Programmierlogik für Anfänger: Variablen, Bedingungen und Datenstrukturen

Seminarziel

Am Ende des Seminars sind die Teilnehmer in der Lage, grundlegende Programmierkonzepte zu verstehen und einfache Programme zu erstellen, die Variablen, Bedingungen, Schleifen, Funktionen und Datenstrukturen verwenden.

Inhalt

• Einführung in Programmierung und Programmierlogik
  • Was ist Programmierung? Einführung in die Welt der Programmierung, Definition von Programmen als Anweisungsfolge, die von Computern ausgeführt werden, um Probleme zu lösen oder Aufgaben zu automatisieren.
  • Warum Programmierlogik wichtig ist: Programmierlogik bildet die Basis für das Verständnis von Programmiersprachen. Sie hilft dabei, Probleme systematisch zu analysieren, Algorithmen zu entwickeln und Programme zu erstellen.
  • Problemlösungsansätze in der Programmierung: Übersicht über verschiedene Methoden zur Problemlösung, z.B. Zerlegen komplexer Probleme in kleinere Teilprobleme (Divide and Conquer).
  • Grundlagen des algorithmischen Denkens: Was ist ein Algorithmus? Einführung in die Erstellung von Algorithmen und wie diese verwendet werden, um eine logische Abfolge von Schritten zur Lösung eines Problems zu entwickeln.
• Grundlegende Programmierkonzepte
  • Variablen und Datentypen: Einführung in Variablen als Speicherorte für Daten und Datentypen (z.B. Ganzzahlen, Gleitkommazahlen, Zeichenketten, Booleans) zur Definition der Art von Daten, die gespeichert werden können.
  • Operatoren und Ausdrücke: Überblick über arithmetische, logische und Vergleichsoperatoren sowie deren Verwendung in Programmierausdrücken zur Durchführung von Berechnungen und Vergleichen.
  • Eingabe und Ausgabe: Grundlagen der Benutzerinteraktion in Programmen - Wie Eingaben vom Benutzer abgefragt und Ergebnisse ausgegeben werden.
  • Speicher und Speicherverwaltung: Einführung in den Begriff des Speichers in der Programmierung, wie Variablen im Speicher verwaltet werden und welche Rolle der Arbeitsspeicher spielt.
• Kontrollstrukturen: Bedingte Anweisungen und Schleifen
  • Bedingte Anweisungen (If-Else): Wie bedingte Anweisungen verwendet werden, um Entscheidungen in Programmen zu treffen. Erklärung der If-, Else-if- und Else-Konstrukte zur Steuerung des Programmflusses.
  • Vergleichsoperatoren und logische Operatoren: Nutzung von Vergleichs- und logischen Operatoren, um Bedingungen in Programmen zu formulieren, z.B. >, <, ==, AND, OR.
  • Schleifen (For, While): Einführung in Schleifen zur Wiederholung von Anweisungen. Erklärung der For-Schleife und While-Schleife zur Automatisierung wiederkehrender Aufgaben.
  • Schleifensteuerung (Break, Continue): Wie die Schleifensteuerung verwendet wird, um Schleifen zu unterbrechen oder zum nächsten Durchlauf überzugehen.
• Praxisübung 1: Arbeiten mit Variablen, Bedingungen und Schleifen
  • Ziel der Übung: Die Teilnehmer üben die Verwendung von Variablen, bedingten Anweisungen und Schleifen, um einfache Probleme zu lösen.
  • Projektbeschreibung: Die Teilnehmer schreiben ein Programm, das Benutzereingaben verarbeitet, Bedingungen prüft und wiederkehrende Aufgaben automatisiert (z.B. Zählen, Summieren, Validieren von Eingaben).
  • Tools: Eine einfach zu lernende Programmierumgebung wie Python (IDLE), Visual Studio Code oder Repl.it.
  • Ergebnisse: Die Teilnehmer haben einfache Programme erstellt, die grundlegende Programmierlogik, Variablen, Bedingungen und Schleifen verwenden.
• Funktionen und Modularität
