Fortbildungsveranstaltung des Staatlichen Schulamts Frankfurt

Click here to load reader

download Fortbildungsveranstaltung des Staatlichen Schulamts Frankfurt

of 56

  • date post

    21-Mar-2016
  • Category

    Documents

  • view

    38
  • download

    3

Embed Size (px)

description

Fortbildungsveranstaltung des Staatlichen Schulamts Frankfurt. Theoretische Informatik mit AtoCC : Formale Sprachen, abstrakte Automaten und Compiler. Einsatz der Software AtoCC (Kurs: 07F305201). Christian Wagenknecht, Michael Hielscher. Frankfurt, am 10.06.08. Das Wichtigste zuerst!. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Fortbildungsveranstaltung des Staatlichen Schulamts Frankfurt

  • Theoretische Informatik mit AtoCC:

    Formale Sprachen, abstrakte Automaten und Compiler.Einsatz der Software AtoCC (Kurs: 07F305201)

    Fortbildungsveranstaltung des Staatlichen Schulamts FrankfurtChristian Wagenknecht, Michael Hielscher Frankfurt, am 10.06.08

    8

  • Das Wichtigste zuerst!Vielen Dank an

    Herrn Thomas Lsler.

    Frau Nagel und Frau Rckert*

  • *Veranstaltungsort: Gymnasium I, Frankfurt/Oder, Wieckestr. 1b

  • TI-Inhalte in der Schulinformatik:Probleme und Chancen Blick in die Lehrplne verschiedener Bundeslnder*

  • Lehrplan Ziele und Inhalte *In den meisten Bundeslndern sind ausgewhlte Inhalte der TI Lehrplaninhalt der Sek. II:

    Nr.BundeslandLehrplaninhalt (Lernbereich)Pflichtbestandteil1Baden-Wrttemberg Bereich der theoretischen Informatik (Automaten, Berechenbarkeit)nein2Bayern 3. Formale Sprachen (noch Entwurf)3Berlin4.4 Sprachen und Automatenja (auch GK)4Brandenburg 4.4 Sprachen und AutomatenJa (auch GK)5BremenGrundlagen der Theoretischen Informatik (Automaten, formale Sprachen)nein6HamburgFormale Sprachen, endliche Automaten, Keller-automaten, Scanner, Parser, Ableitungsbaumnein7Hessen Formale Sprachen und Grammatiken Automaten, Fakultativ: bersetzerbauja (auch GK)8Mecklenburg-Vorpommern 4.4 Sprachen und Automaten ja (auch GK)9Niedersachsen Eigenschaften endlicher AutomatenAspekte formaler Sprachen nein10Nordrhein-Westfalen Endliche Automaten und formale Sprachennein11Rheinland-Pfalz Formale Sprachen und Automaten zur Sprachbeschreibung und Spracherkennung ja (nur LK)12Saarland Automaten und formale Sprachen Fakultativ: bersetzerbauja (auch GK)13Sachsen 8 A: Formale Sprachen, Kellerautomat, Akzeptornein14Sachsen-Anhalt Endliche Automaten und formale Sprachennein15Schleswig-Holstein Automaten als mgliches Themengebietnein16Thringen Themenbereich 7.3: Einblick in formale Sprachen nein

  • TI-Inhalte in der Schulinformatik:Probleme und Chancen Blick in die Lehrplne verschiedener Bundeslnder Konkrete Inhalte*

  • Lehrplanauszug Hessen*

    Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben: Formale Sprachen und Grammatiken regulre und kontextfreie Grammatiken und Sprachen Anwendung mit Syntaxdiagrammen Chomsky-Hierarchie (LK) kontextsensitive Sprachen (LK) Endliche Automaten Zustand, Zustandsbergang, Zustandsdiagramm Zeichen, Akzeptor Simulation realer Automaten (z. B. Getrnkeautomat) Anwendung endlicher Automaten (z. B. Scanner) deterministische und nicht-deterministische Automaten (LK) regulre Ausdrcke (LK) Mensch-Maschine-Kommunikation (LK) Kellerautomaten (LK, GK fakultativ) Automat mit Kellerspeicher kontextfreie Grammatiken Klammerausdrcke, Rekursion Turing- oder Registermaschine (LK, GK fakultativ) Turing- oder registerberechenbar Churchsche These Computer als universelle symbolverarbeitende Maschine Verhltnis Mensch-Maschine Fakultative Unterrichtsinhalte/Aufgaben: bersetzerbau Scanner, Parser, Interpreter und Compiler z. B. Steuersprache fr Roboter, LOGO, Plotter oder miniPASCAL

