DGB 2: Programme und Daten
← Digitale Grundbildung 2. Klasse
Programme können Texte, Zahlen, Bilder und Töne nur verarbeiten, wenn diese als Daten in einer vereinbarten Form dargestellt werden. Dieses Kapitel verbindet vertraute Medien mit der informatischen Grundidee der Codierung: Zeichen, Zahlen, Pixel und Messwerte werden so gespeichert, dass Programme sie lesen, verändern und wieder ausgeben können.
Lehrplanbezug
| Bereich | Zuordnung |
|---|---|
| Kompetenzbereich | Produktion |
| Perspektiven | T |
| Schwerpunkt | Darstellen, wie Programme Daten speichern und verarbeiten |
| Kompetenz | Einfache Datenrepräsentationen untersuchen und erklären, wie Programme Eingaben als Daten speichern, nach Regeln verarbeiten und daraus Ausgaben erzeugen. |
Lernziele
Die Schülerinnen und Schüler können:
- Information und Daten unterscheiden;
- erklären, dass Programme Daten in festgelegten Darstellungen speichern;
- Texte als Folgen codierter Zeichen beschreiben;
- Zahlenwerte und als Text gespeicherte Ziffern unterscheiden;
- Pixelbilder als Raster von Farbwerten modellieren;
- Töne vereinfacht als Folge digitaler Messwerte einordnen;
- Variablen als benannte Speicherplätze bzw. Zuordnungen in Programmen erklären;
- Datentypen wie Zahl, Text und Wahrheitswert in einfachen Programmen unterscheiden;
- Eingabe, Verarbeitung, Speicherung und Ausgabe miteinander verbinden;
- einfache Regeln auf gespeicherte Werte anwenden;
- eigene kleine Codesysteme erstellen und auf Eindeutigkeit testen;
- Fehler durch falsche Datentypen oder uneindeutige Codierung erkennen.
Lerninhalte
Information wird zu Daten
Menschen verstehen Bedeutung; Computer verarbeiten zunächst strukturierte Daten. Das Wort „Hallo“, die Zahl 25, ein Foto und ein Ton benötigen jeweils eine technische Darstellung.
Damit Programme dieselben Daten verlässlich interpretieren können, müssen Regeln und Formate vereinbart sein.
Text als Zeichenfolge
Ein Text besteht für ein Programm aus einzelnen Zeichen, die intern durch Zahlenwerte repräsentiert werden. Zeichencodierungen wie Unicode sorgen dafür, dass Buchstaben, Ziffern und viele weitere Symbole eindeutig zugeordnet werden können.
Die konkrete Binärdarstellung muss in dieser Schulstufe nicht im Detail berechnet werden. Wichtig ist die Grundidee: Zeichen werden nach einer vereinbarten Codierung gespeichert.
Zahl oder Text?
`25` kann als Zahl für eine Berechnung oder als Zeichenfolge „2“ und „5“ gespeichert sein. Für Menschen sieht beides ähnlich aus, Programme behandeln die Werte aber unterschiedlich.
Eine Tabellenkalkulation kann beispielsweise mit echten Zahlen rechnen, während eine als Text interpretierte Eingabe manche Berechnungen verhindert.
Pixelbilder als Daten
Ein digitales Rasterbild besteht aus Pixeln. Jeder Pixel erhält Werte, die seine Farbe beschreiben. Ein einfaches Schwarz-Weiß-Bild kann im Unterricht als Raster aus 0 und 1 modelliert werden.
Durch Veränderung einzelner Werte verändert sich das sichtbare Bild. Damit wird unmittelbar erkennbar, wie Daten und Darstellung zusammenhängen.
Ton als digitale Messwerte
Schall ist ein physikalischer Vorgang. Bei einer digitalen Aufnahme wird das Signal in zeitlichen Abständen gemessen und als Folge von Werten gespeichert. Programme können diese Daten schneiden, verstärken, filtern oder wiedergeben.
Das Modell knüpft an die Unterscheidung von analog und digital aus der 1. Klasse an.
Variablen und Datentypen
Programme speichern Werte häufig unter Namen. Eine Variable wie `punkte` kann eine Zahl enthalten, `name` einen Text und `spielAktiv` einen Wahrheitswert.
Der Name hilft Menschen beim Verstehen des Programms. Der Datentyp beeinflusst, welche Operationen sinnvoll sind.