  • Was sind Funktionen? Einführung in Funktionen als modulare Einheiten, die eine bestimmte Aufgabe erfüllen. Funktionen helfen dabei, Programme übersichtlicher und wiederverwendbar zu gestalten.
  • Parameter und Rückgabewerte: Wie Funktionen Parameter akzeptieren und Ergebnisse zurückgeben. Erklärung der Bedeutung von Eingabe- und Ausgabeparametern.
  • Vorteile der Modularität: Wie Modularität dazu beiträgt, Programme strukturiert, wartbar und wiederverwendbar zu machen, z.B. durch das Zerlegen komplexer Aufgaben in kleinere Teilaufgaben.
  • Eingebaute vs. benutzerdefinierte Funktionen: Unterschied zwischen eingebauten Funktionen, die in einer Programmiersprache enthalten sind (z.B. print()), und benutzerdefinierten Funktionen, die vom Entwickler erstellt werden.
• Datensammlungen und Datenstrukturen
  • Listen und Arrays: Einführung in Datenstrukturen wie Listen und Arrays, die verwendet werden, um mehrere Werte in einer einzigen Variablen zu speichern.
  • Operationen auf Listen/Arrays: Wie man auf Elemente zugreift, sie hinzufügt, entfernt oder modifiziert. Erklärung der Schleifenverwendung zur Verarbeitung von Listen.
  • Einsatz von Schleifen mit Datenstrukturen: Wie Schleifen verwendet werden, um Datenstrukturen effizient zu verarbeiten, z.B. das Durchlaufen einer Liste, um bestimmte Bedingungen zu prüfen.
  • Grundlagen von Tupeln und Dictionaries: Unterschiedliche Möglichkeiten zur Speicherung von Datenpaaren, z.B. Tupeln für unveränderliche Datensätze und Dictionaries zur Speicherung von Schlüssel-Wert-Paaren.
• Praxisübung 2: Arbeiten mit Funktionen und Datenstrukturen
  • Ziel der Übung: Die Teilnehmer entwickeln Programme, die Datenstrukturen und Funktionen verwenden, um Aufgaben effizient zu lösen.
  • Projektbeschreibung: Die Teilnehmer erstellen ein Programm zur Verwaltung von Daten, das Listen verwendet, um Informationen zu speichern, und Funktionen zur Verarbeitung und Ausgabe von Daten.
  • Tools: Python (IDLE), Visual Studio Code oder Repl.it.
  • Ergebnisse: Die Teilnehmer haben Programme entwickelt, die Funktionen und Datenstrukturen nutzen, um modular und strukturiert zu arbeiten.
• Algorithmisches Denken und Problemlösung
  • Schrittweises Vorgehen bei der Problemlösung: Einführung in den Problemlösungsprozess: Problemverständnis, Zerlegung in Teilprobleme, Entwicklung von Algorithmen, Implementierung und Testen.
  • Flussdiagramme und Pseudocode: Verwendung von Flussdiagrammen und Pseudocode zur Planung und Visualisierung von Programmabläufen vor der eigentlichen Implementierung.
  • Grundlagen der Rekursion: Einführung in die Rekursion als Programmiertechnik, bei der eine Funktion sich selbst aufruft, um eine Aufgabe zu lösen. Erklärung einfacher rekursiver Probleme wie der Fakultätsberechnung.
  • Fehlersuche und Debugging: Einführung in Debugging-Techniken, um logische Fehler im Programm zu finden und zu beheben. Wie man schrittweise durch Programme geht und Fehlerquellen identifiziert.
• Verstehen von Algorithmen und deren Effizienz
  • Grundlegende Algorithmen: Erklärung einiger grundlegender Algorithmen, wie Sortier- und Suchalgorithmen, und deren Anwendung in einfachen Programmen.
  • Komplexität von Algorithmen: Einführung in die grundlegende Idee der Algorithmuskomplexität, um ein Verständnis für die Effizienz von Algorithmen zu entwickeln.
  • Iterative vs. rekursive Algorithmen: Vergleich zwischen iterativen und rekursiven Lösungen für ein Problem und wann welche Methode bevorzugt werden sollte.
  • Entwicklung eigener Algorithmen: Wie man eigene Algorithmen zur Lösung von Problemen entwickelt, testet und optimiert.