Applikationen entwerfen und implementieren

Das ist dein Einstieg ins Programmieren. Du lernst, eine Anforderung so zu zerlegen, dass klar ist, was rein- und was rausgeht. Den Ablauf planst du mit Pseudocode oder Struktogramm, bevor du ihn mit Variablen, Verzweigungen, Schleifen und Funktionen umsetzt. Am Ende prüfst du dein Programm mit vorbereiteten Testfällen und findest Fehler mit dem Debugger statt durch Raten.

Das sind die Fähigkeiten, die am Ende des Moduls sitzen sollten. Jedes Ziel mit einem Beispiel aus dem Lehrbetrieb.

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   Eine Aufgabe in Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe zerlegen

   Kompetenz A

   Bevor du eine Zeile Code schreibst, klärst du: Welche Daten kommen rein? Was muss damit passieren? Was soll am Schluss angezeigt oder gespeichert werden? Unklare Punkte notierst du als Fragen an die auftraggebende Person.

   Situation

   Die Gemeindeverwaltung Wohlen will ein kleines Programm, das die Hundesteuer berechnet: CHF 120 für den ersten Hund, CHF 180 für jeden weiteren, AHV-Rentner zahlen die Hälfte.

   Deine Aufgabe

   Notiere die Eingaben, die Rechenschritte und die Ausgabe und halte offene Fragen fest.

   Gutes Ergebnis

   Eingaben: Anzahl Hunde, Rentner ja/nein. Verarbeitung: Grundbetrag plus Zuschlag, dann allenfalls halbieren. Ausgabe: Betrag in CHF. Offene Frage: Gilt die Halbierung auch für den Zuschlag?

   EVA-PrinzipAnforderungRandbedingungRückfrage
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   Den Programmablauf mit Pseudocode oder Struktogramm planen

   Kompetenz A

   Du beschreibst den Ablauf in einfachen, nummerierten Schritten oder als Struktogramm. So siehst du früh, wo Entscheidungen und Wiederholungen nötig sind, und kannst den Plan mit jemandem besprechen, der nicht programmiert.

   Situation

   Ein Detailhändler in Thun möchte am Kassenende den Wechselgeldbetrag in möglichst wenigen Noten und Münzen ausgeben.

   Deine Aufgabe

   Plane den Ablauf für einen Betrag wie CHF 87.35 in Pseudocode.

   Gutes Ergebnis

   Eine Liste der Stückelungen von CHF 200 bis 5 Rappen, eine Schleife darüber, pro Stückelung ganzzahlige Division und Rest. Der Plan passt auf eine halbe A4-Seite und wurde vor dem Coden mit dem Praxisbildner besprochen.

   AlgorithmusPseudocodeStruktogramm (Nassi-Shneiderman)Programmablaufplan
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   Verzweigungen und Schleifen passend einsetzen

   Kompetenz B

   Du entscheidest, ob ein if/else, ein switch, eine for- oder eine while-Schleife zur Situation passt. Du formulierst Bedingungen so, dass sie auch an den Grenzen stimmen, und vermeidest Endlosschleifen.

   Situation

   Eine Fahrschule in Winterthur vergibt Rabatte: ab 10 Fahrstunden 5 Prozent, ab 20 Fahrstunden 10 Prozent.

   Deine Aufgabe

   Setze die Rabattlogik um und gib für 1 bis 25 Stunden den Preis bei CHF 95 pro Stunde aus.

   Gutes Ergebnis

   Eine for-Schleife von 1 bis 25 und darin eine if/else-if-Kette, die mit der höchsten Grenze beginnt. Bei genau 10 und genau 20 Stunden greift der richtige Rabatt.

   if / elseswitchfor / whileVergleichsoperatorenlogische Operatoren
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   Code in Funktionen mit Parametern und Rückgabewert aufteilen

   Kompetenz C

   Statt einen langen Block zu schreiben, packst du jeden klar abgegrenzten Schritt in eine eigene Funktion mit sprechendem Namen. Daten kommen über Parameter hinein und über den Rückgabewert heraus, nicht über globale Variablen.

