Hallo Kids und angehende Codeknacker!
 

Das vorliegende Buch soll dir beim Denken lernen und Probleme lösen helfen. Es bietet eine Reihe von Aufgaben und Materialien, die du in Partnerarbeit selbständig bewältigen kannst.

Jede Menge Beispiele mit Anleitungen zum Ausprobieren warten auf dich.

Lasse dich nicht entmutigen, wenn manche Aufgaben total schwer erscheinen - die kluge Eule oder der schlaue Biber geben dir manchmal Tipps.
 

Lege einfach los!

Dieses Buch hat drei Teile:

• Teil A beinhaltet eine Auswahl an Aufgaben, die du auf Arbeitsblättern und ohne Computer lösen kannst.
• Teil B setzt sich mit vielfältigen Denkaufgaben auseinander. Lege dir ein Blatt Papier bereit, damit du im Team verschiedene Lösungen und Antworten diskutieren und aufschreiben kannst.
  Der QR-Code dient zur Kontrolle der Lösung. Dazu benötigst du allerdings ein Smartphone oder ein Tablet mit einem QR-Code Reader. Deine Lehrerin oder dein Lehrer ist dir dabei behilflich.
• Teil C ist als Online-Buch gestaltet. Du benötigst zum Lösen dieser Aufgaben einen Computer mit Internetzugang.
   

Diese drei Teile im Buch kannst du unabhängig voneinander bearbeiten.

Dieses Buch gibt es auch als ONLINE-Buch. Der QR-Code rechts unten bringt dich direkt hin.
 

Viel Spaß und gutes Gelingen beim Knobeln, Diskutieren und Lösen der kniffligen Aufgaben und Rätsel wünscht dir das AutorInnen Team.

Auf einen Blick
 

A: Informatisches Denken ........................

B: Arbeitsaufgaben ...................................

C: Online-Aufgaben ...................................

D: LehrerInnen-Info ...................................

Aufgaben QR-Codes .................................

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-Was bedeutet Informatisches Denken?

Computer haben alle unsere Lebensbereiche durchdrungen und begleiten uns sowohl im Alltag, in der Schule und im Beruf. Um diese Computer auch nützen zu können, ist es notwendig herauszufinden, wie Computer arbeiten, in welchen Abläufen und Regeln sie „denken" und was man ihnen durch gezielte Anweisungen und Programme „beibringen" kann.

Informatisches Denken ist ein Vorgang, bei dem Probleme  formuliert und zerlegt werden und wo nach möglichen Lösungen gesucht wird. Ein anderer Begriff für Informatisches Denken ist Computergestützes Denken (Computational Thinking).

Weitere Problemlösetechniken

Zusätzlich zu den vier grundlegenden Techniken des Problemlösens werden noch die

• Generalisierung (Verallgemeinerung) und die

• Evaluation (Überprüfung,Testlauf, Verbesserung) angewandt.

Besonders bei der Entwicklung neuer Produkte oder bei der Planung großer Projekte und Veranstaltungen bedient man sich dieser Problemlösetechniken. Dadurch ist gewährleistet, dass ein gutes und den Anforderungen entsprechendes Produkt entsteht oder eine Veranstaltung gelingt. 

Arbeitsweisen und Voraussetzungen

Informatisches Denken und Problemlösen ist primär nicht an digitale Geräte gebunden, können also auch ohne Computer gelernt und geübt werden.

Viele Arbeitsweisen, die du bereits kennst und oftmals angewandt hast gehören zum Problemlösen.

Solche Arbeitsweisen sind:

• probieren, spielerisch modellieren, experimentieren
• Fehler machen, suchen und beheben
• Sachverhalte und Dinge zeichnen, entwerfen
• Ideen aufschreiben, sortieren
• Aufträge Schritt für Schritt ausführen
   

Damit diese Arbeit gelingt, ist es notwendig, sich anzustrengen, konzentriert und ausdauernd zu arbeiten, sowohl alleine als auch im Team.

Abert Einstein, der berühmte Physiker hat einmal gesagt:
„Genius is 1 % talent and 99 % percent hard work." Übersetze diese Aussage im Team!

Was ist ein Algorithmus?

Algorithmen begegnen uns in der Freizeit, in der Schule und überall im modernen Leben.

Ein Algorithmus besteht aus einer Folge von Anweisungen oder einer Reihe von Regeln, die Schritt für Schritt ausgeführt und eingehalten werden müssen, um eine Aufgabe zu lösen. Algorithmen werden häufig für den Menschen geschrieben und nicht für den Computer.

Folgende Beispiele zeigen dir, dass du bisher schon Algorithmen verwendet hast, ohne es vielleicht zu wissen. Spielregeln, Gebrauchsanweisungen, Wegbeschreibungen, Bastelanleitungen oder Kochrezepte sind Algorithmen des täglichen Lebens.

In der Informatik bilden Algorithmen die Grundlage für die Programmierung. 

Pflanze einen Samen 

Verwende einen Algorithmus und beschreibe, welche Schritte der Reihe nach notwendig sind, um einen Samen zu pflanzen. Der QR-Code rechts unten führt zu einem Arbeitsblatt, das mehrere Bilder zeigt.
Schneide alle Bilder aus, finde die sechs passenden Bilder und klebe sie in der richtigen Reihenfolge auf ein weißes Blatt Papier.

• Arbeite mit deiner Partnerin oder deinem Partner zusammen. Tausche das Blatt mit dem fertigen Algorithmus mit einem anderen Team aus und kontrolliere das Ergebnis auf Richtigkeit. Pflanze nun den Samen anhand des Algorithmus.
• Benötigtes Material:
  Becher, Blumenerde, Blumen- oder Kräutersamen, Wasser
   
• Lösung: https://code.org/curriculum/course1/6/Key-Activity6-RealLifeAlgorithms.pdf

Entwirf ein algorithmisches Monster 

Bei dieser Aktivität zeichnest du ein Monster nach einer bestimmten Handlungsanweisung. Arbeite im Team zu zweit.
Eine Person liest die folgenden Anweisungen vom Arbeitsblatt vor, die andere zeichnet und führt die Handlungen aus.
 

