Vorbereitung

Übung "Eierkarton-Labyrinth"

Diese Übung zeigt an einem sehr einfachen Beispiel, wie Computerprogramme funktionieren und ist sogar für Kindergartenkinder geeignet. Sie können die benötigten Materialien entweder vorbereiten oder Sie bitten die Teilnehmenden, Materialien von zu Hause mitzubringen.

Ziel der Übung ist es, die Spielfigur durch das Labyrinth zu bewegen, um alle Zielobjekte einzusammeln. Bilden Sie Gruppen von 2-3 Personen. Eine Person ist der Computer, der den Code ausführt, und die anderen sind die Programmierenden, die den Code "schreiben".

Regeln:   

• Die Spielfigur kann nicht auf Felder mit Hindernissen gestellt werden.
• Die Spielfigur kann nicht außerhalb des Labyrinths bewegt werden.
• Nur der Computer darf die Elemente im Labyrinth berühren und bewegen.

Befehle für Bewegung: Um die Spielfigur zu bewegen, haben die Programmierenden 3 Befehle. Zeichnen Sie diese als Pfeile auf kleine Papierschnipsel:

• Einen Schritt in die Richtung gehen, in die die Spielfigur schaut
• Nach links drehen (ohne sich vorwärts zu bewegen)
• Nach rechts drehen (ohne sich vorwärts zu bewegen) 

Die Übung durchführen:

1. Der "Computer" baut das Labyrinth auf:
   • die Spielfigur auf die Startposition stellen (z. B. das untere linke Feld des Eierkartons)
   • Zieleobjekte  auf dem Eierkarton platzieren
   • Hindernisse auf dem Eierkarton platzieren.
2. Die "Programmierenden" beginnen ihren Code zu schreiben, indem sie aus den Befehlen auf den Papierschnipseln ihre Liste von "Befehlen" zusammenstellen.
3. Die Programmierenden dürfen die Spielfigur nicht berühren und bewegen. Wenn sie ihren Code testen möchten, müssen sie den Computer bitten, den Code auszuführen und zu sehen, ob ihre Befehle richtig sind. Sie werden feststellen, dass es schwierig sein kann, den Code im Kopf durchzugehen, besonders wenn er viele Drehungen enthält. Dies simuliert die Herausforderungen des echten Programmierens. Deshalb machen Programmierende oft Testläufe mit Teilen ihres Codes, um zu sehen, ob dieser Teil funktioniert oder um Fehler zu finden. Man nennt diesen Vorgang "Debugging", da Fehler im Code als "Bugs" bezeichnet werden.

Code-Beispiel: Um die Spielfigur zum (gelben) Zielobjekt zu bewegen, müssen Programmierende mindestens 6 Befehle ausführen: vorwärts, nach links bewegen, vorwärts, vorwärts, nach links bewegen, vorwärts.

Variation der Übung: Durch die Begrenzung der Anzahl der Befehlsschnipsel zwingen Sie die Teilnehmenden, ihren Code zu optimieren. Das kann auch bedeuten, dass sie vielleicht nicht alle Ziele erreichen. Auch beim Programmieren sind Zeit und Ressourcen oft knapp.

Lernergebnisse: Mit dieser Übung lernen die Teilnehmenden die Grundprinzipien der Programmierung

• Ein Programm ist eine Reihe von Befehlen, die ein Computer nacheinander ausführt.
• Wenn Programmierende einen Fehler machen, funktioniert der Code nicht. Der Computer ist nicht in der Lage, ihn selbständig zu reparieren.
• Programmierende optimieren ihren Code auf eine minimale Anzahl von Befehlen. Dadurch wird die Codeausführung beschleunigt und das Fehlerpotenzial reduziert. 

Die Teilnehmenden werden feststellen, dass der Code sehr lang wird, wenn sie für jeden Schritt ein Schnipsel verwenden. Das bringt sie zur nächsten Stufe des Programmierens: das Bündeln von Befehlen. Anstatt 4 Vorwärtsbefehle einzeln auszuführen, können sie auch den Befehl "führe [x] mal aus" verwenden, um den Code einfacher zu gestalten. Zur Einführung dieser Befehle gibt es sehr gute Anleitungen und Vorlagen unter: https://researchparent.com/coding-a-lego-maze/. Wenn die Teilnehmenden bereits Grundkenntnisse im Programmieren haben, können Sie diese Übung auch anstelle der Eierkarton-Version durchführen:

Übung: Programmieren mit Scratch

In dieser Übung werden die Teilnehmenden ein erstes einfaches Programm in einem Online-Programmiertool namens "Scratch" erstellen.  Zwei Teilnehmende nutzen gemeinsam einen PC. Neue Dinge auszuprobieren fällt oft leichter, wenn man es nicht alleine angeht.

Starten Sie den PC und öffnen Sie im Webbrowser die Seite https://scratch.mit.edu. Wählen Sie im Hauptmenü "Entwickeln", um das Scratch-Tool zu starten:

Lernen Sie die Elemente des Tools mit einem ersten einfachen Programm kennen:

• Die Registerkarte "Code" auf der linken Seite zeigt eine Liste von Kategorien. Wenn Sie auf eine Kategorie klicken, werden alle verfügbaren Elemente dieser Kategorie in der zweiten Spalte als farbige Elemente aufgelistet. 
• In der Mitte des Bildschirms befindet sich ein zentraler Bereich, in den Sie die Elemente mit der Maus ziehen können.
• In der oberen rechten Ecke sehen Sie das Ausgabefenster mit der Katze. Hier läuft Ihr Programm ab.   

Beginnen wir mit der Einrichtung eines einfachen Programms:

1. Klicken Sie auf der Registerkarte "Skripte" auf der linken Seite auf "Ereignisse".
2. Wählen Sie mit der Maus das erste Element "wenn [grüne Flagge] angeklickt wird"...
3. und ziehen es in den mittleren Bereich des Bildschirms.
4. Klicken Sie auf der Registerkarte "Skripte" auf der linken Seite auf "Bewegung". Wählen Sie mit der Maus das Element "gehe 10er Schritt" aus und platzieren Sie es unter dem gelben Element. Sie sehen, wie das blaue Element am gelben Element einrastet, wenn Sie es in die Nähe bewegen. Erhöhen Sie die Anzahl der Schritte auf 20.
5. Klicken Sie auf die grüne Fahne oberhalb des Ausgabefensters. Damit wird Ihr Programm gestartet und die Katze bewegt sich nach rechts. 

Kommen wir zu einem komplexeren Programm. Die Katze soll nach Ihrem Namen fragen und Sie begrüßen. Versuchen Sie, das Programm wie im folgenden Bild gezeigt aufzubauen. Um die Elemente leicht zu finden, haben sie die gleiche Farbe wie die Kategorie. Z.B. finden Sie das lila Element "Sag Hallo! für 2 Sekunden" in der lila Kategorie "Aussehen".

Wenn Sie Schwierigkeiten haben, das Element "answer" in die letzte Zeile des Codes zu bekommen, gehen Sie zurück zur Kategorie "Fühlen", wo Sie das Element "frage Wie heißt du? und warte" gefunden haben. Direkt unter diesem Element befindet sich das "answer"-Element, das Sie auf das lila Element ziehen können. Dies ist ein Beispiel dafür, wie ein Programm Informationen in einem Platzhalter speichert, einer so genannten "Variable".

Das ist die Magie, die hinter dem Programmieren liegt. Um anspruchsvollere Programme zu schreiben, müssen Sie viele weitere Elemente und Befehle einer Programmiersprache lernen. Immerhin können Sie jetzt sagen, dass sie schon mal programmiert haben. Für den Fall, dass Teilnehmende ihre Leidenschaft für das Programmieren gefunden haben, gibt es auf der Scratch Webseite eine Menge weiterer Tutorials: https://scratch.mit.edu/ideas. Der Vorteil von Scratch ist, dass es im Grunde in jedem Browser funktioniert, ohne etwas zu installieren oder sich zu registrieren.

Methode & Ablauf

• Eingabe: Führen Sie die Grundbegriffe des Programmierens ein (Modul 6 > 6.1. Kinder an digitale Fertigkeiten heranführen > Grundlagen digitaler Technologien):
  • Software: https://wiki.kidzsearch.com/wiki/Software 
  • Computerprogramm: https://wiki.kidzsearch.com/wiki/Computer_program 
  • Programmierung: https://wiki.kidzsearch.com/wiki/Computer_programming
  • Befehle/Befehle: https://wiki.kidzsearch.com/wiki/Instruction_(computer_science) 
• Übung "Eierkarton-Labyrinth"
• Eingabe: Sie können nun den Begriff "Algorithmus" einführen, da er nichts anderes ist als eine Reihe von Regeln, die von einem Computer ausgeführt werden. Also genau das, was die Teilnehmenden in der Übung gemacht haben. Man kann einen Algorithmus auch mit einem Kochrezept oder einer Wegbeschreibung vergleichen. Wer mehr über Algorithmen und künstliche Intelligenz lernen möchte, findet ein gutes Online-Training unter: https://course.elementsofai.com 
• Übung "Programmieren mit Scratch"
• Gruppendiskussion: Fragen Sie die Teilnehmenden, wie sie ihre ersten Erfahrungen mit dem Programmieren fanden. Hatten sie Spaß? War es zu kompliziert? Können sie sich vorstellen, dies gemeinsam mit ihren Kindern zu auszuprobieren?
• Reflexion: Lassen Sie die Teilnehmenden das "Animate Name"-Tutorial zu Hause ausprobieren: https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tutorial=name 

Verweise

• Scratch Website: https://scratch.mit.edu