Unterrichtsmaterialien zum Thema "Modellierung"

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Projekt Funktionsplotter

Unterrichtseinheit

Ziel des Projekts ist die objektorientierte Programmierung eines einfachen Funktionsplotters in Java. Dieser soll Funktionsterme, die über ein Textfeld eingegeben werden, in einem Koordinatensystem mit skalierbaren Achsen darstellen können.Schülerinnen und Schüler sollen einen Plotter entwickeln, mit dem ganzrationale, gebrochenrationale und Potenzfunktionen dargestellt werden können. Die Aufgabenstellung schließt die Entwicklung eines Termparsers ein. Ein besonderes Augenmerk liegt auf der engen Korrespondenz der Syntaxdiagramme mit der Implementierung der Klassen. Das hier vorgestellte Material richtet sich an erfahrende Informatiklehrerinnen und -lehrer. Es stellt die Sachanalyse dar und schlägt didaktische Reduktionen und einen Aufbau für die Unterrichtseinheit vor. Die enthaltenen Diagramme und Quelltexte sind auch für den Einsatz im Unterricht konzipiert. Realisierung überschaubarer Lösungen in Unterrichtsblöcken Die Entwicklung eines Interpreters oder Parsers, der auf einer kontextfreien Grammatik basiert, ist ein lohnendes, aber auch schwieriges Unterfangen. Dies gilt umso mehr, wenn man sich zum Ziel setzt, dass die Schülerinnen und Schüler wesentlich Teile selbst erarbeiten können. Der Aufbau soll einem genetischen Weg folgen. Ausgehend von einfachen Problemstellungen sollen kleine überschaubare Lösungen realisiert werden, die in einem Unterrichtsblock umgesetzt werden können. Diese Teillösungen können schrittweise zu immer komplexeren Lösungen erweitert werden. Vielfältige Differenzierungsmöglichkeiten Die Vorteile und der Nutzen von algorithmischen Lösungen und objektorientierter Programmierung werden unmittelbar erfahrbar. Durch vielfältige Differenzierungsmöglichkeiten wird auch den weniger leistungsstarken Schülerinnen und Schülern ein Zugang zur Materie ermöglicht. Leistungsstarke Lernende oder Teilgruppen können komplexere Aufgabenstellungen bearbeiten, deren Lösungen in das Projekt integriert werden. Von Vorteil ist hier zweifellos, dass der behandelte Gegenstand allen Schülerinnen und Schülern vertraut ist. Themenübersicht und Materialien Die Inhalte der Programmierungsziele werden kurz vorgestellt. Die jeweiligen Quelltexte und eine ausführliche Dokumentation können Sie hier einzeln herunterladen. Die Schülerinnen und Schüler sollen Syntaxregeln für den Aufbau von Termen finden und formulieren können. rekursiv aufgebaute Syntaxdiagramme lesen und erstellen können. eine kontextfreie Grammatik formulieren und nutzen lernen. die Rekursion als mächtiges Programmierkonzept kennen und nutzen lernen. die Struktur "Stapel" entwickeln, kennen und nutzen lernen. geeignete Klassenstrukturen entwickeln und die entsprechenden Klassen codieren. Thema Objektorientierte Programmierung eines Termparsers und Funktionsplotters in Java Autor Karl Georg Kristin Fach Informatik Zielgruppe Sekundarstufe II; vorauszusetzen sind Erfahrungen im objektorientierten Programmieren Zeitraum 5-10 Doppelstunden, je nach angestrebter Komplexität der Lösung Technische Voraussetzungen Computer-Arbeitsplätze in ausreichender Zahl (im Idealfall Partnerarbeit) Software Java Runtime Environment (kostenfreier Download), Entwicklungsumgebung BlueJ (Freeware) oder eine andere Entwicklungsumgebung für Java 1. Konstante Grenzen Das Programm stellt den Graphen einer Funktion auf einem Panel dar. Das Panel wird in einem Frame auf dem Monitor angezeigt. Der Ursprung des Koordinatensystems liegt in der linken unteren Ecke. Die Achsen haben feste Größen. 2. Flexible Grenzen Die Einteilung und Lage der Koordinatenachsen wird durch die Anfangs- und Endwerte der Achsen angegeben. Die Koordinatenachsen werden ebenfalls gezeichnet. 3. Achsenbeschriftung Die Beschriftung der Achsen erfolgt nach dem Grundsatz, dass zwei Markierungen höchstens 80 Pixel auseinander sein sollen und mindestens einen Abstand von 30 Pixeln haben dürfen. 1. Summen und Produkte Erlaubte Terme dürfen zu Beginn nur Ziffern, die Variable x, Plus- und Multiplikationszeichen enthalten. 2. Geklammerte Ausdrücke Sollen auch Terme verarbeitet werden können, die Klammerausdrücke enthalten, muss die Syntax erweitert werden. 3. Subtraktion und Division Die Subtraktion einer Zahl wird ersetzt durch die Addition des negativen Werts der Zahl. Ein Minuszeichen vor einem Summanden führt dazu, dass der Wert des Summanden ins Negative verkehrt wird. Eine Sonderstellung nehmen dabei Vorzeichen ein, die nicht einem Summanden folgen, sondern vor einem Term stehen. 4. Potenzrechnung Um Potenzen verarbeiten zu können wird die Syntax erneuet erweitert. Als Basen und Exponenten sind Variablen, Konstanten oder eingeklammerte Terme zugelassen. Am Ende der Unterrichtseinheit werden die Teile des Projekts zusammengeführt und der Funktionsplotter erhält noch eine interaktive Oberfläche. In dem Dokument (dokumentation_plotter.pdf) finden Sie weitere und ausführliche Informationen zu den oben kurz vorgestellten Programmierzielen, die in einem Unterrichtsblock umgesetzt werden sollen.

