Scratch Einführung in die Programmierung MINT Labortage 2017 Donnerstag, 23. März 2017 Hochschule Fulda, Fachbereich Angewandte Informatik Domgymnasium Fulda, Klasse 7 Peter Klingebiel, HS Fulda, Fachbereich AI

Ablauf des Labortages 1 Wer sind wir? Peter Klingebiel, Dipl.-Ing. Maschinenbau 21 Jahre Leiter DVZ der Hochschule Fulda, heute: Dozent im Fachbereich AI Maria Holstein und Vanessa Günzel, Studierende der Informatik Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Ablauf des Labortages 2 Wer seid Ihr? Interesse an Informatik? Kenntnisse in Informatik? Kenntnisse in Programmieren? ??? Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Ablauf des Labortages 3 Was wollen wir heute machen? Einführung und Motivation Wie funktionieren Computer? Was sind Programme? Grundlagen der Programmierung einfache Beispiele von Scratch-Programmen und praktische Übungen in Programmieren mit Scratch Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 1 Film: Hidden Figures – Unbekannte Heldinnen, USA 2016 Trailer: https://www.youtube.com/watch?v=brS10KpcTMY Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 2 Oder: Mondlandung Apollo 11 am 20. Juli 1969 https://www.youtube.com/watch?v=KoDICeGG4BU Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 3 Film Hidden Figures (2016): drei afroamerikanische Frauen, Catherine Johnson, Dorothy Vaughn und Mary Jackson, erobern sich Anfang der 1960er Jahre ihre Positionen als Mathematikerin, Informatikerin und Technikerin bei der NASA und tragen damit zum Erfolg des ersten Orbit-flugs mit der Friendship und John Glenn bei Mondlandung 1969: riesiger technischer und finanzieller Aufwand Landung war nur möglich mit umfassensten Kenntnissen von Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften, Technik … … und eben auch von Computern und Computerprogrammen Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 4 Margaret Hamilton, Mathematikerin, geboren 1936, 1969 bei der NASA verantwortlich für die Programmierung der Bordcomputer von Rakete und Apollo-Kapsel. Hier mit dem Ausdruck aller Programme Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 5 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einführung und Motivation 6 Lady Ada Lovelace 1815 bis 1852 britische Mathematikerin, erster Programmierer / erste Programmiererin der Welt! Nach ihr wurden die Programmiersprache ADA sowie der Preis Lovelace Medal benannt. Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 1 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 2 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 3 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 4 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 5 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Wie funktionieren Computer? 6 Mikroprozessoren (CPU) Ein- und Ausgabegeräte Speicher und und und …  Hardware („Blech“) Computer funktionieren nur mit Programmen!  Software Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 1 Computer … Programme beschreiben … … funktionieren nur mit Programmen / Software Programme beschreiben … … was ein Computer tun soll (Aufgabe, Problem) … wie ein Computer seinen Job erledigen soll (Ablauf) Programme gibt es für allgemeine Aufgaben (z.B. Windows) spezielle Aufgaben (z.B. ein Spiel oder Word) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 2 Beispiel: Lego Bauanleitung Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 3 DIY - Doppelkaffeetasse von Friedemann Weise https://www.youtube.com/watch?v=KivIinPxVbc Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 4 Definition: „Programmieren ist eine Tätigkeit, bei der versucht wird, durch systematischen Einsatz einer gegebenen Programmiersprache ein gestelltes Problem zu lösen.“ aus: H. Balzert, Lehrbuch Grundlagen der Informatik, 1999 Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Programmierung Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 5 Definition: „Algorithmen, die von einem automa-tischen Prozessor abgearbeitet werden, bezeichnet man als Programme. Ein Programm stellt die Realisierung eines Algorithmus dar. Im Gegensatz zu einem Algorithmus ist ein Programm konkreter und eingeschränkter.“ aus: Balzert, Lehrbuch ... Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Computerprogramm Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 6 Definition: „Algorithmus (Plural: Algorithmen), Problemlösungsbeschreibung, die festlegt, wie ein Problem gelöst werden soll.“ aus: Balzert, Lehrbuch ... Wikipedia: http://de.wikipedia.org/wiki/Algorithmus Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 7 Entwicklung von Programmen: Aufgabe / Problem so genau wie möglich beschreiben Beispiel: Idee / Ziel eines Computerspiels genau beschreiben Lösungsweg (Algorithmus) suchen und so genau wie möglich beschreiben Bsp: Ablauf des Spiels genau beschreiben Programm entwickeln (programmieren) Bsp: Computerspiel / Ablauf des Spiels in eine Programmiersprache umsetzen / codieren Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 8 Einfaches Spiel: „Hexe und Zauberer“ Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 9 Programmiersprachen Programme werden in Programmier-sprachen geschrieben / beschrieben Programmiersprachen verlangen fast immer eine exakte Beschreibung der Aufgabe und der Lösung der Aufgabe Programmiersprachen sind fast immer sehr pingelig und erfordern die genaueste Einhaltung der Syntax (Rechtschreibung) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 10 Spiel: „Hexe und Zauberer“ ungefährer Spielablauf: die Hexe (Witch) folgt dem Mauszeiger und bewegt sich über das Spielfeld prallt vom Spielfeldrand ab sagt alle Sekunde „Fang mich doch!