   Situation

   Ein Treuhandbüro in Luzern nutzt ein Script, das Bruttolöhne in Nettolöhne umrechnet. Der Code ist 200 Zeilen lang und an drei Stellen kopiert.

   Deine Aufgabe

   Zerlege die Berechnung in Funktionen für AHV/IV/EO, ALV und Pensionskasse.

   Gutes Ergebnis

   Drei Funktionen wie 'berechneAhvAbzug(brutto)', die je einen Betrag zurückgeben, plus 'berechneNetto(brutto)', die sie aufruft. Die Kopien sind weg, ein geänderter Beitragssatz muss nur noch an einer Stelle angepasst werden.

   Funktion / MethodeParameterRückgabewertGültigkeitsbereich (Scope)DRY-Prinzip
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   Mehrere Werte in Arrays und Listen speichern und auswerten

   Kompetenz D

   Sobald du mehr als zwei, drei gleichartige Werte hast, nutzt du ein Array oder eine Liste. Du kannst darüber iterieren, Summen und Durchschnitte bilden, das Maximum suchen und Werte filtern.

   Situation

   Ein Logistiklager in Härkingen erfasst stündlich die Anzahl verladener Paletten pro Rampe.

   Deine Aufgabe

   Lies die 8 Stundenwerte einer Rampe ein und gib Total, Durchschnitt und die stärkste Stunde aus.

   Gutes Ergebnis

   Die Werte liegen in einer Liste. Eine Schleife berechnet Total und merkt sich Index und Wert des Maximums. Ausgabe: '412 Paletten, Schnitt 51.5, Spitze um 10 Uhr mit 74'.

   ArrayListeIndexIterationSumme / Maximum
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   Benutzereingaben prüfen und Fehler abfangen

   Kompetenz E

   Menschen tippen falsch. Dein Programm prüft deshalb, ob eine Eingabe das richtige Format und einen sinnvollen Wertebereich hat, und reagiert mit einer verständlichen Meldung statt abzustürzen.

   Situation

   Im Spital Baden erfassen Pflegende die Körpertemperatur in einem kleinen Konsolenprogramm. Wer '38,5' mit Komma oder 'abc' eingibt, bringt es zum Absturz.

   Deine Aufgabe

   Mach die Eingabe robust und erlaube nur Werte zwischen 34.0 und 43.0 Grad.

   Gutes Ergebnis

   Das Programm ersetzt Komma durch Punkt, fängt die Umwandlungsfehler ab und fragt so lange nach, bis ein gültiger Wert im Bereich vorliegt. Die Meldung lautet: 'Bitte eine Zahl zwischen 34.0 und 43.0 eingeben.'

   ValidierungTypumwandlung (Parsing)try / catchWertebereich
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   Mit Testfällen und Debugger Fehler systematisch finden

   Kompetenz E

   Du legst vor dem Testen fest, welche Eingabe welches Ergebnis liefern muss, inklusive Grenzwerte. Wenn etwas nicht stimmt, setzt du Haltepunkte und schaust im Debugger, an welcher Stelle eine Variable den falschen Wert bekommt.

   Situation

   Das Hundesteuer-Programm der Gemeinde liefert für Rentner mit zwei Hunden CHF 240 statt CHF 150.

   Deine Aufgabe

   Erstelle eine Testfalltabelle und finde den Fehler mit dem Debugger.

   Gutes Ergebnis

   Sechs Testfälle (0, 1, 2, 3 Hunde, je mit und ohne Rente). Im Debugger zeigt sich, dass die Halbierung vor der Addition des Zuschlags passiert. Nach der Korrektur sind alle Tests grün.

   Testfallerwartetes ErgebnisGrenzwertHaltepunkt (Breakpoint)Schrittweise Ausführung

Die Kompetenzmatrix zerlegt das Modul in Themenstränge und drei Stufen. Für den Kompetenznachweis solltest du überall mindestens Stufe 2 erreichen. Dein Stand bleibt in diesem Browser gespeichert und färbt Lernweg und Übungen ein.