  • TI an Hochschulen NICHTS fr Schulen*Typischerweise: Begrifflich orientiert, deduktiv Zeichen, Alphabet, Wort, Verkettung, Wortmenge Sprache, formale Grammatik, Ableitung regulre Sprachen: Chomsky-Typ-3-Grammatik, regulre Ausdrcke, DEA, NEA, L(DEA)=L(NEA), Minimalautomat, diverse Stze (Nerode/Myhill, Pumping Lemma, ...), ... kontextfreie Sprachen: Typ-2-Gr., DKA, NKA, L(DKA)>> NKA (1 Zustand), diverse Stze, ... ksS / unbeschr. Sprachen: Typ-1- und Typ-0-Grammatiken, Turing-Maschine (beschrnkt/unbeschrnkt)

    * Theorie der formalen Sprachen* Automatentheorie* Berechenbarkeitstheorie* Komplexittstheorie

  • Lernbereich 8 A (Schs. Lehrplan)*GK Informatik f. Jahrgangsstufen 11 und 12, wird ab Schuljahr 2008/09 wirksamendlicher Automat

  • Informatik-Lehrplan: S II, Brandenburg*1. Auflage: 2006, gltig fr Qualifizierungsphase ab Schuljahr 2008/9gemeinsames Kerncurriculum mit Berlin und MeckPomm= Basis fr schulinterne Lehrplne

  • Kompetenzerwerb im Themenfeld (Auszug)Die Schlerinnen und Schler verstehen die zur Problemlsung eingesetzten Programmiersprachen als spezielle formale Sprachen, die es ihnen erlauben, Probleme mit den Methoden der Informatik zu lsen.Hoffentlich nicht!!! Durch die Einfhrung des Automatenmodells vertiefen sie ihr Verstndnis von Informatiksystemen. Naja, die LehrerInnen werden's schon machen!

    *

  • Abbildung der Kompetenzbereiche auf Kurshalbjahre*Klassen 11 und 12 (Qualifikationsphase): 4 Kurshalbjahre3-5 Stunden pro Kurshalbjahr

  • TI-Inhalte in der Schulinformatik:Probleme und Chancen Blick in die Lehrplne verschiedener Bundeslnder Konkrete Inhalte: totale berfrachtung mit Fachinhalten TI-Kompetenz der LP-Autoren? (Fachsystematik, Formulierung von Wunschvorstellungen, ...)*

  • Gefhlssituation der Lehrenden"TI wollte ich nie machen.""TI hat mich nie richtig interessiert.""TI war mir immer zu theoretisch und abstrakt.""Die TI-Dozenten waren suspekt TI im postgradualen Studium erinnere ich mit Grausen.""Die TI-Inhalten helfen mir nicht, wenn das Schulnetzwerk mal wieder zusammenbricht."...*

  • TI-Inhalte in der Schulinformatik:Probleme und ChancenZeit-Problem, Inhalte-Problem (Zusammenfassung von oben)Manche Lehrende mgen es nicht. Motivationsproblem Manche Lehrende knnen es nicht richtig. - Qualifikationsproblem SchlerInnen/Studierende fragen gelegentlich: "Wann geht es denn nun endlich richtig los mit der Informatik? Ach so, das ist es schon." - Vermittlungsproblem"Ergebnis": Wenn mglich, TI weglassen. FALSCH!!!Chance: Informatik als Wissenschaft reprsentieren! (wie Mathematik und Naturwissenschaften) Sonst: Studienabbrecher als konkrete Folge!!!

    *

  • Didaktische Software fr TIin Schulen: diverse Simulationstools oder Lernumgebungen, wie Kara; meist von enthusiastischen LehrerInnen entwickelt in Hochschulen: Systeme fr die Lehre, wie JFLAP LEX und YACC fr die Hand des Ingenieurs *Simulationstool Bildungsserver Hessen

  • Defizite existierender SystemeSysteme bzw. separate Module thematisieren Einzelaspekte nicht definitionskonform und/oder nicht an Lernprozessen orientiert, sondern die Prozess-Simulation dominiertSuggerieren abstrakten Automat als physikalisches ObjektSysteme knnen nur simple Beispiele bearbeiten zu groe Distanz zur Praxis*

