UV 7.4 Vom Programmbaustein zum Computerspiel – wie programmiert man einfache Animationen und Spiele?

Leitfragen: Wie können Animationen und Spiele entwickelt werden? Aus welchen Bausteinen ist eine Programmiersprache aufgebaut und wie können mit diesen Bausteinen Abläufe modelliert und das Verhalten von Objekten gesteuert werden?

Ausschärfung der Inhaltsschwerpunkte: Beispiele visueller Programmierung mit der Programmierumgebung Scratch Einführung in die Oberfläche und deren Bereiche, in grundlegende Funktionen und Hilfefunktionen Beispielaufgaben zur Manipulation und Interaktion von Objekten auf der Scratch-Oberfläche durch Skripte Syntax und Semantik von einfachen Scratch-Blöcken Erstellen von Animationen/Filmen durch Nutzung von Wiederholungsblöcken (Schleifen), Zustandsänderungen von Objekten durch Interaktion, durch Reagieren auf Ereignisse und auf Benutzereingaben Scratch-Blöcke zur Abfrage und zur Verzweigung bei Entscheidungen Methoden und Botschaften zur Interaktion mit anderen Objekten Variablen als Platzhalter von Informationen Abschlussprojekt (Beispiel: Programmierung eines Aktions-Spieles in Gruppen)

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

Nach Beschluss der Fachkonferenz sammeln die Schülerinnen und Schüler erste Erfahrungen mit einer Programmiersprache, der objektorientierten Denkweise und dem Entwurf algorithmischer Abläufe über die Arbeit mit der visuellen Entwicklungsumgebung Scratch.

Ausgehend von der Demonstration fertiger und das individuelle Erproben weiterer Beispiele, werden gemeinsam typische Details der Lernumgebung herausgehoben (Bühne, Blockpalette, Figurenliste, Programmierbereich). Die ersten Beobachtungen der Beispiele gehen dabei aus von einfachen verbalen Erklärungen der Animationen und der beteiligten Objekte und münden in ersten Analysen des Verhaltens von Objekten und der Beschreibung einzelner Aktivitäten in Form von Algorithmen. Mit den Schülerinnen und Schülern wird schrittweise herausgearbeitet, dass die Scratch-Welt aus einer Bühne besteht, auf der einzelne oder mehrere Figuren als Objekte alleine oder miteinander agieren können. Jedes Objekt hat einen Namen und der Zustand eines Objektes wird durch seine Eigenschaften bestimmt, die im Objektfenster angezeigt werden. Die Steuerung von Scratch-Objekten erfolgt mit Hilfe von Anweisungen, die in Form von graphischen Blöcken dargestellt und miteinander kombiniert werden. Programme in Scratch (Scratch-Skripte) sind immer an Objekte gebunden und werden erst ausgeführt, wenn bestimmte Ereignisse eintreten.

Im weiteren Unterrichtsgang wird geklärt, dass jedes Objekt nur bestimmte Zuständigkeiten hat und zum Verhalten und zur Struktur des Gesamtsystems beiträgt. Die Objektstrukturen werden zusätzlich durch Objektdiagramme verdeutlicht, in denen die Eigenschaften, die aktuellen Eigenschaftswerte und die Zuständigkeiten eingetragen werden. Mit komplexer werdenden Problemen werden Kontrollstrukturen eingeführt, die innerhalb der Zuständigkeiten bei Abläufen die Ausführungsschritte festlegen. Als wesentliche Kontrollstrukturen werden die Fallunterscheidung, die Wiederholung sowie die Sequenzbildung herausgestellt. Interessierte Schülerinnen und Schüler erhalten dabei die Möglichkeit, unterschiedliche Varianten der Kontrollstrukturen zu erproben. Eingegangen wird in passenden Zusammenhängen auf die Formulierung und Bedeutung von Bedingungen und auf Attribute als zu einem Objekt gehörende Variable. Auch hier bieten sich für Schülerinnen und Schüler viele Differenzierungs- und Vertiefungsmöglichkeiten.

Bei umfangreicheren Modellierungsaufgaben benutzen die Schülerinnen und Schüler in den Entwurfs- und Dokumentationsphasen Objektdiagramme, um in einem zu entwickelnden Gesamtsystem die Zuständigkeit beteiligter Objekte für bestimmte Verhaltensmuster fest zu legen. Die Modellierung der Abläufe unterstützen umgangssprachliche Formulierungen mit Pseudoprogrammieranweisungen und graphische Darstellungen durch Flussdiagramme.

Den Abschluss bildet eine Projektarbeit, deren Thematik, Umfang und Dokumentation mit der Lerngruppe abgestimmt wird.

Zeitbedarf: 21 Std.

Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen	Zu entwickelnde (inhaltsfeldbezogene konkretisierte) Kompetenzen	Vorhabenbezogene Absprachen / Beispiele, Medien, Materialien
Beispiele visueller Programmierung mit der Programmierumgebung Scratch Einführung in die Oberfläche, grundlegende Funktionen und Hilfefunktion Objekte, deren Manipulation und Interaktion im Rahmen von Beispielaufgaben Wiederholungen (Schleifen), Erstellen von Animationen/ Filmen Algorithmen und das Reagieren auf Ereignisse: Entscheidungen Interaktivität: Reagieren auf Benutzereingaben Methoden und Botschaften Variablen: Platzhalter für Werte Abschlussprojekt	Die Schülerinnen und Schüler identifizieren und benennen Grundkomponenten von Informatiksystemen und beschreiben ihre Funktionen (IF4, DI), identifizieren und erläutern in ausgewählten Anwendungen Datentypen, Attribute und Attributwerte von Objekten und dokumentieren sie unter Verwendung geeigneter Darstellungsformen (IF1, DI), führen Operationen auf Daten sachgerecht aus (IF1, A), erfassen, strukturieren und verarbeiten gleichartige Daten in altersgerechter Komplexität mit Hilfe geeigneter Werkzeuge (IF1, DI) benennen und formulieren Handlungsvorschriften aus dem Alltag (IF2, A), analysieren Handlungsvorschriften und überführen diese schrittweise in konkrete Handlungen (IF2, MI) überführen umgangssprachlich gegebene Handlungsvorschriften in eine formale Darstellung (IF2, MI), stellen Handlungsvorschriften unter Nutzung algorithmischer Grundbausteine dar (IF2, MI), entwerfen, implementieren und testen einfache Algorithmen mit Hilfe einer graphischen oder textorientierten Programmierumgebung (IF2, MI),	Die Entwicklungsumgebung Scratch 1.4 ist bereits auf allen Schulrechnern installiert. Sie kann unter https://scratch.mit.edu/scratch_1.4/ heruntergeladen werden, um von den Schülerinnen und Schülern auf den eigenen Rechnern installiert zu werden. Entwicklung eines Aktions-Spieles oder einer Animation in Gruppen (Beispiele: Ampelsteuerung, Labyrinth, Breakout-Spiel) Unter http://www.funlearning.de/ ist ein Unterrichtsgang mit Scratch beschrieben. Unter den Stichworten „Modellierung von Informatiksystemen“ und „Einstiege in die Programmierung“ findet man unter http://inf-schule.de/ weitere detaillierte Unterrichtseinheiten.     Als alternative Programmierumgebungen zur Durchführung dieses Unterrichtsvorhabens bieten sich EOS oder Python an.
Lernzielkontrolle: Dokumentation und Vorstellung der Projektarbeit		1. Beispiel für eine Test-/Lernaufgabe 2. Beispiel für eine Test-/Lernaufgabe