  • Informatik
  • Sekundarstufe II

Datenbanken in einer Client-Server-Umgebung

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit werden die Schülerinnen und Schüler in die Lage versetzt, die Anwendung und den Gebrauch von Datenbanken im Kontext von Client-Server-Architekturen zu interpretieren (MySQL, Apache-Server und PHP).Nachdem ein grundlegendes Verständnis für die Datenmodellierung entwickelt, einfache Übungen (zum Beispiel in Access 2000) umgesetzt und der Umgang mit der Abfragesprache SQL erlernt wurde, installieren und bedienen die Jugendlichen jetzt das Datenbankmanagementsystem MySQL, welches einen Apache-Server und andere Utilities integriert. Die lokal installierte Arbeitsumgebung simuliert den Zugriff auf Datenbanken, zum Beispiel im Internet. Der Anwender kommt über dynamische Internetseiten mit Datenbanken in Berührung, die im Hintergrund angeforderte Informationen transparent aufbereiten. Im Unterricht kann die Einführung in die neue Systemumgebung anhand der schon aus der Unterrichtsreihe Relationale Datenbanken bekannten Datenbankbeispiele (zum Beispiel Buchungssystem und Schulbibliothek ) erfolgen, die unter neuen Gesichtpunkten behandelt werden. Komplexere Datenbankbeispiele werden zusätzlich implementiert. Abschließend kann im Rahmen eines Projektunterrichts eine komplexe Aufgabe gestellt werden, die auf den gesamten Stoff der Unterrichtsreihe zurückgreift. Überblick Hier finden Sie eine kurze Übersicht zum Verlauf der Unterrichtseinheit zum Thema Installation und Anwendung einer lokalen Arbeitsumgebung. Installation einer Client-Server-Umgebung Keine größeren Internetanwendungen kommen heute mehr ohne die Erzeugung von dynamischen Webseiten in Verbindung mit Datenbanken aus. Die installierte Client-Server-Umgebung zeigt eine Möglichkeit, wie über eine Benutzeroberfläche, die in einem Internetbrowser integriert ist, der Zugriff auf Datenbanken erfolgt. Bedienung und Anlegen von Datenbanken in MySQL Eine aus dem vorangegangenen Unterricht bekannte Datenbank wird beispielhaft im Datenbankmanagement MySQL angelegt und deren Inhalt angezeigt. Die Schülerinnen und Schüler geben die notwendigen Befehle direkt auf der Betriebssystemebene über die Kommandozeile ein. Die Schülerinnen und Schüler sollen die lokale Arbeitsumgebung WAMP beziehungsweise LAMP selbstständig installieren. das grundsätzliche Prinzip einer Client-Server-Anwendung verstehen. Dazu werden die wichtigsten Server und Schnittstellen erläutert. in MySQL einfache Datenbanken angelegen. den Umgang mit der Abfragesprache SQL üben beziehungsweise vertiefen. Dazu wird die Frontend-Anwendung im Internetbrowser (phpMyAdmin) eingesetzt. dynamische Internetseiten mit PHP erstellen, die dann den Zugriff auf eine angelegte Datenbank ermöglichen (weiterführendes Lernziel, Projektunterricht). Thema Relationale Datenbanken IV: Datenbanken in einer Client-Server-Umgebung Autor Michael Kowalski Fach Informatik Zielgruppe Jahrgangsstufe 12 Zeitraum etwa 6 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Windowsrechner in ausreichender Anzahl (für Einzel- oder Partnerarbeit) Software Windows (98, 2000, XP) und Internet-Browser Anwendungssoftware, die eine lokale Arbeitsumgebung bestehend aus MySQL, Apache-Server und PHP auf dem eigenen Computer installiert, steht im Internet zum Download zur Verfügung. Datenbank- und Apache-Server können in einfachster Weise gestartet und gestoppt werden, so dass eigene Datenbanken implementiert und der Zugriff über einen Internet-Browser erfolgen kann. LAMP Hier finden Sie einen Verweis zum Download des Komplettpaketes LAMP. WAMP Hier finden Sie einen Verweis zum Download des Komplettpaketes WAMP. Mac OS X Hier finden Sie den Verweis zum Download des Komplettpaketes XAMP für Mac OS X. Mit der Installation des Datenbankservers MySQL (kostenlos und Open Source) und einer simulierten Client-Server-Umgebung lösen sich die Schülerinnen und Schüler vom "Standalone-System" einer Datenbank, welches in den vorangegangenen Unterrichtseinheiten durch Access 2000 zum Einsatz gekommen ist. Die Unterrichtseinheit soll den Schülerinnen und Schülern vermitteln, dass Datenbanken zum