  • Lernumgebungen (Quelle: LP Brandenburg)"Lernumgebungen werden so gestaltet, dass sie das selbst gesteuerte Lernen von Schlerinnen und Schlern frdern. Sie untersttzen durch den Einsatz von Medien sowie zeitgemer Kommunikations- und Informationstechnik sowohl die Differenzierung individueller Lernprozesse als auch das kooperative Lernen. Dies trifft sowohl auf die Nutzung von multimedialen und netzbasierten Lernarrangements als auch auf den produktiven Umgang mit Medien zu. Moderne Lernumgebungen ermglichen es den Lernenden, eigene Lern- und Arbeitsziele zu formulieren und zu verwirklichen sowie eigene Arbeitsergebnisse auszuwerten und zu nutzen."

    *

  • Lern- und Arbeitsumgebung fr TI: Anforderungen (1/2)ganzheitlicher Ansatz: Praxis Theorie Praxis, s. Lehrplanforderungeinheitliche Bedienung der Module (fr Automatentheorie und Sprachbersetzer)Handlungsorientierung auf hohen Abstraktionsniveaus (wenig technischer Ballast auch fr anspruchsvolle Aufgabenstellungen)*

  • Lern- und Arbeitsumgebung fr TI: Anforderungen (2/2)Selbstverantwortetes Lernen und Lerntyp-Bezug durch Angebot alternativer Arbeits- und BeschreibungsformenBinnendifferenzierung durch erweiterbare AufgabenstellungenBeitrge des Lernenden durch Formulierung von Aufgabenstellungen/MusterlsungenDokumentation der Arbeitsergebnisse mit hoher Darstellungsqualitt*

  • AtoCC - Vom abstrakten Automaten zur automatisierten Entwicklung von Sprachbersetzern Typische Kopplung von Automatentheorie mit Aspekten des Compilerbaus (s. Lehrplne)Wichtige didaktische Entscheidung: Zielsprache des Compilers sollte nicht Maschinencode sein!!Herstellung eines lauffhigen(!) Sprachberset-zers durch Anwendung der Kenntnisse aus der TI erfordert hohe Abstraktion (CC mit VCC)Modellierung des bersetzungsprozesses mit "ausfhrbaren" T-Diagrammen*

  • Didaktische Gestaltung der Lerneinheit*Belastbare Motivation fr TI-Inhalte durch herausfordernde Start-Fragestellung mit Praxisrelevanz und Modellierung eines Zielsystems (Sprachbersetzer) am AnfangVermittlungs-/Anwendungszyklen fr TI-Wissen mit Projekt- bezug (Praxis nicht als "Anhngsel" zur Theorie)Komplexe Anwendung von TI-Inhalten auf sehr hohem Abstraktionsniveau (automatisierte Compiler-Generierung), Rckkehr zur und Konkretisierung der ModellierungsebeneBehauptung: Dabei ist AtoCC ein unverzichtbares Hilfsmittel.

  • Beispiel: ZR eine Sprache fr einen ZeichenroboterInstallationshinweise: Bitte Reihenfolge einhalten!Software unter: www.atocc.de Fortbildung SoftwareInstallieren Sie GhostScript 8.60 http://www.michael-hielscher.de/download/gs860w32.exe Installieren Sie AtoCC Setup.exe http://www.michael-hielscher.de/download/atocc/AtoCC%20Setup.exe Wenn nicht vorhanden einen PDF Reader (Adobe Reader oder Foxit Reader) installieren.*

  • Beispiel: ZR eine Sprache fr einen Zeichenroboter*Praxisnahe (echte!) Aufgabe mit grafischer (akustischer) Ausgabe:Entwickeln Sie einen Compiler, der die Sprache ZR (ZeichenRoboter) in PDF bersetzt. (Schlergerecht formulieren!)

    Eingabewort (in ZR): WH 36 [WH 4 [VW 100 RE 90] RE 10]

    Sprachelemente:VW nVorWrts n SchritteRE nRechts um n GradWH n [ ... ]WiehderHole n-mal [...]FARBE fStiftFARRBE fSTIFT nStrichstrke nAufgabe: Verwenden Sie den fertigen Compiler zr2pdf blume.zr (konsole.bat aufrufen, blume.zr ansehen)

  • Beispiel: ZR eine Sprache fr einen Zeichenroboter*Der Zeichenroboter kann auch mehr: BunteBlume.zr

  • B