Unterrichtsreihe
Grundlagen Java
Einführung in Java-Programmierung: Grundlagen, Bedingungen, Methoden, Schleifen, Arrays und OOP.
Didaktische Konzeption
Die Unterrichtsreihe strukturiert den Kompetenzaufbau von den grundlegenden Sprachelementen bis zur objektorientierten Modellierung in Java. Die Progression folgt einer nachvollziehbaren Abfolge von Ein- und Ausgabe sowie Variablen über Bedingungen und Kontrollstrukturen hin zu Methoden, Arrays und OOP. Die Bausteine sind so angelegt, dass zentrale Konzepte schrittweise eingeführt und in aufeinander bezogenen Aufgaben gesichert werden. Durchgängig wird die Verbindung von Konzepten (z. B. Datentypen, Kontrollfluss, Strukturierung) und deren Anwendung in kleinen Programmen methodisch konsequent hergestellt.
Für Lehrkräfte entsteht dadurch eine klare, in sich geschlossene Unterrichtssequenz mit transparenter Kompetenzentwicklung und modularen Einsatzmöglichkeiten. Die Reihe unterstützt eine verlässliche Unterrichtsplanung, da Lerneinheiten, Schwerpunkte und Zeitaufwände pro Baustein konkret ausgewiesen sind.
Kompetenzentwicklung
- Aufbau sicherer Grundlagen zu Variablen, Datentypen, Ein-/Ausgabe sowie einfachen Berechnungen und Zeichenketten.
- Entwicklung von Kompetenzen zur Entscheidungslogik mit Vergleichsoperatoren, logischen Operatoren, if-else-Ketten und switch-case.
- Anwendung von Kontrollstrukturen (for, while, do-while) inklusive Kombination von Schleifen und Bedingungen für algorithmische Aufgaben.
- Strukturierung von Programmen durch Methoden (Parameter, Rückgabewerte) sowie saubere Zerlegung in nachvollziehbare Teilprobleme.
- Modellierung mit Arrays/2D-Arrays und Einstieg in OOP (Klassen, Objekte, Konstruktoren, Vererbung, Überschreiben) zur systematischen Programmentwicklung.
Struktur der Reihe
Grundlagen Java-Programmierung
Beginne mit Java: Hello World & erste Programme!
Dieser Baustein etabliert die Ausgangsbasis der Reihe: erste Programme, Konsolenausgaben und der sichere Umgang mit Variablen und Benutzereingaben. Ergänzend werden grundlegende Bausteine der Codequalität (Kommentare) sowie elementare Rechen- und String-Operationen eingeführt, um frühe Erfolgserlebnisse mit systematischer Sorgfalt zu verbinden.
Bedingte Anweisungen
Lerne Java-Bedingungen und Operatoren.
Aufbauend auf Variablen und Ein-/Ausgabe werden Entscheidungsstrukturen systematisch entwickelt: Vergleichs- und logische Operatoren, if-else-Logik sowie switch-case. Die Aufgabenformate reichen von einfachen Zuordnungen (z. B. Monate) bis zu validierenden Prüfungen (z. B. Schaltjahr, Passwort), wodurch Kontrollfluss und Fehlerfälle methodisch greifbar werden.
Schleifen und Kontrollstrukturen
Berechnung der Fibonacci-Folge in Java: Arrays & Schleifen lernen.
Dieser Abschnitt erweitert den Kontrollfluss um Iteration: for-, while- und do-while-Schleifen werden schrittweise eingeführt und in Projekten gesichert. Durch Aufgaben wie Zahlenraten, Tabellen, Minimum/Maximum und Fibonacci wird algorithmisches Denken gefördert und die Kombination von Schleifen mit Bedingungen gezielt geübt.
Arbeiten mit Methoden
Lerne Java-Methoden, ihre Erstellung, Aufruf und Rückgabewerte.
Die Reihe führt hier gezielt zur Strukturierung größerer Programme: Methoden mit Parametern, void vs. Rückgabewert sowie wiederverwendbare Rechen- und Formatierfunktionen. Projekte wie Primzahlprüfung oder Fakultät verbinden Methoden mit Schleifen und Bedingungen und stärken die Fähigkeit, Lösungen in klaren Teilaufgaben zu organisieren.
Arrays
Java-Arrays verstehen und verwenden: Struktur, Deklaration, Manipulation.
In diesem Baustein werden Datenstrukturen für mehrere Werte eingeführt und für Auswertungen genutzt: Iteration über Arrays, Umkehrung, Schwellenwert-Ausgaben sowie statistische Auswertungen. Mit 2D-Arrays und ArrayLists werden unterschiedliche Organisationsformen von Daten in typischen Unterrichtsszenarien (z. B. Noten, Messwerte) systematisch erschlossen.
Einführung in OOP
Lerne Java-Klassen und -Vererbung kennen.
