Roboter steuern — Befehle und Programme

MINT-Bereich: Informatik (Unplugged) | Klassenstufe: 1–4 Dauer: ~45 Min | Gruppengröße: 4–8 Kinder BEP-Bezug: Kommunikationsfreudige und medienkompetente Kinder; Lernende, forschende und entdeckungsfreudige Kinder | KC-Bezug: Sachunterricht — Medien und Technik: Technische Systeme

Lernziele

• Kinder verstehen, dass ein Programm eine geordnete Folge von Befehlen ist (Sequenz)
• Kinder erfahren, dass Computer nur ausführen, was genau programmiert wurde
• Kinder erkennen Fehler in einem Programm (Debugging) und können sie beheben
• Kinder (Klasse 3–4) verstehen das Konzept der Wiederholung (Schleife) und des Unterprogramms

Material

• [ ] Hütchen, Stühle oder Kreide-Markierungen für den Parcours
• [ ] Befehlskarten (laminiert oder auf Karton): VORWÄRTS, LINKS, RECHTS, STOPP, DREHEN
• [ ] Optional: Augenbinde oder Schlafmaske für den "Roboter"
• [ ] Programm-Vorlage zum Aufschreiben der Befehlsfolge (A5, mehrere Kästchen)
• [ ] Stifte
• [ ] Forscherprotokoll-Vorlage (→ ../../vorlagen/)

Durchführung

Forscherkreis

1. Frage stellen — "Könnt ihr einen Roboter nur mit Worten durch einen Parcours steuern, ohne ihn anzufassen?" Impuls: "Stellt euch vor, ein Roboter versteht nur vier Wörter: VORWÄRTS, LINKS, RECHTS und STOPP. Mehr nicht. Wie würdet ihr ihm sagen, er soll um einen Stuhl herumgehen?"

2. Vermutungen sammeln — Kinder äußern Ideen und testen sie gedanklich: "Ich sage VORWÄRTS, RECHTS, VORWÄRTS..." Frage: "Was passiert, wenn ihr 'Geh ein bisschen' sagt — versteht der Roboter das?" Kinder erkennen: Befehle müssen eindeutig und präzise sein.

3. Ausprobieren — Phase 1: Schritt-für-Schritt steuern — Ein Kind ist der "Roboter" (steht aufrecht, Arme seitlich, bewegt sich nur auf Befehle hin). Andere Kinder steuern reihum mit mündlichen Befehlen durch den Parcours. Regel: Der Roboter macht GENAU das, was gesagt wird — nicht mehr, nicht weniger. Jeder Schritt = ein Befehl "VORWÄRTS". Kein "Geh drei Schritte" in Phase 1.

4. Ausprobieren — Phase 2: Programm aufschreiben — Kinder schreiben die Befehlsfolge für den Parcours auf (z.B. VORWÄRTS, VORWÄRTS, LINKS, VORWÄRTS, RECHTS, STOPP). Das Programm wird dann vom Roboter "ausgeführt", ohne weitere Hilfe. Was passiert? Ist das Programm korrekt?

5. Beobachten — Funktioniert das Programm? Wo geht der Roboter falsch? Kinder identifizieren die fehlerhafte Stelle ("Bug") im Programm. Programm korrigieren und erneut ausführen.

6. Reflektieren — "Was war das Schwierigste beim Programmieren?" / "Was bedeutet Debugging?" / "Was passiert, wenn der Roboter einen Befehl nicht kennt?" / "Wie könnte man das Programm kürzer machen, wenn sich ein Schritt oft wiederholt?"

Befehlssatz (Grundversion)

Erweiterung: Schleifen (Klasse 3–4)

Statt: VORWÄRTS VORWÄRTS VORWÄRTS VORWÄRTS Schreiben: WIEDERHOLE 4 MAL: VORWÄRTS

Kinder testen: Welche Teile ihres Programms können als Schleife geschrieben werden?

Erweiterung: Unterprogramme (Klasse 3–4)

Ein häufig verwendeter Befehlsblock bekommt einen Namen: - UM-DEN-STUHL = LINKS, VORWÄRTS, VORWÄRTS, RECHTS, VORWÄRTS, VORWÄRTS, RECHTS

Dieser Block kann dann im Programm mit einem Wort aufgerufen werden. Das ist das Prinzip von Funktionen und Prozeduren in echter Programmiersprache.

Differenzierung

• Klasse 1–2: Nur Phase 1 (mündliche Steuerung); einfacher Parcours (3–4 Hindernisse); Augenbinde weglassen (Roboter schaut einfach geradeaus); Fachkraft übernimmt Protokoll; Befehlskarten als Bilder (Pfeilkarten)
• Klasse 3–4: Beide Phasen; komplexer Parcours; Schleifen und Unterprogramme einführen; zwei Teams schreiben Programme füreinander und tauschen; Wettbewerb: Wessen Programm ist das kürzeste für den gleichen Parcours?

Hintergrundwissen (für Fachkräfte)

Das Steuern eines "menschlichen Roboters" macht das grundlegendste Konzept der Programmierung erfahrbar: eine Sequenz — eine geordnete Folge von Befehlen, die ein Computer Schritt für Schritt ausführt. Der Computer führt immer genau das aus, was im Programm steht — nicht mehr und nicht weniger. Missverständnisse, Lücken oder Fehler im Programm führen sofort zu sichtbarem Fehlverhalten.

Das Finden und Beheben von Fehlern im Programm heißt Debugging. Der Begriff geht historisch auf einen tatsächlichen Käfer (Bug) zurück, der sich 1947 in einem Relais des Harvard Mark II-Computers verfangen hatte und diesen zum Absturz brachte. Heute bezeichnet "Bug" jeden Fehler in einem Programm, und "Debugging" ist eine der wichtigsten Fähigkeiten von Programmiererinnen und Programmierern.

Schleifen (engl. loops) sind ein weiteres grundlegendes Konzept: Wiederholungen von Befehlsblöcken werden nicht mehrfach aufgeschrieben, sondern einmal definiert und dann n-mal ausgeführt. Echte Programmiersprachen kennen verschiedene Schleifentypen: for-Schleifen (n-mal wiederholen), while-Schleifen (wiederholen, solange eine Bedingung gilt) und do-while-Schleifen.

Unterprogramme (Funktionen, Prozeduren) ermöglichen es, häufig verwendete Befehlsfolgen unter einem Namen zusammenzufassen und wiederzuverwenden. Das spart Code, macht Programme lesbarer und erleichtert Fehlerbehebung erheblich.

Sicherheitshinweise

• Parcours so aufbauen, dass keine Sturzgefahr besteht (keine scharfen Kanten, rutschfeste Unterlage)
• "Roboter"-Kind nicht mit Augenbinde in der Nähe von Treppen oder Stufen einsetzen
• Klare Regel: Der Roboter stoppt sofort, wenn er "NOTFALL-STOPP" oder das Stichwort der Fachkraft hört
• Bei jüngeren Kindern (Kl. 1): Augenbinde weglassen

Qualitätsprüfung

• [x] BEP-konform | [x] KC-Bezug | [x] Forscherkreis
• [x] Kein Computer/Gerät erforderlich | [x] Sachlich korrekt | [x] Differenziert