Beispiel in größeren Internetanwendungen integriert werden. Dazu wird exemplarisch der Zugriff über einen Internetbrowser (phpMyadmin, Client) auf entsprechende Beispieldatenbanken (auf dem Server) gewährleistet. Wichtige Strukturen dieser Client-Server-Architektur können anhand des Arbeitsblattes (ab9_kopiervorlage_client_server.ppt) zu Beginn der Unterrichtseinheit mit den Schülerinnen und Schülern erarbeitet werden. Die Installation einer kompletten Client-Server-Umgebung auf einzelnen Schülercomputern kann anschließend im Unterricht erfolgen. Hinweise für die Installation von LAMP beziehungsweise WAMP finden Sie im Internet (siehe "Internetadressen" auf der Startseite des Artikels). Ein Arbeitsblatt (ab10_einffuehrung_mysql.rtf) führt in das Programm MySQL ein. Die Schülerinnen und Schüler können sich die ersten Schritte selbst erarbeiten und eine erste Beispieldatenbank installieren. Sie geben entsprechende Befehle direkt auf der Betriebssystemebene ein. Die Unterrichtseinheit schließt mit einer Einführung in die Benutzeroberfläche von phpMyadmin ab. Über die Benutzeroberfläche und die Formulierung weiterführender SQL-Befehle (Arbeitsblatt ab11_sql_muiskschule.rtf) ermitteln die Schülerinnen und Schüler die Inhalte der Datenbank. Bevor die Client-Server-Umgebung installiert wird, werden grundlegende Strukturen einer Client-Server-Umgebung erarbeitet. Es wird davon ausgegangen, dass die Schülerinnen und Schüler nur über wenige Vorkenntnisse über Client-Server-Architekturen verfügen. Um sie dennoch aktiv in das Unterrichtsgeschehen einzubinden, wird eine Kopiervorlage verwendet, die die wichtigsten Komponenten einer solchen Struktur aufzeigt (ab9_kopiervorlage_client_server.ppt). Die Schülerinnen und Schüler werden aufgefordert, die einzelnen Bestandteile der Client-Server-Umgebung in die richtige Reihenfolge zu bringen. Die Lehrkraft greift in das Geschehen ein, wenn die Schülerinnen und Schüler zum Beispiel nicht in der Lage sind, die entsprechenden Schnittstellen, die durch die Übertragung der entsprechenden Kommandos beziehungsweise Befehle gegeben sind, zu identifizieren. Die anschließende Installation der Client-Server-Umgebung verläuft analog zur Installation von Standardsoftware. Jeder Schülerin und jeder Schüler sollte in der Lage sein, die Client-Server-Umgebung zu installieren und zu testen. Das Arbeitsblatt Einführung in MySQL (ab10_einfuehrung_mysql.rtf) zeigt alle wichtigen Befehle, die erforderlich sind um erste Erfahrungen mit dem Programm MySQL sammeln zu können. Das Arbeitsblatt ermöglicht eine selbstständige Einarbeitung und schließt mit vier Arbeitsaufträgen ab. Bitte beachten Sie, dass zu Beginn der Unterrichtsstunden der MySQL-Server gestartet wird die Installationsdatei für das Anlegen der Beispieldatenbank auf den Schülerrechnern zur Verfügung steht. Genaue Hinweise finden Sie im Verlaufsplan der Unterrichtseinheit . Im letzten Schritt vertiefen die Schülerinnen und Schüler ihre bisherigen SQL-Kenntnisse durch die Bearbeitung eines weiteren Arbeitsblattes (ab11_sql_musikschule). Die Befehle für das Abfragen der Datenbank musikschule erfolgt direkt aus Benutzeroberfläche von phpMyAdmin. Damit können die Schülerinnen und Schüler in einer typischen Client-Server-Umgebung agieren. Zusätzliche Informationen und zur Installation und Bedienung der Client-Server-Umgebung und Datenbanken: Abschließend kann im Rahmen eines Projektunterrichts eine komplexe Aufgabe gestellt werden, die auf den gesamten Stoff der Unterrichtsreihe zurückgreift. Jürgen Burkert, Roland Lächa Datenbanken - Informatik für die Sekundarstufe II Hessisches Landesinstitut für Pädagogik Wiesbaden, 2002, 2. überarbeite Auflage, ISBN 3-88327-372-4 Markus Asmuth Online-Projekte mit PHP und MySQL Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2004, 1. Auflage ISBN 3-427-01154-2 Thomas Demming Anfangen, Anwenden, Verstehen Addison-Wesley, München 2003 ISBN 3-8273-2070-4 Andreas Meier Relationale Datenbanken Leitfaden für die Praxis Springer, Berlin, 2003, 5.Auflage ISBN 3-540-00905-1 Alfons Kemper, Andre Eickler Datenbanksysteme Eine Einführung Oldenbourg, 2004, 5. Auflage ISBN 3-486-27392-2

