Arbeitsblatt: Informatik

Material-Details

Werkstatt Hef
Informatik
Gemischte Themen
8. Schuljahr
12 Seiten

Statistik

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499
16
21.04.2016

Autor/in

Rok Tominec
Land: Schweiz
Registriert vor 2006

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Textauszüge aus dem Inhalt:

Werkstattheft Posten 1 Thema: Suchen Sortieren Aufgabe 1: Klasse sortieren Aufgabe 1.1 – Gemeinsamkeiten und Unterschiede Aufgabe 1.2 – Notiere die Lösung Mädchen: Knaben: Aufgabe 1.3 – Anzahl Geschwister der Knaben (z.B. Peter (4) Yanik (2)) Knaben: Aufgabe 1.4 – Anzahl Buchstaben im Vornamen der Mädchen Mädchen: Posten 1 Thema: Suchen Sortieren Du hast beim Sortieren sicherlich bei einigen Aufgaben ein bisschen mehr Zeit benötigt, als du zu Beginn der Aufgabe gedacht hast. Stell Dir einmal vor du hast einen PC mit allen Klassenlisten von allen Sekundarklassen der Schweiz. Das wären 131500 Klassenlisten. Diese grosse Zahl anhand von Kritieren zu Sortieren Suchen würde sehr viel Zeit brauchen. Viele PCs können dies aber trotz grosser Datei innert kürzester Zeit machen. Falls du in Zukunft deinen PC benutzt und er einmal 5-8 Sekunden länger laden muss – dann musst du geduldig sein. Er arbeitet je nach Dateigrösse so schnell er kann Merke Dir So wie Du in den Aufgaben deine Klasse sortiert hast, sortieren auch elektronische Geräte (Computer, Smartphone) die Dateien nach vorgegebenen Kriterien. 3 Beispiele, welche der PC sortieren kann: Musiktitel/Künstler Dateien Fotos 3 Kriterien, nach welchen ein PC die 3 Beispiele sortieren kann: Alphabet (Musiktitel/Künstler), Grösse der Datei/Dateityp (Word, PDF) Datum der Fotos/Grösse der Fotos Posten 1 Thema: Suchen Sortieren Aufgabe 2: Der Grösse nach sortieren Aufgabe 2.1 – Notiere die Lösung: Aufgabe 3: Die binäre Suche beim Raten der Zahl Aufgabe 3.1 – Notiere die Lösung: Zahl Anzahl Rate-Versuche: Zahl Anzahl Rate-Versuche: Zahl Anzahl Rate-Versuche: Aufgabe 3.2 – Notiere die Lösung anhand der binären Suche: Zahl Anzahl Rate-Versuche: Zahl Anzahl Rate-Versuche: Was ist der Unterschied zwischen dem Zufallsprinzip und der binären Suche: Merke Dir Was ist ein Algorithmus? Ein Algorithmus ist wie eine Art Rezept beim Backen eines Kuchens. Das heisst eine Anweisung/Regel wie vorgegangen wird. Binäre Suche: Beim Erraten der Zahl hast du binäre Suche angewendet. Bei der binären Suche hast du immer wieder den Algorithmus gewählt mit der mittleren Zahl zwischen der kleinsten und höchsten. Das Ziel der binären Suche ist, dass du deine Zahl schneller und effizienter gefunden hast. In der Informatik werden oft verschiedene Algorithmen eingesetzt. Lineare Suche: Ein anderer, einfacher Algorithmus wäre die lineare Suche. In diesem Beispiel wärst du so vorgegangen: Du hättest bei 0 angefangen, danach hättest du die 1, anschliessend die 2, 3, 4 etc. ausgewählt – bis es die richtige Zahl gewesen wäre. Wenn Dein Partner somit die Zahl 97 ausgewählt hätte, dann wäre die Suche sehr lange gegangen bist du bei der Zahl 97 angelangt wärst. Warum gibt es mehrere Algorithmen? Das liegt daran das jeder Algorithmus seine Vor- und Nachteile hat. Um diese Sortier- und Suchalgorithmen optimal einsetzen zu können, sollte man die Leistung bzw. Unterschiede der einzelnen Algorithmen kennen. Posten 2 Thema: Kontrollieren und Planen Aufgabe 1: Hilfe, die Klasse steckt im Stau Aufgabe 4.1 Mit welcher Regel a, b, oder lässt sich das Spiel nicht beenden, weil es zu einem deadlock kommt? Warum? Mit welcher Regel ist das Spiel am einfachsten und mit welcher am schwierigsten? Mit welcher Regel hat das Spiel am meisten Spass gemacht? A, b, oder