Algorithmen im Informatikunterricht mit Hilfe des iPads erschließen

Einleitung

Logisches und strukturiertes Denken stellt einen sehr wichtigen Bildungsschwerpunkt dar. Und obwohl der Informatikunterricht genau dazu einen wertvollen Beitrag leisten kann, steht sehr oft das Training von Produktionsprogrammen an der Tagesordnung. Da sich letztere ja auf große Software-Pakete für den Einsatz am Desktop beziehen, war es erstmal unklar, wie das iPad hier überhaupt einen Mehrwert bringen kann. Nimmt man allerdings nationale Wettbewerbe, wie den Biber der Informatik als Beispiel, ist zu erkennen, dass ein spielerischer Zugang zu echten Informatikthemen dennoch im Fokus der Bildungsziele stehen sollte. Genau an dieser Stelle bringt ein Tablet-Computer wieder entschiedene Vorteile.

Kontextualisierung stellt – gerade beim Lehren von sehr abstrakten Themen – einen wichtigen Aspekt dar. Aufgrund der Mobilität des iPads kann man praktisch relevante Algorithmen an einem geeigneten Ort erschließen. Für die hier beschriebene Unterrichtsstunde hat sich die Lerngruppe in der Schulbibliothek eingefunden. Neben einem entsprechenden Kontext, z.B. Sortieren und Suchen von Büchern, bietet unsere Schulbibliothek durch verschiedene, räumlich getrennten Bereiche (z.B. Gruppentische, Arbeitsplätze und anderen Ecken) ebenso ein großes Potential für differenzierten Unterricht. Zusätzlich gibt es eine Sitztribüne, welche die Gliederung der unterschiedlichen Unterrichtsphasen räumlich klar unterstützt. Da hier kein unnötiger Arbeitstisch vorhanden ist, eignet sich dieser Bereich besonders für Phasen des aufmerksamen Zuhörens, z.B. zur Einführung in das Thema oder am Schluss zur Präsentation der Ergebnisse. So kann einerseits ein gutes, für die Schüler ruhiges, weil isoliertes Arbeitsklima hergestellt werden, andererseits kann der Lehrer aber die Aufmerksamkeit wieder mit Nachdruck auf sich lenken, indem die SchülerInnen wieder zum Vortragsbereich zurückkehren müssen.

Die App Cargo-Bot

Cargo-Bot bietet eine kleine spielerische Programmierumgebung an, bei der es darum geht mit einfachen Steuer- und Sprungbefehlen einen Kran so zu programmieren, dass er farbcodierte Frachtkisten entlang einer Dimension neu stapelt. Da man nur eine begrenzte Anzahl an Befehlen verwenden darf, muss man bei schwierigeren Aufgabenstellung zwangsläufig dazu übergehen, einen generischen Lösungsansatz zu finden. Hier hilft die Tatsache, dass die Sprungbefehle intern einen Stapelspeicher verwenden und damit Rekursion zulassen, entschieden weiter. Der Lagerraum selbst erinnert dabei in den Grundzügen an das Band einer Turing-Maschine; der Kran nach entweder links oder rechts fahren, sowie Kisten aufheben und die Farbe erkennen (lesen) oder absetzen (schreiben). Sobald das Problem gelöst wurde, stoppt der Kran bzw. das Programm automatisch. Zusätzlich erhält der Benutzer Feedback über die Qualität seiner Lösung in Form von bis zu drei Sternchen. (Cargo-Bot, 2012) Die folgenden Screenshots bieten einen Überblick über die App Cargo-Bot:

Ablauf der Stunde

Ausgehend von den zuvor besprochenen Aspekten, wurde eine Unterrichtsstunde in der Schulbibliothek entsprechend dem folgenden Ablauf ausprobiert:

1. Einführungsphase auf der Sitztribüne:
• Begrüßung der SchülerInnen und Vorstellung des Themas:
• Was sind Algorithmen?
• Warum sind wir in der Bibliothek?
• Turing-Maschine und historischer, fächerübergreifender Input ...
• Vorstellung der App Cargo-Bot (teilweise schon von den SchülerInnen heruntergeladen, bzw. nebenbei per WLAN)
2. Eigenständige Arbeitsphase:
• Arbeit in frei gewählten Kleingruppen (je nach Verfügbarkeit des iPads)
• freie Aufteilung in der Bibliothek; Lehrer bietet Unterstützung an
3. Ergebnisse Präsentieren:
• Schüler melden sich freiwillig zur Präsentation eines beliebigen, eigenen Programms
• Verwendung von AppleTV / VGA-Adapter
• Schritt für Schritt Modus erlaubt detaillierte Erklärung

Resümee

Die Verwendung der App kann aus mehreren Gründen empfohlen werden. Einerseits kann sie kostenlos aus dem App-Store bezogen werden, andererseits eigenen sich die Beispiele durchaus für mehrere Unterrichtsstunden, sowie weiterführende Übungen zu Hause. Durch integrierte Tipps an die SchülerInnen, sowie Feedback über die Qualität des eigenen Programms, wird der Lehrende teilweise entlastet. Da das geschrieben Programm und die Lösungsqualität (Sternchen) vollständig auf dem Bild ersichtlich ist, kann eine Abgabe als Screenshot maßgeblich in die Bewertung der Mitarbeit einfließen.

Referenzen

Cargo-Bot [computer software] (2012). Two Lives Left. Abgerufen am 23. Juni 2015, von: https://itunes.apple.com/us/app/cargo-bot/id519690804