Werkzeuge  -  auch für Zuhause!

Werkzeuge in Form von speziellen Programmen kommen sowohl im Mathematik- wie auch insbesondere im Informatik­unterricht in viel­fältiger Weise zum Einsatz.

Hierbei setze ich ausschließlich auf aktuelle, didaktisch fortschrittliche Lehr- und Lernsoftware, die für den privaten und den Schulgebrauch kostenfrei ist. Dies ermöglicht, un­abhängig vom eigenen Geldbeutel, einen barrierefreien Übergang zwischen schulischem Lernumfeld und dem privaten Schüler-PC. Damit können auch zuhause praktische Fähigkeiten weiter­entwickelt und Lehrinhalte optimal nach­bereitet
oder vertieft werden.

Fachübergreifend

OpenOffice - Basiswerkzeuge für jeden Rechner

OpenOffice ist ein Programmpaket, das alles beinhaltet, was für das Erstellen von Textdokumenten, rechnergestützte Präsentationen, Berechnungen mit Hilfe von Tabellenkalkulation, den Entwurf von Graphiken oder auch das Erstellen von Datenbanken benötigt wird.

Es ist in Funktionalität und Erscheinungsbild ähnlich zu dem bekannten Microsoft Office. Der Austausch von Dokumenten zwischen OpenOffice und MS Office ist weitgehend problemlos, da MS Office-Formate gelesen wie auch geschrieben werden können. Darüber hinaus können Doku­mente direkt im PDF-Format gespeichert werden.

OpenOffice setzt sich aus den folgenden Komponenten zusammen:

Writer ein Textverarbeitungssystem für Facharbeiten, Referate, Praktikumsberichte, etc.,
Calc eine Tabellenkalkulation, die im Mathematik- und im Sek I-​Informatikunterricht verwendet wird,
Impress ein Präsentationsprogramm für Vorträge und Referate,
Math ein Editor speziell für das Erstellen von mathematischen Formeln und Ausdrücken in Texten,
Draw ein DTP-Programm zum Erstellen von Zeichnungen, Prospekten, etc.,
Base ein relationales Datenbanksystem, verwendet sowohl in der
Sek I (Grundlagen) wie auch der Sek II (SQL-Abfragen).

(Online-)Tutorials und Benutzerhandbücher in deutscher Sprache
sowie auch ein sehr praktisches Wiki zu vielen Themen, wie z.B.
Seitennummerierungen, sind vorhanden.

zur Downloadseite (Apache OpenOffice)

Bitte beachten: OpenOffice benötigt bei der Installation ein möglichst aktuelles Java JRE auf Ihrem Rechner.

PDF-XChange Viewer

Da fast alle Textdokumente auf dieser Seite im Portable Document Format (Dateiendung .pdf) vorliegen, ist ein Programm zum Anzeigen und Drucken solcher Dateien erforderlich. Falls Sie bereits das weitverbreitete Programm Adobe Acrobat installiert haben, reicht dieses dazu völlig aus.

Eine interessante Alternative stellt der PDF-XChange Viewer dar, der neben dem gleichzeitigen Darstellen mehrerer Dokumente (tabbed viewing) u.a. die Möglichkeit bietet, auf den PDF-Seiten eigene Notizen oder Markierungen anbringen zu können. Dies kann z.B. in Form von Randnotizen, gelben Post-It-Aufklebern oder farbigen Markierungen erfolgen. Damit wird es möglich, mit Lehrmaterial in elektronischer Form so umzugehen, als wäre es Arbeitsmaterial aus Papier. Alle Ergänzungen können beim Schliessen mit dem Dokument gespeichert werden und gehen nicht verloren.

zur Downloadseite (Tracker Software Products Ltd.)

