Scratch / Die Macht der Algorithmen (11.11. bis 17.11.2020)

Worum geht es?

Liebe Studierende,

Nachdem Sie in diesem Semester schon viel mit Scratch gearbeitet haben, hatten Sie letzte Woche den Auftrag, andere Programmierumgebungen anzuschauen, die sich in der Primarschule nutzen lassen. In dieser Woche erfahren Sie, warum sich der Kanton Schwyz nach unserer Empfehlung für Scratch als Programmierumgebung für die Primarschule und die Sekundarstufe I entschieden hat.

Im zweiten Teil beschäftigen Sie sich mit Algorithmen in Form von Flussdiagrammen. Abschliessend wird es etwas philosophischer beim Thema künstliche Intelligenz.

Was lernen Sie?

• Sie wissen, warum der Kanton Schwyz Scratch empfiehlt
• Sie können den Begriff Algortihmus erklären, insbesondere das Verhältnis von Algorithmus zu Computerprogramm
• Sie kennen Beispiele von Algorithmen
• Sie können Flussdiagramme lesen und schreiben

Aufgabe 1: Warum Scratch?

Lesen Sie das Blog-Posting Gedanken zu Programmierumgebungen für 'Medien und Informatik' und konsultieren Sie zur Unterstützung die Folien unter Warum Scratch?

• Dauer: 20 min
• Abgabe: -

Aufgabe 2: Die Scratch-Community entdecken

Schauen Sie sich die Folien auf der Seite ScratchCommunity an und besuchen Sie danach die Website https://scratch.mit.edu um. Entdecken Sie veröffentlichte Scratch-Projekte! Schauen Sie sich auch die Benutzerprofile der Autorinnen und Autoren an und verschaffen Sie sich einen Eindruck über die sozialen Funktionen der Scratch-Plattform (Profilseiten, Kommentare, Liks, Herzne usw.). Lassen sie sich aber nicht zum stundenlangen Spielen verleiten sondern schauen sie stattdessen, wie bestimmte Projekte programmiert sind (durch Klick auf “Schau hinein”).

Beachten Sie zudem, dass ausgestellte Projekte häufig von Komplexität und Umfang nicht mit typischen Schulprojekten zu vergleichen sind und die Autor/innen teilweise Monate mit der Entwicklung eines ausgestellten Projekts verbringen. Dennoch zeigen sich daran die Möglichkeiten der Umgebung, wie sie für besonders interessierte Schülerinnen und Schüler zur Verfügung stehen würden (Prinzip: high ceiling).

• Dauer: 20 min
• Abgabe: Geben Sie die URLs zu drei Projekten an, die Sie besonders interessant fanden

Was ist ein Algorithmus?

Einer der zentralen Begriffe in der Informatik ist der des Algorithmus. Schauen Sie sich das folgende Erlärvideo an.

Definition von Algorithmus aus dem Lehrmittel Connected Band 3:

Ein Algorithmus besteht aus einer Abfolge von eindeutigen Anweisungen und dient dazu, eine Aufgabe oder ein Problem zu lösen. Meist löst ein Algorithmus nicht nur eine Aufgabe, sondern alle Aufgaben, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren. Ein Algorithmus muss so präzise formuliert sein, dass ihn ein Mensch oder ein Computer ohne Rückfragen ausführen kann.

Häufig werden Handlungsvorschriften in der Mathematik als Beispiele für Algorithmen verwendet. Die Dreisatzrechnung (Proportionalität) lässt sich mit wenigen Regeln präzise formulieren und bei jeder entsprechenden Aufgabe gleich anwenden. Der Dreisatzalgorithmus löst damit nicht nur genau ein einzelnes Problem, sondern alle gleichartigen Probleme. Er lässt sich auf den Benzinverbrauch eines PKWs ebenso anwenden wie auf den Preis von Kartoffeln oder die Mengenangaben in einem Rezept.

Ein Algorithmus lässt sich einerseits auf unterschiedliche Art und Weise abstrakt notieren (z.B. als Flussdiagramm oder mit Pseudocode) und andererseits mithilfe einer Programmiersprache in ein ausführbares Computerprogramm übersetzen. Für einen Algorithmus kann es viele unterschiedliche Programme in unterschiedlichen Programmiersprachen geben. Man kann sich das vorstellen wie beim Hausbau: Der Algorithmus ist quasi der Bauplan für das zu entwickelnde Computerprogramm.

Versuchen Sie die folgenden Folien nachzuvollziehen:

Aufgabe 3: Flussdiagramme lesen und schreiben

• Schauen Sie sich die Folien und das Flussdiagramm auf der Seite Flussdiagramme an. Achten Sie insbesondere darauf, welche Komponenten von Flussdiagrammen erklärt werden.
• Überlegen Sie sich, um welches der abgebildeten Geräte es sich beim ersten Flussdiagramm handeln könnte.
• Spielen Sie das Beispiel 1 aus der Beispielsammlung "Flussdiagramme" zuerst für sich durch. Nachdem Sie den Trick begriffen haben: Spielen Sie den Trick mit jemandem durch, der/die nicht an der PHSZ studiert.

Hintergrund: Sie werden vermutlich beim ersten Durchspielen nicht bemerkt haben, was Sie da genau berechnen und mit welchem Ziel. Das ist ganz typisch für die Vorstellung, wie Computer über Algorithmen "denken" - sie arbeiten sie einfach stur ab und wenden dafür keine "Intelligenz" auf. Ist der Algorithmus nicht korrekt beschrieben, wird der Computer ihn trotzdem genau so ausführen.

• Dauer: 15 min
• Abgabe: Geben Sie an, welches Gerät Sie hinter dem Flussdiagramm vermuten.

Aufgabe 4: Reise nach Sörenberg

• Wählen Sie eine zufällige vierstellige Zahl. Befolgen Sie danach das Flussdiagramm "Beispiel 5" des Arbeitsblatts "Flussdiagramme" auf der Seite Flussdiagramme (Hinweis: Sie müssen das Flussdiagramm wiederholt mit dem Zwischenergebnis welches Sie notiert haben durchlaufen.)
• Zeit: 10 min
• Abgeben: Geben Sie die Postleitzahlen der Orte an, bei denen Sie auf dem Weg nach Sörenberg vorbeigekommen sind.

Aufgabe 5: Flussdiagramme verstehen

• Sie finden unten auf der Seite Flussdiagramme zahlreiche Flussdiagramme. Lesen Sie diese und versuchen Sie den Humor zu verstehen.
• Zeit: 10 min
• Abgabe: -

Aufgabe 6: Die Macht der Algorithmen

Schauen Sie sich die Folien auf der Seite DieMachtDerAlgorithmen an und probieren Sie die darin enthaltenen Beispiele aus.

Links zu den Beispielen:

• http://de.akinator.com
• http://autodraw.com

• Abgabe: Notieren Sie, an welche 3 Personen Sie beim Akinator gedacht haben und ob das Programm diese erfolgreich herausgefunden hat oder nicht.

Was macht diese Systeme "scheinbar intelligent"? Schauen Sie sich hierzu abschliessend das Video: