Informatik 5: Algorithmen entwerfen und implementieren
Ein Algorithmus beschreibt einen eindeutigen Lösungsweg; ein Programm setzt einen solchen Lösungsweg in einer Programmiersprache um. In dieser Einheit planst du Algorithmen, stellst sie verständlich dar und implementierst kleine Programme.
Lernziele
Nach dieser Einheit kannst du:
- den Begriff Algorithmus erklären und typische Eigenschaften nennen.
- ein Problem in geordnete Verarbeitungsschritte übersetzen.
- Algorithmen mit Ablaufplan oder Pseudocode darstellen.
- Variablen, Ein- und Ausgabe, Bedingungen und Wiederholungen in kleinen Programmen einsetzen.
- einen geplanten Algorithmus in einer Programmiersprache implementieren.
- Testfälle entwerfen, Fehler lokalisieren und Programme verbessern.
Vorwissen aus der Digitalen Grundbildung
Du kennst einfache Programmierideen aus der Digitalen Grundbildung. In der 5. Klasse geht es um einen bewussteren Entwicklungsprozess: Problem verstehen, Lösung planen, implementieren, testen und verbessern.
Lerninhalte
Vom Problem zum Algorithmus
Vor dem Programmieren sollte klar sein, welche Eingaben vorliegen, welches Ergebnis erwartet wird und welche Schritte dazwischen notwendig sind. Ein Algorithmus soll endlich, eindeutig und ausführbar sein.
Darstellungen
Ablaufpläne machen Verzweigungen und Wiederholungen sichtbar. Pseudocode beschreibt den Lösungsweg textuell, ohne an jede Regel einer konkreten Programmiersprache gebunden zu sein. Beide Darstellungen helfen, Logik vor Syntax zu prüfen.
Grundbausteine
Sequenzen führen Anweisungen nacheinander aus. Bedingungen wählen abhängig von einem Ausdruck unterschiedliche Wege. Schleifen wiederholen Anweisungen. Variablen speichern Werte, die sich während der Programmausführung ändern können.
Implementieren
Eine Programmiersprache übersetzt den geplanten Lösungsweg in eine präzise Form, die ausgeführt werden kann. Die konkrete Syntax hängt von der verwendeten Sprache ab; die Grundideen bleiben jedoch vergleichbar.
Testen und Debuggen
Ein Programm gilt nicht als korrekt, nur weil es einmal funktioniert. Gute Tests enthalten typische Fälle, Randfälle und – wenn sinnvoll – ungültige Eingaben. Debugging bedeutet, die Ursache eines Fehlers systematisch zu finden und zu beheben.
Iterativ verbessern
Programme werden schrittweise entwickelt. Zuerst sollte eine kleine korrekte Kernlösung funktionieren. Danach werden weitere Fälle, bessere Struktur oder zusätzliche Funktionen ergänzt.
Üben und Anwenden
Aufgabe 1: Alltagsalgorithmus
Beschreibe einen alltäglichen Ablauf so präzise, dass eine andere Person ihn ohne Rückfrage ausführen kann. Finde anschließend mindestens eine unklare Stelle und verbessere sie.
Aufgabe 2: Pseudocode
Entwirf einen Algorithmus, der drei eingegebene Zahlen vergleicht und die größte ausgibt. Stelle ihn zuerst als Pseudocode dar.
Aufgabe 3: Mini-Programm
Implementiere einen kleinen Algorithmus in der im Unterricht verwendeten Programmiersprache. Verwende mindestens eine Variable, eine Bedingung und eine Wiederholung.
Aufgabe 4: Debugging
Teste dein Programm mit mindestens fünf Fällen. Dokumentiere einen gefundenen Fehler mit Ursache, Korrektur und erneutem Test.
Kompetenzcheck
Prüfe dich selbst. Du solltest die folgenden Punkte ohne Hilfe erklären oder anwenden können:
- Ich kann Algorithmus und Programm unterscheiden.
- Ich kann einen Lösungsweg vor dem Codieren als Pseudocode oder Ablaufplan formulieren.
- Ich kann Bedingungen und Wiederholungen sinnvoll einsetzen.
- Ich kann ein kleines Programm selbst implementieren.
- Ich kann Testfälle formulieren und einen Fehler systematisch beheben.