Informatik 10
Basisinformationen zu Informatik 10. In der Jahrgangsstufe 10 ist der große Themenbereich das Erlernen des objektorientierten Programmierens.
Python auch im Jahr 2020 im tiobe-index weiterhin aufsteigend
Python als Programmiersprache und Gewinner des Jahres 2018 ist weiterhin in der Relevanz der Programmiersprache aufsteigend.
vgl. tiobe.com/tiobe-index
Aufgaben in Informatik 10
- Grundlagen der Informatik (Wdh)
Klasse, Objekt, Attribut, Methode, Klassen- und Objektkarte, Klassendiagramm, HTML, Datentypen und Datenbanken (Wdh) - Datenmodellierung (Wdh): ZWEI Datenbanken (DB) mit den benötigten Tabellen (LibreOffice Calc, Microsoft Access) zu den Themen "Musik-DB" und "Photo/ Filmarchiv" anlegen
(wenige (auch fiktive) Datensätze reichen für eine SQL-Abfrage - Digitales Audio, vgl. learningmusic.ableton.com (zur Klärung eines persönlich musikalisch favorisierten Klassendiagramms mit relevanten Attributen)
- https://metmuseum.org/about-the-met/policies-and-documents/open-access (Kunstgeschichts-Bilder mit public-domain-Lizenz)
- SQL Lite (py), LibreOffice Base, Microsoft Access (DB)
- HTML (Wdh) webSeite mit Wordpress (wordpress.com) editieren
- Python | OOP
vgl. cscircles.cemc.uwaterloo.ca
cscircles.cemc.uwaterloo.ca > cheatsheet.pdf - OOP Referate (Python | Java) (Lit. z.B. python4kids.net > Wie ein Informatiker denken lernen)
Besonders relevant sind ALLE Glossare zur Begriffs-Definition.
Kap02 Variablen, Ausdrücke und Anweisungen | Datentypen, = Zuweisung == Gleichheit, 29 Schlüsselwörter
Kap03 Funktionen | 3.6 Neue Funktionen, Variable lokal/global, Rekursion - Abbruchbedingung wegen Gefahr der Endlosschleife, Vergleichsoperatoren
Kap04 Verzweigung und Rekursion | Mehrfache Verzweigung
Kap05 Funktionen mit Wert | return-Anweisung
Kap06 Iteration | Funktionen - Vorteile
Kap07 Strings | Diff. Strings/ Listen, String-Abschnitte
Kap08 Listen | 8.1 Werte, 8.2 Zugriff, 5.5 Listen und For-Schleifen, 8.8 Listen veränderbar, Elemente löschen, Objekte und Werte, Alias, Klonen, Listen als Parameter, Geschachtelte Listen -8.15 Matrix
Kap09 Tupel
Kap10 Datentyp Dictionary
Kap11 Dateien und Ausnahmen
Kap12 Klassen und Objekte | Klassendefinitionen
Kap13 Klassen und Funktionen
Kap14 Klassen und Methoden
Kap15 Mengen von Objekten
Kap16 Vererbung
Kap17 Verkettete Listen
Kap18 Stacks
Kap19 Queues
Kap20 Bäume - Java/ Processing | OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Java/ Processing: https://processing.org (Vereinfachte Java-Version), openprocessing.org
Processing ist eine objektorientierte, stark typisierte Programmiersprache mit zugehöriger integrierter Entwicklungsumgebung. Die Programmiersprache ist auf die Einsatzbereiche Grafik, Simulation und Animation spezialisiert. Processing wird in einem quelloffenen Projekt entwickelt, das am Massachusetts Institute of Technology in Boston von Ben Fry (Broad Institute) und Casey Reas (UCLA Design|Media Arts) initiiert wurde. Processing hat den Charakter einer stark vereinfachten Version der Programmiersprache Java, ermöglicht Interaktionen und visuelle Elemente zu programmieren und richtet sich vorwiegend an Gestalter, Künstler und Programmieranfänger.
- Java | OOP
Online-Kurs z.B. auf java.mathe-pabst.de
py | Literatur zu Python und Games (engl.)
- OOP Programmierprojekt mit objektorientierter Programmierung z.B. turtle Grafik (Python)
#Codierung aufschlussreich kommentieren.
