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PROGRAMMIEREN VON KLEIN AUFMIT BIENENROBOTERN SPIELERISCH DIE GRUNDLAGEN DES PROGRAMMIERENS

ERLERNEN

STIU, 5. 9. 2018, ETH ZürichPetra Adamaszek und Bernd Gärtner

Copyright Kinderlabor

Das Kinderlabor

• KINDERLABOR ist eine unabhängige Non-Profit-Organisation im Bereich Bildung

• Gegründet 2009 von der Chemikerin und Lehrerin Dr. Petra Adamaszekund dem Informatiker und ETH-Dozenten Prof. Bernd Gärtner

• Ziel: Förderung von Kindern und Lehrpersonen in Informatik und Naturwissenschaften


Das Projekt «Programmieren von klein auf»

Was? • Eine Kiste mit Bee-Bots und

Unterrichtsmaterial• Bee-Bots sind kindlich gestaltete

Bodenroboter, die mit nur 4 Tasten programmiert werden

Für wen? • Lehrpersonen vom

Kindergarten bis zur 2. Primarschulklasse

• Ohne Informatik-Vorkenntnisse

So geht‘s! • Kostenlose Ausleihe einer Bee-Bot-Kiste für 2 Wochen• Kiste mit 6 Bee-Bots, Zubehör und Unterrichtsmaterial• Reservation unter: www.kiknet-kinderlabor.org• Fragen zum Projekt: Frau Dr. Petra Adamaszek, *

[email protected] oder ( 079 734 86 52

Unterstützt durch

Warum? • unterstützt Inhalte aller Schulfächer• fördert logisches und vorausschauendes Denken• bietet auch fremdsprachigen Kindern gleiche

Chancen• begeistert Mädchen und Jungen• führt spielerisch in das Zukunftsfach Informatik

ein


Was ist Informatik (und was nicht)?

• Informatik (Computer Science) ist nicht die Wissenschaft der Computer.

In der Informatik geht es nicht um Computer, ebenso wie es in der Astronomie nicht um Teleskope geht.

Mike Fellows, Computer Science and Mathematics in the Elementary Schools Copyright Kinderlabor

Was ist Informatik (und was nicht)?

Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung vonInformationen, besonders der automatischen Verarbeitung mithilfe von Digitalrechnern.Duden Informatik


Informatik ist sehr alt...

Algorithmus


Algorithmus

Eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösungeines Problems

Kann rein mechanisch und ohne Verständnis des Problems ausgeführt werden.

ElektronischerComputer, ca. 2018

The HarvardComputers, ca. 1890


Programmieren

Formulierung eines Algorithmus in einer Sprache, die der Computer versteht

Natürliche Sprache ProgrammierspracheCopyright Kinderlabor

Ablauf Workshop• Informatik und der Bee-Bot• Die Bee-Bot Befehle• Spiel: Selbst Bee-Bot sein• Der Bee-Bot• Erstes Programmieren mit Bee-Bot• Spiel: Würfeln• Spiel: Sich gegenseitig Aufgaben stellen• Spiel: Bienen tauschen Platz• Spielerweiterung: Rückwärts• Spielerweiterung: Rechts/Links verboten• Aufgabe: Wie viele Befehle muss der Bee-Bot mindestens kennen?• Weitere Möglichkeiten mit «Programmieren von klein auf»• «Programmieren von klein auf» im Unterricht• Fragen?


Informatik

• Ein Informatiker oder eine Informatikerin möchte dem Computer beibringen, eine Aufgabe zu lösen.Beispiel: Suche mir die schnellste ÖV Verbindung von A nach B (SBB-App), ohne dass ich selbst im Kursbuch nachschauen muss

Das geht in zwei Schritten:• 1. Schritt: Den Algorithmus entwerfen (das «Kochrezept»

schreiben)• 2. Schritt: Den Computer programmieren (den Computer mit dem

«Kochrezept» füttern)


Informatik und der Bee-Bot

• 1. Schritt: Ein «Kochrezept» für den Bee-Bot ist eine Abfolge von Befehlen (der Bee-Bot kennt 5 Befehle)• 2. Schritt: Der Bee-Bot wird mit dem «Kochrezept» durch

Tasteneingaben gefüttert.