Verarbeitung nach Regeln
Ein Programm verarbeitet gespeicherte Daten nach festgelegten Anweisungen: Zahlen addieren, Text zusammensetzen, einen Wert vergleichen oder einen Pixel ändern.
Damit wird das bekannte EVA-Prinzip erweitert: Zwischen Eingabe und Ausgabe liegen gespeicherte Daten und Verarbeitungsschritte.
Aufgaben für den Unterricht
Informationen in Symbole übersetzen
Eine kleine Menge von Informationen wird mit selbst gewählten Codes dargestellt.
Arbeitsauftrag: Entwickle einen eindeutigen Code für fünf Zustände und lass eine andere Person die codierte Nachricht entschlüsseln.
Erwartetes Ergebnis: Eindeutiges Codesystem.
Texte als Zeichenfolgen untersuchen
Ein kurzer Text wird in Einzelzeichen zerlegt.
Arbeitsauftrag: Zähle Zeichen, Leerzeichen und Ziffern und überlege, welche Informationen ein Programm für die Darstellung benötigt.
Erwartetes Ergebnis: Grundverständnis digitaler Textdarstellung.
Zahlen und Text unterscheiden
Tabellen- oder Programmbeispiele enthalten ähnlich aussehende Werte.
Arbeitsauftrag: Entscheide, ob `25`, `025`, `25 km` und eine Postleitzahl als Zahl oder Text sinnvoll behandelt werden sollten, und begründe.
Erwartetes Ergebnis: Datentypbewusstsein.
Pixelbilder als Datenmodell erstellen
Ein Raster wird mit Zahlenwerten gefüllt.
Arbeitsauftrag: Erstelle ein 8×8-Schwarz-Weiß-Bild mit 0/1, tausche die Daten mit einer Partnergruppe und rekonstruiere deren Bild.
Erwartetes Ergebnis: Verbindung zwischen Daten und sichtbarer Darstellung.
Ton und Muster als Daten denken
Eine einfache Folge von Lautstärke- oder Tonwerten wird dargestellt.
Arbeitsauftrag: Zeichne aus vorgegebenen Messwerten einen Verlauf und erkläre, was beim Verändern einzelner Werte passiert.
Erwartetes Ergebnis: Vereinfachtes Audiodatenmodell.
Einfache Programmregeln anwenden
Gespeicherte Werte werden nach festen Regeln verändert.
Arbeitsauftrag: Führe eine Schrittfolge aus, die Punkte erhöht, Namen ausgibt oder Bedingungen prüft, und dokumentiere jeden Zwischenwert.
Erwartetes Ergebnis: Nachvollziehbare Datenverarbeitung.
Fehlerhafte Darstellungen erkennen
Codierungen oder Datentypen wurden absichtlich falsch verwendet.
Arbeitsauftrag: Finde Fälle, in denen Zahlen als Text behandelt, Pixelwerte vertauscht oder Codes mehrdeutig sind, und korrigiere sie.
Erwartetes Ergebnis: Fehleranalyse in Datenrepräsentationen.
Eingabe, Verarbeitung und Ausgabe verbinden
Das Datenmodell wird mit dem EVA-Prinzip verknüpft.
Arbeitsauftrag: Erstelle für einen Taschenrechner oder ein Quiz eine Tabelle mit Eingabe, gespeicherten Daten, Verarbeitung und Ausgabe.
Erwartetes Ergebnis: Systemverständnis.
Eigene Codesysteme entwickeln und testen
Eindeutigkeit wird praktisch überprüft.
Arbeitsauftrag: Entwickle einen kurzen Symbolcode, gib die Anleitung einer anderen Gruppe und korrigiere alle Mehrdeutigkeiten.
Erwartetes Ergebnis: Getestete Codierregel.
Reflexion und Ergebnissicherung
Die wichtigsten Darstellungsarten werden verglichen.
Arbeitsauftrag: Erkläre in je einem Satz, wie Text, Zahl, Bild und Ton zu Daten werden können.
Erwartetes Ergebnis: Fachsprachlich sichere Zusammenfassung.
Selbstcheck
- Ich kann Information und Daten unterscheiden.
- Ich kann erklären, dass Zeichen, Zahlen, Bilder und Töne unterschiedlich repräsentiert werden.
- Ich erkenne den Unterschied zwischen Zahl und Text.
- Ich kann ein Pixelbild als Rasterdaten modellieren.
- Ich verstehe Variablen und einfache Datentypen.
- Ich kann Eingabe, Speicherung, Verarbeitung und Ausgabe verbinden.