Decorator Pattern | Labor für Softwarearchitektur

Kurzzusammenfassung:
Das Lehr-Lern Arrangement Design Pattern besteht aus einem dreiteiligen Übungspaket mit jeweils einer Übungseinheit der drei ausgewählten Gang of Four Design Pattern, dem Observer-, Decorator- und Command Pattern. Die Übungseinheiten haben jeweils eine zugrundeliegende Problemstellung und sind vor dem Hintergrund des Problembasierten Lernens konstruiert worden. Außerdem kommt hier das Konzept des Scaffolding zum Einsatz: Durch gezieltes Steuern des Umfangs der Unterstützung, die Studierende über die drei Übungseinheiten erhalten, soll insgesamt ein selbstgesteuerter Lernerfolg herbeigeführt werden. Mit dem Observer Pattern wird ein leichter Einstieg in das Thema des Design Pattern geschaffen. Diese Übung ist die erste einer dreiteiligen Übungsreihe, in welcher die Studierenden angeleitet werden, den theoretischen Inhalt auf praktische Anwendungen zu transferieren. Das Command Pattern ist der zweite Teil der Design Pattern Übung. In dieser Übung sollen die Studierenden das Command Pattern auf Basis eines bestehenden Rahmenprogramms verbessern und implementieren. Die Übung Decorator Pattern ist der dritte Teil der dreiteiligen Design Pattern Aufgaben. Dabei sollen die Studierenden bereits selbstständig Quellcode für Decorator Pattern implementieren.

Übersicht

Ziele:

Verstehen und Anwenden der Design Pattern: Observer, Decorator und Command Pattern

Didaktische Funktion(en):

Wiederholung & Festigung
Transfer & Anwendung

Hintergrund / didaktisch-methodische Einordnung:

Induktives Lehren und Lernen ist ein umfassender Begriff, welcher verschiedene Methoden wie forschungsbasiertes Lernen, problembasiertes Lernen (PBL), projektbasiertes Lernen, fallbasiertes Lernen, Just-in-time-teaching etc. umfasst. Eine Gemeinsamkeit dieser Ansätze ist das lerner-zentrierte Design, was bedeutet, dass die Verantwortung für das eigene Lernen mehr auf Seiten des Lernenden liegt im Vergleich zu traditionellen Lehr/-Lernansätzen (M. J. Prince & R. M. Felder (2006)).

Im Problembasierten Lernen (PBL) stellt eine authentische und komplexe Problemstellung die Ausgangsgrundlage dar. Dabei lernen die Lernenden in Form von Gruppenarbeit, Fragestellungen zum Problem zu finden und wichtige Begriffe des Problems ausfindig zu machen und zu definieren. Anschließend wird das Problem analysiert, Bestandteile des Problems werden mit bestehendem Wissen verknüpft und Hypothesen können aufgestellt werden. Diese Hypothesen werden bewertet und priorisiert. Im Weiteren werden basierend auf den Hypothesen Lernziele festgelegt und es wird herausgefunden, wie diese Lernziele erreicht werden können und welche Ressourcen dafür notwendig sind. Anschließend versucht jeder Teilnehmer, diese Lernziele selbstständig oder in Kleingruppen zu erreichen. Nach Beenden der Lernphase überprüfen die Lernenden die erarbeiteten Informationen miteinander (H.G. Schmidt (1983)).

Die Hilfsmittel bzw. die Unterstützung, die den Studierenden während der Übungseinheiten angeboten werden, als Scaffolds bezeichnet. Scaffolding ist ein grundlegendes Konzept im Rahmen der Methodik des „cognitive apprenticeship“ (J.J.G. Merrienboer, P. Kirschner (2003)). Scaffolding bezieht sich auf eine Kombination aus Unterstützung für die Performanz und „Fading“. Die Unterstützung hilft dem Lernenden ein Ziel zu erreichen, welches ohne die Unterstützung nicht zu erreichen wäre. Ist das Ziel erreicht, lässt die Unterstützung allmählich nach, bis sie nicht mehr benötigt wird. Dabei ist es wichtig, passende Art und Intensität an Unterstützung zu finden und sie angemessen zurückzunehmen (fading) (J.J.G. Merrienboer, P. Kirschner (2003)).

