Lernen mit Code Jumper: Lektionen, Lektion 12 Variablen

Ziele der Lektion

Die Schüler sollen verstehen, was eine Variable ist und in die Lage versetzt werden, Programme mit Variablen zu entwickeln.

Erwartete Ergebnisse

Schüler werden:

• Alle Schüler: erläutern können, dass eine Variable dazu dient, einen Wert zur späteren Verwendung in einem Programm zu speichern
• Die meisten Schüler: in der Lage sein, Variablen zu verwenden, um denselben Sound an verschiedenen Stellen in einem Programm abzuspielen
• Einige Schüler: in der Lage sein, Variablen zur Steuerung mehrerer Schleifen- und Auswahl-Pods zu verwenden

Lektionsstruktur

• Theorie
• Angeleitete Code Jumper-Aktivität
• Erkundung
• Standards und Überprüfung des Verständnisses

Ressourcen

• Code Jumper-Lehrvideos
  • Der Hub: https://www.youtube.com/watch?v=KGb51PW9zJQ&lis=
  • Abspiel- und Pause-Pod: https://www.youtube.com/watch?v=446jCw8qcDI&t=
  • Stecker: https://www.youtube.com/watch?v=hTy8moSohlE
• Code-Karten

Wichtige Begriffe

• Variable: ein Platzhalter für eine Information, die sich ändern kann
• Konstante: ein fester Wert in einem Programm

Ziel

Nach dieser Lektion wissen die Schüler, was eine Variable ist und wie sie in der Programmierung verwendet werden kann.

Materialien

• 2 Schachteln (groß genug für Karteikarten)
• Karteikarten (zwei pro Schüler)

Anweisungen

1. Erklären Sie den Schülern, dass man manchmal einen Wert oder eine Information zur späteren Verwendung in einem Programm speichern möchte. Eine Variable ist ein Speicher für einen Wert, der zu einem späteren Zeitpunkt in einem Programm wieder verwendet werden kann.
   • Sagen Sie den Schülern, dass sie sich eine Variable als eine Schachtel vorstellen können, in die sie einen Wert legen können, der dann an einem beliebigen späteren Punkt im Programm wieder verwendet werden kann.
2. Geben Sie jedem Schüler zwei Karteikarten. Auf eine Karte sollen die Schüler einen Ort schreiben bzw. tippen. Auf der anderen Karte sollen die Schüler einen Gegenstand schreiben bzw. tippen.
3. Dann sollen die Schüler die „Ort“-Karten in eine Schachtel und die „Gegenstand“-Karten in die andere Schachtel legen.
4. Nachdem Sie die Karten in den Schachteln gesammelt haben, schreiben Sie den folgenden Satz an die Tafel und stellen ihn den Schülern entsprechend ihrer Bedürfnisse zur Verfügung: „Morgen fahre ich nach (Ort) und muss (Gegenstand) mitbringen.“
5. Lesen Sie den Satz in der Gruppe gemeinsam laut vor. Lassen Sie die Schüler dann für jede Leerstelle eine Karte aus der Schachtel ziehen und diese an der entsprechenden Stelle des Satzes vorlesen, während dieser von der Gruppe laut vorgelesen wird.
6. Erklären Sie, dass sich dieser Satz wie ein Algorithmus verhält und die Felder „Ort“ und „Gegenstand“ als Variablen fungieren.
7. Geben Sie den Schülern Zeit, in ihren Informatik-Notizbüchern einen neuen Algorithmus bzw. Satz zu erstellen, der die gleichen „Ort“- und/oder „Gegenstand“-Variablen verwendet. (Beispiel-Antwort: „In (Ort) haben wir eine Schatztruhe mit (Gegenstand) darin gefunden.“)
8. Gehen Sie mit den beiden Schachteln zu jedem Schüler und lassen Sie ihn jeweils eine Karte herausziehen und in seine auszufüllende Leerstelle schreiben. Die Schüler können die Karten zurück in die Schachteln legen. Fahren Sie fort, bis alle Schüler ihre Sätze vervollständigt haben.
9. Geben Sie einigen (oder allen) Schülern Zeit, ihren Satz laut vorzulesen.

Abschluss

Rekapitulieren Sie mit den Schülern, dass man manchmal einen Wert oder eine Information zur späteren Verwendung in einem Programm speichern möchte. Eine Variable ist wie die Schachtel, die im Unterricht zum Aufbewahren der Karteikarten verwendet wird, nur dass die Schachtel in einem Computerprogramm einen Wert zur späteren Verwendung im Programm speichern kann.

Ziel

Schüler in die Lage zu versetzen, ein Code Jumper-Programm mit Variablen zu entwickeln.

Materialien

• Code Jumper-Kit
• Videos (Links)
• Code-Karten

Beispieltabelle für die Erfassung von Informationen in den Informatik-Notizbüchern:

Anweisungen

1. Bitten Sie die Schüler, ein einfaches Programm mit drei Abspiel-Pods in Anschluss 1 zu erstellen. Wählen Sie ein Soundset, z. B. Natur oder menschliche Geräusche, und stellen Sie jeden Sound-Regler auf einen anderen Sound ein.

   

2. Bitten Sie die Schüler, ihre jeweiligen Codes in ihren Informatik-Notizbüchern zu notieren. Diese sollten die Sounds und die Dauer der einzelnen Abspiel-Pods beinhalten.
3. Weisen Sie die Schüler an, den Variablen-Stecker aus dem Kit zu nehmen und sich einen Moment Zeit zu nehmen, um ihn zu betrachten und kennenzulernen. Beachten Sie, dass er größer als die violetten Stecker ist, und dass er oben einen Anschluss für einen violetten Stecker hat.

   

4. Lassen Sie die Schüler die Variable in den Sound-Regler des ersten Abspiel-Pods einstecken. Nennen Sie diesen ersten Variablen-Stecker den „Variablen-Stecker x“.

   

5. Bitten Sie die Schüler, den Code zu lesen. Weisen Sie darauf hin, dass die App bei eingestecktem Variablenstecker x anstelle des Sound-Namens ein x anzeigt. Wie ändert sich dadurch der Code des ursprünglichen Programms? Vergleichen Sie den gelesenen Code mit dem geschriebenen Code in den Informatik-Notizbüchern.

   

6. Weisen Sie die Schüler als nächstes an, den Konstanten-Stecker Nummer 4 in den Variablen-Stecker x zu stecken. Erklären Sie, dass dadurch der Wert von x festgelegt wird. Bitten Sie die Schüler, den Drehregler zu drehen und zu sehen, was passiert. (Der Sound ändert sich nicht, da er durch die Variable und die Konstante festgelegt ist.) Bitten Sie die Schüler erneut, den Code zu lesen und auf Veränderungen zu achten, die sich durch das Hinzufügen einer Konstante ergeben. Wie unterscheidet sich der Code vom Aussehen her?

   

7. Bitten Sie die Schüler, das Programm auszuführen und die abgespielten Sounds in ihren Informatik-Notizbüchern zu notieren.
8. Lassen Sie die Schüler einen weiteren Variablen-Stecker in den Sound-Regler des zweiten Abspiel-Pods und dann einen dritten Variablen-Stecker in den Sound-Regler des dritten Abspiel-Pods stecken. Stecken Sie keine Konstanten in den zweiten und dritten Variablen-Stecker. Erklären Sie, dass die Verwendung einer Konstante mit dem Variablenstecker x im ersten Abspiel-Pod dafür sorgt, dass die Noten auf allen Abspiel-Pods immer gleich sind.

   

   

9. Bitten Sie die Schüler, verschiedene Konstanten im Variablen-Stecker auszuprobieren und das Programm auszuführen.
10. Lassen Sie die Schüler den Code lesen und Beobachtungen dazu machen, wie der Code mit den jeweiligen Variablen aussieht.
    Bitten Sie die Schüler, das gerade erstellte Programm auseinanderzunehmen und ein neues zu erstellen.
11. Bitten Sie die Schüler, zwei Schleifen mit jeweils drei Abspiel-Pods zu erstellen und diese an verschiedene Anschlüsse anzuschließen. Schlagen Sie ihnen vor, unterschiedliche Soundsets zu wählen, um die beiden Schleifen leicht unterscheiden zu können.

