I · Algorithmen als präzise Handlungsvorschriften
„Mein erstes Gadget: Start und Reaktionsspiel“ · Orientierungsrahmen ca. 14 Ustd.
Leitfrage: Woher weiß ein System, was als Nächstes zu tun ist – und warum tut es nicht das, was ich meine, sondern das, was ich schreibe?
Worum es fachlich geht
Der fachliche Kern ist die Erfahrung, dass eine Handlungsvorschrift wörtlich abgearbeitet wird. Die zentrale Denkbewegung ist nicht „bauen“, sondern vorhersagen – prüfen – Ursache zuordnen – korrigieren – begründen. Verzweigung und Wiederholung werden erst eingeführt, wenn eine lineare Folge das Problem erkennbar nicht mehr löst; sie sind Lösungen, keine neuen Bausteine im Katalog.
| Merkmal | Festlegung |
|---|---|
| Jahrgangsfenster | 7 |
| Inhaltsfeld | Algorithmen |
| Inhaltliche Schwerpunkte | Algorithmen und algorithmische Grundkonzepte · Implementation von Algorithmen |
| Kompetenz-IDs | G1, G2, G5 |
| Zeitlicher Orientierungsrahmen | könnte bei etwa 14 Ustd. liegen; begründet keine feste Stundenbindung |
| Leistungsbewertung | ausschließlich nach dem externen Leistungskonzept |
G1 – stellen Handlungsvorschriften auch unter Verwendung grafischer Darstellungsmöglichkeiten und unter Nutzung algorithmischer Grundkonzepte (Sequenz, Verzweigung, Wiederholung) dar. G2 – ermitteln durch die Analyse eines Algorithmus dessen Ergebnis. G5 – bewerten einen dargestellten Algorithmus hinsichtlich seiner Funktionalität.
Die erste Ausbaustufe entsteht
Das Steckbrett trägt den Rechenkern, zwei Taster und den Summer. Mehr braucht dieses Unterrichtsvorhaben nicht – die Anzeige kommt erst später dazu. Der Aufbau ist in einer Doppelstunde gesteckt und bleibt danach unverändert stehen.
3D-Modell wird geladen, sobald es sichtbar wird.
Ziehen dreht das Modell, das Mausrad zoomt. Ein Klick auf einen Bauteilnamen blendet ihn aus oder wieder ein. Blau markiert sind die Bauteile, mit denen in dieser Reihe gearbeitet wird.
Was praktisch geschieht
Rechenkern stecken
Das Board wird mittig über den Kanal des Steckbretts gesteckt, sodass beide Stiftleisten in getrennten Kontaktreihen sitzen. Das ist der erste Moment, in dem die Frage „warum eigentlich über den Kanal?“ sinnvoll beantwortet werden kann.
Taster anschließen
Beide Taster liegen mit einem Bein an Masse, das andere geht an einen Eingang. Externe Widerstände sind nicht nötig – der interne Pull-up wird im Programm eingeschaltet. Genau hier entsteht die erste Gelegenheit zu fragen, was ein Eingang misst, wenn nichts angeschlossen ist.
Summer anschließen
Der Summer geht über 100 Ω gegen Masse. Er liefert die Rückmeldung, die das Reaktionsspiel überhaupt erst spielbar macht.
Erstes Programm aufspielen
Ein fertiges Blockprogramm wird gelesen, seine Wirkung vor dem Start vorhergesagt und dann ausgeführt. Die Abweichung zwischen Vorhersage und Beobachtung ist der eigentliche Lerngegenstand.
Der Lernweg
| Schritt | Was geschieht | Lernhandlung | Lernprodukt |
|---|---|---|---|
| L1 | Wörtlich ausführen (unplugged) | Identisch zu A1 — die Erfahrung „exakte Ausführung statt Absicht" entsteht vor dem ersten Gerätekontakt. | überarbeitete Schrittfolge |
| L2 | Aufbau lesen | Der vorbereitete Aufbau wird nachvollzogen: Woran ist der Taster angeschlossen, woran der Summer? Noch kein Programm. | beschrifteter Steckplan |
| L3 | Vorhersagen, dann ausführen | Ein fertiges Blockprogramm wird gelesen, die Wirkung vor dem Start vorhergesagt, dann ausgeführt und verglichen. | Vorhersage-/Beobachtungskarte |
| L4 | Gezielt verändern | Genau ein Schritt wird vertauscht, entfernt oder verändert; die Wirkungsänderung wird vorhergesagt und geprüft. | Trace-Tabelle, begründete Änderung |
| L5 | Verzweigung | „Reagiere nur, wenn der Taster gedrückt ist" — die lineare Folge reicht nicht mehr. Die Bedingung entsteht als Lösung. | Ablaufdarstellung mit Bedingung |
| L6 | Wiederholung | Das Reaktionsspiel braucht eine Dauerschleife. Die Wiederholung wird als Designentscheidung reaktiver Systeme erkannt, nicht als Fehler. | lauffähiges Reaktionsspiel |
| L7 | Beurteilen | Zwei Programmvarianten desselben Spiels werden verglichen und begründet bewertet. | begründetes Funktionsurteil |
Was dieser Weg zusätzlich leistet
- Fehlerursache trennen (Vorstufe des späteren Fehlerquellen-Vierfelds aus UV XIV): Liegt es am Ablauf oder am Aufbau? Diese Unterscheidung gibt es in A nicht.
