Formale Sprachen und Automaten

1. Formale Sprachen und Automaten Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

2. Inhalt • Einordnung in den Lehrplan • Didaktische Überlegungen • Methodische Überlegungen • Unterrichtsaufbau • Methodische Beschreibung der Phasen • Zielsetzung • Diskussion

3. 1. Einordnung in den Lehrplan Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

4. 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.

5. 2. Didaktische Überlegungen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

6. 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.

7. 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.

8. 3. Methodische Überlegungen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

9. 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.

10. 4. Unterrichts- aufbau Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

11. Unterrichtsreihe

12. Lernziel der Stunde • Die Schüler sollen an einem praktischen Beispiel den Zusammenhang zwischen einem Automaten und dem Zustandsübergangsdiagramm verstehen und erklären können.

13. Stundenaufbau

14. 5. Methodische Beschreibung der Phasen Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

15. Einstieg 5 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

16. 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.

17. Problemstellung 10 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

18. 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

19. Beispiel Getränkeautomat Geldeinwurf 0,5 1,0 0,5 1,0 Geldrückgabe Rück 1,5 0,5 0,0 Nimmt nur 0,5 und 1,0 Euro-Stücke an. Getränkepreis: 1,5 Euro Cola Fanta Tasten die gedrückt werden können Zählerstand Ausgabe

20. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück Rück 1,5 0,5 0,0 • Cola, Fanta, Rück drücken: • Es passiert nichts • Geldzähler bleibt auf 0,0 Cola Cola Fanta Fanta

21. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück 1,5 0,5 0,0 Geld einwerfen: - 0,5 Euro einwerfen - 1,0 Euro einwerfen - Geldzähler zählt hoch Cola Fanta

22. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück 1,5 Zuviel Geld einwerfen: - 0,5 Euro einwerfen - 1,0 Euro einwerfen - Geld wird zurückgegeben - Geldzähler bleibt bei 1,5 Cola Fanta

23. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 0,5 1,0 Rück 0,0 1,5 • Rück-Taste drücken: • Das eingeworfene • Geld wird zurückgegeben • - Geldzähler auf 0,0 Cola Fanta

24. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 Rück 0,0 1,5 Cola-Taste drücken: - Cola wird ausgeworfen - Geldzähler auf 0,0 Cola Cola Fanta

25. Beispiel Getränkeautomat 0,5 1,0 Rück 0,0 1,5 Fanta-Taste drücken: - Fanta wird ausgeworfen - Geldzähler auf 0,0 Cola Fanta Fanta

26. 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

27. Erarbeitungsphase 20 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

28. 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.

29. Präsentationsphase 5-10 min. Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

30. 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.

31. 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) Rück, 1,5 Cola, Cola Fanta, Fanta 0,5 Cola, - Fanta, - 0,5, - 1,0, - Rück, 0,5 Cola, - Fanta, - Rück, - 1,5 0,5, - 0,0 1,0, - 0,5, - Rück, 1,0 0,5, 0,5 1,0, 1,0 1,0 1,0 , 1,0 Cola, - Fanta, -

32. 6. Zielsetzung Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler

33. 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.

34. 7. Diskussion Fachdidaktik Informatik SS09 von Benjamin Seiler