#Eigene Projektdokumentation erstellen - Alternativ: 5-Seiten-Artikel schreiben. Programmier- bzw. Rechercheprojekt
Ihr könnte einen Artikel, d.h. gut recherchierten Aufsatz schreiben, der etwas umfangreicher ist als ein Referat und das in der Erstellungsphase im Kurs wie in einem Kolloquium vorgestellt wird - von Internet-Kunst, webDesign, Anwendung von QR-codes, pygame py-Bibliotheken, jupyter-notebooks for python oder dergleichen -
einfach ein informatisches Spezialthema eures Interesses. Seitenumfang: ca. 5 Seiten Text (ohne Abb. oder Programm-Code).
Die Vorstellung im Kurs/ in der Klasse kann sein:
- Vorstellung der Kurz-Gliederungspunkte mit einem Beispiel-Thema
- Vorstellung einer Argumentation oder eines Kernaspekts
- Vorstellung einer geschriebenen Textpassage
- Vorstellung von Code-Beispielen
Wir wiederholen Grundlagen aus der Informatik der Vorjahre und programmieren mit objektorientierter Programmiersprache (Python | Java), OOP.
Konkret fangen wir mit kleineren Übungen an, z.B. mit dem Blocksystem von Scratch (http://scratch.mit.edu) und der graphischen Python turtle Programmierung.
Danach gehts systematisch in Programmierkenntnisse von Python und später auch Java - wir behandeln hier die Unterschiede von Python und Java.
Jeder hat als Aufgabe, ein größeres oder mehrere kleinere Informatik-Projekte mit Python oder Java umzusetzen.
python turtle Grafik
Mit der python IDLE grafische Objekte zeichnen
vgl. Skript Kurzbefehle 
Scratch | scratch.mit.edu | Wdh
http://scratch.mit.edu > Entwickeln
de.scratch-wiki.info/wiki/Einsteiger-Tutorials
Python-Referat I | (Bsp-Aufgaben, Wdh, mit py computer science circles (Uni Waterloo)
Es gibt hier 18 gut verständliche Kapitel zur Objektorientierten Programmierung mit Python anhand von Programmier-Beispielen.
Referat eines der Kapitel:
Vortrag auf deutsch mit Verwendung cscircles.cemc.uwaterloo.ca/de
Präsentation in englisch cscircles.cemc.uwaterloo.ca
Übungen mit Codierung direkt ausführen und kommentieren.
Python-Referate II (Überblick, Wdh, in Teamarbeit zu zweit)
Recherche z.B. in Online-Quellen, Lit:
Python für kids: http://python4kids.net/how2think/index.html 
Python Lernen | Literatur in Englisch | w3schools.com
w3schools.com/python | py
und
w3schools.com/python/python_examples.asp | py examples
w3schools.com/python/exercise.asp | py exercise
w3schools.com/quiztest/quiztest.asp?qtest=PYTHON | py Quiz
w3schools.com/python/showpython.asp?filename=demo_default | py run example
Python-Projekt, eigenes (kleines) | Taschenrechner oder Memory/ Puzzle-App
Taschenrechner (vgl. Klassenordner auf cloud.sgmu.de) mit tkinter
oder Memory/ Puzzle-App
vgl.
pythonprogramming.altervista.org/memory-game-with-python-in-no-time/
oder
inventwithpython.com/pygame/chapter3.html
OOP Java/ Processing | openprocessing.org
openprocessing | web-Version von Processing
Processing
processing.org | OOP (Objektorientierte Programmierung) mit Java/ Processing. Vereinfachte Java-Version
processing.org/examples | Beispiele
hello.processing.org | Tutorial
py.processing.org/reference | Python/ Processing
Java | OOP
Tutorial/ Kurs Java auf java.mathe-pabst.de
Referate Informatik 10 II (5 min Vortrag)
wichtig ist hierbei jeweils: Beschreibung | Definition | Beispiel | Abbildung
Bei jedem Referat soll am Ende ein kurzer Hefteintrag (Textpassagen zum Abschreiben bzw./und Graphik oder Abbildung zum Abzeichnen) die letzte Seite sein.