    

    

    

12. Bitten Sie die Schüler, in jedem Schleifen-Pod einen Variablen-Stecker einzustecken und dann eine beliebige Konstante zu wählen, die in den Variablen-Stecker eingesteckt werden soll.
13. Fragen Sie die Schüler: Was denkt ihr, wird passieren, wenn ihr euer Programm abspielt? Bitten Sie die Schüler, dies in ihren Informatik-Notizbüchern zu notieren. (Korrekte Antwort: Beide Schleifen werden so oft wiederholt, wie auf dem Variablenstecker x angegeben.)
14. Weisen Sie die Schüler an, ihr Programm auszuführen, um ihre Vorhersagen zu überprüfen und dann in ihren Informatik-Notizbüchern festzuhalten, ob ihre Vorhersagen richtig oder falsch waren.
15. Bitten Sie die Schüler, eine der Konstanten zu entfernen und sie mit dem Zufall-Stecker zu ersetzen. Lassen Sie die Schüler dann vorhersagen und in ihren Informatik-Notizbüchern festhalten, was beim Ausführen des Programms passieren wird. (Korrekte Antwort: Bei jedem Programmdurchlauf wird x ein Zufallswert zugewiesen, der die Anzahl der Wiederholungen beider Schleifen festlegt.)
16. Weisen Sie die Schüler an, das Programm zwei bis drei Mal auszuführen, um zu sehen, ob ihre Vorhersage richtig war. Bitten Sie die Schüler, genau zuzuhören und zu zählen, wie oft die Schleife bei jedem Durchlauf des Programms durchlaufen wurde. Bitten Sie die Schüler dann, die Anzahl der durchlaufenen Schleifen in ihren Informatik-Notizbüchern festzuhalten.

    Beispieltabelle für die Erfassung der Daten:

    Versuch	Anzahl der Schleifen
    1
    2
    3

17. Erstellen Sie das Programm für Variablen, Codekarte 1: Row Your Boat mit Melodie mit Hilfe des Code Jumper-Kits. Spielen Sie das Programm für die gesamte Klasse ab.
18. Besprechen Sie mit den Schülern: Wie würden die Schüler dieses Programm neu erstellen? (Korrekte Antwort: indem sie es zerlegen.)
19. Bitten Sie die Schüler, in ihren Informatik-Notizbüchern eine Liste mit all den verschiedenen Teilen von Code Jumper zu erstellen, die ihrer Meinung nach benötigt werden, um dieses Programm neu zu erstellen.
    • Hub
    • 2 Schleifen-Pods
    • Pause-Pod
    • 5 Abspiel-Pods
    • Variablen-Stecker
    • Konstante Nummer 3
20. Bitten Sie die Schüler, das Programm zu analysieren. Wie viele Stränge hat es? (Korrekte Antwort: zwei)
21. Fragen Sie die Schüler, wie in diesem Programm durch die Verwendung einer Variable sichergestellt wird, dass jeder Strang gleich häufig abgespielt wird. (Korrekte Antwort: Die Verwendung des Variablen-Steckers mit der Konstante drei stellt sicher, dass die Noten innerhalb der Schleife und die Wörter Row, Row, Row synchron sind und jede Reihenfolge dreimal abgespielt wird.

Abschluss

• Bitten Sie die Schüler zu erklären, was eine Variable ist und ein Beispiel zu geben, wie sie eine Variable in einem ihrer Programme verwendet haben.

Übersicht

Bei dieser Erkundung erstellen die Schüler unter Verwendung des Variablen-Steckers ein Programm mit einem bestimmten Ergebnis.

Anweisungen

1. Die Schüler erstellen ein Programm mit einem Soundset ihrer Wahl und mit zwei Abspiel-Pods innerhalb einer Schleife. Bei jedem Schleifendurchlauf des Programms soll es eine Note zufällig auswählen und zweimal abspielen. Die Schleife sollte so eingestellt werden, dass sie sechsmal wiederholt wird. (Siehe Lösung 1 unten.)
2. Die Schüler erstellen ein Programm, das eine zufällige Note erzeugt und dieselbe Note gleichzeitig auf dem Klavier und der Geige spielt. Das Programm sollte acht Noten abspielen. (Siehe Lösung 2 unten.)

