III · Daten codieren und grafisch darstellen

„Mein Bild auf dem Gadget“ · Orientierungsrahmen ca. 13 Ustd.

Leitfrage: Ein Bild ist im Gerät nur eine Folge von Zahlen – wie wird daraus wieder ein Bild, und warum sieht es manchmal anders aus, als ich es gemeint habe?

Worum es fachlich geht

Der fachliche Kern ist die Trennung von Daten und Bedeutung: Dieselbe Zahlenfolge ergibt nur dann dasselbe Bild, wenn Sender und Empfänger dieselbe Codierungsvorschrift verwenden. Der zweite Kern ist die begründete Darstellungswahl. Vektorgrafik ist auf keinem der in Frage kommenden Geräte darstellbar; sie wird über das Prinzip erschlossen – ein Bild als Bauanweisung statt als Zahlenraster. Daraus entsteht ein unmittelbarer Anschluss an den Algorithmusbegriff aus dem ersten Unterrichtsvorhaben.

Merkmal	Festlegung
Jahrgangsfenster	7
Inhaltsfeld	Information und Daten
Inhaltliche Schwerpunkte	Daten und ihre Codierung · Erfassung, Verarbeitung und Verwaltung von Daten
Kompetenz-IDs	D4, D6
Zeitlicher Orientierungsrahmen	könnte bei etwa 13 Ustd. liegen
Leistungsbewertung	ausschließlich nach dem externen Leistungskonzept

D4 – codieren und decodieren Daten unter Verwendung verschiedener Codierungsvorschriften. D6 – beschreiben an ausgewählten Beispielen das Codierungsprinzip von Pixel- und Vektorgrafiken.

Die Anzeige kommt dazu

Die 8×8-Matrix ist die zweite Ausbaustufe und für dieses Unterrichtsvorhaben tragend: Ohne zweidimensionale Anzeige lässt sich das Codierungsprinzip von Pixelgrafik nicht am Gerät zeigen. Mit ihr kommen zwei Bauteile, die nur scheinbar Beiwerk sind.

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

Erst Papier, dann Matrix
Das eigene Motiv entsteht auf einem 8×8-Raster auf Papier und wird als Zahlenfolge notiert – bevor die Matrix überhaupt angeschlossen wird. Die Partnerin decodiert blind; Abweichungen führen auf die Vorschrift zurück, nicht auf „falsch gemalt“.
Matrix anschließen
Die Datenleitung geht über 330 Ω an den Eingang der Matrix. Der Widerstand ist kein Ritual: Er dämpft Reflexionen auf der Leitung und schützt den ersten LED-Treiber.
Kondensator setzen
1000 µF parallel zur Versorgung fangen die Stromspitze beim Einschalten ab. Er ist polungsabhängig – falsch herum kann er ausgasen, deshalb wird er vormarkiert ausgegeben.
Helligkeit begrenzen
64 Leuchtdioden ziehen bei voller Helligkeit rund 3,8 A, ein USB-Anschluss liefert 0,5 bis 0,9 A. Die Grenze von 40/255 steht fest im Startcode. Die Frage „warum startet mein Gerät neu, wenn ich alles anschalte?“ ist der beste Einstieg in die Versorgungsfrage, den dieser Jahrgang bietet.

