Informatik 5: Automaten Algorithmen Datenstrukturen Programme
Diese Einheit ordnet vier Grundideen zusammen: Automaten reagieren abhängig von Zuständen, Algorithmen beschreiben Lösungswege, Datenstrukturen organisieren Daten und Programme führen Anweisungen aus. Der Schwerpunkt liegt auf den Zusammenhängen – nicht auf einer Wiederholung der gesamten Programmierung.
Lernziele
Nach dieser Einheit kannst du:
- einen einfachen Automaten über Zustände, Eingaben und Übergänge beschreiben.
- Algorithmus und Programm unterscheiden.
- Listen bzw. Felder und Schlüssel-Wert-Strukturen als unterschiedliche Organisationsformen von Daten erklären.
- eine passende Datenstruktur für eine einfache Aufgabe auswählen.
- das Zusammenspiel von Zustand, Algorithmus, Datenstruktur und Programm an einem Beispiel erläutern.
Vorwissen aus der Digitalen Grundbildung
Algorithmen und erste Programme hast du bereits erstellt. Jetzt ergänzt du das Bild um Zustände und Datenstrukturen und lernst, ähnliche Begriffe sauber voneinander zu unterscheiden.
Lerninhalte
Automaten und Zustände
Ein einfacher Automat befindet sich immer in einem bestimmten Zustand. Eingaben oder Ereignisse können einen Zustandswechsel auslösen. Eine Ampelsteuerung, ein Drehkreuz oder ein Anmeldeprozess lassen sich mit Zuständen modellieren.
Algorithmus und Programm
Ein Algorithmus ist ein abstrakter Lösungsweg. Ein Programm ist eine konkrete, ausführbare Umsetzung in einer Programmiersprache. Derselbe Algorithmus kann in unterschiedlichen Programmiersprachen implementiert werden.
Datenstrukturen
Datenstrukturen legen fest, wie mehrere Werte organisiert und zugänglich gemacht werden. Eine Liste bzw. ein Feld eignet sich für geordnete Werte. Eine Schlüssel-Wert-Struktur ordnet einem Schlüssel einen Wert zu, etwa einer Artikelnummer einen Produktnamen.
Passende Struktur wählen
Die Wahl einer Datenstruktur hängt von den benötigten Operationen ab: Muss die Reihenfolge erhalten bleiben? Wird über eine Position oder über einen Schlüssel zugegriffen? Werden Einträge häufig ergänzt oder gesucht? In der 5. Klasse genügt eine begründete qualitative Auswahl.
Zusammenspiel
Ein Programm kann den Zustand eines Systems speichern, Daten in Strukturen organisieren und Algorithmen ausführen, die auf Eingaben reagieren. Beispiel: Ein einfaches Quizprogramm speichert Fragen in einer Liste, merkt sich die aktuelle Frage als Zustand und nutzt einen Algorithmus zur Auswertung der Antwort.
Üben und Anwenden
Aufgabe 1: Zustandsdiagramm
Modelliere einen Getränkeautomaten oder einen Login-Prozess mit mindestens drei Zuständen und beschrifte die Übergänge.
Aufgabe 2: Begriffe trennen
Formuliere für Algorithmus, Programm, Datenstruktur und Zustand jeweils eine Definition und ein passendes Beispiel.
Aufgabe 3: Struktur wählen
Entscheide für vier Datensammlungen, ob eine geordnete Liste oder eine Schlüssel-Wert-Struktur sinnvoller ist. Begründe jeweils.
Aufgabe 4: Mini-System
Entwirf auf Papier ein kleines System und markiere darin Zustand, Datenstruktur und Algorithmus.
Kompetenzcheck
Prüfe dich selbst. Du solltest die folgenden Punkte ohne Hilfe erklären oder anwenden können:
- Ich kann einen einfachen Automaten mit Zuständen erklären.
- Ich kann Algorithmus und Programm klar unterscheiden.
- Ich kann mindestens zwei Datenstrukturen nach ihrem Zweck unterscheiden.
- Ich kann begründen, welche Datenstruktur für eine einfache Aufgabe geeignet ist.
- Ich kann die vier Begriffe in einem gemeinsamen Beispiel verbinden.