PROGRAMMIEREN VON KLEIN AUF MIT BIENENROBOTERN SPIELERISCH DIE GRUNDLAGEN DES PROGRAMMIERENS ERLERNEN

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1 PROGRAMMIEREN VON KLEIN AUF MIT BIENENROBOTERN SPIELERISCH DIE GRUNDLAGEN DES PROGRAMMIERENS ERLERNEN STIU, , ETH Zürich Petra Adamaszekund Bernd Gärtner

2 Das Kinderlabor KINDERLABOR ist eine unabhängige Non-Profit-Organisation im Bereich Bildung Gegründet 2009 von der Chemikerin und Lehrerin Dr. Petra Adamaszek und dem Informatiker und ETH-Dozenten Prof. Bernd Gärtner Ziel: Förderung von Kindern und Lehrpersonen in Informatik und Naturwissenschaften

3 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 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 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: Fragen zum Projekt: Frau Dr. Petra Adamaszek, * beebot@kinderlabor.ch oder ( Unterstützt durch

4 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

5 Was ist Informatik (und was nicht)? Informatik ist die Wissenschaft von der systematischen Darstellung, Speicherung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen, besonders der automatischen Verarbeitung mithilfe von Digitalrechnern. Duden Informatik

6 Informatik ist sehr alt... Algorithmus

7 Algorithmus Eindeutige Handlungsvorschrift zur Lösung eines Problems The Harvard Computers, ca Elektronischer Computer, ca Kann rein mechanisch und ohne Verständnis des Problems ausgeführt werden.

8 Programmieren Formulierung eines Algorithmus in einer Sprache, die der Computer versteht Natürliche Sprache Programmiersprache

9 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?

10 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)

11 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.

12 Die Bee-Bot Befehle Gehe ein Feld vorwärts! Drehe dich am Ort nach links! }Bewegungsbefehle Drehe dich am Ort nach rechts! Gehe ein Feld rückwärts! Mache eine Pause!

13 Die Bewegungs- Befehle

14 Übung: Bee-Bot Befehle verstehen Führen Sie die Bewegung aus, die der Bee-Bot bei der Bewegungskarte ausführen würde, die von der Kursleitung gezeigt wird

15 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.

16 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?

17 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.

18 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! - -

19 Der Bee-Bot GO (gespeichertes Programm ausführen) X (gespeichertes Programm löschen; mehr dazu später)

20 Übung: Erstes Programmieren mit Bee-Bot I Lotsen Sie den Bee- Bot zur Blume. Geben Sie dafür nun den ersten Befehl ein und drücken Sie GO Geben Sie nun den zweiten Befehlein und drücken Sie GO Was passiert?

21 Die Löschtaste 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! X (gespeichertes Programm löschen)

22 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!

23 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.

24 Aufgabe: Auf welche Blume geht der Bee- Bot?

25 Spiel: Würfeln Verteilen Sie die Punktkarten zufällig unter der Transparentmatte. Würfeln zeigt das nächste Feld an, auf das der Bee-Bot geschickt werden muss.

26 Aufgabe: Würfeln Eine 4 wurde gewürfelt! Zeichnen Sie die korrekten Befehle in die leeren Bewegungskarten! Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

27 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.

28 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?

29 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:

30 Aufgabe: Bienen tauschen Platz 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? Biene Biene

31 Spielerweiterung: Rückwärts Wählen Sie eines der Spiele aus und versuchen Sie es ohne die Taste zu spielen.

32 Aufgabe: Rückwärts Eine wurde gewürfelt! Zeichnen Sie die korrekten Befehle in die leeren Bewegungskarten ein OHNE die Vorwärtstaste zu verwenden! Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

33 Spielerweiterung: Rechts/Links verboten Wählen Sie eines der Spiele aus und versuchen Sie es ohne die Taste bzw. zu spielen.

34 Aufgabe: Rechts/Links verboten Eine wurde gewürfelt! Zeichnen Sie die korrekten Befehle in die leeren Bewegungskarten ein OHNE die Rechtstaste zu verwenden! Vergleichen Sie Ihre Lösung mit einem anderen Kursteilnehmenden. Wer braucht weniger Befehle?

35 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! Warum ist das so?

36 «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: Wie würden Sie «Programmieren von klein auf» im Unterricht einsetzen? Auf den nächsten Seiten haben Sie Platz für Ihre Ideen und Fragen!

37 «Programmieren von klein auf» im Unterricht

38 Fragen?