Luca ist im 1. Lehrjahr als Informatiker Applikationsentwicklung bei der Freizeitanlagen Seepark AG in Kreuzlingen, die mit 55 Mitarbeitenden ein Hallenbad und eine Eisbahn betreibt. An der Kasse werden Eintrittspreise heute im Kopf ausgerechnet, und am Abend stimmt die Abrechnung selten. Sein Berufsbildner gibt ihm den Auftrag, ein kleines Konsolenprogramm für Preise und Tagesauswertung zu schreiben.

1. Kapitel 1

   Was soll das Programm eigentlich tun?

   Luca setzt sich eine halbe Stunde mit der Kassenleiterin zusammen: Erwachsene zahlen CHF 9, Kinder von 6 bis 15 Jahren CHF 5, jüngere Kinder nichts, und ab 17 Uhr gibt es 30 Prozent Abendrabatt. Er trägt alles in eine EVA-Tabelle ein und merkt, dass niemand gesagt hat, was für 16-Jährige gilt. Auf seine Rückfrage hin ist klar: Ab 16 zählt man als erwachsen. Danach zeichnet er den Ablauf in Structorizer und spielt ihn mit drei Beispielpersonen auf Papier durch.

   Ziel 1Ziel 2

2. Kapitel 2

   Tarife in Code

   Luca übersetzt das Struktogramm in eine if/else-Kette und ergänzt eine Schleife, damit eine ganze Familie in einem Durchgang erfasst werden kann. Beim Durchspielen der Grenzwerte 5, 6, 15 und 16 fällt ihm auf, dass eine 15-Jährige den Erwachsenenpreis zahlt. Er hatte alter < 15 statt alter <= 15 geschrieben. Nach der Korrektur notiert er sich, bei jeder Grenze immer den Wert davor, darauf und danach zu prüfen.

   Ziel 3

3. Kapitel 3

   Die Tagesauswertung

   Die Kassenleiterin möchte am Abend die Anzahl Eintritte, den Umsatz und die Stunde mit den meisten Besuchenden sehen. Luca speichert deshalb jeden Verkauf als Datensatz in einer Liste und wertet sie am Schluss aus. Sein Hauptprogramm ist inzwischen auf 120 Zeilen gewachsen, und die Rundung auf 5 Rappen steht an drei Stellen. Er zerlegt alles in Funktionen wie berechnePreis(alter, stunde), erfasseVerkauf() und druckeAuswertung() und führt die Rundung in einer einzigen Funktion zusammen.

   Ziel 5Ziel 4

4. Kapitel 4

   Wenn jemand "zwölf" eintippt

   Eine Kollegin testet das Programm und tippt beim Alter das Wort "zwölf" ein. Das Programm stürzt sofort ab, und ein Alter von minus 3 wurde vorher ohne Murren akzeptiert. Luca baut eine Prüfschleife, die so lange nachfragt, bis eine ganze Zahl zwischen 0 und 120 eingegeben wird. Die Meldung erklärt jetzt konkret, was erwartet wird, statt nur "Fehler" anzuzeigen.

   Ziel 6

5. Kapitel 5

   Rappen-Differenz am Abend

   Nach der Preisanpassung zur Wintersaison (Erwachsene CHF 9.80, Kinder CHF 5.40) weicht beim Probelauf an der Kasse der Umsatz um einige Rappen ab, aber nur bei Abendtarifen. Luca schreibt eine Testfalltabelle mit 12 Fällen und setzt im Debugger einen Haltepunkt in berechnePreis. Dort sieht er, dass er vor dem Rabatt auf 5 Rappen rundet statt danach. Nach der Korrektur stimmen alle 12 Fälle, und er committet die Änderung in Git mit einer Nachricht, die den Fehler und die Lösung beschreibt.

   Ziel 7

1. 1

   Erst denken, dann tippen

   ca. 4 Std.