Der Lernweg

Schritt	Was geschieht	Lernhandlung	Lernprodukt
L1	Erst Papier, dann Gerät	Ein eigenes Motiv wird auf einem 8×8-Raster auf Papier entworfen und als Zeichenfolge notiert — bevor die Matrix angeschlossen wird.	Rasterentwurf + Codiertabelle
L2	Blind decodieren	Die Partnerin erhält nur die Zahlenfolge und zeichnet daraus das Bild. Abweichungen werden auf die Vorschrift zurückgeführt.	decodiertes Bild + Fehleranalyse
L3	Auf das Gerät bringen	Dieselbe Folge wird auf die Matrix übertragen. Vorhersage vor der Ausgabe: Wie wird es aussehen?	Vorhersage-/Beobachtungskarte
L4	Vorschrift ändern	Zeilenweise statt spaltenweise gelesen — dasselbe Muster ergibt ein anderes Bild. Die Codierungsvorschrift wird als Vereinbarung erkannt.	Gegenüberstellung mit Erklärung
L5	Farbcodierung	Von an/aus über wenige Farben zu vielen; wie viel Information braucht ein Feld?	Farbtabelle mit Begründung
L6	Speicherbedarf	64 Felder — wie viel ist das? Vergleich mit einem Foto vom Handy als Größenanker.	Größenvergleich mit Begründung
L7	Vektorprinzip	Ein Muster wird nicht als Raster, sondern als Anweisungsfolge beschrieben („Linie von Feld 1 nach Feld 8"). Anschluss an den Algorithmusbegriff aus UV I.	Anweisungsfolge + Vergleich mit dem Raster
L8	Darstellungswahl	Begründete Entscheidung: Wann lohnt das Raster, wann die Anweisung? Wo stößt eine 8×8-Anzeige an Grenzen?	begründete Entscheidungstabelle

Was dieser Weg zusätzlich leistet

Bildfolge und Zeit: Mehrere Muster nacheinander ergeben eine Animation — Timing wird als eigene Gestaltungsgröße erfahrbar (Anschluss an die Wiederholung aus UV I).
Grenzen realer Ausgabegeräte: Auflösung ist keine abstrakte Zahl, sondern die spürbare Grenze dessen, was das eigene Motiv hergibt.
Übertragung in die reale Welt: Der Weg vom Entwurf über die Codierung bis zum sichtbaren Ergebnis ist vollständig selbst durchlaufen.

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	„Mein Bild aus Kästchen"	Eigenes Motiv auf einem 8×8-Raster entwerfen und als Zeichenfolge notieren — vor dem Anschluss der Matrix. [L1]	Rasterentwurf + Codiertabelle
3	ES	„Blind decodieren"	Die Partnerin erhält nur die Zahlenfolge. Abweichungen werden auf die Vorschrift zurückgeführt, nicht auf „Fehler beim Malen". [L2]	decodiertes Bild + Fehleranalyse
4–5	DS	„Das Bild leuchtet"	Matrix anschließen, Folge übertragen, Wirkung vor der Ausgabe vorhersagen. Helligkeitsgrenze als Sicherheitsregel einführen. [L3]	Vorhersage-/Beobachtungskarte + Anzeige
6	ES	„Zeilen oder Spalten?"	Dieselbe Folge zeilenweise statt spaltenweise gelesen ergibt ein anderes Bild. Die Vorschrift ist eine Vereinbarung. [L4]	Gegenüberstellung mit Erklärung
7–8	DS	„Farbe kostet Platz"	Von an/aus über wenige Farben zu vielen: Wie viel Information braucht ein Feld? [L5]	Farbtabelle mit Begründung
9	ES	„64 Felder — wie viel ist das?"	Speicherbedarf aus Feldzahl und Farbtiefe herleiten statt raten; Vergleich mit einem Handyfoto. [L6]	Größenvergleich mit Rechenweg
10–11	DS	„Bild als Bauanleitung"	Ein Muster nicht als Raster, sondern als Anweisungsfolge beschreiben. Direkter Anschluss an den Algorithmusbegriff aus UV I. [L7]	Anweisungsfolge + Vergleich mit dem Raster
12	ES	„Raster oder Anweisung?"	Begründete Darstellungswahl für vier Anwendungsfälle; Grenzen einer 8×8-Anzeige benennen. [L8]	begründete Entscheidungstabelle
13	ES	„Bildfolge und Zeit"	Mehrere Muster nacheinander; Timing als eigene Gestaltungsgröße (Rückgriff auf die Wiederholung aus UV I).	kurze Bildfolge + Timingbegründung

Mögliche Vertiefungsstunden

Module außerhalb des Kerns. Sie können entfallen, ohne den Kompetenznachweis zu berühren.