• Tausche deine Zeichnung mit einem anderen Team aus und vergleicht die Ergebnisse. Überprüfe, ob die Monster ähnlich aussehen.
   
• Beantworte die Fragen am Arbeitsblatt.
• Material: unlinierte Blätter, Bleistift

Backe einen Becherkuchen
 

Folge diesem Algorithmus und du bäckst blitzschnell einen leckeren Becherkuchen. Die notwendigen Zutaten und den Algorithmus für die Zubereitung findest du genau beschrieben auf dem Arbeitsblatt.
 

• Arbeitet im Team zu viert und teilt die Aufgaben auf. Einer misst die Zutaten, der andere ist für das Mischen und Rühren zuständig, der nächste kümmert sich um den Backofen.
   
• Achtet dabei genau darauf, dass die einzelnen Schritte sorgfältig und fehlerfrei ausgeführt werden.

Zeichne dein eigenes Storyboard 

Ein Storyboard ist eine Abfolge von Anweisungen zum Schreiben einer Geschichte oder zum Erstellen eines Films. Es wird auch Szenenbuch genannt.

Betrachte die Bilder und erfinde eine Fortsetzung dieser Geschichte. Zeichne immer ein neues Bild, wenn eine wichtige Handlung passiert und schreibe einen Satz dazu. Gib deiner Geschichte auch eine passende Überschrift.

Was ist ein Muster?

Ein Muster ist eine wiedererkennbare Anordnung von Motiven auf einer Fliese, einer Tapete oder einem Teppich.

Muster begegnen uns in der Musik als Refrain eines Liedes oder einem wiederkehrenden Teil im Musikstück. Auch eine Aktivität, die du immer wieder wiederholst oder eine bestimmte Verhaltensweise die du öfter anwendest, sind Muster.

Mithilfe von Wettermustern werden Wettervorhersagen erstellt. In der Klasse kannst du bestimmt Verhaltensmuster deiner Lehrperson beobachten, welche dir sagen, was deine Lehrperson von dir möchte.

Durch das Erkennen von Mustern können wir Vorhersagen treffen, Regeln erstellen und allgemeine Probleme lösen. 

Setze die logische Zahlenfolge fort

Erkenne das Muster, das in den Zahlenfolgen steckt und gib an, welche Zahl als nächstes kommt.

2, 4, 8, 16, _32__

Die nächste Zahlt heißt: ???

Die Regel lautet: Verdopple die letzte Zahl.

Merke:

Diese Regel hilft das mathematische Problem zu lösen. Wir lernen logisch denken, das heißt wir können erklären, warum die nächste Zahl genau so lautet. 

Knacke die Nummer vom Zahlenschloss
 

Paul hat bei seinem Zahlenschloss die Zahlenkombination vergessen.

Die untenstehende Zahlenfolge gibt einen Hinweis auf die Nummer des Zahlenschlosses. Finde die Zahl, um das Schloss zu öffnen und erkläre die Regel.

2, 7, 17, 37, 77, ___

Die Lösung lautet: ???

Die Regel lautet: Verdopple die Zahl und addiere 3.

• Knacke noch mehr Codes vom Zahlenschloss am Arbeitsblatt.

Nachrichten entschlüsseln 

Auch in Texten stecken Muster und Gesetzmäßigkeiten, die nicht immer auf den ersten Blick sichtbar sind. Besonders um geheime Botschaften auszutauschen, überlegen sich Menschen Regeln.

Ein Forscherteam im Außeneinsatz schickt folgende Nach-richt an die Basisstation. Damit diese vor Spionen geschützt ist, wurde diese Nachricht verschlüsselt. Finde die Regel für die Verschlüsselung heraus und schreibe die Nachricht auf.

TKCEDTNE NOITIDEPXE EDMERF NLESSEULHCSREV NETHCIRHCAN TGNIDEBNU

Die Lösung lautet:

UNBEDINGT NACHRICHTEN VERSCHLUESSELN FREMDE EXPEDITION ENTDECKT

Die Regel lautet: Text von rechts nach link lesen.

• Erforsche noch mehr Text am Arbeitsblatt.

Figuren erkennen

Welche Figur passt als nächstes in diese Reihe? Ergänze den richtigen Buchstaben.

Setze die Dominoreihe fort

Finde die versteckte Regel einer Dominoreihe und bestimme den fehlenden passenden Stein.

• Kreise deine Lösung ein und schreibe die Regel auf.

A	B	C	D	E	F

• Regel: ______________________________________________
  • Tipp 1: Veränderungen waagrecht (obere Teil des Steines)
  • Tipp 2: Veränderungen senkrecht (unterer Teil der Steine)

Was bedeutet Abstraktion?

Die Abstraktion ist ein Vorgang, bei dem die wichtigsten Merkmale und Informationen einer zu bewältigenden Aufgabe herausgefiltert werden. Unnötige Details werden weggelassen. Dadurch ist eine Lösung des Problems leichter möglich.

Erinnere dich an das Rezept vom schnellen, leckeren Becherkuchen.

• Welche Informationen sind wichtig und unbedingt notwendig, damit die Aufgabe gelingt? Ordne die Begriffe in die Tabelle richtig ein.
  
  Zutaten, Backzeit, genießen, Backtemperatur, Kakaokuchen, servieren, Staubzucker, Zubereitung, Früchte, blitzschnell

Merke: Begriffe und Wörter erscheinen häufig abstrakt. Erst durch eine genauere Be- oder Umschreibung können wir uns darunter etwas vorstellen.

Mein Lieblingsgugelhupf

1 Becher Mehl, 100 g Stärke, 1 Pck.  Backpulver, 2 Becher Puderzucker und 1 Pck. Vanillezucker mischen. 1 Becher Öl, 5 Eier und 1 Becher Eierlikör zufügen und mit den Mixer gut verrühren. Gugelhupfform fetten und mit Paniermehl ausstreuen. Teig einfüllen und im vor-geheizten Backofen bei 175 °C ca. 50-60 Minuten backen. Kuchen 10 Minuten in der Form auskühlen lassen. Vor dem Servieren mit Puderzucker bestäuben, mit Bananen und Schlagsahne garnieren, Zuckerstreusel oder Mandelblättchen darüber streuen.

Spiele Dingsda

Eine Schülerin oder ein Schüler zieht aus dem Stapel von Kärtchen eine Karte. Darauf steht ein Begriff. Dieser ist zu umschreiben, zu skizzieren, mit Knetmasse zu modellieren oder mit dem Körper darstellen. Die anderen Schülerinnen und Schüler sollen den gesuchten Begriff so schnell wie möglich erraten. Wer die meisten Begriffe errät, hat gewonnen.

• Material: Begriffskärtchen, Bleistift und Papier, Knetmasse, Stoppuhr oder Sanduhr
• Hinweise zur Durchführung: Bei diesem Spiel bietet es sich an zwei Mannschaften zu bilden, die gegeneinander antreten. Ein Spielleiter wird bestimmt, der den Ablauf des Spieles organisiert. Mithilfe einer Sanduhr oder einer Stoppuhr kann die Zeit, die für das Erraten eines Begriffes vorgegeben ist, gemessen werden. 
• Erweiterung: Kärtchen mit Tabuwörtern: Diese fettgedruckten Wörter dürfen bei der Beschreibung des gesuchten Begriffes nicht genannt werden.

Erkenne die Bundesländer Österreichs
 

Sara hat im Sachunterricht über die Bundesländer in Österreich gelernt. Sie soll diese anhand der Umrisse oder der Wappen erkennen.  

• Welches Bundesland zeigt die Karte rechts mit dem Fragezeichen?
  
  Lösung: ________________
   
  • Zu welchem anderen Bundesland gehört das rechts abgebildete Wappen?
    
                                                        Lösung: _____________________
    
    
    
    
    
     
• Noch mehr Aufgaben dieser Art findest du am Arbeitsblatt. 

Deute die Verbotsschilder  

Im Alltag begegnen wir verschiedenen Schildern, die uns ein abstraktes Bild mit wenigen Informationen zeigen. Diese skizzenhaften Bilder sagen uns aber klar und deutlich, was nicht erlaubt ist. 
 

• Betrachte jedes einzelne Schild und erkläre, was die Bilder aussagen.
   
• Entwirf selbst ein Verbotsschild. Tausche die fertige Zeichnung mit deiner Partnerin oder deinem Partner und überprüfe, ob sie oder er dein skizziertes Verbot erkennt.
  
   
• Am Arbeitsblatt findest du noch mehr Beispiele.

Erkenne folgende Kinderlieder am Notenbild 

Notenzeilen und aufgeschriebene Melodien stellen eine Abstraktion von einem Musikstück oder einem Lied dar. Lies die Notenzeilen und finde heraus, welches Notenbild zu welchem Lied passt. Kreuze darunter den richtigen Titel an.
 

____ Kommt ein Vogel geflogen

____ Alle meine Entlein

____ Fuchs du hast die Gans gestohlen

____ Backe, backe Kuchen 

____ Auf der Mauer, auf der Mauer

____ Hoppe, hoppe Reiter

Was bedeutet Problemzerlegung?
 

Problemzerlegung bedeutet, eine große, schwierige und herausfordernde Aufgabe wird in kleinere Teilaufgaben zerlegt, die einfacher und leichter zu lösen sind. So kommst du der Lösung des schwierigen Problems Schritt für Schritt näher. 

Ein anderer Begriff für Problemzerlegung ist Dekomposition.

• Stelle dir vor, du möchtest gerne ein Mittagessen für deine Familie kochen. Das ist eine große Herausforderung. Überlege, welche Teilaufgaben notwendig sind, um diese Aufgabe zu bewältigen.
• Erstelle dazu eine Mindmap (Gedankenlandkarte).

Lerne das Klatschspiel 

Mit Musik, Stimme, Bewegung und Klatschen in die eigenen Hände oder die der Partnerin oder des Partners, werden Lieder mit dem ganzen Körper dargestellt. Die Inhalte des Liedtextes werden dadurch verdeutlicht.

Das folgende Video zeigt dir ein Klatschspiel zum Lied: Wir sagen „Si-Si-Si". Sieh dir dieses Video im Team an. 

• Du merkst bestimmt, dass dazu genaues Beobachten und Konzentration notwendig sind, um sich den Liedtext und die Bewegungen zu merken und sie im Rhythmus auszuführen. 
• Mache dir Notizen zum Video. Zeichne einzelne Teile der Bewegungen auf, schreibe Stichworte auf ein Blatt Papier.
• Studiere dieses Klatschmuster in Partnerarbeit Schritt für Schritt ein. Beginne mit einem kurzen Teil und wiederhole mehrmals. https://www.youtube.com/watch?v=fMKlHCke-Wg
• Wenn du noch mehr Lust auf Klatschspiele hast, mache weiter mit dem Arbeitsblatt.

Video

Klopfe den Tisch-Rhythmus nach

Rhythmus im Takt gleichmäßig am Tisch klopfen ist gar nicht so einfach. Das folgende Video zeigt dir wie es geht.

https://www.youtube.com/watch?v=IuiI5X3vbkg

• Schaue dir dieses Video mit deiner Partnerin oder deinem Partner an. Merke dir, aus wie vielen Teilen der Tisch-Rhythmus besteht. Schreibe dir zu jedem Teil Stichworte auf.
   
• Versucht danach zeitgleich mit dem Video, die Bewegungen mitzumachen. Achtet besonders auf den gleichmäßigen Takt.
   

• Noch mehr Tisch-Rhythmen zeigt dir dieses Arbeitsblatt. 

Video

Mache einmal Tutting

Tutting ist eine Form von Freedance zu Hip-Hop Musik. Tutting zeichnet sich durch fließende Bewegungen mit Händen, Armen, Schultern oder Fingern aus. Die einzelnen Bewegungen werden „Tuts" genannt und gehen auf den ägyptischen Pharao zurück.

Die Zusammensetzung und die Abfolge der Bewegungen (Choreografien) verlangen Fein- und Taktgefühl, einerseits maschinengleich wie ein Roboter und andererseits geschmeidig wie eine Schlange. 

In diesem Video zeigt dir die Lehrerin einen einfachen Tutting vor.
https://www.youtube.com/watch?v=axpDFvUz8Eo&feature=youtu.be

• Sieh dir das Video an und mache dir Notizen.Versuche diese Tuts nachzumachen, lasse deine Arme, Hände und Finger tanzen 
• Weitere Tuttingideen zeigt das Arbeitsblatt.

Video

Probiere diesen Becher Rap

Der folgende Film zeigt dir einen anspruchsvollen Becher Rap. 
https://www.youtube.com/watch?v=iizYliWJCnQ&t=11s

• Mache dir Notizen zum Video, zeichne einzelne Teile der Bewegungen auf, schreibe Stichworte auf und fülle die Felder der Tabelle am Arbeitsblatt aus.

• Studiere dir diesen Becher Rap ein und führe ihn im Klassenplenum vor.
   

Video

Was bedeutet Evaluierung?

Die Evaluierung beinhaltet eine Überprüfung des Entwurfs eines Produktes oder eines Algorithmus.

Es wird untersucht und getestet, ob das entworfene Produkt den Vorstellungen entspricht oder mit dem entworfenen Algorithmus das Problem und die Aufgabe gelöst werden konnten. 

Erinnere dich an die Beispiele und Arbeitsaufträge im Kapitel Algorithmisierung. Lies gegebenenfalls nach.

• Pflanze einen Samen
• Entwirf ein algorithmisches Monster
• Backe einen Becherkuchen
• Zeichne dein eigenes Storyboard
   

Überlege, wie hast du bei diesen Aufgaben festgestellt, ob der Algorithmus richtig war und ob du mit deiner Lösung das Ziel erreicht hast? Das Arbeitsblatt gibt Anregungen für die Evaluierung dieser Aufgaben.

Was bedeutet Verallgemeinerung?

Bei der Verallgemeinerung werden aus einer Reihe von vorhandenen Fällen gemeinsame Merkmale herausgefunden und als allgemein gültige Vorschrift formuliert.
 

Allgemein betrachtet besteht jede Blume aus einem Stängel, Blättern und Blüten. Über die genaue Form und Farbe wird nichts ausgesagt. 

Ein anderer Begriff für Verallgemeinerung ist Generalisierung. Die Zusammenfassung von allgemein gültigen, gemeinsamen Merkmalen hat mit Abstraktion zu tun.

Besonders in der Mathematik und in den Naturwissenschaften suchen wir nach allgemein gültigen Vorschriften und formulieren Formeln für verschiedene Berechnungen.

Die folgenden Beispiele zeigen dir, wo du Verallgemeinerung schon kennengelernt hast.

Berechne den Flächeninhalt eines Rechtecks 

Den Flächeninhalt dieses Rechtecks kannst du durch Zählen und auch durch Rechnen bestimmen.

Die Länge besteht aus __ Kästchen.

Die Breite besteht aus __ Kästchen.

Insgesamt besteht dieses Rechteck aus __  Kästchen (kleinen Quadraten).

Um die Fläche eines Rechteckes zu bestimmen rechnet man: L _______ mal B _______

Allgemein formuliert berechnet man den Flächeninhalt jedes Rechteckes mit Länge mal Breite. Mathematiker schreiben die
Formel A = l x b auf.

Die Formel für den Umfang von Rechtecken hast du bestimmt auch schon gelernt. Schreibe sie auf und berechne das Ergebnis.

Umfang = __________

Ein Würfel besteht aus ... 

__ Ecken, __ Kanten, __ Begrenzungsflächen
 

• Wie viele Strohhalme und Plastelinkügelchen brauchst du noch, um diese Würfel fertig zu basteln?
  
  
  
  Schreibe die Anzahl in die Kästchen der Tabelle.

Die Insel Syra liegt in einem Ozean genau auf dem Äquator. Die Insel besteht aus drei Teilen.

Die Bewohner der Insel Syra heißen Hochländer, Mittelländer und Tiefländer. Die Menschen, die auf der nördlichen Seite des Äquators wohnen, werden auch Nordländer genannt, die auf der südlichen Seite wohnen, als Südländer bezeichnet.

• Welche Aussagen sind allgemein gültig (stimmen eindeutig)?
  Setze die Wörter alle, kein oder einige ein. Bilde vollständige Sätze, streiche ist oder sind weg, hake allgemein gültige Sätze an.

A) _____ Hochländer sind/ist Nordländer.

B) _____ Mittelländer sind/ist Südländer.

C) _____ Südländer sind/ist Mittelländer.

D) _____ Tiefländer sind/ist Südländer.

E) _____ Hochländer sind/ist Mittelländer.

Die Insel Syra

Viel Spaß beim Problemlösen

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Die informatische Regel 

• Diese Aufgabe stellt das Prinzip der Parallelisierung in der Arbeitsplanung vor. Hierbei können Aufgaben, die unabhängig voneinander sind, gleichzeitig ausgeführt werden.
• Dieses Prinzip wird heute auf vielen Rechnern verwendet, um effizient zu arbeiten. Ferner finden wir es bei anderen komplexen Arbeitsvorgängen, zum Beispiel bei der Fahrzeugherstellung in Fabriken vor.

Die informatische Regel

• In dieser Biberaufgabe geht es darum, Informationen zu kategorisieren. Informationen mit gemeinsamen Attributen (Eigenschaften) können so tabellarisch in einer Datenbank gespeichert werden.
• Mögliche gemeinsame Attribute der Kinder sind hier die Haarlänge, die Haarfarbe, die Farbe des Shirts, die Länge der Hose und andere Eigenschaften.
• Jedes Attribut hat für jedes Kind einen bestimmten Wert. Zum Beispiel haben Jana und Eva beide eine Haarfarbe, aber Janas Haarfarbe hat den Wert „blond“ und Evas Haarfarbe hat den Wert „braun“.
• In der Informatik ist es immer wieder eine Herausforderung an Fachwissen, Allgemeinwissen und Lebenserfahrung, für Datenbanken die relevanten Attribute festzulegen und mit diesen Attributen dann gewünschte Informationen aus der Datenbank zu erfragen (zu selektieren).

Die informatische Regel

• Der Roboter befolgt eine ganz einfache Vorschrift, die seine Bewegung beschreibt. Solche Vorschriften oder auch ganze Folgen von Vorschriften werden in der Informatik Algorithmen genannt.
• Algorithmen sind aber nicht immer so einfach wie hier, sondern können ganz schön kompliziert sein und dadurch schwierige Probleme lösen, wie z. B. die blitzschnelle Informationssuche im World-Wide-Web (WWW).
• Algorithmen nachvollziehen und vor allem selbst ausdenken und programmieren zu können ist eine wichtige Fähigkeit, die Informatikerinnen und Informatiker beherrschen müssen.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatikerinnen und Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatikerinnen und Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Wenn wir Informationen verarbeiten, analysieren wir ihren Inhalt. Wir suchen Ähnlichkeiten und stellen Beziehungen zwischen ihnen her.
• In diesem Fall müssen die Schuhe (bezüglich Form, Anzahl der Schnürsenkellöcher usw.) und die Schnürsenkel (bezüglich Länge, Form usw.) analysiert und Schlüsse aus der Analyse gezogen werden.

Die informatische Regel

• Wenn man komplexe Gebilde aus einzelnen Objekten erstellen möchte, dann ist die Reihenfolge beim Zusammenfügen wichtig.
• Das Bild zeigt, dass die Rakete im Vordergrund stehen soll, daherals letztes Objekt hinzugefügt werden muss.
• Informatikerinnen und Informatiker programmieren Computer heute so, dass er solche Aufgabenstellungen automatisch lösen kann.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatikerinnen und Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Die vorhandenen Daten verstecken oft die Informationen, die uns interessieren.
• Informatikerinnen und Informatiker sind trainiert, verborgene Informationen trotzdem zu finden. Sie bauen sogar Systeme, die automatisch alle gesuchten Objekte auf einem Bild erkennen können.

Die informatische Regel

• Die Suche nach Mustern in gewissen Objekten ist ein wichtiges Werkzeug für die Analyse von Daten.
• Wenn man ein Muster entdeckt hat, kann man ein Verfahren entwickeln, um solche Objekte in beliebiger Größe automatisch zu erzeugen.

Die informatische Regel

• Die Suche nach Mustern ist ein Grundproblem in der Informatik.
• In dieser Aufgabe kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu. Weil es mehrere überlappende Kopien des gesuchten Musters gibt, muss noch die optimale Anzahl nichtüberlappender Kopien herausgefunden werden.
• Informatikerinnen und Informatiker sind Spezialisten für das Lösen von Optimierungsaufgaben, in denen man die beste Lösung in einer großen Menge möglicher Lösungen finden muss.

Die informatische Regel

• In der Informatik ist unser Bewässerungssystem eine Schaltung. Die Ventile sind die Schalter – mit den zwei Stellungen „auf" und „zu". Entsprechend der Eingabetrichter und den Schalterstellungen bewegen sich die Informationen „Wasser fließt" oder „Wasser fließt nicht" durch. 
• Elektronik-Geräte enthalten elektronische Schaltungen durch die Elektrizität fließt. Bei Schaltungen mit Glasfasern fließen die Informationen als Laserlicht.
• Es gibt robotische Geräte, die in Umgebungen arbeiten müssen, in denen elektronische Schaltungen schnell kaputt gehen: starke Magnetfelder, hohe Feuchtigkeit, extreme Temperaturen. Solche Robotik muss robuste Schaltungen enthalten, in denen Hydrauliköl oder Pressluft fließt.

Die informatische Regel

• Die Reihenfolge ist wichtig.Werden die Eissorten in einer anderen Reihenfolge genannt, so sieht die Eistüte anders aus. In der Informatik lernt man, wie nützlich es ist, wenn etwas geordnet ist. Man muss verstehen, welche Ordnungen in welchen Situationen gelten. Ohne zu verstehen, wie der Eissalon handelt, kann man nicht gezielt eine bestimmte Eistüte bestellen. Ohne eine Situation zu verstehen, kann man auch in der Informatik kein dazu passendes Programm entwickeln.
• Die in dieser Biberaufgabe benutzte Ordnung heißt so wie der Eissalon: „last in, first out“ (LIFO). Frei übersetzt heißt das: „Das Letzte, das rein kommt, kommt als Erstes wieder raus“.

Die informatische Regel

• Wer diese Biberaufgabe richtig beantworten will, muss den Text aufmerksam lesen, verstehen und richtig umsetzen. Tims Wunsch bezieht sich nur auf die Anzahl der Fenster eines Vogelhauses und die Anzahl der darauf abgebildeten Herzen. Deshalb genügt es, nur diese Eigenschaften der Vogelhäuser zu betrachten.
• Das gelingt am besten, wenn man sich von anderen Eigenschaften nicht ablenken lässt, selbst dann nicht, wenn diese sehr auffällig sind.

Die informatische Regel 

• Es gehört zum mathematischen Handwerkszeug eines Informatikers, für eine solche Aufgabe eine Berechnungsformel zu finden.
• Wenn es nicht zu viele Möglichkeiten gibt, kann man auch eine Strategie zur Auflistung aller Möglichkeiten entwickeln. Dieses Verfahren wird „vollständige Suche" genannt.

Die informatische Regel 

• Programmieren bedeutet, einer Maschine genau mitzuteilen, was sie zu tun hat, und zwar in einer Programmiersprache, die sie versteht.
• Eine Programmiersprache besteht wie jede Sprache aus Wörtern, die wir Befehle nennen. Aus unterschiedlichen Gründen (zum Beispiel die Herstellungskosten eines Roboters) kann die Anzahl der Befehle stark eingeschränkt sein. Zum Beispiel versteht der Roboter-Kater keine Befehle wie „biege links ab" oder „biege rechts ab". Er kommt aber mit dem einzigen Befehl „biege ab" gut zurecht, weil das Wegenetz nur aus einfachen Kreuzungen besteht.
• Wenn man im Voraus weiß, dass das Wegenetz so einfach ist, kann man den Roboter preiswerter bauen, weil eine kleinere Menge von Befehlen ausreicht, um ihn zu steuern.

Die informatische Regel 

• Klassische Logik ist die Muttersprache der Computerchips. Sie heißt auch zweiwertige Logik. Alles darf nur zwei Werte haben: WAHR oder FALSCH, EINS oder NULL, PLUS oder MINUS, AUF oder ZU. 
• Bei der Modellierung der Basisschaltungen von Computern ist die klassische Logik unschlagbar praktisch. Bei der Modellierung der menschlichen Lebenswelt darf die Informatik allerdings ihre Vereinfachungen auf Zweiwertigkeit nicht überdehnen. Die Welt ist nicht so.
• Die Ventile in unserer Aufgabe mögen noch ausreichend zweiwertig sein, falls sie nicht zu sehr tröpfeln. Aber das Modell eines „in welchem Fall bekommt der Apfelbaum Wasser" sicher nicht. Man könnte auch eine Gießkanne benutzen. Oder es regnet. 

Die informatische Regel 

• Die Reihenfolge, in der Dinge erledigt werden, spielt in vielen Lebensbereichen eine Rolle. 
• In diesem Fall geht es darum, Bilder in einer bestimmten Reihenfolge übereinander zu kleben. In vielen Malprogrammen kann man ebenfalls bestimmen, in welcher Reihenfolge einzelne Dinge übereinander gezeichnet werden. Man spricht von Bildebenen.
• Ändert man die Reihenfolge der Bildebenen, ändert sich das Gesamtbild, auch wenn sich die einzelnen Bildebenen nicht ändern.

Die informatische Regel 

• Um Daten zu speichern und zu verarbeiten, verwenden aktuelle Computer Bits, die einen von nur zwei verschiedenen Werten annehmen können: „an" oder „aus" (bzw. „wahr" oder „falsch", „ja" oder „nein", 1 oder 0).
• In dieser Aufgabe kann Bellas Fotowunsch durch drei Bits dargestellt werden;
  • eines für jede Frage, die Johnny stellt. Bellas Antworten bedeuten, dass das erste Bit „an" ist UND
  • das zweite Bit „aus" (also „NICHT an") ist UND das dritte Bit „an" ist.
• Die Informatik weiß, dass die logischen Operationen UND und NICHT genügen, um Bit-Werte auf jede beliebige Art und Weise in andere Bit-Werte umzuwandeln.
• Alles was Computer leisten, könnten sie alleine mit diesen einfachen Operationen erreichen, zum Beispiel die Identifizierung von Dingen (hier: ein Foto) aus einer Sammlung von Daten (Johnnys acht Fotos).

Die informatische Regel

• Um nach einer bestimmten Information zu suchen, ist eine Strategie nötig. In dieser Aufgabe müssen wir nicht nur eine lnformation suchen (nämlich Wörter), sondern diese auch noch zu einem sinnvollen Satz zusammenfügen.
• Die Informatikerinnen und Informatiker suchen in gewonnenen Daten immer nach interessanten Informationen, die sie in einen Zusammenhang bringen können.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Das Ordnen von Gegenständen nach gewissen Kriterien gehört zu unserem Alltag und ist auch in der Informatik wichtig, weil man in geordneten Sammlungen von Gegenständen oder Daten schneller das gesuchte Objekt finden kann.
• Weil die Informatiker alles effizient machen wollen, beschäftigen sie sich viel mit der Entwicklung von Sortierstrategien.

Die informatische Regel

• Viele Menschen machen Dinge gerne optimal: sie laufen so schnell wie möglich, suchen den kürzesten Weg von einem Ort zum anderen, verdienen möglichst viel Geld oder bilden so viele Puzzlestein-Pärchen wie möglich.
• Weil es bei den Puzzlesteinen nicht so viele Möglichkeiten gibt, Pärchen zu bilden, kann man in Ruhe alle ausprobieren.
• Wenn Computer für die Suche nach optimalen Lösungen verwendet werden, müssen sie meistens viele Daten verarbeiten.
• Dann würde die Methode „alles ausprobieren" viel zu lange dauern. Die Informatik kennt deshalb noch viele andere Methoden zur Suche nach optimalen Lösungen. Eine davon heißt „greedy", auf Deutsch: gierig. Die Greedy-Methode führt immer denjenigen nächsten Schritt aus, der am meisten Zugewinn bei der Lösung verspricht. Bei den Puzzlesteinen würde die Greedy-Methode die beiden Steine links zusammenschieben.
• Das schöne an der Informatik ist, dass es meistens nichts nutzt, gierig zu sein. Die optimale Lösung wird von „greedy" nicht gefunden. Das ist auch bei den Puzzlesteinen so. Man muss alle sinnvollen Möglichkeiten betrachten, um zwei Pärchen bilden zu können.