d. Warum? Aufgabe 2: Gruppenarbeit nicht beendet Aufgabe 5.1 – Zeichne die Lösung in das Feld (Skizze). Warum wurde diese Gruppe nicht fertig? Posten 2 Thema: Kontrollieren und Planen Aufgabe 3: LIFO oder FIFO ist das die Band LMFAO oder was ist das? Aufgabe 6.1 – Last In First Out (LIFO) -Notiere richtige Reihenfolge. Was zuerst genannt wird, landet im Stapel zuunterst. Erklärung LIFO: Reihenfolge ist wichtig. Werden die Eissorten in anderer Reihenfolge genannt, ergibt das eine andere Glace. In der Informatik lernt man, wie nützlich es ist, wenn etwas geordnet ist. Und dass man verstehen muss, welche Ordnungen in welchen Situationen gelten. Ohne zu verstehen, wie der Glacestand handelt, kann man nicht gezielt eine bestimmte Glace bestellen. Ohne eine Situation zu verstehen, kann man kein dazu passendes Programm entwickeln. In der Glaceaufgabe wurde die LIFO Ordnung angewendet. Aufgabe 7.1 – First In First Out – (FIFO) Notiere richtige Reihenfolge Erklärung FIFO: Beim FIFO geht es in der Informatik nach dem Prinzip „Der Erste kommt zuerst. Dies ist eine andere Ordnungsmöglichkeit, welche angewendet werden kann. Posten 2 Thema: Kontrollieren und Planen Aufgabe 4: Random Choice, Round Robin oder Hidden Choice! Aufgabe 7.2 – Random Choice Notiere richtige Reihenfolge. Organisationsteam Klassenlager: 1. Zahl: Namen: 2. Zahl: Namen: Random Choice Random Choice bedeutet, dass die zufällige Wahl entscheidet. In diesem Fall der Würfel, welcher das Organisationsteam für das Klassenlager bestimmt. Aufgabe 7.2 – Round Robin Notiere die 4 Namen hin. Organisationsteam Klassenlager: Round Robin Beim Round Robin würdest du den Abzählreim immer weiterführen und den einzelnen Schülerinnen und Schüler neue Aufgaben zuweisen (z.B. jemand wäre fürs Abwaschen zuständig,. fürs Putzen, Spiele, Essen etc.). Es wird kein Schüler/In ausgelassen und jeder bekommt eine Arbeit, welche er ausführen kann. Nach diesem Prinzip arbeitet die Informatik auch oft. Wenn mehrere Prozesse gleichzeitig laufen, werden diese nicht nach der Wichtigkeit erledigt sondern nach der Round Robin Regel. Ebenfalls werden alle Prozesse gleich behandelt! Posten 2 Thema: Kontrollieren und Planen Aufgabe 7.3 – Hidden Choice. Notiere die drei Namen Organisationsteam für das Klassenlager: Name beim Kreuz: Name beim Kreis: Name beim Dreieck: Hidden Choice In diesem Fall strecken diese Schülerinnen und Schüler, welche das Klassenlager organisieren möchten. Die Lehrperson wählt jemanden aus. Ihr kennt die Regel nicht, nach welcher die Lehrperson jemanden ausgewählt hat. VIELLEICHT ist es Zufall vielleicht nicht. In der Informatik wird dabei von Hidden Choice gesprochen (Versteckte Wahl). Merke Dir Deadlock Man sprich von einem deadlock, wenn ein Vorgang nicht mehr funktioniert, so dass auch keine weiteren Vorgänge mehr einen Schritt machen können. Systemprogrammierer müssen darauf achten, dass nie zwei oder mehr Prozesse gegenseitig aufeinander warten. Diese Situation nennt man deadlock oder Systemblockade. Die Informatik hat viel theoretische und praktische Forschung dazu betrieben, wie das deadlock-Problem vermieden werden kann. Du hast zudem verschiedene Regeln der Informatik kennengelernt,(LIFO, FIFO, Random Choice etc.) damit viele Vorgänge gleichzeitig laufen können und es zu keinem deadlock kommt Posten 3 Thema: Programmieren und Codieren Aufgabe 1: Malen mit Befehlen Aufgabe 8.1 –Beantworte folgende Fragen: Wie war die Aufgabe für dich? Einfach oder schwierig? Waren die Anweisungen genau? Was haben klare Anweisungen beim Malen mit der Informatik zu tun haben? Notiere Aufgabe 8.1 – Malen mit Befehlen Posten 3 Thema: Programmieren und