Informatik | Objektorientierte Programmierung mit Python oder Java
if/else - Bedingung
while - Schleife
Objekte | py
Klassen | py z.B. Liste (unsortiert, sortiert), Liste einfach verkettet, Schlange, Stapel, Baum, Graph (ungewichtet, gewichtet)
Klassenkarten | py
Objektkarten | py
Klassendiagramm
Objektdiagramm
Zustandsdiagramm
Variablen | py
Methoden | py
Anweisungen | py
Strings (Zeichenketten) | py
Vererbung | py
Verzweigung/ Rekursion
Bsp. Koch'sche Schneeflocke
Bsp. Sierpinski-Dreieck
Bsp. Fibonacci-Funktion
Lastenheft/ Pflichtenheft in der Informatik
Agile Softwareentwicklung (vs Wasserfall-Modell)
Objektorientierte Programmierung - Diff. python, Java
Biometrische Daten als Schlüssel
Künstliche Intelligenz (Artificial Intelligence AI)
Intuitive Bedienbarkeit/ User-Dialog/ GUI - Graphische Oberfläche und optisches Design
Eclipse-Programmierumgebung
Android-Programmierung
python-Turtle-Programmierung
App-Programmierung
Grundlagen der Informatik | basic
Open Source
CC, Copyright und Lizenzen
KI - Künstliche Intelligenz
Big Data - Überwachung, Online-Tracking, Datenschutz
Serious Games, technologiegestütztes Lernen
Geschichte/ Meilensteine der Informatik
Klasse Objekt Attribut Methode. Punktnotation
Klassenkarte Objektkarte Klassendiagramm | py
Beziehungen und Kardinalitäten
Methoden | py
HTML | atom.io oder notepad++
Algorithmus/ algorithmisches Denken
Struktogramme
Baum und Graph | Hierarchische Strukturen
Binäres Zahlensystem
Rechnerarchitektur
Mögliche Themen als Wiederholung aus Informatik 09, Funktionale Programmierung (Excel/ Calc) und Datenbanken (Access/ Base)
mit Blick auf Umsetzungen in Python
Funktionale Programmierung | py
Funktionen
Vordefinierte Funktionen
Funktionen UND, ODER, NICHT
Logische Funktionen
Datenflussdiagramm
Bedingte Funktion: WENN-Funktion
while-Schleife
if-/else - Bedingte Anweisung
Zusammenfassen von Funktionen
Verknüpfung von Tabellen
Verzweigung im Datenfluss
Geschichte der Tabellenkalkulation
Tabellenkalkulation - Buchhaltung
Diagramme aus Tabellendaten
Kapital-Berechung (Kredit-Aufnahme, Geld-Anlegen, Zinsberechnung mit Zinstagen)
Zusammengesetzte Daten (z.B. Brüche)
Verkaufspreis mit Mengenrabatt
Verkaufspreis mit Skonto
Kostenvoranschlag (Rechnung) mit Tabellenkalkulation
Adress-Listen mit Tabellen
Diagramme in Tabellenkalkulation: Entwicklung der Weltbevölkerung
Kopieren - relative und absolute Adressen
Links - lokal und online z.B. in Tabellen
Datenbanken | py
DB statt Fkt - warum?
Datentypen | py
Relationales Datenbanksystem
SQL-Abfragen
Datenbankschema
Datenpflege (UPDATE, INSERT, DELETE)
Datensicherheit und Datenschutz
Klassendiagramm und Kardinalitäten
n:m - Beziehung
Das kartesische Produkt
Aggregat-Funktionen von SQL (COUNT, AVG, MAX, MIN, SUM)
Schlüssel, Fremdschlüssel und referentielle Integrität
Datenpflege (Ändern, Einfügen, Löschen von Datensätzen | UPDATE, INSERT, DELETE)
Änderungsanomalien bei der Datenpflege
Datenkonsistenz
Datensicherheit und Datenschutz
Datenbankschema
Datenbank-Design
Prüfziffer am Bsp. der ISBN-Nummer
Grundwissen Informatik 10
Generell ist eine sich vertiefende und vermehrt systematische Kenntnis einer objektorientierten Programmiersprache (Python | Java) als Grundwissen in Informatik 10 relevant.| Objekte: Als Objekte bezeichnet man alle Gegenstände, Dinge, Lebewesen, Begriffe oder Strukturen unserer Welt (z. B. Autos, Räume, Bakterien, Lehrer, Schüler, Kunden, Unterrichtsstunden, Buchungen, Konten, ...). Jedes Objekt besitzt einen eindeutigen Bezeichner (Objektnamen), mit dem es identifiziert werden kann. |
| Attribut: Als Attribute bezeichnet man die Eigenschaften, durch die sich ein Objekt von anderen unterscheidet. Bei jedem Objekt haben die Attribute bestimmte Werte, Attributwerte. |