Die informatische Regel

• An die Traumkleider werden in diesen Biberaufgaben jeweils mehrere Bedingungen gestellt. Trifft eine Bedingung zu, dann ist ihr Wahrheitswert „richtig" (er ist TRUE).
• Trifft eine Bedingung nicht zu, ist ihr Wahrheitswert „falsch" (er ist FALSE). Die Bedingungen werden hier mit dem logischen Operator AND verknüpft. In der Biberaufgabe „Traumkleid 2" etwa: (hat_kurze_Ärmel AND hat_mehr_als_3_Knöpfe AND hat_Sterne_auf_den_Ärmeln).
• Die mit AND verknüpfte Bedingung ist TRUE, wenn alle Teilbedingungen TRUE sind. Ist mindestens eine Teilbedingung FALSE, ist auch die mit AND verknüpfte Bedingung FALSE.

Neben den klassischen logischen Operatoren AND, OR und NOT gibt es weitere für spezielle Zwecke. Der logische Operator XOR entspricht zum Beispiel dem „entweder – oder" der natürlichen Sprache. Für die Informatik spielen Bedingungen und ihre Verknüpfungen beim Programmieren, insbesondere beim algorithmischen Denken, eine große Rolle.

Die informatische Regel

• Die Maus hat klare Anweisungen, wie sie durch die Käsegänge laufen soll. Die Anweisungen sagen der Maus, wie sie auf bestimmte Ereignisse reagieren soll. Das kann man leicht erkennen, wenn die Anweisungen anders ausgedrückt werden.
• Wenn das Ereignis eintritt, dass du in einen langen Gang hineinkommst, laufe den langen Gang hinunter. Wenn das Ereignis eintritt, dass du an einen Quergang kommst, laufe durch den Quergang.
• Viele Computerprogramme müssen auf Ereignisse reagieren. Besonders wichtig ist das bei dem Teil eines Computerprogramms, das seine Benutzung durch Menschen regelt: der Mensch-Computer-Schnittstelle, auf Englisch meist Graphical User Interface (GUI) genannt. Dieser Programmteil muss festlegen, was passiert, wenn mit der Maus oder dem Finger etwas angeklickt wird, auf dem Bildschirm gezeigte Objekte bewegt werden oder mit der Tastatur ein Buchstabe getippt wird.
• Da für sehr viele Programme ein GUI benötigt wird, hat die Informatik einen passenden Programmierstil entwickelt, das ereignis-getriebene Programmieren (englisch: event-driven programming). Programmierwerkzeuge, die diesen Stil unterstützen, helfen Programmiererinnen und Programmierern dabei, gute GUIs zu erstellen.

Nun kannst du mit dem Computer viele kleine und schlaue Aufgaben lösen.

Gib im Internet-Browser auf deinem Computer

code.org

ein oder wähle auf der nächsten Seite den Startkurs an.

Im Internet gibt es eine ausgezeichnete Plattform namens code.org, wo man mit lustigen Spielen programmieren lernt.

• Ein kleiner Nachteil ist dabei, dass die Videos meist nur in englischer Sprache verfügbar sind. Die Beispiele sind in deutscher Sprache verfasst. (Die Videos kannst du überspringen und gleich mit den Übungen beginnen.)
• Mit dem Handy sind die Übungen zwar ausführbar, aber sehr klein dargestellt. Ein PC oder ein Tablet sind daher besser zum Arbeiten geeignet.
• Wenn du ganz einfach Aufgaben lösen willst, kannst du Kurs 1 ausprobieren.
• Diese Kurse sind auch perfekt geeignet, dass ihr sie im Zweier-Team löst.
• Wähle den jeweiligen Kurs aus (Grafiken aus https://code.org):
  

Welches Konzept steckt in diesem Buch?

Dieses Schulbuch gliedert sich in drei wesentliche Teile. Teil A widmet sich besonders Tätigkeiten zum Thema „Denken lernen und Probleme lösen" und Aktivitäten ohne digitale Medien.

Das Ziel dieser Aufgaben besteht in der Schulung der Haptik der Kinder und dem Entwicklen der Fähigkeiten des informatischen Denkens in unterschiedlichen Fachbereichen und zu verschiedenen Themen.

Es stehen Unterrichtsvorschläge und Praxisideen in Form von Arbeitsblättern zum Downloaden, Ausdrucken und zum sofortigen Einsatz  zur Verfügung. Die dazu benötigten Materialien für die einzelnen Aufgaben sind sehr schlicht und einfach gehalten und bedürfen keinem speziellen Mehraufwand.

Worum geht es in diesem Buch?

Teil B ist als Arbeitsbuch konzipiert. Die Aufgaben können direkt im Buch bearbeiten und die Lösungen in die dafür vorgesehenen Platzhalter eingetragen werden.

Mit dem angeführten QR-Code können die Kinder die Lösung selbständig überprüfen.

Nach jeder Aufgabe folgen Erklärungen und Begründungen, warum und wieso diese Aufgaben wichtig sind und was zu bedenken ist. Die nach jedem Beispiel angeführte „Informatische Regel" zielt auf den interessierten Informatiker (Eltern, Lehrpersonen, Studierenden) ab und ist für Volksschulkinder zu anspruchsvoll formuliert.

