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Android

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Einleitung

Android ist ein Betriebssystem, das vor allem auf Smartphones und Tablets, aber auch auf weiteren Geräteklassen eingesetzt wird. Es basiert technisch auf dem Linux-Kernel und bildet eine Plattform, auf der Apps ausgeführt werden können. Die Entwicklung des Android-Ökosystems wird wesentlich von Google und der Open Handset Alliance geprägt.

Dieser aiMOOC richtet sich vor allem an Lernende ab etwa Klasse 8 sowie an Einsteigerinnen und Einsteiger in Informatik und Medienbildung. Du lernst, wie Android aufgebaut ist, wie Apps funktionieren, welche Rolle Berechtigungen und Updates spielen und wie Android-Apps entwickelt werden.

Der Startbildschirm zeigt typische Elemente einer Android-Oberfläche: App-Symbole, Widgets, Statusanzeigen und eine Navigationsmöglichkeit. Das genaue Aussehen kann sich je nach Hersteller, Gerät und Android-Version deutlich unterscheiden.

Was ist ein Betriebssystem?

Ein Betriebssystem vermittelt zwischen der Hardware eines Geräts, den Anwendungen und Dir als Nutzerin oder Nutzer. Es verwaltet unter anderem Speicher, Prozessorzeit, Dateien, Netzwerkverbindungen, Eingabegeräte und Zugriffsrechte.

Bei Android übernimmt der Linux-Kernel wichtige Aufgaben auf hardwarenaher Ebene. Darüber liegen weitere Systemkomponenten, Programmierschnittstellen und die Benutzeroberfläche. Apps greifen normalerweise nicht direkt auf die Hardware zu, sondern verwenden von Android bereitgestellte Schnittstellen.

Android ist deshalb mehr als nur das sichtbare Menü eines Smartphones: Es ist eine umfangreiche Softwareplattform.

Entwicklung und Geschichte

Android wurde in den 2000er-Jahren entwickelt. 2007 wurde die Open Handset Alliance vorgestellt, ein Zusammenschluss verschiedener Unternehmen rund um offene Standards für Mobilgeräte. Das erste kommerziell verfügbare Android-Smartphone erschien 2008.

Über viele Jahre erhielten Android-Versionen zusätzlich Namen von Süßspeisen, zum Beispiel Cupcake, Donut, Lollipop, Marshmallow oder Pie. Seit Android 10 stehen für die öffentliche Bezeichnung vor allem Versionsnummern im Vordergrund.

Neue Android-Versionen erweitern regelmäßig Funktionen, Sicherheitsmechanismen und Programmierschnittstellen. Allerdings erhält nicht jedes Gerät eine neue Version zur selben Zeit. Hersteller, Gerätemodelle und teilweise Mobilfunkanbieter beeinflussen, wann Updates verfügbar sind.

Android als offene Plattform

Ein wichtiger Bestandteil ist das Android Open Source Project, kurz AOSP. Große Teile der Android-Basis sind als Quellcode öffentlich verfügbar. Hersteller können diesen Code für eigene Geräte anpassen.

Das bedeutet jedoch nicht, dass jede Software auf jedem Android-Gerät vollständig quelloffen ist. Viele Geräte enthalten zusätzlich proprietäre Treiber, Herstelleroberflächen und Google-Dienste.

Dadurch entstehen viele unterschiedliche Android-Geräte. Diese Vielfalt ermöglicht verschiedene Größen, Preisklassen und Bauformen, führt aber auch zu einer stärkeren technischen Fragmentierung als bei Plattformen mit wenigen Gerätemodellen.

Apps und App-Verteilung

Eine App ist ein Anwendungsprogramm, das für eine bestimmte Plattform entwickelt wurde. Android-Apps können beispielsweise Nachrichten senden, Fotos bearbeiten, Lerninhalte darstellen, navigieren oder Spiele ausführen.

Apps können über App-Stores verteilt werden. Auf vielen Android-Geräten ist der Google Play Store vorinstalliert. Android erlaubt grundsätzlich aber auch andere Vertriebswege und alternative App-Stores.

Beim Installieren einer App solltest Du auf Herkunft, Entwickler, Berechtigungen, Aktualität und Bewertungen achten. Eine unbekannte Installationsdatei aus einer unsicheren Quelle kann ein Sicherheitsrisiko darstellen.

