Klassen und Objekte

Aktive Modellierung hilft Schülerinnen und Schülern, abstrakte Konzepte wie Klassen und Objekte greifbar zu machen. Durch das Erstellen von Bauplänen und das Anwenden auf konkrete Instanzen verstehen sie den Unterschied zwischen statischen Vorlagen und dynamischen Entitäten. Diese Methode fördert nicht nur das technische Verständnis, sondern auch die Fähigkeit, reale Phänomene strukturiert abzubilden.

• Klasse 11
• Informatik in der Oberstufe: Algorithmen, Daten und Gesellschaft
• 4 Aktivitäten
• 25 Min.–45 Min.

Lernziele

1. Klassen als Blaupausen für Objekte identifizieren und deren Struktur (Attribute, Methoden) beschreiben.
2. Konkrete Objekte (Instanzen) aus gegebenen Klassen erstellen und deren individuellen Zustand (Attribute) festlegen.
3. Den Unterschied zwischen einer Klasse und einer Instanz anhand von Codebeispielen und Speicherabbildungen erklären.
4. Die Relevanz der Auswahl spezifischer Attribute für die Modellierung eines Problems analysieren.
5. Die Entstehung eines Objekts im Computerspeicher, einschließlich der Speicherallokation für Attribute, erläutern.

Concept-Mapping

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Paarprogrammierung: Klasse Auto modellieren

Paare definieren eine Klasse Auto mit Attributen wie Marke, Farbe und Methode fahren(). Sie erzeugen zwei Objekte und rufen Methoden auf. Abschließend vergleichen sie die Objekte im Debugger.

Vorbereitung & Details

Wie entscheiden wir, welche Eigenschaften eines Objekts für unser Modell relevant sind?

Moderationstipp: Fordern Sie die Paare in der Paarprogrammierung auf, ihre Klassendefinition vor der Implementierung zu skizzieren, um das Design zu reflektieren.

Setup: Tische für große Papierformate oder Wandflächen

Materials: Begriffskarten oder Haftnotizen, Plakatpapier, Marker, Beispiel für eine Concept Map

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Concept-Mapping

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Gruppenmodellierung: reale Objekte skizzieren

Gruppen wählen ein reales Szenario wie eine Schule, zeichnen Klassen (z.B. Schüler) und erzeugen Instanzen auf Papier. Sie diskutieren relevante Eigenschaften und erstellen Pseudocode.

Vorbereitung & Details

Inwiefern spiegelt die Objektorientierung unsere menschliche Wahrnehmung der Welt wider?

Moderationstipp: Bitten Sie die Gruppen bei der Modellierung realer Objekte, ihre Skizzen mit Attributen zu beschriften und die Wahl zu begründen.

Setup: Tische für große Papierformate oder Wandflächen

Materials: Begriffskarten oder Haftnotizen, Plakatpapier, Marker, Beispiel für eine Concept Map

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Concept-Mapping

⏱ 35 Min.·Ganze Klasse

Klassenpräsentation: Speicher simulieren

Die Klasse teilt sich in Gruppen auf, simuliert Speicherblöcke mit Karten für Objekte. Bei 'new' legen sie neue Karten aus und initialisieren Attribute gemeinsam.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie, was im Speicher des Computers passiert, wenn ein neues Objekt erzeugt wird.

Moderationstipp: Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler bei der Speichersimulation die Instanzen farbig markieren, um die Trennung von Klasse und Objekt sichtbar zu machen.

Setup: Tische für große Papierformate oder Wandflächen

Materials: Begriffskarten oder Haftnotizen, Plakatpapier, Marker, Beispiel für eine Concept Map

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Concept-Mapping

⏱ 25 Min.·Einzelarbeit

Individuelle Codieraufgabe: Objekte erweitern

Jeder Schüler erweitert eine vorgegebene Klasse Bankkonto um neue Instanzen und testet Interaktionen. Ergebnisse werden in einem Klassenrepository geteilt.

Vorbereitung & Details

Wie entscheiden wir, welche Eigenschaften eines Objekts für unser Modell relevant sind?

Moderationstipp: Geben Sie der individuellen Codieraufgabe klare Erweiterungsziele vor, z.B. 'Fügen Sie ein neues Attribut hinzu und passen Sie den Konstruktor an'.

Setup: Tische für große Papierformate oder Wandflächen

Materials: Begriffskarten oder Haftnotizen, Plakatpapier, Marker, Beispiel für eine Concept Map

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Dieses Thema unterrichten

Erfahrene Lehrkräfte starten mit greifbaren Beispielen aus dem Alltag der Schüler, bevor sie zur abstrakten Syntax übergehen. Vermeiden Sie es, Klassen und Objekte nur theoretisch zu erklären. Nutzen Sie Debugger, um die Speicherbelegung Schritt für Schritt zu zeigen. Wiederholen Sie regelmäßig die Grundfrage: 'Was ist der Bauplan, was sind die Häuser?'

