Einstieg
Vier Befehle, eine Jacke
Die Klasse gibt dem Roboter vier Befehle. Er führt jeden genau so aus, wie er dasteht.
- Nimm die Jacke.
- Steck den Arm in den Ärmel.
- Steck den anderen Arm rein.
- Mach zu.
Roboter: Bereit. Ich tue genau, was ihr sagt.
Der Roboter hat jeden Befehl befolgt. Warum sitzt die Jacke trotzdem nicht?
Jeder Befehl lässt Spielraum: Wo nimmt er die Jacke? Welcher Arm, welcher Ärmel? Was soll zu? Ein Roboter rät nicht, was ihr meint. Er nimmt irgendeine Möglichkeit.
Wie müssen Befehle aussehen, damit nur eine Möglichkeit bleibt?
Station 1 · Selbst schreiben
Euer Jacken-Algorithmus
✎ Zettel und Stift · jede und jeder für sich8 Minuten
Schreibt einen Algorithmus: Der Roboter nimmt die Jacke vom Haken, zieht sie richtig an und schließt den Reißverschluss. Eine Zeile pro Befehl, nummeriert. Jeder Befehl lässt nur eine Möglichkeit.
Für Schnelle: Kreist in eurem Algorithmus jedes Wort ein, das der Roboter kennen muss, damit er euch versteht.
Eine mögliche Lösung (rechts und links vom Roboter aus)
- Nimm die Jacke mit der linken Hand am Kragen vom Haken.
- Steck den rechten Arm in den rechten Ärmel.
- Zieh die Jacke mit der linken Hand hinter dem Rücken auf die linke Schulter.
- Lass den Kragen los.
- Steck den linken Arm in den linken Ärmel.
- Steck unten das Ende des Reißverschlusses in den Schieber.
- Zieh den Reißverschluss von unten bis oben zu.
Eure Lösung darf anders aussehen. Ob sie klappt, zeigt der Test an der nächsten Tafel.
Wörter, die der Roboter kennt
Station 2 · Testen
Ein Mensch spielt Roboter
✋ Ausprobieren · im Raum15 Minuten
- Material
- Eine Jacke mit Reißverschluss, ein Haken oder eine Stuhllehne, eure Zettel.
- Rollen
- Roboter: zuerst die Lehrkraft, danach Freiwillige. Eine Person liest ihren Algorithmus vor. Alle anderen beobachten.
- Vermutet: In welcher Zeile wird der Roboter scheitern?
- Handelt: Vorlesen, Zeile für Zeile. Der Roboter führt jede Zeile genau so aus.
- Beobachtet: Notiert die Zeile, in der es schiefgeht, und warum.
- Verbessert diese Zeile und testet noch einmal.
Regeln für den Roboter
- Ich tue nur, was gesagt wird, Wort für Wort.
- Lässt ein Befehl mehrere Möglichkeiten, suche ich mir eine aus.
- Kenne ich ein Wort nicht, sage ich „Fehler in Zeile …“ und bleibe stehen.
- Ich bewege mich langsam. Bei „Stopp“ halte ich sofort an.
Auswertung: Woran ist der Roboter gescheitert?
Meist fehlte eine Angabe (welcher Arm, wo greifen) oder ein ganzer Schritt (Kragen loslassen). Der Roboter füllt keine Lücke selbst. Fehler suchen und beheben heißt Debuggen.
Station 3 · Spielraum · Teil 1
Wo kann der Roboter euch falsch verstehen?
Auftrag: Das sind die Befehle vom Anfang. Sucht die Stelle, die man auf mehrere Arten verstehen kann. Vergleicht mit euren.
Nimm die Jacke.
Wo greift er zu? Am Kragen, am Saum, am Ärmel? Und mit welcher Hand?
Genauer: „Nimm die Jacke mit der linken Hand am Kragen vom Haken.“
Steck den Arm in den Ärmel.
Welcher Arm, welcher Ärmel? Und ist „rechts“ vom Roboter aus gemeint oder von euch aus?
Genauer: „Steck den rechten Arm in den rechten Ärmel.“ Rechts heißt: vom Roboter aus.
Station 3 · Spielraum · Teil 2
Wo kann der Roboter euch falsch verstehen?
Auftrag: Das sind die Befehle vom Anfang. Sucht die Stelle, die man auf mehrere Arten verstehen kann. Vergleicht mit euren.
Steck den anderen Arm rein.
