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      Digitale Welt

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      AufgabeAlles digital!

      Ein Leben ohne Technik? Das kann sich heute wohl niemand wirklich vorstellen. Oft fällt uns gar nicht mehr auf, wie selbstverständlich wir Technik in unserem Alltag nutzen und wie viel Raum sie bereits in unserem Leben eingenommen hat. Computer, Internet und Handy begleiten uns überall und in vielen Lebensbereichen werden wir von digitalen Technologien unterstützt. Ohne diese Technologien würde das Leben, so wie wir es kennen, gar nicht funktionieren. Mit verschiedenen Anleitungen und Aktivitäten gehen die Mädchen im Themenschwerpunkt „Alles digital!“ den Funktions- und Denkweisen digitaler Geräte auf den Grund und erwerben ein erstes Verständnis für Algorithmen, Programmieren, Robotik, Codieren und verschlüsselte Nachrichten. Und das ganz analog!
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      AufgabeThemenbereiche

      Anhand der hier gesammelten Aktivitäten und Experimente zu den Themen Digitalisierung und digitale Technologien können verschiedene Themenbereiche auf leicht verständliche, spielerische Weise zugänglich gemacht werden. Dazu zählen folgende Themen:

      Digital und analog: Viele Alltagsgegenstände, die wir benutzen, haben die Funktion, dass sie Signale übertragen oder Daten darstellen. Zum Beispiel eine Uhr oder ein Fieberthermometer. Egal ob digital oder analog – sie zeigen Daten an, in diesem Fall Zeit und Temperatur. Der Unterschied liegt darin, wie das Signal übertragen wird. Ältere technische Geräte nutzten analoge Signale. Im Laufe der Digitalisierung wurden diese in digitale Signale umgewandelt. Ein analoges Signal lässt sich zum Beispiel ganz einfach umwandeln: Jemand spielt Gitarre. Dieses Signal hören wir analog. Wenn wir es mit dem Smartphone aufnehmen, haben wir ein analoges Signal in ein digitales umgewandelt.

      Digitalisierung: Dieser Begriff meint nicht nur die Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales. Oft ist damit auch gemeint, dass sich viele Lebensbereiche durch digitale Technik geändert haben oder ändern.

      Algorithmus: Ein Algorithmus ist eine Sammlung von Anweisungen und Regeln, wie eine Maschine Daten verändern, speichern, berechnen, übertragen und darstellen soll. Diese Anweisungen müssen präzise und lückenlos definiert werden, um einen korrekten Ablauf bzw. ein korrektes Ergebnis garantieren zu können. Die Daten werden nach dem EVA-Prinzip verarbeitet. Das heißt, es gibt einen Anfangszustand (Eingabe) und einen gewünschten Endzustand (Ausgabe). Dazwischen liegt die Verarbeitungsphase (V). Vereinfacht gesagt, ist es wie bei einem Kuchenrezept: Die Zutaten, die wir für den Kuchen brauchen, stellen die Eingabe dar. Die Ausgabe ist der Kuchen selbst. Die Verarbeitungsphase kann von einem Menschen oder auch von einer Maschine durchgeführt werden. Wichtig ist, dass die Handlungsanweisungen korrekt durchgeführt werden, damit der Kuchen gelingt. In der digitalen Welt sind Algorithmen ein Teil der Software eines Gerätes.

      Programmieren: Beim Programmieren übersetzt der Programmierer die Algorithmen in eine Programmiersprache. So werden Computerprogramme codiert. Das heißt, es werden Programme erstellt, die ein Computer oder andere digitale Geräte verstehen und ausführen können.

