, die sich speziell an schnellere, leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler wenden: Nicht jede Station muss von jedem Schüler bis zur letzten Seite bearbeitet werden. Die Kerngedanken befinden sich in der Regel auf den ersten Seiten der Stationen. Die Stationen 2 (Eigenschaften erkunden), 4 (Vielecke) und 5 (Freie und abhängige Objekte) besitzen auf ihrer letzten Seite einen Link "Vertiefung". Er führt jeweils zu einem Exkurs, der die Thematik der entsprechenden Station weiter vertieft. Die letzten beiden Stationen 7 (Textfelder) und 8 (Weiter experimentieren) besitzen eine gewisse Pufferfunktion. Sie können bei Zeitknappheit gekürzt und nur in Ausschnitten bearbeitet werden beziehungsweise schnelleren Schülerinnen und Schülern zu einer weiterführenden Beschäftigung mit GEONExT und anderen Informatiksystemen dienen. Allerdings lässt sich beim eigenständigen Arbeiten der Lernenden beobachten, dass einige nur deshalb "schnell" sind, weil sie die Stationen nur oberflächlich bearbeiten, ohne in die informatische Tiefe vorzudringen und ohne die schriftlichen Arbeiten gewissenhaft anzufertigen. Die Lehrkraft kann den Schülerinnen und Schülern dies durch geeignete Fragen zur Lernzielkontrolle vor Augen führen. Die Schülerinnen und Schüler werden in der Lernumgebung immer wieder aufgefordert, ihre Überlegungen und Ergebnisse eigenständig in ihr Heft zu notieren und Übersichten und Diagramme - etwa zur Darstellung der Eigenschaften von Objekten - auf Papier zu entwerfen. Ein derartiges Arbeiten im Heft hilft, die Thematik sorgfältig zu durchdringen und die Gedanken zu ordnen und zu strukturieren. Zudem soll dadurch verhindert werden, dass sich die Schülerinnen und Schüler nur oberflächlich mit den beweglichen Konstruktionen am Bildschirm befassen, dass sie die Seiten wie bei einem Computerspiel austesten, ohne zum eigentlichen informatischen Gehalt vorzudringen. Die Aufforderung, Beobachtungen und Überlegungen aufzuschreiben, verlangsamt den Prozess des "Durchklickens" und schafft für die Schülerinnen und Schüler damit den Zeitrahmen, der für Lernprozesse unentbehrlich ist. Damit alle Schülerinnen und Schüler die erarbeiteten Ideen der Objektorientierung und die zugrunde liegenden Fachbegriffe dauerhaft und verbindlich Schwarz auf Weiß zur Verfügung haben, führen Links auf der jeweils letzten Seite der Stationen 3 und 6 zu zusammenfassenden Ergebnisblättern, die entweder mit Microsoft Word oder dem Adobe Reader angesehen und ausgedruckt werden können. Die Lernumgebung dieser Unterrichtseinheit besteht aus HTML-Seiten, die mit jedem gängigen Browser betrachtet werden können. Damit der Browser die dynamischen Konstruktionen anzeigen kann, benötigt er Java-Unterstützung. Bei Netscape ist dies beispielsweise automatisch erfüllt. Bei anderen Browsern (zum Beispiel Internet Explorer) kann es notwendig sein, das Java2 Runtime Environment der Firma Sun Microsystems nachträglich zu installieren. Vielfältige Möglichkeiten des Downloads finden Sie auf der GEONExT-Homepage. Für die Nutzung unter Windows bietet sich das im Bereich "Download" angebotene Installationspaket "GEONExT & Java2 Runtime Environment" an. GEONExT-Homepage Auf der GEONExT-Website können Sie die Software für Linux, Mac OS X und Windows herunterladen.