   Du übst, Aufgaben zu verstehen und als Ablauf aufzuschreiben, ganz ohne Computer.

   • Drei Alltagsabläufe (Billett lösen, Kaffee bestellen, Pult reservieren) als Pseudocode notieren
   • Ein Struktogramm mit Structorizer zeichnen und laufen lassen
   • Für eine Aufgabe die EVA-Tabelle ausfüllen und offene Fragen formulieren

   Trainiert Kompetenz A1A2

   Lernziel12

2. 2

   Erste Programme mit Variablen und Bedingungen

   ca. 5 Std.

   Du setzt einfache Rechenprogramme um und lernst Datentypen, Operatoren und Verzweigungen.

   • Einen Mehrwertsteuer-Rechner mit 8.1 Prozent und 2.6 Prozent programmieren
   • Die Rabattlogik einer Fahrschule mit if/else umsetzen und die Grenzen prüfen
   • Ganzzahlige Division und Modulo an Beispielen ausprobieren

   Trainiert Kompetenz B1B2

   Lernziel3

3. 3

   Wiederholen und sammeln

   ca. 5 Std.

   Mit Schleifen und Listen verarbeitest du viele Werte auf einmal.

   • Ein Notenprogramm bauen, das beliebig viele Noten einliest und den Schnitt auf 0.5 rundet
   • Das Maximum und das Minimum einer Liste ohne fertige Bibliotheksfunktion finden
   • Eine while-Schleife bewusst endlos laufen lassen und verstehen, warum

   Trainiert Kompetenz B2D1D2

   Lernziel35

4. 4

   Ordnung mit Funktionen

   ca. 5 Std.

   Du strukturierst bestehende Programme um, sodass jede Funktion genau eine Aufgabe hat.

   • Ein 80-Zeilen-Programm in vier bis sechs Funktionen zerlegen
   • Für jede Funktion Name, Parameter und Rückgabewert vorher auf Papier festlegen
   • Doppelte Codestellen suchen und zusammenführen

   Trainiert Kompetenz C1C2

   Lernziel4

5. 5

   Robust und getestet

   ca. 5 Std.

   Du machst deine Programme fehlertolerant und lernst, sie gezielt zu prüfen.

   • Alle Eingaben eines bestehenden Programms validieren und Fehlermeldungen formulieren
   • Eine Testfalltabelle mit Grenzwerten erstellen und abarbeiten
   • Einen eingebauten Fehler nur mit Breakpoints und Variablenansicht finden

   Trainiert Kompetenz E1E2

   Lernziel67

6. 6

   Mini-Applikation von A bis Z

   ca. 6 Std.

   Du setzt eine kleine Applikation komplett um, so wie im Kompetenznachweis: planen, coden, testen, kurz dokumentieren.

   • Eine Aufgabe wie einen Parkgebühren-Rechner analysieren und planen
   • Umsetzen, testen und das Ergebnis mit Git versionieren
   • Lösung in fünf Minuten einer Kollegin erklären

   Trainiert Kompetenz A3C3E3

   Lernziel1247

Algorithmus

Eindeutige, endliche Folge von Schritten, die ein Problem löst.

Pseudocode

Ablaufbeschreibung in einfacher Sprache, angelehnt an Programmcode, aber ohne feste Syntax.

Struktogramm

Grafische Darstellung eines Ablaufs mit Blöcken für Sequenz, Verzweigung und Schleife.

Variable

Benannter Speicherplatz für einen Wert, der sich während der Ausführung ändern kann.

Datentyp

Legt fest, welche Art Wert eine Variable enthält, z.B. Ganzzahl, Kommazahl, Text oder Wahrheitswert.

Funktion

Benannter Codeblock, der eine Aufgabe erledigt und wiederverwendet werden kann.

Validierung

Prüfung, ob eine Eingabe Format und Wertebereich einhält.

Breakpoint

Markierung im Code, an der der Debugger die Ausführung anhält.

Passende Module