      Codieren / binäres Zahlensystem: Beim Codieren werden Informationen, die für Menschen verständlich sind, so umgewandelt, dass sie von Maschinen lesbar sind und von diesen bearbeitet werden können. In der Informatik wird hier häufig der Binärcode verwendet. Dieses binäre Zahlensystem besteht aus den Zeichen 0 und 1. Sie stehen für „kein Strom“ und „Strom“.
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      AufgabeBezug zum Unterricht

      Das Erforschen der Funktionsweise digitaler Technologien sowie die Auseinandersetzung mit Digitalisierung fördert viele Kompetenzen, die auch im Lehrplan der Volksschule angeführt werden. In den Erfahrungs- und Lernbereichen Zeit und Technik lassen sich vor allem folgende Bereiche hervorheben:

      • Verständnis für Entwicklungen, Veränderungen und Zukünftiges anbahnen
      • Kenntnisse über technische Gegebenheiten in der Umwelt des Kindes erwerben


      Die Kinder lernen:

      • Bedeutung von Informationstechnologien in der eigenen Lebenswelt erkennen
      • Informationen darstellen, verschlüsseln und entschlüsseln
      • Automatisierung von Handlungsanweisungen (verstehen, erstellen und ausführen)
      • Koordination und Steuerung von Abläufen

      Bei den Aktivitäten und Experimenten werden zudem Kompetenzen gefördert:

      • Einfache Sachverhalte und Handlungsabläufe beobachten und möglichst genau beschreiben
      • Anderen aufmerksam zuhören
      • Kreativität
      • Logisches Denken
      • Problemlöseverhalten
      • Abstrahieren
      • Konzentrationsfähigkeit

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      PraxisEinstieg ins Thema

      Brainstorming
      Zum Einstieg in das Thema können gemeinsam verschiedene Überlegungen angestellt werden:
      • Welche digitalen Geräte kennt ihr? (Laptop, Internet, Handy, Tablet, Fernseher, Radio, Spielekonsole, DVD, Digitalkamera, digitale Uhr, Fieberthermometer, ...)
      • Was benutzt du/deine Familie jeden Tag?
      • Was verwendest du am häufigsten?
      • Worauf könntest du verzichten?
      • Wie wäre es, wenn es dieses Gerät nicht mehr geben würde? Was könnte man stattdessen verwenden?
      • Wo schaut man nach, wenn man etwas wissen möchte? Wo kann man noch Informationen finden?
      • Was ist der Unterschied zwischen digital und analog? Welche Beispiele fallen euch ein?
      • ....

      Mein digitales Tagebuch
      Wir nutzen täglich verschiedene digitale Geräte. Sie gehören für uns so selbstverständlich zum Leben dazu, dass wir sie gar nicht bewusst wahrnehmen. Mit einem digitalen Tagebuch, dass die Kinder einen Tag lang führen, sollen sie ihr Nutzungsverhalten festhalten.

    • Arbeitsblatt "Digitales Tagebuch" - Teil 1 Datei
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    • Arbeitsblatt "Digitales Tagebuch" - Teil 2 Datei
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      Vorteile digitaler Technik

      Die Digitalisierung bringt für uns natürlich viele Vorteile und erleichtert uns den Alltag. Welche Vorteile fallen den Kindern ein?

    • Arbeitsblatt "Vorteile digitaler Technik" Datei
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      PraxisWie denkt ein Computer

      Einen Computer, einen Laptop oder ein Tablet haben wohl die meisten Familien zu Hause und vermutlich ist eines dieser Geräte auch in täglicher Verwendung. Aber wie denkt ein solches Gerät? Wie weiß es, was man von ihm will?

      Binäres Zahlensystem
      Binäres Zahlensystem

      Ein Computer kann nur zwei Zustände unterscheiden: „Kein Storm“ und „Strom“. In der Computersprache sind das die Zahlen 0 und 1. 0 bedeutet „kein Strom“ und 1 bedeutet „Strom“. Ein Computer „denkt“ also nur in den Zahlen 0 und 1. Das nennt man auch „binäres Zahlensystem“. Es ist quasi die Sprache des Computers. Alles, was wir auf dem Computer sehen oder hören (Texte, Filme, Musik, ...) speichert der Computer mit Hilfe dieser zwei Zahlen! Sogar jeder Buchstabe hat eine eigene Zahlenkombination aus 0 und 1.

