Thema DIGITALE WELT
Topic outline
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Alles 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! -
ThemenbereicheAnhand 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“. -
Bezug zum UnterrichtDas 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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Einstieg ins ThemaBrainstorming
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?
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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. -
Vorteile digitaler Technik
Die Digitalisierung bringt für uns natürlich viele Vorteile und erleichtert uns den Alltag. Welche Vorteile fallen den Kindern ein?
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Wie denkt ein ComputerEinen 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
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.
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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.
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:
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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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Jetzt 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:- Handlung festlegen – Was soll die Maschine/das Gerät/der Roboter machen?
Z. B. Hände waschen. - Ablauf der Handlung bzw. Reihenfolge der Handlungsschritte festlegen.
Z. B. Wasser aufdrehen, Seife in die Hand nehmen, ... - 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?
- Hat es funktioniert? Oder muss der Algorithmus noch etwas angepasst werden?
- 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:
- Handlung festlegen – Was soll die Maschine/das Gerät/der Roboter machen?
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Streng geheim - Verschlüsselte NachrichtenFrüher wurden viele Informationen per Post verschickt. Auch heute verschicken wir noch Briefe per Post, doch oft werden jetzt anstelle von Briefen elektronische Nachrichten verschickt, zum Beispiel E-Mails oder WhatsApp Nachrichten. Egal ob Post oder E-Mail, egal ob analog oder digital – uns ist wichtig, dass die Nachricht nur die Person liest, an die wir sie geschickt haben! Briefe stecken deshalb in einem Kuvert, das verschlossen ist. Doch wie ist das mit elektronischen Nachrichten? Sind diese auch gut verschlossen, damit niemand mitlesen kann, für den die Nachricht nicht bestimmt ist?
Natürlich werden auch elektronische Nachrichten davor geschützt, dass fremde Personen mitlesen oder die Inhalte der Nachricht verwenden. Dafür werden die Nachrichten besonders verschlüsselt und verpackt. Man spricht hier von Kryptographie. Dabei geht es darum, möglichst sichere Arten zu finden, wie man eine Nachricht verschlüsseln kann.
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Cäsar-Code
Eine der ersten Personen, die ihre Nachrichten verschlüsselt hat, war Julius Cäsar. Wenn es um sehr vertrauliche Dinge ging, nutzte Cäsar einen Geheimcode. Heute kennen wir diesen als Cäsar-Code oder als die Cäsar-Verschlüsselung. Bei diesem Code wird jeder Buchstabe der Nachricht mit einem anderen Buchstaben ersetzt. Um die Nachricht lesen zu können, musste der Empfänger den Code erst wieder entschlüsseln. So funktioniert es auch mit der Ver- und Entschlüsselung von elektronischen Nachrichten. Nur dass hier der Computer die Arbeit übernimmt.
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B-Sprache
Eine weitere Form eines Geheimcodes ist die B-Sprache, auch Bebe-Sprache genannt. Sie gehört zu den Spielsprachen und es handelt sich dabei um eine spielerische Modifikation einer bereits vorhandenen Sprache. Bei der B-Sprache gelten folgende Regeln: Nach jedem Selbstlaut wird ein „b“ eingefügt und der Selbstlaut nochmals wiederholt. Zum Beispiel: Hallo – Haballobo
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Experiment: Geheimschrift Zitronensaft
Ein tolles Experiment zum Ver- und Entschlüsseln von Nachrichten ist die Geheimschrift mit Zitronensaft. Mit dem Zitronensaft wird eine geheime Nachricht auf Papier geschrieben. Der Saft ist durchsichtig und ist er getrocknet, kann man die Botschaft nicht mehr lesen – sie ist verschlüsselt. Der Empfänger der Nachricht muss sie also entschlüsseln, um sie lesen zu können. Dazu hält er sie über eine Kerzenflamme. Die Wärme der Kerze lässt die Botschaft wieder aufscheinen.
Achtung: Gut aufpassen, dass das Papier nicht Feuer fängt!Hier gibt es eine Anleitung zum Experiment: Geheimschrift aus Zitronensaft
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