• Mit «Programmieren von klein auf» lernen die Kinder vorauszuplanen und Probleme in kleinere Teilprobleme zu unterteilen.


Die Bee-Bot Befehle

Gehe ein Feld vorwärts!

Drehe dich am Ort nach links!

Drehe dich am Ort nach rechts!

Gehe ein Feld rückwärts!

Mache eine Pause!

} Bewegungs-befehle


Die Bewegungs-Befehle


Übung: Bee-Bot Befehle verstehen

• Führen Sie die Bewegung aus, die der Bee-Bot bei der Bewegungs-karte ausführen würde, die von der Kursleitung gezeigt wird


Spiel: Selbst Bee-Bot sein I

• Wählen Sie eine/n Kursteilnehmer/in als «Bee-Bot» aus.• Platzieren Sie eine Blume auf einem beliebigen Feld am Boden• Lotsen Sie den «Bee-Bot» zur Blume, indem Sie ihm Befehle geben• Geben Sie dem «Bee-Bot» einen Befehl, indem Sie eine

Bewegungskarte hochhalten. Der «Bee-Bot» führt diesen Befehl dann aus. Alle anderen überprüfen, ob der «Bee-Bot» das Richtige gemacht hat und helfen gegebenenfalls. Geben Sie dann den nächsten Befehl, bis der «Bee-Bot» die Blume erreicht hat.


Spiel: Selbst Bee-Bot sein I

• Frage: Wir haben zuvor gelernt wie ein/e Informatiker/in vorgeht um einem Computer etwas beizubringen. Sind wir hier gleich vorgegangen? Wenn ja, was sind die zwei Schritte? Wenn nein, was haben wir anders gemacht?


Spiel: Selbst Bee-Bot sein II

• 1.Schritt: Den Algorithmus entwerfen (Das «Kochrezept»)Legen Sie hierfür alle Befehle für den «Bee-Bot» in der richtigen Reihenfolge vor sich aus. Machen Sie daraus einen Stapel, sodass der erste Befehl oben liegt, der zweite unter dem ersten etc.

• 2.Schritt: Füttern Sie den «Bee-Bot» mit dem Kochrezept.Hierfür geben Sie den Stapel einfach dem «Bee-Bot» und überprüfen Sie, ob der Bee-Bot die Befehle richtig ausführt.Der echte Bee-Bot muss in diesem Schritt noch programmiert werden, doch dazu später.


Viele Wege führen zum Ziel

• Wichtig: Viele Wege führen zum Ziel bzw. zur Blume

• Es gibt keinen «richtigen» oder «falschen» Weg.

• Wie könnte man also die «Qualität» einer Lösung messen?Schreiben Sie zwei Ideen auf!

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Der Bee-Bot

„GO“ (gespeichertes Programm ausführen)

„X“ (gespeichertes Programm löschen; mehr dazu später)


Übung: Erstes Programmieren mit Bee-Bot I

• Lotsen Sie den Bee-Bot zur Blume.• Geben Sie dafür nun

den ersten Befehl einund drücken Sie “GO”• Geben Sie nun den

zweiten Befehl einund drücken Sie “GO”• Was passiert?


Die Löschtaste

„X“ (gespeichertes Programm löschen)

• Der Bee-Bot speichert das zuletzt eingegebene Programm!

• Bevor ein neues Programm eingegeben werden kann, muss die Löschtaste «X» gedrückt werden.

• Wird das alte Programm nicht gelöscht, werden die neuen Befehle an das alte Programm angehängt!


Übung: Erstes Programmieren mit Bee-Bot I

• Lotsen Sie den Bee-Bot zur Blume, einen Befehl nach dem anderen und drücken Sie «GO» zwischen den Befehlen.• Vergessen Sie nicht

nach jedem Schritt die Löschtaste zu betätigen!


