Einführung in Software-Engineering

Aktives Lernen ist ideal, um die Komplexität des Software-Engineerings greifbar zu machen. Durch praktische Anwendung und Diskussionen in der Klasse können Schülerinnen und Schüler die einzelnen Phasen des Entwicklungsprozesses nicht nur theoretisch erfassen, sondern auch ihre Zusammenhänge und Herausforderungen verstehen.

• Klasse 13
• Informatik Oberstufe: Komplexe Systeme und Theoretische Grundlagen
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Erklären Sie die Notwendigkeit eines strukturierten Vorgehens bei der Softwareentwicklung zur Fehlerreduktion.
2. Analysieren Sie die spezifischen Herausforderungen bei der Entwicklung von Software für verteilte Systeme oder eingebettete Systeme.
3. Vergleichen Sie die Vor- und Nachteile von Wasserfallmodellen und agilen Methoden anhand konkreter Projektbeispiele.
4. Bewerten Sie die Eignung verschiedener Software-Lebenszyklusmodelle für unterschiedliche Projektanforderungen und Teamgrößen.
5. Entwerfen Sie eine einfache Phasenübergangsmatrix für ein gegebenes Softwareprojekt.

Lernen an Stationen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Lernen an Stationen: Phasen des Prozesses

Richten Sie sechs Stationen ein, eine pro Phase. Gruppen erstellen in 7 Minuten ein Artefakt, z. B. Anforderungsliste oder Testprotokoll, und rotieren. Abschließend teilen sie Ergebnisse im Plenum.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Notwendigkeit systematischer Ansätze in der Softwareentwicklung.

Moderationstipp: Beim Stationenlernen: Achten Sie darauf, dass die Gruppen in der vorgegebenen Zeit von 7 Minuten ein aussagekräftiges Artefakt pro Phase erstellen und die Kernideen festhalten.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Rollenspiel

⏱ 50 Min.·Kleingruppen

Rollenspiel: Agile Sprint

Teilen Sie Rollen wie Product Owner und Developer aus. Gruppen planen einen Sprint: tägliche Stand-ups, Backlog priorisieren, Review. Diskutieren Sie Anpassungen nach dem Rollenspiel.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die Herausforderungen bei der Entwicklung großer Softwaresysteme.

Moderationstipp: Beim Rollenspiel 'Agile Sprint': Überwachen Sie die Einhaltung der agilen Zeremonien wie Daily Stand-ups und stellen Sie sicher, dass die Rollen klar verstanden und ausgefüllt werden.

Setup: Spielfläche oder entsprechend angeordnete Tische für das Szenario

Materials: Rollenkarten mit Hintergrundinfos und Zielen, Szenario-Briefing

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Sozialbewusstsein
• Selbstwahrnehmung

Flipped Classroom

⏱ 30 Min.·Partnerarbeit

Modellvergleich: Wasserfall vs. Agile

Paare erhalten Szenarien und vergleichen Modelle in Tabellen. Sie begründen Vor- und Nachteile und präsentieren. Ergänzen Sie mit einer Klassendiskussion.

Vorbereitung & Details

Vergleichen Sie verschiedene Software-Lebenszyklusmodelle.

Moderationstipp: Beim Modellvergleich 'Wasserfall vs. Agile': Gehen Sie herum und helfen Sie Paaren, ihre Szenarien präzise auf die jeweiligen Modelle zu beziehen und die Vor- und Nachteile konkret zu begründen.

Setup: Klassenzimmer mit flexibler Bestuhlung für Gruppenaktivitäten

Materials: Vorbereitungsmaterial (Video/Text mit Leitfragen), Lernstandskontrolle oder Entrance Ticket, Anwendungsaufgaben für die Präsenzphase, Reflexionsjournal

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Flipped Classroom

⏱ 35 Min.·Kleingruppen

Projektfehler-Analyse

Präsentieren Sie reale Failures wie Ariane-5. Individuen notieren Phasenfehler, dann gruppale Lösungsvorschläge diskutieren.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die Notwendigkeit systematischer Ansätze in der Softwareentwicklung.

Moderationstipp: Bei der Projektfehler-Analyse: Ermutigen Sie die Schülerinnen und Schüler, bei der Gruppendiskussion konkrete Lösungsansätze für die analysierten Fehlerphasen zu entwickeln, die über bloße Schuldzuweisungen hinausgehen.

Setup: Klassenzimmer mit flexibler Bestuhlung für Gruppenaktivitäten

Materials: Vorbereitungsmaterial (Video/Text mit Leitfragen), Lernstandskontrolle oder Entrance Ticket, Anwendungsaufgaben für die Präsenzphase, Reflexionsjournal

• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Dieses Thema unterrichten

Der pädagogische Ansatz sollte den Fokus von der reinen Programmierung hin zum gesamten Lebenszyklus der Software legen. Nutzen Sie die aktiven Methoden, um die Schülerinnen und Schüler selbstständig die Prinzipien und Herausforderungen des Software-Engineerings entdecken zu lassen, anstatt trockene Theorie zu vermitteln. Vermeiden Sie es, fertige Lösungen vorzugeben; fördern Sie stattdessen Problemlösungsstrategien und kritisches Denken.