Lösung 1:

STRANG 1 Zahlen

WIEDERHOLE 6 Mal

x = zufällig

SPIELE x mit 1-facher Geschwindigkeit

SPIELE x mit 1-facher Geschwindigkeit

SCHLEIFE BEENDEN

STRANG BEENDEN

Lösung 2:

STRANG 1 Piano

WIEDERHOLE 8 Mal

x = zufällig

SPIELE x für 1 Takt

SCHLEIFE BEENDEN

STRANG BEENDEN

STRANG 2 Chor Ahhs

WIEDERHOLE 8 Mal

SPIELE x für 1 Takt

SCHLEIFE BEENDEN

STRANG BEENDEN

CSTA K-12 Computer Science Standards*

• 1B-AP-09: Erstellen von Programmen, die Variablen zum Speichern und Ändern von Daten verwenden.

Nationaler Lehrplan von England**:

Schlüsselphase 1:

• Verstehen, was Algorithmen sind; wie sie als Programme in digitalen Geräten eingesetzt werden; und dass Programme durch das Befolgen präziser und eindeutiger Anweisungen funktionieren
• Einfache Programme erstellen und darin Fehler suchen
• Logisches Denken anwenden, um das Verhalten einfacher Programme vorherzusagen
• Technologie zielgerichtet einsetzen, um digitale Inhalte zu erstellen, zu organisieren, zu speichern, zu bearbeiten und abzurufen
• Häufige Anwendungsgebiete von Informationstechnologie außerhalb der Schule erkennen
• Technologie sicher und respektvoll benutzen, persönliche Informationen privat halten; identifizieren, wo man Hilfe und Unterstützung erhalten kann, wenn man Bedenken hinsichtlich Inhalten oder Kontakten im Internet oder anderen Online-Technologien hat

Schlüsselphase 2:

• Entwickeln und schreiben von sowie Fehlersuche in Programmen, die bestimmte Zwecke erfüllen, einschließlich der Steuerung oder Simulation physischer Systeme; Problemlösung durch Zerlegen in kleinere Teile
• Verwendung von Sequenzen, Auswahlen und Wiederholungen in Programmen; Arbeit mit Variablen und diversen Arten der Ein- und Ausgabe
• Anwendung von logischem Denken, um zu erklären, wie einige einfache Algorithmen funktionieren und um Fehler in Algorithmen und Programmen zu erkennen und zu korrigieren
• Effektive Nutzung von Suchtechnologien, Verständnis dafür, wie Ergebnisse ausgewählt und priorisiert werden, und kritisches Urteilsvermögen bei der Bewertung digitaler Inhalte
• Sicherer, respektvoller und verantwortungsvoller Umgang mit Technologie; Erkennung von akzeptablem/inakzeptablem Verhalten; Identifikation diverser Möglichkeiten, um Bedenken im Hinblick auf Inhalte und Kontakte zu melden.

Abschließende Aktivitäten und Überprüfung des Verständnisses

Lassen Sie die Schüler besprechen, wo Variablen in ihrem täglichen Leben zu finden sind und lassen sie dies in ihre Informatik-Notizbücher zu schreiben.

Variablen, Codekarte 1: Row Your Boat mit Melodie

STRANG 1 Piano

x = 3

WIEDERHOLE x Mal

PAUSE für 1/4 Takt

SPIELE C5 für 1/2 Takt

SCHLEIFE BEENDEN

PAUSE für 1/4 Takt

SPIELE D5 für 1/2 Takt

SPIELE E5 für 1/2 Takt

STRANG BEENDEN

STRANG 2 Row Your Boat

WIEDERHOLE x Mal

SPIELE Row mit 1-facher Geschwindigkeit

SCHLEIFE BEENDEN

SPIELE Your boat mit 1-facher Geschwindigkeit

STRANG BEENDEN