Teil C stellt neben Arbeitsblättern und Aufgaben im Buch auch Online-Aufgaben zur Verfügung. Der angegebene Link und der QR-Code führen direkt zur Online-Aufgabe.

Zu beachten: Die Aufgaben sind mit aufsteigendem Schwierigkeitsgrad zusammengestellt. Aufgaben, die zuerst zu schwierig erscheinen, sollten ausgelassen werden, um eventuell später wieder zurückzukehren und sie dann mithilfe älterer Freunde und Geschwister lösen zu können.   

Wissenswerte Aspekte dieses Schulbuches

• Außerdem ist es  ist nicht zwingend notwendig alle Aufgaben der einzelnen Abschnitte und die vorgeschlagene Reihenfolge einzuhalten. Wählen Sie jene Beispiele aus, die Ihnen persönlich am besten gefallen und wo Sie einen guten Bezug zu Ihrem individuellen Unterricht sehen, aus.
• Das AutorInnen-Team empfielt unbedingt mit den Aufgaben aus dem Teil A, die zur Schulung der Haptik der Kinder gedacht sind, zu beginnen. Je nach Ausstattung mit digitalen Medien ist auch die Möglichkeit der Differenzierung gegeben.
• Die allermeisten Aufgaben von Teil B sind Bestandteil des jährlich durchgeführten internationalen Projektes „Biber der Informatik". Dieser Wettbewerb wird in Österreich von der OCG (Österreichische Computergesellschaft) angeboten, betreut und ausgerichtet (https://www.ocg.at/de/biber-der-informatik). Lesen Sie dazu die Information der nächsten Seite.
• Wenn Sie solche Aufgaben lieber mit Aufgabenkarten lösen, so besorgen Sie sich bitte bei der OCG das Spielkartenset „Bebras - Entwicklung algorithmischen Denkens" (7 bis 10 Jahre). Damit können Aufgaben in verschiedenen Spielsettings kooperativ gelöst werden.

Wir wünschen Ihnen bei der Umsetzung der digitalen Grundbildung mit Ihren Schülerinnen und Schüler gutes Gelingen.

Alois Bachinger und Sabine Mader

Biber der Informatik 

Der Biber der Informatik ist ein internationaler Online-Wettbewerb mit dem Ziel, Kinder und Jugendliche im Alter von 8 bis 20 mit den Konzepten und Denkweisen der Informatik vertraut zu machen. Für die Teilnahme am Wettbewerb sind keine Informatik-Kenntnisse notwendig. Der Bewerb wird online während des Unterrichts durchgeführt. Bei den Wettbewerben gibt es ab der 3. bis zur 13. Schulstufe 5 verschiedene Kategorien mit Bewertung.

• Der Wettbewerb für die Volksschule besteht aus 9 Aufgaben, die durch Nachdenken in 40 Minuten gelöst werden müssen. Die Fragestellungen erfolgen in Form von Denksportaufgaben und Rätsel, sodass das Lösen mehr Spaß macht und die Denkweise der Informatik einfach vermittelt werden kann (http://wettbewerb.biber.ocg.at)
•  Ist die Lust am Problemlösen zu informatischen Themen erst einmal geweckt, so ist der computer creative Wettbewerb die nächste Möglichkeit, junge kreative Talente im Alter von 6 bis 20 Jahren zu fördern und in weiterer Folge eine Teilnahme an der Internationalen Informatik-Olympiade anzustreben.
• Der Österreichische Biber der Informatik ist Partner der internationalen Initiative Bebras (https://www.bebras.org/). 2004 fand in Litauen die erste Bebras Challenge statt. 2006 traten Estland, die Niederlande, Polen und Deutschland der Initiative bei. 2007 fand Österreichs erster Biber-Wettbewerb statt. Insgesamt hatte die Bebras Challenge 2017 international weit über zwei Millionen Teilnehmerinnen und Teilnehmer.

Urheberrecht und Lizenzmodell

• Dieses Schulbuch steht unter dem Creative-Commons-Lizenzmodell erstellt: CC-BY-SA3.0
   
• Das bedeutet: Sie dürfen die Unterlagen in Ihren Unterrichts-vorbereitungen digital und analog verwenden, diese Inhalte verbreiten, remixen, verbessern und darauf aufbauen, auch kommerziell, solange Sie die Urheber des Originals nennen. 
   
• Dies ist die großzügigste Lizenz, die angeboten und empfohlen wird für eine optimalen schulische Nutzung des lizenzierten Werkes. Weitere Information zu dazu finden Sie über hier: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/
• Alle Aufgaben stehen auch über edupuzzle.at zur Verfügung.

Bitte unterstützen Sie dieses Lizenzmodell bei Ihrer Arbeit, da damit speziell in der Schule eine sehr offene, gesetzeskonforme Weitergabe von Unterrichtsinhalten möglich ist und die Zusammenarbeit zwischen den Pädagoginnen und Pädagogen gefördert wird.

Buchempfehlungen

Zum Thema Denken lernen, Probleme lösen sind folgende Bücher erschienen und über die Schulbuchaktion bestellbar:

• 186.056 Denken lernen, Probleme lösen - Band 1. Material zu Computational Thinking für die Primarstufe / Austro.Tec, Grieskirchen / 9.80 €
  
   
• 186.057 Denken lernen, Probleme lösen - Band 2. Material zu Bee-Bots für die Primarstufe / Austro.Tec, Grieskirchen / 9.80 € (vorliegendes Buch)
  
   
• 186.058 Denken lernen, Probleme lösen - Band 3. Computational Thinking mit Lego We Do 2.0 für die Primarstufe / Austro.Tec, Grieskirchen / 9.80 €.
  
   
• Die erforderliche Ausstattung, wie Bee-Bots, Spielfolien und dergleichen, können Sie im Rahmen der Unterrichtsmittel eigener Wahl über die Schulbuchaktion beziehen.