Codieren Aufgabe 2: Programmiere den Wanderweg Aufgabe 8.2 –Übertrage den Wanderweg in das Raster Gibt es mehrere Lösungswege oder nur einen? Beantworte die Frage. Aufgabe 8.3 –Übertrage den Wanderweg mit Hindernissen in das Raster Posten 3 Thema: Programmieren und Codieren Aufgabe 8.4 –Eigener Wanderweg mit Hindernissen Zusatzaufgabe 3: Malen mit Zahlen Aufgabe 8.5 – Malen mit Zahlen Wenn du fertig bist, dann mach dir folgende Überlegung: Wenn du jetzt die befehlende Person wärst, wäre die Aufgabe 1 einfacher gewesen mit diesem Zahlensystem für den Maler? Warum? Merke Dir Computer benötigen klare und eindeutige Befehle, damit sie dese erledigen können. In der Informatik müssen Progammierer in der Progammiersprache klare Algorithmen verwenden. D.h. ein Computer kann nicht zurückfragen wenn etwas nicht klar ist – sondern führt den Befehl einfach aus. Das heisst, beim Progammieren eines Gerätes müssen die Informatiker alle Möglichkeiten durchdenken, damit sie die Befehle zuweisen können. Bei der Herbstwanderung hast du erste, einfache Codes erstellt. Jetzt hast du ein bisschen gelernt, wie früher einfache Spiele auf dem PC programmiert wurden. Ebenfalls hast du gelernt, dass mehrere Schritte zusammengefasst werden können in einen. Bei ganz grossen Programmen erhöht sich die Schwierigkeit/Komplexität und dies vereinfacht das Programmieren. Posten 4 Thema: Computer können nicht alles. Aufgabe 1: Pack den Rucksack für die Wanderung Aufgabe 9.1 – Beantworte die Fragen schriftlich. Gibt es mehrere Lösungen? Warum? Wie viele Punkte waren am höchsten und wie viele Punkte hast du persönlich gemacht? Was könnte diese Aufgabe mit Informatik zu tun haben und was könnte das sogenannte Rucksackproblem sein? Posten 4 Thema: Computer können nicht alles. Aufgabe 2: Finde den schnellsten Weg Aufgabe 9.2 – Lösung Aufgabe Biber Zähle die Summe der einzelnen Wegabschnitte zusammen: Aufgabe 9.3 – Lösung Aufgabe Biene. Zeichne den von Summi in die Skizze. Flugweg Aufgabe 9.4 Was könnte die Biber- und Bienenaufgabe mit Informatik zu tun haben. Notiere deine Vermutungen in 1-2 Sätzen. Lies nun auf der nächsten Seite zuerst das Merke Dir, bevor du mit der Zusatzaufgabe 3 beginnst! Zusatzaufgabe 3: Belade die Boote Aufgabe 9.6 – Lösung Aufgabe Boote. Wenn die Fässer zu Lisa 1 gehören, dann macht eine kleine 1 oberhalb des Gewichtes. Wenn zu Lisa 2, dann eine 2! Merke Dir Viele Computerprogramme suchen nach der optimalen Lösung eines Problems. Dazu suchen sie, wie die Summ im Bibergarten, unter verschiedenen Möglichkeiten, hier sind es die möglichen Sammelrouten, die beste. Solches Suchen effizient, also mit möglichst wenig Aufwand an Prozessorzeit und Speicherplatz durch- zuführen ist ein wichtiges Thema in der Informatik. Dein Navigationssystem oder Routenplaner soll nicht nur irgendeine mögliche Strecke vom Start zum Ziel berechnen, sondern häufi den kürzesten Weg berechnen. Informatiker suchen nach Algorithmen zur Berechnung solcher kürzester Wege. Rucksackproblem Es müssen im Prinzip alle Möglichkeiten ausprobiert werden. Mit vielen Objekten ist das aber nicht mehr praktisch möglich, weil die Anzahl Möglichkeiten schnell astronomisch gross wird. Mittels der dynamischen Programmierung können auf raffinierte Weise nur interessante Möglichkeiten durchprobiert werden und man hat trotzdem die Garantie, dass die beste darunter sein muss. komplexere Algorithmen werden beno tigt, um optimale Lo sungen zu finden. Fu r einige Probleme la sst sich sogar nachweisen, dass diejenigen Algorithmen, die garantiert optimale Lo ungen finden, selbst von Computern nur mit unvertretbar hohem Aufwand ausgefu hrt werden ko