  • Informatik
  • Sekundarstufe II

Abbildungsregeln für die Datenmodellierung

Unterrichtseinheit

In dieser Unterrichtseinheit wird der systematische Übergang vom Entitäts-Beziehungsmodell in ein relationales Datenbankschema mit Abbildungsregeln erarbeitet. Durch die anschließende Umsetzung einer komplexen Anforderungsdefinition in ein relationales Datenbanksystem führen die Schülerinnen und Schüler einen vollständigen Prozess der Datenmodellierung aus.Diese Unterrichtseinheit ist Bestandteil der Unterrichtsreihe zu den Relationale Datenbanken . Sie setzt voraus, dass die Schülerinnen und Schüler einfache Beispiele in ein Entitäts-Beziehungsmodell übertragen können und erste Erfahrungen im Umgang mit Datenbanksoftware (zum Beispiel Access 2000) gesammelt haben. Die Vermittlung dieser Grundkenntnisse wird in der Unterrichtseinheit Einführung in die Datenmodellierung dargestellt. Nach der Definition von vier elementaren Beziehungstypen werden anhand einfacher Beispiele die Abbildungsregeln erarbeitet. Es wird festgelegt, dass alle Entitätsmengen als eigenständige Tabellen abgebildet werden. Für die unterschiedlichen Beziehungstypen (beziehungsweise Beziehungsmengen) wird geprüft, ob das Anlegen eigenständiger Tabellen ebenfalls notwendig ist. Ausnahmefälle werden vertiefend behandelt. Am Ende der Unterrichtseinheit kann der Prozess der Datenmodellierung durch die Umsetzung einer anspruchsvollen Anforderungsdefinition komplett erfasst werden. Die Schülerinnen und Schüler gehen in folgenden Schritten vor:Aufbauend auf den ersten Beispielen der ersten Unterrichtseinheit der Reihe zu den Relationalen Datenbanken ( Einführung in die Datenmodellierung ) können die Definitionen von Beziehungstypen problemlos eingeführt werden. In Abhängigkeit des Abstraktionsniveaus des zugrunde liegenden Datenmodells gibt es verschiedene Möglichkeiten, Beziehungstypen zu definieren. Ich habe mich für ein Auswahl der Beziehungstypen aus dem Buch Datenbanksysteme von A. Kemper/A. Eickler entschieden (siehe Links und Literatur zum Thema Datenbank ). Es werden nur 1:1-, N:1-, 1:N- und N:M-Beziehungen definiert. Im Unterricht sollte besonders darauf geachtet werden, dass die Schülerinnen und Schüler die Beziehungen im Entitäts-Beziehungsmodell exakt formulieren und sie richtig im Diagramm eintragen können. Erarbeitung der Abbildungsregeln Die Abbildungsregeln werden an konkreten Beispielen vorgestellt. Praktische Umsetzung einer komplexen Anforderungsdefinition Die Umsetzung der komplexen Anforderungsdefinition durchläuft den vollständigen Prozess der Datenmodellierung. Für das Lösen der Aufgabe sind alle bisherigen Kenntnisse aus den Unterrichteinheiten I bis II erforderlich. Die Schülerinnen und Schüler sollen Beziehungstypen im Entitäts-Beziehungsmodell charakterisieren. Abbildungsregeln für die Überführung von Entitäts- und Beziehungsmengen in Abhängigkeit des Beziehungstyps benennen. Möglichkeiten für die Bildung des Primärschlüssels für Tabellen auswählen, die Beziehungsmengen darstellen. Einsichten für die Notwendigkeit der Anwendung von Abbildungsregeln entwickeln, um Datenbankanomalien zu vermeiden. komplexere Anforderungsdefinitionen durch Datenmodellierung in eine relationale Datenbank übertragen. Ermitteln essentieller Informationen aus der Anforderungsdefinition Erstellen des Entitäts-Beziehungsmodells