Algorithmen
Worum geht es?
Algorithmen sind eine Folge von Anweisungen um ein Problem zu lösen. Die Anweisungen müssen so klar sein, dass sie ein Mensch oder ein Computer eindeutig ausführen kann.
Mit einem Algorithmus sollte eine ganze Klasse von Problemen gelöst werden können. So können auch komplexe Probleme einfacher bearbeitet werden. Zum Beispiel kann das in der Mathematik die schriftliche Addition oder Multiplikation sein. Wenn man den Algorithmus zur Lösung dieser Verfahren verstanden hat, kann man damit beliebige andere Zahlen addieren oder multiplizieren. Weitere Beispiele aus dem Alltag sind das Navigationsgerät zur Berechnung der besten oder schnellsten Route oder Sortieralgorithmen zur Sortierung von Listen nach verschiedenen Kriterien (Alphabet, Zahlenwerte).
Algorithmen arbeiten häufig mit Parametern bzw. Eingabedaten. Bei der Addition oder Multiplikation sind das die Zahlen, die addiert oder multipliziert werden. Beim Navigationsgerät sind es der Start- und Zielort.
Wenn ein Computer Algorithmen ausführen soll, geschieht dies mithilfe einer Programmiersprache. Der Algorithmus muss also übersetzt werden. Einfache Probleme werden direkt programmiert, bei komplexeren wird zuerst ein Programmablaufplan (Flussdiagramm) erstellt. Dies ist eine graphische Darstellung des Algorithmus als Flussdiagramm.
Beim Programmieren werden Kontrollstrukturen verwendet, das sind Schleifen und bedingte Anweisungen.
Bedingte Anweisungen sind Verzweigungen in einem Algorithmus. Bei Scratch sind dies die Befehle:
Mit einem Algorithmus sollte eine ganze Klasse von Problemen gelöst werden können. So können auch komplexe Probleme einfacher bearbeitet werden. Zum Beispiel kann das in der Mathematik die schriftliche Addition oder Multiplikation sein. Wenn man den Algorithmus zur Lösung dieser Verfahren verstanden hat, kann man damit beliebige andere Zahlen addieren oder multiplizieren. Weitere Beispiele aus dem Alltag sind das Navigationsgerät zur Berechnung der besten oder schnellsten Route oder Sortieralgorithmen zur Sortierung von Listen nach verschiedenen Kriterien (Alphabet, Zahlenwerte).
Algorithmen arbeiten häufig mit Parametern bzw. Eingabedaten. Bei der Addition oder Multiplikation sind das die Zahlen, die addiert oder multipliziert werden. Beim Navigationsgerät sind es der Start- und Zielort.
Wenn ein Computer Algorithmen ausführen soll, geschieht dies mithilfe einer Programmiersprache. Der Algorithmus muss also übersetzt werden. Einfache Probleme werden direkt programmiert, bei komplexeren wird zuerst ein Programmablaufplan (Flussdiagramm) erstellt. Dies ist eine graphische Darstellung des Algorithmus als Flussdiagramm.
Beim Programmieren werden Kontrollstrukturen verwendet, das sind Schleifen und bedingte Anweisungen.
Bedingte Anweisungen sind Verzweigungen in einem Algorithmus. Bei Scratch sind dies die Befehle:
Schleifen (auch Iterationen, englisch: Loops) sind Wiederholungen. Bei Scratch sind dies die Befehle:
Für den Unterricht im Zyklus 2 eignen sich blockbasierte Programmiersprachen, die die Möglichkeit dieser Kontrollstrukturen bieten, wie z.B. Scratch. Weitere geeignete Programmiersprachen findet man hier.
Um zu überprüfen, ob ein Programm funktioniert, muss es immer wieder getestet werden. Es gibt manuelle und automatisierte Tests.
Wenn das Programm nicht genau das macht, was man vorgesehen hat, gibt es irgendwo im Programmcode einen Fehler. Den Prozess des Fehlersuchens nennt man Debugging. Systematisch wird der Programmcode untersucht, um den Fehler zu finden und zu korrigieren.
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Unterrichtsmaterialien
Lehrmittel
- connected 2: Das Einmaleins des Programmierens
- Einfach Informatik 5/6: Lösungen finden - 1. Maschinen steuern
- Einfach Informatik 5/6: Programmieren - 2. Tätigkeiten wiederholen
- Einfach Informatik 5/6: Programmieren - 4. Ein Programm für viele Bilder
- inform@21: Programmieren
Online
Weitere Ideen
- Rubik’s Cube
- Beebots/Ozobots
- Deutsch, Lehrmittel Sprachstarken: Wörtersortiermaschine
Lehrplan 21
MI.2.2
2 Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
Die Schülerinnen und Schüler...
2 Die Schülerinnen und Schüler können einfache Problemstellungen analysieren, mögliche Lösungsverfahren beschreiben und in Programmen umsetzen.
Die Schülerinnen und Schüler...
- c können Abläufe mit Schleifen und Verzweigungen aus ihrer Umwelt erkennen, beschreiben und strukturiert darstellen (z.B. mittels Flussdiagrammen).
- d können einfache Abläufe mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern lesen und manuell ausführen.
- e verstehen, dass ein Computer nur vordefinierte Anweisungen ausführen kann und dass ein Programm eine Abfolge von solchen Anweisungen ist.
- f können Programme mit Schleifen, bedingten Anweisungen und Parametern schreiben und testen.