Seiler

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FORMALE
SPRACHEN UND
AUTOMATEN
Fachdidaktik Informatik SS09
von Benjamin Seiler
Inhalt
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einordnung in den Lehrplan
Didaktische Überlegungen
Methodische Überlegungen
Unterrichtsaufbau
Methodische Beschreibung der Phasen
Zielsetzung
Diskussion
1. EINORDNUNG IN
DEN LEHRPLAN
Fachdidaktik 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
ÜBERLEGUNGEN
Fachdidaktik 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
ÜBERLEGUNGEN
Fachdidaktik 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. UNTERRICHTSAUFBAU
Fachdidaktik 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
Unterrichtsgespräch
Gruppenunterricht,
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 ChomskyHierarchie.
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.
Maximalziel
Freies Unterrichtsgespräch
5. METHODISCHE
BESCHREIBUNG
DER PHASEN
Fachdidaktik 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.
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Methodische Beschreibung der
einzelnen Phasen

Problemstellung

Die Schüler sollen einen Getränkeautomaten anhand einer PowerpointPräsentation 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
Geldeinwurf
0,5
1,0
0,5
1,0
Geldrückgabe
0,0
0,5
1,5
Nimmt nur 0,5 und 1,0 EuroStücke an.
Getränkepreis: 1,5 Euro
Ausgabe
Tasten die Zählerstand
gedrückt werden können
Beispiel Getränkeautomat
0,5
1,0
0,5
1,0
0,0
0,5
1,5
Cola, Fanta, Rück drücken:
- Es passiert nichts
- Geldzähler bleibt auf 0,0
Beispiel Getränkeautomat
0,0
0,5
1,5
0,5
1,0
0,5
1,0
Geld einwerfen:
- 0,5 Euro einwerfen
- 1,0 Euro einwerfen
- Geldzähler zählt hoch
Beispiel Getränkeautomat
0,5
1,0
0,5
1,0
1,5
Zuviel Geld einwerfen:
- 0,5 Euro einwerfen
- 1,0 Euro einwerfen
- Geld wird zurückgegeben
- Geldzähler bleibt bei 1,5
Beispiel Getränkeautomat
0,5
1,0
1,0
0,5
1,5
0,0
Rück-Taste drücken:
-Das eingeworfene
Geld wird zurückgegeben
- Geldzähler auf 0,0
Beispiel Getränkeautomat
0,5
1,5
0,0
Cola
1,0
Cola-Taste drücken:
- Cola wird ausgeworfen
- Geldzähler auf 0,0
Beispiel Getränkeautomat
0,5
1,0
1,5
0,0
Fanta
Fanta-Taste drücken:
- Fanta wird ausgeworfen
- Geldzähler auf 0,0
Wichtige Informationen Sichern

Was muss der Automat sich merken?
 Wieviel

Was kann eingegeben werden?
 Geld

Geld eingeworfen ist
(0,5 oder 1,0) Cola, Fanta oder Rück
Was wird wann ausgegeben?
 Cola,
Fanta oder Geld
ERARBEITUNGSPHASE
20 min.
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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.
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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.
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)
Cola, Fanta, Rück, -
0,0
0,5
0,5, -
Cola, Fanta, -
Rück, 1,5
Cola, Cola
Fanta, Fanta
1,5
0,5, 0,5
1,0, 1,0
1,0
6. ZIELSETZUNG
Fachdidaktik Informatik SS09
von Benjamin Seiler
Zielesetzung

Minimalziel


Normalziel


Beschreibung des Getränkeautomaten durch die Schüler und Sicherung
der wichtigsten Information an der Tafel.
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. DISKUSSION
Fachdidaktik Informatik SS09
von Benjamin Seiler

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