Mathematik

GeoGebra

GeoGebra ist gerade auch für Schüler/innen, denen Mathematik nicht leicht fällt, ein leistungsfähiges Hilfsmittel für eigenständiges Üben, Klausurvorbereitungen oder das Kontrollieren von rechnerischen Ergeb­nissen bei Hausaufgaben. Fragestellungen wie
  • Wie groß ist der Winkel / die Strecke / die Fläche im Dreieck ABC ?
  • Wie sieht der Graph der Funktion im Intervall [a;b] aus ?
  • Wo liegen die Nullstellen / Wendepunkte / Extrema der Funktion ?
  • Wie lautet die erste / zweite / dritte Ableitung der Funktion ?
  • Wie groß ist die Fläche zwischen f(x) und h(x) im Intervall [a;b] ?
  • Wie lautet eine Stammfunktion der Funktion ?
  • ...
sind hiermit leicht zu beantworten. Seit der Version 5 werden auch drei­dimensionale Visualisierungen im Raum von Vektoren, Geraden und Ebenen sowie deren Schnitte unterstützt, was im Bereich der Analytischen Geometrie sehr hilfreich ist.

Hier noch zwei Verweise in die Dokumentation für den Einstieg:

GeoGebra Quickstart Eine Kurzanleitung für den Schnelleinstieg mit einigen typischen Beispielen (PDF).
GeoGebra Wiki Die Hauptseite des GeoGebra-Wiki mit vielen Materialien inklusive Youtube-Videos.

zur Downloadseite (GeoGebra Org.)

Bitte beachten: GeoGebra benötigt ein möglichst aktuelles Java JRE auf Ihrem Rechner.

Informatik / Sekundarstufe I

Calc / Base

In der Sekundarstufe I werden in den Themenbereichen Tabellen­kalkulation und Grundlagen Relationaler Datenbanken die beiden Komponenten Calc bzw. Base aus dem OpenOffice-Paket eingesetzt.

Scratch

Scratch ist eine Entwurfsumgebung, die speziell für den Einstieg in das Pro­grammieren entwickelt wurde. Hiermit gelingt es auch jüngeren Anfängern schnell, animierte Objekte bzw. Figuren zu entwerfen, die sich in einem Fenster, der "Bühne", bewegen und sogar mit­einander inter­agieren können.

Die Programmerstellung erfolgt graphisch, indem mit der Maus vor­definierte Programmkacheln, ähnlich wie Legobausteine, im Programm­fenster zusammengestellt werden. Dadurch ist es nicht erforderlich, eine Programmiersprache erlernen zu müssen. Trotzdem werden anschaulich alle zentralen Elemente der Algorithmik wie Schleifen, Verzweigungen und Variable eingeführt.

Auch Kernaspekte der Objektorientierung fliessen bereits ein, da Objekten Fähigkeiten durch verschiedene Skripte zugeordnet werden können und eine Kommunikation zwischen ihnen mittels Nachrichten möglich ist. Hinzu kommt eine Ereignissteuerung durch Reaktion auf Systemereignisse, wie z.B. Mausklicks oder Tastatureingaben.

Scratch wurde von der Lifelong Kindergarten Group am Media Lab des renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt.

zur Downloadseite (Scratch / MIT)

Kara

Kara, der programmierbare Marienkäfer, lebt in einer schachbrettartigen Welt, in der es Klee­blätter, Pilze und Bäume gibt. Er verfügt über ent­sprechende Sensoren, mit denen er seine Umwelt wahrnehmen kann und ist in seinem Verhalten durch ein Programm steuerbar.

Programmiert wird Kara durch die (graphische) Definition von Zuständen und Zustandsübergängen in Form eines endlichen Automaten. Dies gibt Einblick in eine alternative Programmierweise auf der Basis eines Kern­themas der klassischen Informatik und auch ein Grundverständnis bei der Vertiefung des Themas in der Oberstufe. Die logische Korrektheit eines Programms kann dabei visuell direkt am Verhalten des Käfers überprüft werden.

Kara wurde im Bereich Didaktik der Informatik an der ETH Zürich entwickelt.

Kara wird nach dem Download in ein beliebiges Verzeichnis auf der Festplatte durch einen Doppelklick auf die Datei "kara.jar" gestartet. Um den Zugriff zu vereinfachen, ist es sinnvoll, sich eine entsprechende Verknüpfung als Programmsymbol direkt auf dem Desktop anzulegen.

zur Downloadseite (Kara / SwissEduc)

Bitte beachten: Kara benötigt bei der Installation ein möglichst aktuelles Java JRE auf Ihrem Rechner.

