Prüfungsteilnehmer Prüfungstermin Einzelprüfungsnummer Kennwort: Frühj ahr 6 6 1 1 8 Arbeitsplatz-Nr.: 2 02 0 Erste Staatsprüfung für ein Lehramt an öffentlichen Schulen — Prüfungsaufgaben — Fach: Informatik (vertieft studiert) Einzelprüfung: Fachdidaktik Anzahl der gestellten Themen (Aufgaben): 3 Anzahl der Druckseiten dieser Vorlage: 5 Bitte wenden! Frühjahr 2020 Einzelprüfungsnummer 66118 Seite 2 Thema Nr. 1 Die Datenstruktur Baum Der derzeit gültige Lehrplan für das achtjährige Gymnasium legt für das Fach Informatik in der elften Jahrgangsstufe unter anderem folgende Inhalte fest: Inf 11.1.2 Bäume als spezielle Graphen e die Datenstruktur Graph als Verallgemeinerung des Baums; Eigenschaften (gerichtet/ungerichtet, bewertet/unbewertet); Adjazenzmatrix e Algorithmus zum Graphendurchlauf (z. B. Tiefensuche) bei einer Aufgabenstellung aus der Praxis Aufgabe 1: Modellierung Erläutern Sie die Notwendigkeit der Modellierung als Methode und Lerninhalt im Informatikunterricht des Gymnasiums! Nehmen Sie dabei auch Bezug auf die aufgeführten Inhalte aus dem o. g. Lehrplan- abschnitt Inf 11.1.2! Aufgabe 2: EIS-Prinzip Jerome Bruner kategorisiert die Repräsentation von Wissen und Information nach seinem EIS-Prinzip. Geben Sie für jede der drei Formen (enaktiv, ikonisch und symbolisch) jeweils einen passenden An- wendungsfall aus dem Bereich Graphen an! Begründen Sie Ihre Wahl! Aufgabe 3: Umsetzung von Modellen im Unterricht Beim informatischen Problemlösen ist die Modellierung ein wichtiger Baustein. Begründen Sie, wa- rum im allgemeinbildenden Informatikunterricht die Umsetzung eines Modells in eine ausführbare informatische Lösung angestrebt werden sollte! Argumentieren Sie konkret mit der Tiefensuche in Graphen! Aufgabe 4: Tiefensuche Sie wollen im Rahmen einer Doppelstunde den Algorithmus der Tiefensuche in einem Graphen be- handeln. a) Geben Sie ein geeignetes konkretes Modell eines Graphen an und führen Sie den Tiefensuche- Algorithmus an diesem Modell nachvollziehbar durch. b) Nennen Sie für die Doppelstunde drei passende überprüfbare Feinziele. c) Schildern Sie nachvollziehbar auf ca. zwei Seiten den Unterrichtsverlauf der Doppelstunde unter Angabe der Unterrichtsphasen, Sozialformen und Aktivitäten der Schüler/innen. Setzen Sie im Stundenverlauf sowohl ein ikonisches als auch symbolisches Modell ein! -3- S. Frühjahr 2020 Einzelprüfungsnummer 66118 Seite 3 Thema Nr. 2 Stichworte: Konirollstrukturen, Programmierwerkzeuge, Unterrichtsreihe, Aufgaben. Im LehrplanPLUS für Gymnasien findet sich für das Fach Natur und Technik in der 7. Jgst. der fol- gende Abschnitt: NT7 2.3 Beschreibung von Abläufen durch Algorithmen (ca. 11 Std.) Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler ... Inhalte zu den Kompetenzen: e analysieren und strukturieren geeignete Problemstellungen aus ihrer Erfahrungs- welt (z. B. Bedienung eines Geräts), entwickeln geeignete Abläufe zu deren Lö- sung und beschreiben diese unter effizienter Verwendung von Kontrollstrukturen durch Algorithmen. e setzen unter sinnvoller Nutzung algorithmischer Bausteine einfache Algorithmen mithilfe geeigneter Programmierwerkzeuge um. e Algorithmus: Definition des Begriffs, Strukturelemente (Anweisung, Sequenz, ein- und zweiseitig bedingte Anweisung, Wiederholung mit fester Anzahl, Wiederho- lung mit Bedingung) e Fachbegriffe: Algorithmus, Anweisung, Sequenz, ein- und zweiseitig bedingte Anweisung, Wiederholung mit fester Anzahl, Wiederholung mit Bedingung Aufgabe a) b) Die erste Kompetenzerwartung bezieht sich auf Problemstellungen aus der Erfahrungswelt der Schülerinnen und Schüler. Nennen Sie drei für Aufgaben geeignete Problemstellungen, die nichts mit der Bedienung von Geräten zu tun haben! Geben Sie zu jeder Problemstellung eine kurze Be- schreibung an! Die Inhalte zu den Kompetenzen führen eine Reihe von Kontrollstrukturen auf. Diese werden im Unterricht mithilfe eines geeigneten Programmierwerkzeugs erarbeitet (vgl. hierzu auch die