Berechtigungen und Datenschutz

Apps benötigen für bestimmte Funktionen Zugriff auf Daten oder Gerätesensoren. Dazu gehören zum Beispiel:

Kamera: für Fotos, Videos oder QR-Codes
Mikrofon: für Sprachaufnahmen und Anrufe
Standort: für Navigation oder ortsabhängige Dienste
Kontakte: für Kommunikationsfunktionen
Dateien und Medien: für das Speichern oder Öffnen von Inhalten

Moderne Android-Versionen fragen viele sensible Berechtigungen erst zur Laufzeit ab. Du kannst zahlreiche Berechtigungen in den Systemeinstellungen überprüfen und wieder entziehen.

Eine sinnvolle Regel lautet: Eine App sollte nur die Rechte erhalten, die sie für ihre erkennbare Aufgabe wirklich benötigt.

Sicherheit und Updates

Sicherheitsupdates schließen bekannte Schwachstellen. Deshalb ist es sinnvoll, Betriebssystem und Apps regelmäßig zu aktualisieren.

Android schützt Apps unter anderem dadurch, dass sie normalerweise voneinander getrennt ausgeführt werden. Dieses Prinzip wird häufig als Sandboxing bezeichnet. Eine App kann dadurch nicht ohne Weiteres auf die Daten einer anderen App zugreifen.

Weitere Schutzmechanismen betreffen unter anderem die App-Signierung, Berechtigungen, Verschlüsselung und die Prüfung von Software. Kein Schutzmechanismus ist jedoch absolut. Auch das Verhalten der Nutzerinnen und Nutzer bleibt wichtig.

Benutzeroberfläche und Anpassung

Android lässt sich stark anpassen. Hersteller können eigene Oberflächen gestalten, und Nutzerinnen und Nutzer können beispielsweise Startbildschirme, Widgets oder Hintergrundbilder verändern.

Mit Material Design entwickelte Google Gestaltungsrichtlinien für digitale Oberflächen. Seit Android 12 spielt Material You eine wichtige Rolle. Dabei kann sich das Erscheinungsbild stärker an persönliche Einstellungen und Farben anpassen.

Die Oberfläche ist jedoch nicht auf allen Android-Geräten identisch. Ein Smartphone von Google kann anders aussehen und bedient werden als ein Gerät eines anderen Herstellers.

Android auf verschiedenen Geräten

Android ist nicht auf klassische Smartphones beschränkt. Android-Technologien werden auch für verschiedene andere Geräteklassen genutzt. Dazu gehören Tablets, faltbare Geräte und große Displays. Verwandte Plattformen wie Android TV oder Wear OS übertragen Konzepte auf Fernseher beziehungsweise Smartwatches.

Für Entwicklerinnen und Entwickler entsteht dadurch eine wichtige Aufgabe: Eine App sollte sich an unterschiedliche Bildschirmgrößen und Eingabemethoden anpassen können.

Das Video des offiziellen Kanals Android Developers zeigt, wie moderne Android-Oberflächen mit Jetpack Compose an verschiedene Geräte und Bildschirmgrößen angepasst werden können.

Entwicklung von Android-Apps

Die offizielle Entwicklungsumgebung heißt Android Studio. Sie basiert auf IntelliJ IDEA und bietet unter anderem einen Code-Editor, einen Emulator, Werkzeuge zum Testen sowie Funktionen zum Erstellen und Analysieren von Apps.

Für moderne Android-Entwicklung wird häufig die Programmiersprache Kotlin verwendet. Auch Java spielt weiterhin eine Rolle. Mit Jetpack Compose können Benutzeroberflächen deklarativ in Kotlin beschrieben werden.

Ein einfacher Entwicklungsprozess besteht vereinfacht aus:

Idee und Planung der App
Gestaltung der Benutzeroberfläche
Programmierung der Funktionen
Test auf Emulatoren und realen Geräten
Fehlerbehebung und Optimierung
Veröffentlichung und spätere Updates

Jetpack Compose

Jetpack Compose ist ein modernes Werkzeug zur Entwicklung nativer Android-Benutzeroberflächen. Anstatt Oberflächen ausschließlich über ältere XML-basierte Layouts aufzubauen, können Entwicklerinnen und Entwickler die Oberfläche direkt in Kotlin-Code beschreiben.

Das Video des Kanals Android Developers erläutert die Entstehung von Jetpack Compose und den Wechsel zu einem stärker deklarativen Entwicklungsmodell.

Chancen und Herausforderungen

Android verbindet Offenheit, große Gerätevielfalt und ein umfangreiches App-Ökosystem. Diese Vielfalt bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich.