Übung: Erstes Programmieren mit Bee-Bot II

• Lotsen Sie den Bee-Bot erneut zur Blume.• Benutzen Sie dieses Mal die

zwei Schritte, die wir gelernt haben.• 1. Befehlsstapel erstellen• 2. Den Bee-Bot

programmieren; d.h. die Befehle auf dem Stapel eingeben.


Aufgabe: Auf welche Blume geht der Bee-Bot?


Spiel: Würfeln

• Verteilen Sie die Punktkarten zufällig unter der Transparentmatte.• Würfeln zeigt das nächste Feld an, auf das der Bee-Bot geschickt

werden muss.


Aufgabe: WürfelnEine 4 wurde gewürfelt! Zeichnen Sie diekorrekten Befehle in die leerenBewegungskarten!Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10.


Spiel: Sich gegenseitig Aufgaben stellen• Aufgabe stellen: Platzieren Sie die Blume und

den Bienenstock unter der Transparentmatte.• Aufgabe lösen: Programmieren Sie den Bee-

Bot, so dass er zuerst die Blume besucht und dann zum Bienenstock fliegt.• Verschiedene Schwierigkeitsstufen: Einfacher

wird es ohne Blume (Bee-Bot fliegt direkt zum Bienenstock). Schwieriger wird es mit Hindernissen (der Bee-Bot darf Mauerfelder nicht besuchen) oder einer zweiten Blume.


Aufgabe: Sich gegenseitig Aufgaben stellen• Programmieren Sie den Bee-Bot, so dass er zuerst zur

Blume fliegt und dann direkt weiter zum Bienenstock. Zeichnen Sie die korrekten Befehle in die leeren Bewegungskarten!Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.


Spiel: Bienen tauschen Platz• Programmieren Sie zwei Bee-Bots so, dass sie die Plätze tauschen

ohne zu kollidieren. Starten Sie die Bee-Bots gleichzeitig!• Tipp: Hier kann die Pausentaste nützlich sein!• Beispielaufgaben sind:


Aufgabe: Bienen tauschen Platz

1. 2. 3. 4. 5. 6.Biene 1

Biene 2

7. 8.

Zeichnen Sie auf, wie Sie die Bienen programmieren müssen, damit sie ihre Plätze tauschen. Bedingung ist, dass beide Bienen gleichzeitig starten. Probieren Sie Ihre Lösung mit den Bee-Bots aus!Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

9.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.


Spielerweiterung: Rückwärts

• Wählen Sie eines der Spiele aus und versuchen Sie es ohne die

Taste zu spielen.


Aufgabe: RückwärtsEine wurde gewürfelt! Zeichnen Sie diekorrekten Befehle in die leerenBewegungskarten ein OHNE dieVorwärtstaste zu verwenden!Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10.


Spielerweiterung: Rechts/Links verboten

• Wählen Sie eines der Spiele aus und versuchen Sie es ohne die

Taste bzw. zu spielen.


Aufgabe: Rechts/Links verboten

Eine wurde gewürfelt! Zeichnen Sie diekorrekten Befehle in die leerenBewegungskarten ein OHNE dieRechtstaste zu verwenden!Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9. 10.


Aufgabe: Wie viele Befehle muss der Bee-Bot mindestens kennen?

Wie viele seiner Bewegungsbefehle muss der Bee-Bot mindestens kennen, um überall hinfahren zu können? Kreuzen Sie an!

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Warum ist das so?________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


«Programmieren von klein auf» im Unterricht

• Die Infos zur Kiste «Programmieren von klein auf» zum Ausleihen: • Kostenlose Ausleihe einer Bee-Bot-Kiste für 2 Wochen• Kiste mit 6 Bee-Bots, Zubehör und Unterrichtsmaterial

• Reservation unter: www.kiknet-kinderlabor.org

• Wie würden Sie «Programmieren von klein auf» im Unterricht einsetzen?

• Auf den nächsten Seiten haben Sie Platz für Ihre Ideen und Fragen!


«Programmieren von klein auf» im Unterricht

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Fragen?


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