Was Sie erwartet

Am Ende der Einheit sollten die Lernenden Klassen als Baupläne definieren können, Objekte als Instanzen davon erstellen und Attribute sinnvoll zuordnen. Zudem erwarten wir, dass sie erklären können, warum verschiedene Objekte derselben Klasse unterschiedliche Werte speichern dürfen. Die Aktivitäten zeigen, ob sie diese Konzepte anwenden und diskutieren können.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

During Paarprogrammierung: Klasse Auto modellieren, achten Sie darauf, dass Schülerinnen und Schüler nicht versuchen, die Klasse selbst als Objekt zu verwenden.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Paare auf, zuerst die Klasse ohne Instanziierung zu schreiben und dann mit 'Auto meinAuto = new Auto()' ein konkretes Objekt zu erstellen. Lassen Sie prüfen, ob 'Auto' als Typ und 'meinAuto' als Instanz behandelt wird.

Häufige Fehlvorstellung

During Gruppenmodellierung: reale Objekte skizzieren, beobachten Sie, ob Schüler annehmen, dass alle Instanzen identische Attribute haben.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Geben Sie vor, mindestens zwei unterschiedliche Objekte derselben Klasse zu skizzieren (z.B. zwei Autos mit verschiedenen Farben und Geschwindigkeiten). Diskutieren Sie, warum Attribute wie 'Farbe' variieren können, während andere (z.B. 'AnzahlRäder') gleich bleiben.

Häufige Fehlvorstellung

During Klassenpräsentation: Speicher simulieren, achten Sie darauf, ob Schüler glauben, dass das Deklarieren einer Klasse bereits Instanzen erzeugt.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler mit einem Debugger nachvollziehen, dass nach 'class Auto {}' nur der Bauplan existiert. Erst 'Auto a = new Auto()' belegt Speicher für ein konkretes Objekt.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach Paarprogrammierung: Klasse Auto modellieren lassen Sie die Schüler zwei Objekte erstellen und deren Attribute (z.B. Farbe, Geschwindigkeit) mit konkreten Werten füllen. Die Exit-Tickets sammeln Sie ein, um zu prüfen, ob die Instanziierung korrekt erfolgt ist.

Kurze Überprüfung

Nach Gruppenmodellierung: reale Objekte skizzieren zeigen Sie ein Code-Snippet wie 'Buch meinBuch = new Buch()' und fragen: 'Welche Klasse wurde hier instanziiert?' sowie 'Nennen Sie zwei Attribute, die dieses Objekt haben könnte.'

Diskussionsfrage

Während Klassenpräsentation: Speicher simulieren leiten Sie die Diskussion: 'Welche Attribute sind für die Modellierung eines Buches in einer Bibliothek relevant (Titel, Autor, ISBN)? Welche für einen Leser (aktuelles Kapitel, Lesefortschritt)?' Beobachten Sie, ob die Schüler die Abhängigkeit der Attribute vom Kontext erkennen.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schüler auf, eine zweite Klasse zu erstellen, die mit der ersten interagiert (z.B. Auto und Fahrer).
• Helfen Sie zurückhaltenden Lernenden mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung, die Attribute und Methoden einer Klasse bereits vorgibt.
• Vertiefen Sie das Thema mit einer Diskussion: Wie würde die Klasse 'Schule' aussehen? Welche Attribute sind für verschiedene Nutzer (Lehrer, Schüler, Hausmeister) relevant?

Schlüsselvokabular

Klasse	Ein Bauplan oder eine Vorlage, die die gemeinsamen Eigenschaften (Attribute) und Verhaltensweisen (Methoden) für eine Gruppe von Objekten definiert.
Objekt (Instanz)	Eine konkrete Ausprägung einer Klasse. Jedes Objekt hat seinen eigenen Zustand, der durch die Werte seiner Attribute bestimmt wird.
Attribut	Eine Eigenschaft oder ein Merkmal, das den Zustand eines Objekts beschreibt. In der Programmierung oft als Variable innerhalb einer Klasse implementiert.
Methode	Eine Funktion oder ein Verhalten, das von Objekten einer Klasse ausgeführt werden kann. Sie operiert oft auf den Attributen des Objekts.
Instanziierung	Der Prozess der Erzeugung eines konkreten Objekts aus einer Klasse. Dies geschieht typischerweise mit dem Schlüsselwort 'new'.