Übertragen des Entitäts-Beziehungsmodells in das relationale Datenbankschema Realisieren im relationalen Datenbanksystem Thema Relationale Datenbanken II: Abbildungsregeln für die Datenmodellierung Autor Michael Kowalski Fach Informatik Zielgruppe Jahrgangsstufe 12 Zeitraum etwa 7 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Windowsrechner in ausreichender Anzahl (für Einzel- oder Partnerarbeit) Software Access 2000 Für einfache Beispiele wurde das Entitäts-Beziehungsmodell erstellt und entsprechende Tabellen in der relationalen Datenbank festgelegt und in einer Datenbank realisiert. Bisher wurde jeder Entitäts- und Beziehungsmenge eine eigenständige Tabelle in der relationalen Datenbank zugeordnet. Um den Prozess der Datenmodellierung zu verifizieren, müssen die Beziehungen zwischen den Entitätsmengen genauer charakterisiert werden. Ein Arbeitsblatt (ab_4_defintion_beziehungstypen.rtf) definiert die wichtigsten Beziehungstypen. Im Unterricht ist darauf zu achten, dass die Schülerinnen und Schüler sich eine exakte Sprechweise für die Charakterisierung der Beziehungstypen aneignen. Für das Beispiel "Personen/Firma" auf dem genannten Arbeitsblatt sollte formuliert werden: "Jede Person ist maximal in einer Firma beschäftigt (1). Jede Firma beschäftigt beliebig viele Personen (N)." Entsprechende Formulierungen für die anderen Beziehungstypen werden im Unterricht (mündlich) eingeübt. Nachfolgend werden die Abbildungsregeln für die Überführung des Entitäts-Beziehungsmodell in die relationale Datenbank vorgestellt. Orientiert an einem schon aus dem vorangegangenen Unterricht bekannten Beispiel können die Abbildungsregeln 1 und 2A (siehe Arbeitsblatt "ab5_abbildungsreglen.rtf", Blatt 1) eingeführt werden. Die Bildung des Primärschlüssels für Tabellen, die Beziehungen vom Typ N:M entsprechen, muss genauer untersucht werden: Der Primärschlüssel setzt sich aus allen Schlüsselattributen der zugehörigen Entitätsmengen zusammen. Der Primärschlüssel wird durch ein zusätzliches Attribut festgelegt, das als künstlicher Primärschlüssel eingesetzt wird. Die Aufgabenstellung des Arbeitsblattes (ab6_anforderungsdefinition.doc) fasst die wichtigsten Kenntnisse der bisherigen Unterrichtseinheiten I bis II zum Thema Relationale Datenbanken zusammen. Die Schülerinnen und Schüler müssen aus der Aufgabenstellung die für die Erstellung des Entitäts-Beziehungsmodells relevanten Informationen identifizieren. Mithilfe der Abbildungsregeln wird das relationale Datenbankschema abgeleitet. Die Bearbeitung des Problems findet in Partnerarbeit statt und eine entsprechende Präsentation der Ergebnisse würdigt den erfolgreichen Arbeitsaufwand der Schülerinnen und Schüler. Jürgen Burkert, Roland Lächa Datenbanken - Informatik für die Sekundarstufe II Hessisches Landesinstitut für Pädagogik Wiesbaden, 2002, 2. überarbeite Auflage, ISBN 3-88327-372-4 Markus Asmuth Online-Projekte mit PHP und MySQL Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2004, 1. Auflage ISBN 3-427-01154-2 Thomas Demming Anfangen, Anwenden, Verstehen Addison-Wesley, München 2003 ISBN 3-8273-2070-4 Andreas Meier Relationale Datenbanken Leitfaden für die Praxis Springer, Berlin, 2003, 5.Auflage ISBN 3-540-00905-1 Alfons Kemper, Andre Eickler Datenbanksysteme Eine Einführung Oldenbourg, 2004, 5. Auflage ISBN 3-486-27392-2