- Steckplan lesen und beschriften als erste technische Darstellungsform.
- Übertragung in die reale Welt: Die Wirkung ist nicht simuliert, sondern hörbar und sichtbar; die Zeitdimension (Reaktionszeit, Entprellen) wird erfahrbar. Diese Anteile gehen über die KLP-Basislinie hinaus und begründen keinen anderen Bewertungsmaßstab.
Möglicher Stundentakt
Wochenrhythmus: eine Doppelstunde (DS, 2 Ustd.) und eine Einzelstunde (ES, 1 Ustd.). Die Taktung ist ein Vorschlag; Dauer, Reihenfolge und Sozialform bleiben Entscheidung der Lehrkraft.
| Std. | Format | Überschrift der Stunde | Kern | Sichtbares Lernprodukt |
|---|---|---|---|---|
| 1–2 | DS | „Der Computer tut nicht, was ich meine" | Einstiegsdiagnose: Alltagsroutine diktieren, Partner führt wörtlich aus. Absicht und Ausführung trennen. Erste Präzisierung. [L1] | überarbeitete, eindeutige Schrittfolge |
| 3 | ES | „Schritte, die jeder gleich versteht" | Sicherung der Fachsprache: Algorithmus, Schritt, Reihenfolge, Eindeutigkeit. Wortbank anlegen. | Wortbank + eine fremde Folge präzisiert |
| 4–5 | DS | „Was ist da eigentlich angeschlossen?" | Aufbau lesen und beschriften; ein vorbereitetes Programm starten; erste Wirkung vorhersagen. [L2][L3] | beschrifteter Steckplan + Vorhersagekarte |
| 6 | ES | „Vorhersagen statt Raten" | Erwartung und Beobachtung sauber trennen; Vorhersage vor dem Test als Regel etablieren. | ausgefüllte Vorhersage-/Beobachtungskarte |
| 7–8 | DS | „Ein Schritt verändert alles" | Genau einen Schritt vertauschen oder entfernen, Wirkung vorhersagen, Abweichung einem Schritt zuordnen und korrigieren. [L4] | Trace-Tabelle + begründete Korrektur |
| 9 | ES | „Trace-Training" | Fremde Abläufe Schritt für Schritt verfolgen; Parsons-Streifen ordnen. | drei bearbeitete Trace-Aufgaben |
| 10–11 | DS | „Nur wenn … — die Bedingung entsteht" | Die lineare Folge reicht nicht mehr. Die Verzweigung entsteht als Lösung eines Problems, nicht als neuer Baustein. [L5] | Ablaufdarstellung mit Bedingung |
| 12 | ES | „Wenn–dann sprechen und schreiben" | Satzstarter, Bedingung darstellen und lesen; Mikro-Diagnose zur Verzweigung. | zwei begründete Wenn-dann-Formulierungen |
| 13–14 | DS | „Das Reaktionsspiel läuft" | Wiederholung als Designentscheidung reaktiver Systeme; Spiel fertigstellen; zwei Varianten vergleichen und begründet bewerten. [L6][L7] | lauffähiges Reaktionsspiel + Funktionsurteil |
Mögliche Vertiefungsstunden
Module außerhalb des Kerns. Sie können entfallen, ohne den Kompetenznachweis zu berühren.
| Modul | Umfang | Inhalt | Strang |
|---|---|---|---|
| „Klang statt Licht" | 2 Ustd. | Rückmeldung über Ton gestalten; Tonhöhe und Dauer als eigene Gestaltungsgrößen; Timing bewusst wählen. | E1 Transfer |
| „Zwei Spieler" | 2–3 Ustd. | Reaktionsspiel für zwei Taster; Gleichstand und Doppeldruck als Randfälle vorhersagen und behandeln. | E1/E2 |
| „Der faire Zufall" | 2 Ustd. | Wartezeit zufällig statt fest; diskutieren, warum Vorhersagbarkeit das Spiel zerstört. | E2/E3 |
| „Fehlerjagd" | 2–4 Ustd. | Vorbereitete fehlerhafte Abläufe und Aufbauten; Ursache systematisch trennen: liegt es am Ablauf oder am Aufbau? Vorstufe des Fehlerquellen-Vierfelds aus UV XIV. | Strang B |
Diagnose und Differenzierung
Erwartbare Fehlvorstellungen
- „Das Gerät versteht, was ich meine" statt exakter Ausführung.