| Methode: Eine Methode ist eine Handlungsanweisung. Zur Methodendefinition: Aufbau und Rückgabetypen von Methoden   Damit ein Objekt eine Methode ausführt, muss ihm dazu eine Handlungsanweisung gegeben werden, d. h. eine Methode aufgerufen werden. Zum Methodenaufruf: objektname.methodenname( wert1, wert2, ...) z. B.: max.oeffne(Fenster) |
| Konstruktor Ein Konstruktor ist eine spezielle Methode, die ein Objekt der zugehörigen Klasse erstellt und dessen Attributen Startwerte zuweist. Der Aufruf des Konstriktors mit dem new-Operator erzeugt ein neues Objekt einer Klasse:  |
| Klasse (Objekttyp): Eine Klasse ist ein "Bauplan" für Objekte mit gleichen Attributen und gleichen Methoden (alle Auto-Objekte gehören zur Klasse Auto). Wichtig: Alle Objekte einer Klasse, haben die gleichen Attribute, aber nicht die gleichen Attributwerte! |
Klassenkarte: |
Objektkarte: |
| Algorithmus Ein Algorithmus ist eine Verarbeitungsvorschrift, die aus endlich vielen eindeutig ausführbaren Anweisungen besteht. |
| Struktogramm Ein Struktogramm ist eine Darstellung für Algorithmen, die von der konkreten Schreibweise einer bestimmten Programmiersprache unabhängig ist. |
| Sequenz Eine Folge von Anweisungen, die nacheinander abgearbeitet werden. Struktogramm:  |
| Wiederholung mit fester Anzahl Soll eine Sequenz mehrmals wiederholt werden und steht die Anzahl der Wiederholungen fest, verwendet man zur Vereinfachung die Wiederholung mit fester Anzahl.  |
| Bedingte Wiederholung mit Anfangsbedingung Die Anweisungen werden wiederholt, solange eine bestimmte Bedingung erfüllt ist. Ist die Bedingung zu Beginn nicht erfüllt, wird die Wiederholung kein einziges Mal ausgeführt.  |
| Bedingte Wiederholung mit Endbedingung Die Anweisungen werden auf jeden Fall einmal ausgeführt, egal ob die Bedingung zutrifft oder nicht. Sie werden wiederholt, solange die Bedingung erfüllt ist.  |
| Einseitig bedingte Anweisung Die einseitig bedingte Anweisung wird verwendet, um eine Sequenz abhängig von einer Bedingung auszuführen.  |
| Zweiseitig bedingte Anweisung Die zweiseitige bedingte Anweisung wird verwendet, wenn abhängig von einer Bedingung unterschiedliche Sequenzen ausgeführt werden sollen.  |
| Mehrfachauswahl Mit der Mehrfachauswahl können beliebig viele Fälle untersucht werden. Die zu überprüfende Variable muss als Datentyp byte, short, int, char, String haben.  |
| Feld (Array) In einem Feld können mehrere Werte eines Datentyps abgespeichert werden. Deklaration eines Felds: private double[] zahlen;
Initialisierung eines Felds mit der Länge 10: zahlen = new double[10];
Speichern eines Wertes unter dem Index i: zahlen[i] = 10.3;
Feld durchlaufen und Inhalt ausgeben: for (int i = 0; i < zahlen.length; i = i+1) {
System.out.println( (i+1) + “: “ + zahlen[i] ); } |
| Vererbung Vererbung beschreibt eine neue Beziehung zwischen einer Oberklasse (Superklasse) und einer Unterklasse (Subklasse oder abgeleitete Klasse). Die Unterklasse erbt (erhält) von der Oberklasse alle Attribute und Methoden. Hat die Oberklasse eine Beziehung zu einer anderen Klasse, so hat auch die Unterklasse diese Beziehung.  Umsetzung in Java: public class Unterklasse extends Oberklasse { ... public Unterklasse(...) { super(); } ... } Durch den Aufruf super(); wird zuerst der Konstruktor der Oberklasse aufgerufen. |
| Polymorphie Man spricht von Polymorphie, wenn gleichnamige Methoden unterschiedliche Definitionen bzw. Implementierungen haben. Polymorphie wird durch Überschreiben der geerbten Methoden bewirkt |
Quelle: angelehnt an: http://www.mgf-kulmbach.de/neu/images/medien/unterrichtsfaecher/Informatik/grundwissen/inf10-grundwissen.pdf
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Sonnja Genia Riedl
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