Was Sie erwartet

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass Schülerinnen und Schüler die verschiedenen Phasen des Software-Engineerings benennen und ihre Bedeutung im Kontext erklären können. Sie sind in der Lage, die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Entwicklungsmodelle zu diskutieren und die Relevanz systematischer Vorgehensweisen für die Qualitätssicherung zu erkennen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Beim Stationenlernen: Achten Sie darauf, dass Schülerinnen und Schüler nicht den Eindruck gewinnen, dass Software-Engineering lediglich aus dem Erstellen eines einzelnen Artefakts pro Phase besteht.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Beim Stationenlernen: Lenken Sie die Diskussion darauf, dass die erstellten Artefakte Beispiele für die Ergebnisse einer Phase sind und dass der Prozess iterativ und komplexer ist als nur das Anfertigen eines einzelnen Dokuments oder Codeschnipsels.

Häufige Fehlvorstellung

Beim Modellvergleich 'Wasserfall vs. Agile': Achten Sie darauf, dass Schülerinnen und Schüler nicht pauschal annehmen, dass agile Methoden immer überlegen sind.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Beim Modellvergleich 'Wasserfall vs. Agile': Fordern Sie die Schülerinnen und Schüler auf, ihre Szenarien kritisch zu analysieren und konkrete Situationen zu benennen, in denen das Wasserfallmodell Vorteile bieten könnte, um eine differenzierte Sichtweise zu fördern.

Häufige Fehlvorstellung

Bei der Projektfehler-Analyse: Achten Sie darauf, dass Schülerinnen und Schüler nicht annehmen, Tests seien eine isolierte Phase nach der Implementierung.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Bei der Projektfehler-Analyse: Lenken Sie die Diskussion so, dass die Schülerinnen und Schüler erkennen, wie Fehler in früheren Phasen (z.B. Anforderungsanalyse) zu Problemen führen können, die erst spät beim Testen entdeckt werden, und wie kontinuierliches Testen integriert werden sollte.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Stationenlernen und dem Modellvergleich: Geben Sie den Schülerinnen und Schülern eine Karteikarte mit einer Projektbeschreibung und bitten Sie sie, eine kurze Begründung zu schreiben, welches Lebenszyklusmodell sie wählen würden und warum.

Diskussionsfrage

Nach der Projektfehler-Analyse: Stellen Sie die Frage: 'Warum ist es für die Entwicklung von Software für kritische Infrastrukturen wie Kraftwerke oder Flugverkehrskontrollsysteme besonders wichtig, einen strengen und gut dokumentierten Entwicklungsprozess zu befolgen?' Leiten Sie eine Diskussion über Risiken und Verantwortlichkeiten.

Kurze Überprüfung

Nach dem Stationenlernen: Zeigen Sie eine Liste von Software-Entwicklungsphasen und bitten Sie die Schülerinnen und Schüler, diese Phasen in der Reihenfolge anzuordnen, wie sie typischerweise in einem Wasserfallmodell ablaufen, und erklären Sie kurz die Logik dahinter.

Erweiterungen & Unterstützung

• Challenge: Recherchieren Sie ein weiteres reales Software-Projekt-Desaster und analysieren Sie es mithilfe der im Stationenlernen erarbeiteten Phasen.
• Scaffolding: Stellen Sie für das Stationenlernen Arbeitsblätter mit spezifischen Leitfragen für jede Station zur Verfügung, um die Artefakterstellung zu unterstützen.
• Deeper Exploration: Diskutieren Sie im Anschluss an den Modellvergleich die Eignung verschiedener Modelle für Open-Source-Projekte oder sicherheitskritische Systeme.

Schlüsselvokabular

Software-Lebenszyklus	Der gesamte Prozess von der Idee bis zur Stilllegung einer Software, einschließlich Planung, Entwicklung, Betrieb und Wartung.
Anforderungsanalyse	Die Phase, in der die Bedürfnisse und Wünsche der Stakeholder ermittelt und dokumentiert werden, um festzulegen, was die Software leisten soll.
Agile Methoden	Iterative und inkrementelle Entwicklungsansätze, die Flexibilität, schnelle Reaktion auf Änderungen und enge Zusammenarbeit mit dem Kunden betonen.
Wasserfallmodell	Ein lineares, sequenzielles Vorgehensmodell, bei dem jede Phase abgeschlossen sein muss, bevor die nächste beginnt.
Deployment	Die Phase, in der die entwickelte Software in die Zielumgebung überführt und für die Benutzer verfügbar gemacht wird.