LogiFlash

LogiFlash ist eine CAD-Software, mit der Schema­pläne zwei­wertiger logischer Schaltungen erstellt und deren Funktionsweise durch Simulation unter­sucht werden kann.
Durch die im Simulationsmodus farbige Animation von Signalflüssen in Form von wechselnden logischen Zuständen an Ein- und Ausgängen aber auch der inneren Verschaltung bzw. den Leitungen kann die Arbeitsweise logischer Schaltungen interaktiv und anschaulich nachvollzogen werden.

LogiFlash wurde vom Institut für Technische Informatik der Universität Frankfurt am Main für Ausbildungszwecke entwickelt und ist aufgrund seiner einfachen Handhabung auch für den Schulunterricht gut geeignet.

Technisch gesehen handelt es sich um eine Macromedia Flash-Anwendung, die in jedem Internet-Browser mit dem entsprechenden Plugin lauffähig ist.

LogiFlash wird nach dem Download in ein beliebiges Verzeichnis auf der Festplatte durch einen Doppelklick auf die HTML-Datei "LogiFlash pur.htm" im LogiFlash-Hauptverzeichnis gestartet. Um den Zugriff zu vereinfachen, ist es sinnvoll, sich eine entsprechende Verknüpfung als Programmsymbol direkt auf dem Desktop anzulegen.

zur Downloadseite (LogiFlash / Univ. Hamburg)

PSPad

PSPad ist ein kleiner, aber feiner Texteditor, der besonders für das Erstellen von Web-Seiten und Programmcode, z.B. in HTML, CSS oder JavaScript, geeignet ist. Er bietet eine syntaxsensitive Darstellung mit farbiger Auszeichnung von Schlüsselworten und Tags, automatische Einrückung von Programmblöcken, Klammerzuordnung sowie diverse Ansichtenoptionen und Konvertierungsfunktionen. Dateien können in allen wichtigen Codierungsformaten (ANSI, ISO-8859, UTF-8) ge­speichert werden.

Es können mehrere Dateien gleichzeitig auf verschiedenen Register­karten zur Bearbeitung geöffnet gehalten werden. Sehr nützlich ist auch die Möglichkeit, Datei- und Verzeichnisstrukturen in Form von Projekten organisieren und speichern zu können. Dieses wird durch verschiedene integrierte Dateibrowser unterstützt.

zur Downloadseite (PSPad)

Anmerkung: Diese Web-Seite wurde vollständig mit Hilfe von PSPad, HTML5 und CSS, also den Mitteln des Unterrichtes, erstellt.

Informatik / Sekundarstufe II

Base

In der Sekundarstufe II wird im Themenbereich Relationale Datenbanken das Datenbanksystem Base aus dem OpenOffice-Paket eingesetzt.
Es beinhaltet eine graphische Benutzerober­fläche, in der Tabellen­strukturen einfach erstellt wie auch SQL-Abfragen formuliert werden können. Base ist in Java programmiert und setzt auf der relatio­nalen Datenbank HSQLDB (HyperSQL Database) auf.

Java Development Kit / JDK

Das Java Development Kit oder kurz JDK bildet die Grundlage sowohl für die BlueJ-Lernumgebung wie auch die SuM-Bibliothek (s.o.). Es muss also vor beiden Werkzeugen auf dem Rechner installiert werden, damit diese funktionieren !

Das JDK wird heute von Oracle, USA, weiterentwickelt und beinhaltet eine Vielzahl von Werkzeugen und Bibliotheken für die objektorientierte Programmentwicklung. Im Unterricht wird die Standard Edition eingesetzt (Java SE 8 Update xx), die sich auf den zentralen Java-Kern beschränkt (ohne Enterprise / Fx / NetBeans oder sonstige Erweiterungen).

Java ist ein Industriestandard, der auch vielen der hier aufgeführten Werkzeuge zugrunde liegt, z.B. OpenOffice, Kara und GeoGebra.
Java ist zudem bisher durch die Vorgaben zum Zentralabitur praktisch gesetzt gewesen und wird mit Inkrafttreten des neuen Kernlehrplanes Informatik Sek II zum Schuljahr 2014/15 vorgeschrieben sein.

zur Downloadseite (Java JDK / Oracle)

BlueJ

BlueJ ist eine Java-Entwurfs­umgebung (IDE, Integrated Design Environment), die von der Deakin Universität in Melbourne, Australien, und der Universität von Kent in Canterbury, Großbritannien, speziell für den Programmierunterricht an Schulen entworfen wurde.