Modul	Umfang	Inhalt	Strang
„Animation"	2–4 Ustd.	Mehrere Frames zu einer flüssigen Bewegung; Bildrate bewusst wählen und begründen.	E1/E2
„Sparsam codieren"	2–3 Ustd.	Eine Codierung entwerfen, die mit weniger Zeichen auskommt (z. B. Wiederholungslängen), und den Gewinn begründen — Vorstufe der Komprimierungsidee.	E2
„Laufschrift"	2 Ustd.	Ein Muster über die Matrix verschieben; Zusammenhang von Position, Zeit und Wahrnehmung.	E1
„Das Bild wird groß"	2 Ustd.	Rasterbild und Anweisungsbild vergrößern und vergleichen; warum das eine unscharf wird und das andere nicht.	E3

Diagnose und Differenzierung

Erwartbare Fehlvorstellungen

Bitmuster und Bedeutung werden gleichgesetzt („das ist ein Herz").
Die Codierungsvorschrift wird für selbstverständlich gehalten und nicht mit notiert.
Speicherbedarf wird geraten statt aus Feldzahl und Farbtiefe hergeleitet.
Vektorgrafik wird für „bessere Pixelgrafik" gehalten statt für ein anderes Prinzip.

Diagnosezeichen und passende Hilfe

Diagnosezeichen	Hilfe	Erneute Prüfung
Die Vorschrift wird nicht mitgeliefert	H0 Auftrag „so, dass jemand anders es rekonstruieren kann" · H2 Codiertabelle vorstrukturieren	ein zweites Motiv ohne Vorlage übergeben
Muster und Bedeutung werden gleichgesetzt	H3 dieselbe Folge mit zwei Vorschriften laut denkend decodieren	eine dritte Vorschrift selbst anwenden
Speicherbedarf wird geraten	H1 Satzmuster „… Felder × … Möglichkeiten" · H2 Zwischenschritte markieren	eine andere Auflösung selbst einordnen
Vektorprinzip bleibt unklar	H3 ein Motiv laut denkend als Anweisungsfolge formulieren	ein zweites Motiv als Anweisung beschreiben

Herausforderung nach oben

E1 dieselbe Codierung auf ein anderes Raster übertragen.
E2 eine Codierung entwerfen, die mit weniger Zeichen auskommt, und den Gewinn begründen (Vorstufe der Komprimierungsidee).
E3 begründet entscheiden, welche Darstellung für ein Logo, ein Foto, ein Schulschild und ein Gerätesymbol geeignet wäre — und die Entscheidung gegen einen Einwand verteidigen.

Nachweis der Kompetenzen

Kompetenz	Wie sie in dieser Reihe nachgewiesen wird
D4	Codieren, blindes Decodieren, Vorschriftwechsel (L1, L2, L4)
D6	Rasterprinzip am Gerät, Anweisungsprinzip im Vergleich, begründete Wahl (L7, L8)

Wenn die Technik ausfällt

Zu jedem praktischen Schritt gibt es einen vollständigen Weg ohne Gerät. Er ist sofort einsetzbar und trägt dasselbe Fachprodukt:

Karopapier-Raster und Codekarten
Partnerarbeit „codieren — übergeben — blind decodieren — vergleichen"
vorbereitete Farb-/Speichertabelle
Anweisungsfolge auf Papier für das Vektorprinzip.

Der Kern von UV III — Vorschrift, Codierung, Decodierung, begründeter Vergleich — ist vollständig papierfähig. Die Matrix macht die Wirkung sichtbar, trägt aber keinen eigenen Nachweis.

Anschluss an andere Unterrichtsvorhaben

Aktivieren: Codiertabelle und Daten/Bedeutung aus II; Ablauf und Wiederholung aus I (für die Bildfolge).
Neu einführen: Pixel, Raster, Auflösung, Farbtiefe, Speicherbedarf, Vektorprinzip, begründete Darstellungswahl.
Übergeben: Codierungsbegriff an V (Abgrenzung zur Verschlüsselung) und an IV (was übertragen wird); Datenmengenvorstellung an X.