  • Informatik
  • Sekundarstufe II

Einführung in die Datenmodellierung

Unterrichtseinheit

Die bewusste Wahrnehmung vertrauter Datenbankanwendungen ist ein guter Ausgangspunkt für das so oft geforderte Lernen im Kontext und kann anschließend durch eine fortschreitende Analyse entsprechender Systeme vertieft werden. In dieser Unterrichtseinheit erstellen Schülerinnen und Schüler mit Access ein Buchungssystem für Flüge.Über ein Brainstorming werden zunächst die theoretischen und praktischen Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler ermittelt. Nach einer Feedbackrunde wird mit dem Anlegen einer einfachen Beispieldatenbank begonnen. Diese enthält zwei Tabellen (Flüge und Kunden), die implizit Entitätsmengen darstellen und durch eine weitere Tabelle (Beziehungsmenge) in Beziehung zueinander gebracht werden. Nachfolgend werden der Aufbau der Tabellen erklärt und wichtige Merkmale (Attribute, Datensätze, Datentypen, Primärschlüssel et cetera) benannt. Der Unterricht wird mit dem Einstieg in das Entitäts-Beziehungsmodell fortgesetzt. Auf etwas abstrakterem Niveau wird allgemein von Daten und Beziehungen gesprochen, die symbolisch durch verschiedene grafische Elemente abgebildet werden. Ein Rückgriff auf das erste Beispiel zeigt, dass das Datenbankmodell, welches Entitäten und Beziehungen in Tabellen darstellt, als relationales Datenbankmodell bezeichnet wird. An dieser Stelle muss lediglich darauf geachtet werden, dass die Primärschlüssel der Entitätsmengen in die Tabelle der Beziehungsmenge übernommen werden und dort einen Fremdschlüssel definieren. Anhand weiterer Bespiele wird in einer Gruppenarbeitsphase die Überführung vom Entitäts-Beziehungsmodell in eine relationale Datenbank geübt. Die Beispiele werden an einer Datenbank umgesetzt. Die Unterrichtseinheit, die Bestandteil der Unterrichtsreihe zum Thema Relationale Datenbanken ist, wird mit dem Zugriff auf den Datenbankinhalt über einfache SQL-Befehle abgeschlossen.Viele Schülerinnen und Schüler lernen im Informatikunterricht zu programmieren, verschiedene Algorithmen einzusetzen und deren Effizienz zu beurteilen. Und um es auf den Punkt zu bringen: vielleicht sogar in etwas übertriebenem Maße? Das Thema Datenbanken bietet dagegen die Möglichkeit, einen Perspektivwechsel im Informatikunterricht zu vollziehen. Das im Lernplan geforderte "Lernen im Kontext" kann seinen Ausgangspunkt in der bewussten Wahrnehmung vertrauter Datenbankanwendungen und anschließend eine fortschreitende Analyse solcher Systeme zur Folge haben. Ebenfalls hervorgehoben werden muss der Modellierungsaspekt, der im Unterricht stattfindet: Theoretische Grundkenntnisse werden angewendet, um zunehmend komplexere Anforderungsdefinitionen praktisch umzusetzen. Der Unterricht ist gelungen, wenn die Schülerinnen und Schüler verschiedene Ansätze und Lösungsmöglichkeiten diskutieren und Vor- und Nachteile gegenüberstellen. Der Perspektivwechsel im Informatikunterricht wird