Lernfeld Algorithmen und Datenstrukturen

Die Materialien führen im Kontext eines Zeichenprogramms nach und nach in die wichtigsten Konzepte der Algorithmik ein. Dazu gehören die Verwendung von Anweisungen, Kontrollstrukturen und Variablen, die Kommunikation zwischen Objekten und das Zusammenfassen von Teilfunktionen in einer Operation (bei Snap! sind das die eigenen Blöcke). Diese Konzepte sollen abschließend im Rahmen eines kleinen Projektes selbständig angewendet werden.

Um dem unterschiedlichen Lerntempo der Schüler*innen und heterogenen Lerngruppen, in denen einige Schüler*innen bereits Vorkenntnisse im Bereich Algorithmik besitzen, gerecht zu werden, sind Zusatzmaterialien enthalten, die Ergänzungen auf einem komplexeren Niveau vorsehen.

Die Materialien richten sich vor allem an Lernende, die bereits erste Erfahrungen mit der Programmierung in einer grafischen Programmiersprache gesammelt haben und nun einen Einblick in die textbasierte Programmierung erhalten möchten. Das Materialpaket umfasst vier Themenblöcke.

Der Einstieg erfolgt über die Zeichenoperationen von Processing, die mit Benutzerinteraktionen kombiniert werden. Am Ende steht ein erstes eigenes Projekt.
Darauf aufbauend können grundlegende algorithmische Konzepte im Umgang mit Zeichenketten erarbeitet werden. Der Leitfaden orientiert sich am Leitfaden zur Zeichenkettenverarbeitung mit Snap!, so dass die Materialien auch parallel eingesetzt werden können.
Über die Gemeinsamkeiten der grafischen und textbasierten Programmiersprachen wird in einem weiteren Leitfaden die programmiersprachenunabhänge Darstellung von Programmen in Form von Struktogrammen motiviert.
Der vierte Leitfaden thematisiert das Erstellen eigener Methoden in Processing.

Diese Einheit knüpft an die Bildbearbeitung aus Anwendersicht an. Durch die (vereinfachte) Rekonstruktion ausgewählter Algorithmen, die den Funktionen eines Bildbearbeitungsprogramms zugrunde liegen, soll das Verständnis für die digitale Bearbeitung von Bildern vertieft werden. Zusätzlich wird das Erstellen von Falschfarbenbildern und eines Bausteinmosaiks aus einem Portraitfoto angeboten.

Die Materialien eigenen sich besonders für projektorientierten Unterricht, da sich innerhalb dieses Themenbereichs eine Vielzahl unterschiedlicher individueller oder arbeitsteiliger Projekte unterschiedlicher Komplexität umsetzen lassen.

Die Implementierung kann sowohl in der grafischen Programmiersprache Snap! als auch der textbasierten Programmiersprache Processing erfolgen. Die Lernenden sollten jedoch Vorerfahrungen im algorithmischen Problemlösen mit dem jeweiligen Werkzeug besitzen.

Die Materialien zum Suchen und Sortieren richten sich an Schüler:innen der Qualifikationsphase. Sie können sowohl in Kursen auf grundlegendem als auch auf erhöhtem Anforderungsniveau eingesetzt werden. Die Entwicklung eigener Such- und Sortierstrategien ist programmiersprachenunabhängig. Das Materialpaket enthält u.a. Vorlagen und Lösungen zur Implementierung selbst entwickelter Such- und Sortierverfahren in Snap! und Processing sowie ein Gruppenpuzzle zur Untersuchung bekannter Sortierverfahren.