Sie beinhaltet u.a. ein Fenster mit einem vereinfachten UML-Klassen­diagramm, einen syntaxsensitiven Editor für das Erstellen von Programm­code sowie einen einfachen Programmgenerator für graphische Ober­flächen. In einer integrierten Laufzeitumgebung steht ein einfacher Debugger zur Fehlersuche zur Verfügung und es ist möglich, mit dem Inspektor sowohl öffentliche Methoden einzelner Objektinstanzen auf­zurufen wie auch z.B. die Belegung von Objektvariablen zu beobachten.

Durch die didaktische Reduktion auf einen im Vergleich zu professionellen Systemen, wie z.B. Eclipse, stark vereinfachten Funktionsumfang ist BlueJ gerade für Anfänger gut geeignet.

zur Downloadseite (BlueJ org.)

Bitte beachten: BlueJ benötigt bei der Installation ein möglichst aktuelles Java Development Kit (JDK) auf Ihrem Rechner. In Ver­bindung mit SuM ist eine vereinfachte Installation möglich.

"Stifte und Mäuse"-Klassenbibliothek (SuM)

Ergänzt wird BlueJ durch die Java-Bibliothek Stifte und Mäuse (SuM), die aus dem Informatik-Unterricht an verschiedenen Schulen in NRW hervorgegangen ist mit dem Ziel, die objektorientierte Programmierung (OOP) im Unterricht weiter zu entwickeln und einen schülergerechten Zugang dazu zu schaffen. Sie kapselt die tieferen Schichten von Java durch einfach zu benutzende vordefinierte Klassen (z.B. Bildschirmfenster, Zeichenstifte, etc.), sodass im Unterricht eine Konzentration auf lehrplanrelevante Inhalte stattfinden kann und es nicht notwendig ist, sich intensiver mit Aspekten wie z.B. Event-Handlern, Call-Back-Funktionen oder Layout-Managern auseinanderzusetzen.

Die Bibliothek inklusive der zugehörigen Dokumentation kann von den Seiten des Marien-Gymnasiums Werl heruntergeladen werden. Dort findet man weiterhin nützliche Leseproben im pdf-Format der Buchreihe "Informatik mit Java", die von mir (auszugsweise) im Unterricht verwendet wird.

zur Downloadseite (SuM / Marien-Gymnasium Werl)

Neu Vereinfachte Installation von BlueJ mit SuM:
Das Installationpaket in Form eines Zip-Archivs herunter­laden, mit Administratorberechtigung im Verzeichnis
   C:\Programme (x86)
entpacken, eine Verknüpfung mit der Datei BlueJ.exe im dabei neu entstandenen Unterverzeichnis BlueJ auf dem Desktop ein­richten, fertig!

POV-Ray

POV-Ray ist ein 3D-Grafiksystem. Es besteht aus einem Texteditor, in dem mit Hilfe einer Skriptsprache eine Szene in Form mathe­matischer (Körper-)Modelle im dreidimensional­en Raum beschrieben werden kann sowie einem Renderer, der aus der Beschreibung auf der Basis von Ray­tracing ein dreidimensionales Bild erstellt. Die Szene muss dabei von (mindestens) einer Lichtquelle beleuchtet werden und wird aus Sicht einer Kamera mit einer festgelegten Position und Blickrichtung dargestellt. Hierbei werden Verdeckungen, Reflektionen, Schattenwurf und Lichtverteilung berücksichtigt.

Mit Hilfe von Schleifen und Variablen lassen sich Bildsequenzen erzeugen, die mit einem geeigneten Videoschnittprogramm, z.B. dem kostenlosen Microsoft MovieMaker, zu einer Animation zusammengefügt werden können.

zur Downloadseite (POV-Ray Org.)

Abschlussarbeit des Q2-Informatikkurses 2017,
erstellt mit POV-Ray von Nick, Yannik und Robin.

 

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