Ein Beispiel ist die Fragmentierung. Unterschiedliche Geräte besitzen verschiedene Bildschirmgrößen, Chips, Herstelleranpassungen und Android-Versionen. Entwicklerinnen und Entwickler müssen deshalb testen, ob ihre Apps auf vielen Geräten zuverlässig funktionieren.

Auch die Versorgung mit Updates unterscheidet sich. Ein neues Android-Release bedeutet nicht automatisch, dass jedes vorhandene Gerät sofort aktualisiert wird.

Android bewusst nutzen

Für einen sicheren und verantwortungsvollen Umgang kannst Du einige Grundsätze beachten:

Installiere Apps möglichst aus vertrauenswürdigen Quellen.
Prüfe Berechtigungen kritisch.
Halte Betriebssystem und Apps aktuell.
Verwende eine sichere Displaysperre.
Sichere wichtige Daten regelmäßig.
Prüfe Datenschutz- und Kontoeinstellungen.
Entferne Apps, die Du nicht mehr benötigst.

Diese Regeln ersetzen keine technische Sicherheitslösung, verbessern aber den alltäglichen Schutz.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche zentrale Aufgabe hat ein Betriebssystem wie Android? (Es vermittelt zwischen Hardware Anwendungen und Nutzenden) (!Es ersetzt den Prozessor eines Smartphones) (!Es ist ausschließlich ein App Store) (!Es dient nur zum Telefonieren)

Auf welchem Kernel basiert Android? (Linux Kernel) (!Windows NT Kernel) (!Darwin Kernel) (!DOS Kernel)

Wofür steht AOSP? (Android Open Source Project) (!Android Online Security Program) (!Application Operating System Package) (!Automated Open Software Platform)

Welche Software ist die offizielle Entwicklungsumgebung für Android Apps? (Android Studio) (!Microsoft Paint) (!Blender) (!LibreOffice Writer)

Welche Programmiersprache wird für moderne Android Entwicklung besonders häufig verwendet? (Kotlin) (!HTML) (!SQL) (!Pascal)

Was ist eine App Berechtigung? (Eine Erlaubnis zum Zugriff auf bestimmte Funktionen oder Daten) (!Ein Ersatz für ein Betriebssystem) (!Eine Garantie für kostenlose Software) (!Ein Typ von Smartphone Akku)

Was bedeutet Sandboxing bei Apps? (Apps werden weitgehend voneinander getrennt ausgeführt) (!Alle Apps teilen automatisch sämtliche Daten) (!Apps werden nur ohne Internet ausgeführt) (!Apps können nicht aktualisiert werden)

Warum sind Sicherheitsupdates wichtig? (Sie können bekannte Sicherheitslücken schließen) (!Sie erhöhen immer die Bildschirmgröße) (!Sie ersetzen automatisch das Smartphone) (!Sie löschen grundsätzlich alle Apps)

Was ist Jetpack Compose? (Ein Werkzeug zum Entwickeln von Android Benutzeroberflächen) (!Ein Android Smartphone) (!Ein Mobilfunkstandard) (!Ein Dateiformat für Fotos)

Was beschreibt Fragmentierung bei Android besonders gut? (Viele unterschiedliche Geräte Versionen und Herstelleranpassungen) (!Alle Android Geräte besitzen identische Hardware) (!Android Apps funktionieren nur ohne Netzwerk) (!Jede Android Version läuft auf jedem alten Gerät)

Memory

Android Studio	Entwicklungsumgebung
Kotlin	Programmiersprache
AOSP	Quelloffene Android Basis
Berechtigung	Zugriff auf sensible Funktion
Sandbox	Trennung von Apps
Kernel	Hardwarenahe Systemschicht
Jetpack Compose	Moderne Oberflächenentwicklung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Android Studio	App Entwicklung
Linux Kernel	Hardwareverwaltung
Berechtigung	Zugriffskontrolle
AOSP	Offener Quellcode
Jetpack Compose	Benutzeroberfläche

Kreuzworträtsel

Android	Welches Betriebssystem steht im Mittelpunkt dieses aiMOOCs?
Kernel	Welche hardwarenahe Systemkomponente bildet eine wichtige technische Grundlage?
Kotlin	Welche Sprache wird häufig für moderne Android Apps verwendet?
Studio	Welcher zweite Wortteil gehört zur offiziellen Entwicklungsumgebung Android ...?
Sandbox	Wie heißt das Prinzip der weitgehenden Trennung von Apps?
Compose	Welcher zweite Wortteil gehört zum UI Werkzeug Jetpack ...?