gewährleistet, wenn die Wirkprinzipien von Informationssystemen (zum Beispiel der Zugriff auf Informationen beziehungsweise die Verteilung von Informationen) als neue Basistechnologie neuer gesellschaftlicher Entwicklungen erfahren und begriffen werden. Einstieg und Anlegen von Tabellen Nach einem Brainstorming wird mit dem Anlegen einer Datenbank in Access 2000 begonnen. Beziehungsmengen im Entitäts-Beziehungsmodell Die Schülerinnen und Schüler legen eine Beziehungsmenge an und erstellen ein Entitäts-Beziehungsmodell. Die Schülerinnen und Schüler sollen einfachste Anwendungsbeispiele in einer Datenbank über GUI (zum Beispiel Access) umsetzen. wichtige Strukturen und Bestandteile einer relationalen Datenbank benennen und erläutern können. die zentralen Elemente des Entitäts-Beziehungsmodells beschreiben. einfache relationale Datenbankmodelle ableiten (ohne expliziten Gebrauch von Abbildungsregeln). mit grundlegenden SQL-Befehlen auf den Datenbankinhalt zugreifen beziehungsweise den Datenbankinhalt ändern. Thema Relationale Datenbanken (I): Einführung in die Datenmodellierung mit Access Autor Michael Kowalski Fach Informatik Zielgruppe Jahrgangsstufe 12 Zeitraum etwa 7 Unterrichtsstunden Technische Voraussetzungen Windowsrechner in ausreichender Anzahl (für Einzel- oder Partnerarbeit) Software Access 2000 Einstieg Der Einstieg in das Thema erfolgt über ein visualisiertes Brainstorming, das sich an drei Leitfragen orientiert: Was verbinden Sie mit dem Begriff Datenbank? Welche Datenbanken beziehungsweise Datenbankanwendungen kennen Sie? Welche praktischen Erfahrungen haben Sie im Umgang mit Datenbanken? Die Schülerinnen und Schüler schreiben Ihre Antworten auf Karteikärtchen und ordnen Sie am Flipchart den einzelnen Fragen zu. Anschließend werden die Antworten auf den Karteikarten nach Kategorien (Struktur, Informationsspeicher, Datenbanken et cetera) neu sortiert. Im weiteren Verlauf der Unterrichtsreihe besteht die Möglichkeit auf die Ergebnisse der ersten Umfrage wieder einzugehen, genannte Begriffe und andere Formulierungen zu konkretisieren. Anlegen der ersten Tabellen Ohne alle Fragen beantworten und vorläufige Vorstellungen der Schülerinnen und Schüler vertiefen zu müssen, kann mit dem Aufbau einer ersten Datenbank begonnen werden (Buchungssystem). Es werden einfache Tabellen angelegt (Flüge, Kunden). Den Arbeitsauftrag finden die Kursteilnehmerinnen und Teilnehmer auf dem Arbeitsblatt (ab1_buchungssystem_anlegen.pdf). Zumindest zu Beginn sollte Wert darauf gelegt werden, dass entsprechenden Attributen sinnvolle Wertebereiche ( integer, date, char et cetera) zugeordnet werden. Für jede Tabelle wird die Bedeutung des Primärschlüssels herausgestellt und diskutiert, welche Attribute als Primärschlüssel definiert werden können. Die Datensätze für die Tabellen flug und kunde können manuell eingegeben oder über die Dateien "buchungssystem_ds_kunde.txt" und "buchungssystem_ds_flug.txt" importiert werden. Lesen Sie