Kom- petenzerwartung). Nennen Sie drei verschiedenartige Programmierwerkzeuge, die hierfür geeignet sind! Begründen Sie deren Eignung anhand fachdidaktischer Kriterien! Wählen Sie ein Programmierwerkzeug aus Teil b) aus. Beschreiben Sie nun nachvollziehbar eine mit diesem Programmierwerkzeug sinnvoll umsetzbare Unterrichtsreihe für den gesamten Lehr- planpunkt NT7 2.3! Geben Sie dazu zu jeder Doppelstunde daraus zunächst ein Grobziel und eine kurze Beschreibung des Stundenverlaufs an! Fortsetzung nächste Seite! Frühjahr 2020 Einzelprüfungsnummer 66118 Seite 4°. d) Formulieren Sie für jede dieser Doppelstunden Ihrer Unterrichtsreihe aus Teilaufgabe c) eine Ein- stiegsaufgabe! e) In Teilaufgabe c) haben Sie die genannten Kontrollstrukturen in eine „unterrichtbare‘“ Ordnung gebracht. Begründen Sie nun anhand von geeigneten Kriterien, warum diese Ordnung der Kon- trollstrukturen fachdidaktisch sinnvoll ist! Geben Sie eine alternative Ordnung an, die Ihre Krite- rien ebenfalls erfüllt hätte, und begründen Sie, warum Sie der Ordnung in Teilaufgabe c) den Vor- zug geben! f) Nehmen Sie Stellung zu der Frage, ob die Auswahl eines Programmierwerkzeugs die Ordnung der Kontrollstrukturen innerhalb der Unterrichtsreihe beeinflusst! Geben Sie zur Unterstützung Ihrer Argumentation ggf. konkrete Beispiele an! Frühjahr 2020 Einzelprüfungsnummer 66118 Seite 5 Thema Nr. 3 Arbeiten mit Referenzen Stichworte: Referenzen, Fehlvorstellungen, Hefteintrag, Werkzeuge für den Unterricht Der LehrplanPLUS für das Fach Informatik in der 10. Jahrgangsstufe des bayerischen Gymnasiums nennt im Zusammenhang mit dem Thema „objektorientierte Modellierung und Programmierung“ zahl- reiche Kompetenzerwartungen und Inhalte. Unter anderem ist folgende Kompetenzerwartung aufge- führt: „Die Schülerinnen und Schüler implementieren die im Klassendiagramm festgelegten Beziehungen sachgerecht durch Referenzen, um während der Laufzeit des Programms die Kommunikation zwischen den entsprechenden Objekten durch den Aufruf geeigneter Methoden zu ermöglichen.|...]“ a) Fachliche Klärung Beim Programmieren in der 10. Jahrgangsstufe spricht man Objekte über Referenzen an. Es ergibt sich u. a. folgende Frage: Wann sind zwei Objekte gleich? Gehen Sie detailliert und aus Sicht der Informatik auf diese Frage ein. Illustrieren Sie Ihre Reflexion an einem geeigneten konkreten Bei- spiel! b) Fehlvorstellungen Programmieranfänger/innen kämpfen bezüglich der Arbeit mit Referenzen mit Fehlvorstellungen wie beispielsweise „Verschmelzung von Referenzattribut und referenziertem Objekt“. Sie äußert sich u. a. in der Vorstellung, dass der Name des Referenzattributs Teil des referenzierten Objekts wäre oder dass Zuweisungen den Namen von Objekten änderten. Erläutern Sie diese Fehlvorstel- lung detailliert! c) Unterrichtliche Möglichkeiten Skizzieren Sie eine Metapher oder eine Analogie, die helfen kann, die Begriffe „identisch“ und „gleichartig“ im Unterricht zu illustrieren! Skizzieren Sie dabei auch Grenzen Ihrer Metapher oder Analogie! d) Konstruktion von Unterricht Formulieren Sie für eine Doppelstunde zum Thema „Einführung in das Arbeiten mit Referenzen“ einen geeigneten Hefteintrag! Geben Sie eine Aufgabe mit Lösungsskizze an, die Sie in der ent- sprechenden Unterrichtsstunde einsetzen! Erläutern Sie aus didaktischer Sicht, in wie fern Sie beim Entwurf Ihres Hefteintrags und Ihrer Aufgabe Ihre Überlegungen aus den vorhergehenden Teilaufgaben berücksichtigt haben! Skizzieren Sie darüber hinaus kurz die Vorkenntnisse Ihrer Lerngruppe und die Einordnung der Doppelstunde in den zugehörigen Lernbereich des Lehrplans! e) Werkzeuge für den Unterricht Nennen und erläutern Sie ein Werkzeug, welches Sie in der Doppelstunde aus d) einsetzen wür- den! Begründen Sie die Wahl des Werkzeugs didaktisch! Beziehen Sie sich dabei konkret auf In- halte Ihrer Doppelstunde aus d) und zeigen Sie detailliert Möglichkeiten auf, die das gewählte Werkzeug in diesem Zusammenhang bietet!