LearningApps

Lückentext

Android ist ein

für verschiedene Geräteklassen. Eine wichtige technische Grundlage ist der

. Der offene Basiscode wird im

entwickelt. Die offizielle Entwicklungsumgebung heißt Android

. Für moderne Android-Apps wird häufig

verwendet. Sensible Zugriffe werden durch

kontrolliert. Die weitgehende Trennung einzelner Apps wird als

bezeichnet. Regelmäßige

können bekannte Schwachstellen schließen. Moderne Benutzeroberflächen lassen sich mit Jetpack

entwickeln. Die große Vielfalt verschiedener Geräte und Versionen wird häufig mit dem Begriff

beschrieben.

Offene Aufgaben

Leicht

Android-Oberfläche: Untersuche den Startbildschirm eines Android-Geräts und beschreibe fünf sichtbare Bedienelemente, ohne persönliche Daten zu zeigen.
App-Berechtigungen: Wähle drei installierte Apps und notiere, welche Berechtigungen für ihre jeweilige Funktion plausibel erscheinen.
Android-Versionen: Erstelle eine kleine Zeitleiste mit fünf Android-Versionen und kennzeichne, welche davon Süßspeisen-Namen trugen.
Sicheres Smartphone: Gestalte ein Informationsplakat mit sechs Regeln für einen sicheren Umgang mit Android-Geräten.

Standard

Betriebssystemvergleich: Vergleiche Android mit einem anderen Betriebssystem hinsichtlich Geräteauswahl, App-Verteilung, Anpassbarkeit und Updates.
App-Konzept: Entwirf auf Papier die Oberfläche einer einfachen Lern-App mit mindestens drei Ansichten.
Berechtigungsanalyse: Erkläre an einem selbst gewählten Beispiel, weshalb eine App eine bestimmte Berechtigung benötigt oder warum sie verdächtig wirken könnte.
Update-Politik: Recherchiere für zwei aktuelle Smartphone-Modelle, wie lange Sicherheits- und Systemupdates zugesagt werden, und bewerte den Unterschied.

Schwer

Android-App: Entwickle mit Android Studio eine sehr einfache App, die einen Text und eine Schaltfläche enthält.
Datenschutzkonzept: Entwirf für eine fiktive App ein Konzept, das möglichst wenige personenbezogene Daten benötigt.
Fragmentierung: Analysiere, welche Probleme unterschiedliche Bildschirmgrößen, Android-Versionen und Hardware für App-Entwickler verursachen können.
Open Source: Untersuche den Unterschied zwischen AOSP und den zusätzlichen proprietären Bestandteilen eines typischen Android-Smartphones und stelle Deine Ergebnisse grafisch dar.

Lernkontrolle

Betriebssystem und App: Erkläre anhand eines konkreten Beispiels, warum eine App nicht einfach direkt auf jede Hardwarefunktion zugreifen sollte.
Sicherheit und Komfort: Bewerte den Zielkonflikt zwischen möglichst bequemer App-Nutzung und möglichst wenigen Berechtigungen.
Fragmentierung und Vielfalt: Erkläre, warum die große Geräteauswahl gleichzeitig eine Stärke und eine Herausforderung des Android-Ökosystems ist.
Updates: Ein Smartphone funktioniert äußerlich noch gut, erhält aber keine Sicherheitsupdates mehr. Beurteile mögliche Folgen und sinnvolle Handlungsoptionen.
App-Entwicklung: Entwickle einen begründeten Testplan für eine neue Android-Lern-App, die auf Smartphones, Tablets und faltbaren Geräten funktionieren soll.
Open Source und proprietäre Software: Erkläre, weshalb ein Android-Gerät gleichzeitig quelloffene und proprietäre Bestandteile enthalten kann.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen können, dass Du die wichtigsten Zusammenhänge verstanden hast. Dazu gehört:

Du kannst Android als Betriebssystem und Softwareplattform erklären.
Du kannst die Rolle von Linux-Kernel, AOSP und Apps unterscheiden.
Du kannst erläutern, warum Berechtigungen und Sandboxing für Sicherheit wichtig sind.
Du kannst den Nutzen regelmäßiger Updates begründen.
Du kannst Chancen und Probleme der großen Android-Gerätevielfalt beschreiben.
Du kannst Android Studio, Kotlin und Jetpack Compose in den Entwicklungsprozess einordnen.
Du kannst Datenschutz- und Sicherheitsentscheidungen bei Apps kritisch bewerten.