Das dreiteilige Übungspaket ist dabei so konzeptioniert, dass die Hilfestellung durch die Aufgabenbeschreibung immer weniger wird (fading) und die Studierenden daher mehr Eigenleistung erbringen müssen.

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Sozialform(en):

Partnerarbeit, Pair Programming

Anzahl der Lernenden:

2-3 Personen

Voraussetzungen und Ressourcen

Voraussetzungen:

Lehrender: Erfahrungen in Software Engineering, Design Pattern
Lernende: Software Engineering Studierende, die bereits eine theoretische Grundlagenvorlesung besucht haben; Theoretische Grundlagen in Design Pattern Erfahrungen in C++

Ausstattung & Medien:

Jede Gruppe benötigt einen PC und eine IDE mit C++ Compiler.
Ausreichend PCs im CIP-Pool
Beamer (für Präsentation)
Uhr, falls Pair Programming mit Zeitgeber durchgeführt wird

Ablauf

Observer Pattern

10 min Einleitung, kurze Wiederholung der Theorie
15 min Beschreibung eines eigenen Observer Pattern Beispiels
20 min Vervollständigung des Klassendiagramms Observer Pattern
25 min Beschreibung verschiedener Prinzipien des Observer Pattern
20 min Implementierung des Observer Pattern Rahmenprogramms in Pair Programming

Command Pattern

10 Min Verbesserung des Klassendiagramms
30 Min Implementierung der fehlenden Klassen
35 Min Implementierung der konkreten Konsolenausgabe auf Basis eines Szenarios
5 Min Beantwortung Abschlussfrage

Decorator Pattern

10 Minuten Einleitung, kurze Wiederholung
80 Minuten Eigenständige Bearbeitung des Rahmenprogramms auf Basis des Handouts

Beispiele oder Materialien:

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Handout Wetterstation zum Thema Observer Pattern:
Übungsblatt_Observer Herunterladen

Handout Pizzeria zum Thema Decorator Pattern:
Übungsblatt_Decorator Herunterladen

Handout Installationsassistent zum Thema Command Pattern:
Übungsblatt_Command Herunterladen

Hinweise zur Vorbereitung:

Präsentationen
Rahmenprogramme vorbereiten
benötigte Zeit: 45 Minuten pro Übungseinheit

Hinweise zur Nachbereitung:

Keine Nachbereitung nötig

Hinweise zur Dauer: 90 Minuten pro Übungseinheit

Kritische Einordnung

Vorteile und Stärken:

Design Pattern ist einer der schwierigeren Inhalte für Software Engineering Studierende. Der Scaffolding-Ansatz ebnet schrittweise den Weg zur selbstständigen Umsetzung eines Entwurfsmusters.

Grenzen und Schwächen:

Die Bereitstellung der Rahmenprogramme erfordert es, dass die Studierenden alle die gleiche Entwicklungsumgebung verwenden, was nicht immer der Fall ist.

Literatur und weiterführende Hinweise

H.G. Schmidt (1983). Problem‐based learning: rationale and description. In: Medical Education, Vol. 17, pp. 11-16
M. J. Prince, R. M. Felder (2006. Inductive teaching and learning methods: Definitions, comparisons, and research bases. In: Journal of Engineering Education, vol. 95, no. 2, pp. 123-138
J.J.G. Merrienboer, P. Kirschner (2003). Taking the Load Off a Learner’s Mind. In: Instructional Design for Complex Learning. In: Educational Psychologist
Soska, A., Reuter, R., Hauser, F., Reiß, M. & Mottok, J. (2017). Scaffolding in der Lehre von Design Pattern. Tagungsband zum 3. Symposium zur Hochschullehre in den MINT-Fächern, 112–116.