Der Abschlussbaustein überführt die zuvor aufgebauten Grundlagen in objektorientierte Modellierung: Klassen, Objekte, Konstruktoren und die Arbeit mit mehreren Instanzen. Vererbung, Methodenüberschreibung und Auswertungen (u. a. mit instanceof und Statistiken) bilden eine klare Progression hin zu wiederverwendbaren, erweiterbaren Programmentwürfen.
Inhalte im Überblick
Grundlagen Java-Programmierung
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Einführung: Hello World in Java | Einführung in Java mit Ausgabe von "Hello, world!" | 10 min |
| Einführung in Variablen in Java | Arbeiten mit int, double, String und boolean; Scanner für Benutzereingaben | 15 min |
| Einführung in Java: Name und Alter ausgeben | Variablen nutzen; Benutzereingaben einlesen und ausgeben | 20 min |
| Einführung in Kommentare und Code-Dokumentation | Ein- und mehrzeilige Kommentare; Lesbarkeit und Dokumentation | 10 min |
| Einfache Berechnungen mit Benutzereingaben | Eingaben nutzen; Berechnungen durchführen; Ergebnisse ausgeben | 15 min |
| Einfacher Java-Taschenrechner: Addition und Subtraktion | Addition und Subtraktion; Vertiefung von Variablen, Methoden und Interaktion | 15 min |
| Berechnung des Geburtsjahres | Alter und Jahreszahlen per Eingabe berechnen und ausgeben | 15 min |
| Einführung in Datentyp-Umwandlungen | Automatische und explizite Typumwandlung; int/double/String; Division vergleichen | 10 min |
| Arbeiten mit Konstanten in Java | final, Nutzen und Schreibweise; Übungen zu Pi, Jahr, Rabatt, Mehrwertsteuer | 10 min |
| Grundlagen von Zeichenketten in Java | String-Methoden (length, toUpperCase, substring); Übungen zu Namen und Zeichen | 10 min |
Bedingte Anweisungen
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Einführung in If-Else-Bedingungen in Java | If-Else-Grundlagen; größte von drei Zahlen finden; Entscheidungslogik | 15 min |
| Vergleichsoperatoren in Java verstehen und anwenden | Vergleichsoperatoren (==, !=, <, >) erklären und anwenden | 15 min |
| Verwendung logischer Operatoren in Java | Logische Operatoren (&&, ||, !) für komplexe Bedingungen; Bereichsprüfung | 15 min |
| Umwandlung von Zahlen in Monatsnamen mit switch-case | switch-case nutzen; Zahlen in Monatsnamen umwandeln; Fehlerfälle berücksichtigen | 15 min |
| Notensystem mit Textausgabe | Punktzahlen einlesen; Notentexte ausgeben; if-else oder switch-case; Validierung | 15 min |
| Altersspezifische Nachrichten mit Java | Bedingungen für altersspezifische Ausgaben (z. B. Schutz- und Rentenhinweise) | 15 min |
| Schaltjahrprüfung mit Modulo | Schaltjahrregeln mit Modulo und logischen Operatoren implementieren | 15 min |
| Temperaturanzeige mit Warnstufen | Temperatur bewerten; verschachtelte if-else und logische Operatoren; Warnmeldung | 15 min |
| Einfache Passwortprüfung | Passwortlänge und Sonderzeichen mit kombinierten Bedingungen prüfen | 15 min |
| Einkauf mit Rabattregel | Rabatt per if-else bestimmen; Bedingungen kombinieren; Endbetrag berechnen | 20 min |
| Altersfreigabe für Filme | Altersabfrage; verschachtelte Bedingungen; Filmfreigabe (FSK) ausgeben | 15 min |
| Prüfungsbewertung mit Prädikat | Note einlesen; Textnote und Prädikat über verschachtelte if-else zuordnen | 20 min |
| Verkehrsschild-Interpretation mit switch-case | switch-case zur Textauswahl; Verkehrsschilder per Zahl interpretieren | 20 min |
Schleifen und Kontrollstrukturen
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Verwendung von for-Schleifen in Java | Einführung in for-Schleifen; z. B. Zahlen von 1 bis 10 ausgeben | 15 min |
| Einführung in while-Schleifen in Java | while-Schleifen; Unterschiede zu for; Summe berechnen bis 0 eingegeben wird | 10 min |
| Summe und Durchschnitt berechnen | while-Schleife; Eingabe; Summen- und Durchschnittsberechnung mit Abbruch | 40 min |
| Passwort-Eingabe mit Wiederholversuch | do-while-Schleife; Passwortabfrage bis zur korrekten Eingabe | 30 min |
| Zahlenraten-Spiel mit Schleifen | while und if; Eingabe, Vergleich, Schleifensteuerung, Versuchszähler | 35 min |
| Multiplikationstabelle mit Schleifen | Verschachtelte for-Schleifen; Multiplikationstabelle ausgeben | 40 min |