- Sequenz als Wunschliste statt geordneter Ablauf.
- Dauerschleife als Fehler statt Designentscheidung reaktiver Systeme.
- Vorhersage wird erst nach der Beobachtung „ergänzt". (Praxisannahmen aus dem Unterrichtsalltag mit Physical-Computing-Einstiegen, nicht einzeln durch Primärstudien belegt.)
Diagnosezeichen und passende Hilfe
| Diagnosezeichen | Hilfe | Erneute Prüfung |
|---|---|---|
| Schritte werden gesammelt, aber nicht geordnet | H0 Ziel und Erfolgskriterium am Beispiel klären · H2 Schritte sichtbar sortieren | einen neuen Schritt ohne Sortierhilfe einordnen |
| Schritte sind unklar oder zusammengezogen | H1 Wortbank, Satzmuster · H3 ein Beispiel laut denkend als eindeutige Folge | einen neuen Schritt ohne Wortbank präzisieren |
| Vorhersage entsteht erst nach dem Test | H0 „vor dem Test" / „beim Test" klären · H2 Schritt und erwartete Wirkung markieren | zweiten Fall ohne Markierung vorhersagen |
| Abweichung wird beschrieben, aber keinem Schritt zugeordnet | H1 Satzstarter „Ich beobachte …; Schritt … führt dazu, weil …" | einen neuen Ausschnitt begründen |
| Ursache wird ohne Prüfung dem Programm zugeschrieben | H2 zwei Fragen trennen: „Stimmt der Ablauf?" / „Stimmt der Aufbau?" | eine zweite Störung selbst zuordnen |
Herausforderung nach oben
- E1 Transfer: dieselbe Struktur auf eine andere Aufgabe übertragen.
- E2 Testqualität: einen dritten aufklärenden Testfall nur formulieren, wenn der zusätzliche Erkenntnisgewinn begründet wird.
- E3 Urteil: zwei korrigierte Lösungen vergleichen und begründen, welche die beabsichtigte Wirkung zuverlässiger erkennen lässt. Der gemeinsame Mindestanspruch für alle: eine eindeutige, geordnete Schrittfolge lesbar darstellen, für zwei Fälle begründet vorhersagen, eine Abweichung einem Schritt zuordnen und korrigieren.
Nachweis der Kompetenzen
| Kompetenz | Wie sie in dieser Reihe nachgewiesen wird |
|---|---|
| G1 | Ablaufdarstellung mit Sequenz, Bedingung und Wiederholung (L4, L5, L6) |
| G2 | begründete Vorhersage vor dem Start, Trace-Tabelle (L3, L4) |
| G5 | Vergleich zweier Programmvarianten mit begründetem Funktionsurteil (L7) |
Wenn die Technik ausfällt
Zu jedem praktischen Schritt gibt es einen vollständigen Weg ohne Gerät. Er ist sofort einsetzbar und trägt dasselbe Fachprodukt:
- Ablaufstreifen mit eindeutig ausführbaren Schritten
- Rollen- und Eingabekarten für zwei Testfälle
- Vorhersage-/Testkarte mit „Erwartung — Beobachtung — Änderung"
- Trace-Tabelle für die Wirkung Schritt für Schritt.
Sofort einsetzbar, ohne Vorbereitungszeit, mit demselben Fachprodukt: Ein Geräteausfall verändert weder Lernziel noch Nachweis noch Bewertung.
Anschluss an andere Unterrichtsvorhaben
- Aktivieren: nichts — UV I ist der Einstieg und erzeugt die Diagnosegrundlage.
- Neu einführen: Algorithmus, Sequenz, Bedingung, Wiederholung, Ablaufdarstellung, Trace-Tabelle, Vorhersage-vor-Test.
- Übergeben: Ablaufbegriff und Darstellung an II und VI; Vorhersage-/Testlogik an VI und XI; Trennung Ablauf/Aufbau als Vorstufe an XIV.