Rein – wohin und wie? Der zweite Ärmel hängt vorn. Von dort kommt der Arm nicht hinein.
Genauer: „Zieh die Jacke hinter dem Rücken auf die linke Schulter. Lass den Kragen los. Steck den linken Arm in den linken Ärmel.“
Mach zu.
Was soll zu? Augen, Mund, Tür, Reißverschluss, Knöpfe?
Genauer: „Zieh den Reißverschluss von unten bis oben zu.“
Station 4 · Begriff
Was ist ein Algorithmus?
Ein Algorithmus ist eine Folge von Anweisungen, mit der man eine Aufgabe Schritt für Schritt löst. Wer ihn ausführt, muss nichts erraten.
Auftrag: Findet zu jeder Eigenschaft einen Befehl, der sie verletzt. Dann aufdecken.
Eindeutig
Jede Anweisung lässt nur eine Möglichkeit.
„Steck den Arm in den Ärmel.“ Welcher Arm? Welcher Ärmel?
Ausführbar
Jeden Schritt kann der Ausführende wirklich tun.
„Flieg zum Haken.“ Fliegen kann der Roboter nicht.
Endlich
Nach endlich vielen Schritten ist Schluss.
„Wiederhole: Zieh am Reißverschluss.“ Nirgends steht, wann Schluss ist.
Reihenfolge
Die Schritte stehen in einer festen Reihenfolge.
„Zieh den Reißverschluss zu. Steck die Arme in die Ärmel.“ Erst zu, dann hinein klappt nicht.
Das Wort geht auf den Namen des Gelehrten al-Chwarizmi zurück, der um 820 in Bagdad Rechenbücher schrieb.
Station 5 · Programmieren
Programmiert den Roboter
Auftrag: Gemeinsam überlegen, Karten antippen, dann „Start“. Antippen im Programm löscht die Zeile.
Befehlskarten
Programm
Noch leer. Tippt links eine Karte an.
Der Roboter wartet auf sein Programm.
Station 6 · Verzweigung und Wiederholung
Reißverschluss oder Knöpfe?
Auftrag: Erst schätzen, dann mit dem Ablaufplan Schritt für Schritt prüfen.
Eine Jacke hat 4 Knöpfe. Wie oft stellt der Roboter die Frage „Ist noch ein Knopf offen?“
4-mal „ja“, jedes Mal schließt er einen Knopf. Beim 5. Mal „nein“: fertig. Was sich wiederholt, heißt Wiederholung (Schleife). Eine Frage mit zwei Wegen heißt Verzweigung.
Wählt eine Jacke und startet.
Station 7 · Alltag
Ist das ein Algorithmus?
Auftrag: Ja, fast oder nein? Begründet mit den Eigenschaften von Station 4, dann aufdecken.
Pfannkuchenrezept
„Eine Prise Salz … braten, bis er goldbraun ist.“
~ Fast
Ein Mensch weiß, was gemeint ist. Ein Roboter braucht genaue Mengen und Zeiten.
Schriftlich addieren
Einer, Zehner, Hunderter: Stelle für Stelle mit Übertrag.
✓ Ja
Jeder Schritt ist genau festgelegt. Wer richtig rechnet, kommt immer zum selben Ergebnis.
Navi im Auto
„In 200 Metern rechts abbiegen.“
✓ Ja
Ein Programm berechnet den Weg nach festen Regeln. Die Ansagen sind eindeutig.
„Räum auf, bis es ordentlich ist.“
Ansage für ein Kinderzimmer.
✗ Nein
Was „ordentlich“ heißt, sieht jeder anders. Nicht eindeutig, und keiner weiß, wann Schluss ist.
Ein Computerprogramm ist ein Algorithmus in einer Sprache, die der Computer ausführen kann. Er führt aus, was dasteht – nicht, was ihr gemeint habt.
Abschluss
Check
Auftrag: Entscheidet euch zuerst, dann auflösen.
Welcher Befehl lässt dem Roboter am wenigsten Spielraum?
Er sagt genau, was zu tun ist und wie weit. Bei den anderen bleibt offen, was zugemacht wird, was „ordentlich“ heißt und welcher Arm gemeint ist.
In einem Programm fehlt ein Schritt. Was macht der Computer?
Wie der Roboter beim „Mach zu“: Der Computer führt aus, was dasteht. Darum testen Programmierer ihre Programme und suchen Fehler.