| Kleinste und größte Zahl finden | Minimum und Maximum mit for-Schleifen und if-Bedingungen bestimmen | 40 min |
| Umrechnungstabelle Celsius zu Fahrenheit | for-Schleife zur Umrechnung; tabellarische Ausgabe | 30 min |
| Schleifen und Bedingungen kombinieren in Java | Schleifen und Bedingungen kombinieren; Programm zur Identifikation von Primzahlen | 20 min |
| Berechnung der Fibonacci-Folge in Java | Fibonacci-Folge mit Schleifen und Arrays; erste 10 Zahlen berechnen und ausgeben | 20 min |
Arbeiten mit Methoden
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Methodenerstellung und Verwendung in Java | Methoden erstellen, aufrufen, Rückgabewerte; Parameter; Beispielmethoden zur Multiplikation | 20 min |
| Methoden in Java: void vs. Rückgabewerte | Unterschied void vs. Rückgabewert; praktische Übung zur modularen Wiederverwendung | 20 min |
| Durchschnittsberechnung mit Methoden | Methoden mit Parametern und Rückgabewert; Durchschnitt mit double; Aufruf in main | 15 min |
| Temperaturumrechnung mit Methoden | Methoden zur Umrechnung Celsius/Fahrenheit mit Rückgabewert und Berechnung | 15 min |
| Bewertung mit Methoden | Methode mit Bedingungslogik; Notentexte aus Punktzahlen; if-else-Ketten | 20 min |
| Zeichenketten formatieren mit Methoden | String-Verarbeitung per Methode; Ausgabeformat "Nachname, Vorname" | 15 min |
| Flächenberechnung eines Kreises in Java | Methode zur Kreisfläche; Erweiterung um Umfang; Eingabeverifizierung | 20 min |
| Primzahlprüfung mit Methode und Schleife | Methode zur Primzahlprüfung; Schleife, Bedingung, boolean-Rückgabewert | 40 min |
| Fakultätsberechnung mit Eingabekontrolle | Fakultät berechnen; for-Schleife und if-Bedingung zur Eingabekontrolle | 35 min |
| Mini-Rechner mit Methoden | Mehrere Rechenmethoden; Parameter und Rückgabewerte; Aufruf per if-else | 30 min |
Arrays
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Arrays: Struktur, Deklaration und Nutzung | Arrays verstehen: Struktur, Deklaration, Initialisierung; Übungsaufgaben zur Nutzung | 15 min |
| Notendurchschnitt mit Arrays in Java berechnen | 5 Noten im Array speichern; Durchschnitt berechnen | 20 min |
| Werte über einem Schwellenwert ausgeben | Array mit for-Schleife durchlaufen; Werte über Grenze ausgeben | 25 min |
| Array umkehren | Array rückwärts über Indizes und Schleife ausgeben | 25 min |
| Temperaturmessungen auswerten | Temperaturen auswerten: Durchschnitt, Extremwerte, Warnungen über 30°C | 35 min |
| Durchschnitt pro Fach mit 2D-Array | 2D-Array für Noten; Schleifen Zeilen/Spalten; Durchschnitte; formatierte Ausgabe | 35 min |
| Verwendung und Verwaltung von ArrayLists in Java | ArrayLists erstellen und modifizieren; Vorteile gegenüber Arrays; Übung mit Wochentagen | 30 min |
Einführung in OOP
| Inhalt | Schwerpunkt | Dauer |
|---|---|---|
| Einführung in Klassen und Objekte in Java | Klassen definieren mit Attributen und Methoden; Objekte erstellen und verwenden | 25 min |
| Objekte mit Konstruktoren initialisieren in Java | Konstruktoren zur Initialisierung; Beispiel "Auto" mit Marke und Modell | 20 min |
| Fahrzeugverwaltung mit mehreren Objekten | Arrays von Objekten; Auto-Klasse; Ausgabe per Schleifen; Vergleich; schnellstes Auto finden | 40 min |
| Vererbung in Java: Einführung und Praktische Anwendung | Vererbung verstehen; Klasse "Elektroauto" von "Auto" ableiten; Wiederverwendbarkeit | 45 min |
| Tankanzeige im Elektroauto simulieren | Elektroauto mit ladeStand; fahre und lade; Warnungen; maximale Aufladung; Testprogramm | 40 min |
| Fahrzeugstatistik mit Vererbung | Auto/Elektroauto; Array von Oberklassenobjekten; instanceof; Statistik und Durchschnitt | 45 min |
| Methodenüberschreibung in Java: Spezialisierung von Klassen | Methoden in abgeleiteten Klassen überschreiben; Spezialisierung in Auto/Elektroauto-Projekt | 45 min |
Die modulare Struktur unterstützt Lehrkräfte mit klarer Progression über zusammenhängende Bausteine und ausgewiesene Unterrichtszeiten pro Lerneinheit.
Für die Unterrichtsplanung kann ein Demo-Zugang genutzt werden, um die Reihe im eigenen Kontext zu erproben.