“ und schickt diese Nachricht an den Zauberer der Zauberer (Wizard) rennt hinter der Hexe her sagt „Ha! Hab Dich“, wenn er die Hexe fängt / berührt und lacht dann hämisch Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 11 „Programmtext“ zum Spiel Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 12 Beispiel: Programmiersprache „C“ C-Programm wird als Text am Computer erstellt und „übersetzt“ Beispielprogramm hallowelt.c: // hallowelt.c #include <stdio.h> int main() { printf(„Hallo, Welt!\n“); return(0); } Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 13 Programmiersprache „Scratch“ einfache intuitive Programmiersprache, um Kinder und Jugendliche die Grundkonzepte der Programmierung spielerisch zu lehren entwickelt am MIT Media Lab unter Leitung von Prof. Mitchel Resnick MIT-Forschungsteam Lifelong Kindergarten Group Wikipedia: https://de.wikipedia.org/wiki/Scratch_(Programmiersprache) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 14 Prof. Mitchel Resnik, Erfinder von Scratch Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 15 Besonderheiten von „Scratch“: einfach und intuitiv zu bedienen sehr niedrige „Einstiegshürden“ Programme werden mit Bildchen und Symbolen spielerisch zusammen-geklickt“ wie „Spielen mit Legosteinen“ Scratch: https://scratch.mit.edu/ Programmieren auf der Website im Browser! mBlock: http://www.mblock.cc/ Download und Programmieren auf eigenem Computer! Hardware kann integriert werden! Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 16 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 17 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 18 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 19 Die Scratch-Oberfläche / Der Scratch-Editor (Internet) https://scratch.mit.edu/projects/editor/?tip_bar=home Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 20 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 21 Die mBlock-Oberfläche (lokal auf dem PC) http://www.makeblock.com Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Was sind Programme? 22 Hauptmenü Klänge Programmier- blöcke Kostüme Spielfläche Bühne Programmier-bereich Skripte Figuren Sprites Bühnenbilder Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 1 Programme werden aus unterschiedlichen Elementen zusammen“gebaut“ Einfachstes Element ist die Anweisung Beispiele (in C) printf(„Hallo, Welt!\n“); clear_screen(); Beispiele (in Scratch) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 2 C-Programme starten mit main() Scratch-Programme (Skripte) starten bei bestimmten Ereignissen Beispiele Grüne Fahne Taste Nachricht Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 3 C-Programme werden übersetzt und zu einem ausführbaren Programm montiert Scratch-Skripte werden durch Zusammen-fügen der Symbole durch Bewegen mit der Maus zusammengebaut Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 4 Beispiel: mint-beispiel1 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 5 die meisten Programme sind nicht so einfach gebaut. Fast immer ist eine Steuerung des Programmablaufs erforderlich Bedingungen: wenn / falls / falls sonst … Beispiele: falls das Licht an ist, dann schalte es aus wenn das Zimmer aufgeräumt ist, kannst du spielen, sonst räume weiter auf! Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 6 Schleifen: wiederhole solange bis / wiederhole n mal / wiederhole endlos … Beispiele: solange du die Hausarbeiten nicht fertig gemacht hast, kannst du nicht spielen gehen laufe zehn Runden um den Sportplatz Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 7 Objekte: Scratch hat als Grundelement der Programmierung Objekte (Figuren oder Sprites genannt) werden über Skripte programmiert / gesteuert haben Eigenschaften, z.B. Kostüme kommunizieren miteinander, schicken und empfangen Nachrichten Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Grundlagen der Programmierung 8 Beispiel: Katze und Panda, mint-beispiel2 Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einfache Beispiele 1 Ampelsteuerung (Simulation) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einfache Beispiele 2 Ampelsteuerung mit externer Ampel Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einfache Beispiele 3 Graph eines externen Potentiometers Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einfache Beispiele 4 Lichtsensor lesen und în Graph darstellen Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Einfache Beispiele 5 Frühstücksroboter von Simone Giertz (auf youtube) Lippenstiftroboter von Simone Giertz (auf youtube) Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017

Und jetzt: selber programmieren … Scratch - Programmiereinführung - Peter Klingebiel - 23. März 2017