dazu auch die Datei "readme_buchungssystem_access.txt". Beziehungsmengen Interessanter als das Anlegen der ersten Tabellen wird schon das Anlegen der Tabelle, die beide Entitätsmengen (Flüge, Kunden) sinnvoll miteinander verbindet. Den Schülerinnen und Schülern soll klar sein, welche Attribute aus den vorhandenen Tabellen übernommen werden müssen, um die Konsistenz der Datensätze zu garantieren. Im konkreten Fall heißt das, dass keine Buchungen für Kunden und Flüge durchgeführt werden, die nicht in den Tabellen flug und kunde enthalten sind. Die Datensätze für die Tabelle buchung können der Datei "buchungssystem_ds_buchung.txt" entnommen werden. Achten Sie auf die richtige Reihenfolge der Attribute in der Tabelle buchung (bnr, knr, flugnr, sitz). Entitäts-Beziehungsmodell Nach dem Anlegen der ersten Datenbank kann ohne große Schwierigkeiten das Entitäts-Beziehungsmodell vorgestellt werden. Die Begriffe und grafischen Elemente (Rechtecke und Rauten) können auf das Beispiel Buchungssystem übertragen werden. Dazu wird das Arbeitsblatt "ab2_einfuehrung_datenmodellierung.pdf" bearbeitet. Die neuen Begriffe aus dem Entitäts-Beziehungsmodell werden für ein zweites Beispiel angewendet. Die Schülerinnen und Schüler erstellen in Gruppenarbeit ein einfaches Entitäts-Beziehungsmodell für eine Schulbibliothek und benennen Tabellen der zugehörigen relationalen Datenbank. Es wird sich herausstellen, dass nicht alle Gruppen das Problem gleich lösen werden. Schon hier bieten sich Möglichkeiten, Vor- und Nachteile einzelner Vorschläge zu diskutieren. Die Schülerinnen und Schüler diskutieren zum Beispiel folgende Fragestellungen: Können Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler gleichzeitig mehrere Bücher ausleihen? Was muss dann beachtet werden? Können Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler zu einer Entitätsmenge zusammengefasst werden? Wie können Ausleihfristen berücksichtigt werden? Was muss die Entitätsmenge "Bücher" beinhalten? Nach dem Einsteig in die Datenmodellierung werden das erste Beispiel Buchungssystem in Access fertig gestellt ("buchungssystem_access_2000.mdb") und das Arbeitsblatt "ab3_einstieg_sql_buchungssystem" bearbeitet. Es wird erklärt, wie mit den Befehlen select, update, insert und delete auf den Datenbankinhalt zugegriffen werden kann. Jürgen Burkert, Roland Lächa Datenbanken - Informatik für die Sekundarstufe II Hessisches Landesinstitut für Pädagogik Wiesbaden, 2002, 2. überarbeite Auflage, ISBN 3-88327-372-4 Markus Asmuth Online-Projekte mit PHP und MySQL Bildungsverlag EINS, Troisdorf 2004, 1. Auflage ISBN 3-427-01154-2 Thomas Demming Anfangen, Anwenden, Verstehen Addison-Wesley, München 2003 ISBN 3-8273-2070-4 Andreas Meier Relationale Datenbanken Leitfaden für die Praxis Springer, Berlin, 2003, 5.Auflage ISBN 3-540-00905-1 Alfons Kemper, Andre Eickler Datenbanksysteme Eine Einführung Oldenbourg, 2004, 5. Auflage ISBN 3-486-27392-2

  • Informatik
  • Sekundarstufe II