    • Arbeitsblatt "Sprichst du computerisch?" Datei
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    • Bild "Binäres Zahlensystem - Glühbirne" Datei
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    • Bild "Binäres Zahlensystem - 0 und 1 mit Frosch" Datei
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      Bilder darstellen mit dem binären Zahlensystem

      Ein Computer kann nicht sehen, deshalb muss man ihm das Bild in einer Sprache beschreiben, die er versteht – nämlich mit dem binären Zahlensystem. Dazu wird das Bild in viele kleine Teile zerlegt. Diese Teile nennt man auch Pixel.

      Pixel

      Für jedes Bildteil merkt sich der Computer eine Zahlenkombination aus 0 und 1. Der Computer muss wissen, ob der Bildteil zum Beispiel färbig ist oder nicht. Weiße Bildteile beschreibt er mit 0 und färbige mit 1. Das sieht dann zum Beispiel so aus:

      Pixel Binärsystem

    • Bild "Pixel" Datei
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    • Bild "Pixel - Binäres Zahlensystem" Datei
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    • Arbeitsblatt "Code entschlüsseln" Datei
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    • Arbeitsblatt "Bild entwerfen" Datei
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    • Minibilder: Pixelbilder Link/URL

      Aufgabenstellung und Arbeitsblatt

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      Weitere tolle Anregungen zu Pixelbildern – zum Beispiel aus Post-its – finden Sie hier: https://mia.phsz.ch/Informatikdidaktik/PixelBilder

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      PraxisJetzt wird programmiert!

      Egal ob digitales Fieberthermometer, das Tablet oder das ferngesteuerte Auto. Sie alle haben eines gemeinsam: Sie machen genau das, was wir von ihnen wollen. Dafür drücken wir nur einen Knopf und der Befehl wird ausgeführt. Doch wie funktioniert das?

      Der Algorithmus

      Im Grunde wie ein Kochrezept. In der Fachsprache spricht man hier von einem Algorithmus. Dabei werden ganz genaue Handlungsvorschriften erstellt, an die sich eine Maschine halten kann. Das Fieberthermometer führt zum Beispiel auch einen Algorithmus aus: Sobald man auf den Knopf drückt, beginnt es, die Temperatur zu messen. Nach einer gewissen Zeit beendet es die Messung von selbst, zeigt die gemessene Temperatur an und schaltet sich aus. Diese Schritte müssen vorher präzise, lückenlos und in der richtigen Reihenfolge festgehalten werden. Nur so funktioniert das Thermometer wie gewünscht.

      Auch wir kennen solche Algorithmen aus unserem Alltag. Das kann zum Beispiel der Ablauf beim Händewaschen sein, das Rezept vom Lieblingskuchen oder das Schuhe binden.
      Welche Algorithmen bzw. Handlungsabläufe fallen den Kindern ein? Probieren Sie verschiedene Algorithmen aus:

      1. Handlung festlegen – Was soll die Maschine/das Gerät/der Roboter machen?
        Z. B. Hände waschen.
      2. Ablauf der Handlung bzw. Reihenfolge der Handlungsschritte festlegen.
        Z. B. Wasser aufdrehen, Seife in die Hand nehmen, ...
      3. Überprüfen! Ein Kind ist nun die Maschine/das Gerät/der Roboter und soll alle besprochenen Handlungsschritte, die ihm die anderen Kinder vorsagen, ausführen. Stimmt das so? Wurde etwas vergessen? Sind die Schritte bzw. Anweisungen genau genug?
      4. Hat es funktioniert? Oder muss der Algorithmus noch etwas angepasst werden?
      5. Nochmal ausprobieren! Passt es jetzt?


      Dazu eignet sich auch eine Gruppenarbeit, bei der die Kinder in verschiedene Rollen schlüpfen und sich als Programmierer oder Roboter ausprobieren. Dabei können sie gleich ihr erlerntes Wissen zu Algorithmen umsetzen:

    • Minibiber: Anweisungen wiederholen Link/URL

      Aufgabe und Kopiervorlagen

    • Minibiber: Becherfiguren Link/URL

      Aufgabe und Kopiervorlagen

    • Minibiber: Muster legen lassen Link/URL