Patching - Games im Unterricht
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Impressum Modul 5 Herausgeber Landesanstalt für Kommunikation Baden-Württemberg (LFK) Anstalt des öffentlichen Rechts, vertreten durch den Präsidenten Dr. Wolfgang Kreißig Reinsburgstraße 27 70178 Stuttgart Gefördert durch das Ministerium für Kultus, Jugend und Sport Baden-Württemberg Autor Chris Binder Redaktion Laura Jaenicke, Landesanstalt für Kommunikation BW (LFK) Dejan Simonović Simonović, Stadtmedienzentrum Stuttgart am LMZ BW Design und Layout Jana Falkner Illustrationen Ilan Backmann Stuttgart, März 2021 Lizenz CC-BY-SA 4.0 Die Handreichung steht unter https://games-im-unterricht.de/toolkit/ auch als PDF zur Verfügung. Die Rechte aller verwendeten Grafiken und Bilder liegen beim Stadtmedienzentrum Stuttgart. Das Werk enthält Screenshots aus dem verwendeten Programm Minetest. Diese sind selbst erstellt und werden im Sinne eines Zitats zu Bildungszwecken genutzt. 2
Beschreibung ��������������������������������������������������������5 Einbindung in die Story��������������������������������������������6 Rahmenbedingungen ��������������������������������������6 Vorbereitung ����������������������������������������������������������������8 Durchführung Modul 5 Patching ���������������������15 5.1 Analoges Programmieren�����������������������������15 5.2 Chip (Bot) programmieren���������������������������17 5.3 Eigene Problemstellungen definieren ���19 5.4 Chip (Bot) durchs Labyrinth schicken�����21 Varianten/Abänderungen�������������������������������������22 Hilfestellungen ���������������������������������������������������������22 Hallo, ich bin Platina Toolkid! 3
Beschreibung Modul 5 | Patching Modul 5.1 Modul 5.2 Analoges Chip (Bot) Programmieren programmieren Modul 5.3 Modul 5.4 Eigene Problem- Chip (Bot) durchs stellungen definieren Labyrinth schicken Minetest ist ein freies Erkundungs- und Bauspiel ohne bestimmtes Ziel, in dem die Spieleransicht Minetest Spielwelt aus quadratischen Blöcken (Vo- xeln) aufgebaut ist. Als Einzel- und Mehr- spielerspiel bietet es vielfältige Anknüp- fungspunkte im Bildungsbereich und als virtueller Interaktions- und Lehr-/Lern- raum. Mithilfe von Modifikationen lässt sich die Spiellogik umfangreich erweitern. In diesem Modul werden Visual Bots pro- Modul 5 des Toolkits ist auf den Bildungs- grammiert, die als virtuelle Bewohner von plan Baden-Württemberg für den Aufbau- Minetest die Befehle der Spieler:innen aus- kurs Informatik in Klasse 7 ausgerichtet. führen. Es können Befehle ausgeführt und Dabei werden aus den prozessbezogenen aneinandergereiht werden. Es soll vermit- Kompetenzen Strukturieren und Vernet- telt werden, wie Probleme (Struktur bau- zen, Implementieren, Kooperativ arbeiten en, Hindernis überwinden) durch program- als auch Testen und Reflektieren abgedeckt. mierbare Einheiten gelöst werden können. Darüber hinaus vermittelt das Modul alle Dabei kommen Schleifen und Funktionen Kompetenzen des inhaltsbezogenen Be- zum Einsatz. Die Visual Bots führen die Be- reichs Algorithmen (siehe Einleitung, S. 6&7). fehle aus und interagieren mit der Umwelt. Die Interaktion ist visuell und auf nachvoll- ziehbare Weise in die virtuelle Umgebung von Minetest eingebunden. 5
Einbindung in die Story Platina und Chip besuchen die virtuelle Welt, in der sie ganz anders und „blockig” aussehen. Sie finden ein Labyrinth, das Pla- tina nicht betreten kann. Deshalb wird Chip losgeschickt, um die andere Seite zu errei- chen. Chip muss so programmiert werden, dass er den richtigen Weg durch das Laby- rinth findet. Rahmenbedingungen Zeit 4 Untermodule à 90 Minuten Das Modul besteht aus 4 Untermodulen, welche jeweils auf 90 min ausgelegt sind. Raum Präsenz- oder Fernunterricht Dieses Modul eignet sich sowohl für den Präsenz-, als auch für den Onlineunter- richt. Um den Onlineunterricht möglichst immersiv zu gestalten, bietet sich die Nutzung einer gleichzeitigen Audiokonferenz an. 6
Technik und Materialien Geräte : PC/Tablet Pro Schüler:in ein Android-Tablet oder PC, das mit dem Internet kommunizieren kann. Online: Virtuelles Klassenzimmer; Lehraccount und SuS-Login werden vom Kooperations- partner bereitgestellt Offline: Lokaler Server mit den folgenden Voraussetzungen: • Wlan-fähig • Windows, 7, 8, 10 → Wird das Modul online genutzt, sollten die Ports 30000-31000 für UDP im Schul- netz geöffnet sein →Jedes Schulnetz ist anders: Wenden Sie sich bei Problemen an Ihre:n Netzwerk- administrator:in 7
Vorbereitung Der Abschnitt Hilfestellungen (siehe S. 22) Das Landesmedienzentrum Baden-Würt- bietet eine Einführung in die Grundlagen, temberg verwaltet virtuelle Klassenzimmer das Inventar und pädagogische Werkzeuge für Minetest, die Ihnen für den Unterricht von Minetest. kostenfrei zur Verfügung gestellt werden. Sie können hier ein Klassenzimmer für Mo- Darüber hinaus bieten folgende Videos dul 5 beantragen: knappe Einführungen in Minetest: Grundlagen https://www.lmz-bw.de/minetest/ Innerhalb der Spielwelt haben die Schü- https://vimeo.com/476209254 ler:innen ihre eigenen Avatare. Durch die virtuelle Lernumgebung können Sie die Inventar Schüler:innen an verschiedenen Orten ver- sammeln und so Plenumsdiskussionen oder Gruppenarbeiten abbilden. Die Schüler:innen können im Inventar ihr Aussehen über Skins selbst festlegen und so einen persönlichen und wiedererkenn- https://vimeo.com/476209277 baren Avatar steuern. Wenn Sie das Modul online an Computern EduTest verwenden, können Sie vom Landesme- dienzentrum ein vorkonfiguriertes Paket erhalten, mit dem Sie parallel zu Minetest eine Sprachkonferenz mit Unterräumen abhalten können. Dies wird über die Open- Source-Audiokonferenz-Software Mumble ermöglicht. https://vimeo.com/529216016 Schauen Sie sich den Minetest-Level auf der Server-Login für Sie bereitgestellten Welt oder mit Hilfe des lokalen Webservers an. https://vimeo.com/499348830 8
Aufbau Minetest Level Der Level ist in folgende Bereiche aufgeteilt: 9 3 7 2 5 6 1 8 4 Baubereich: Labyrinth-Bereich: Lehrbereich: Untermodule 5.2 – 5.4 Untermodul 5.1 Start Im Detail befinden sich im Level folgende Strukturen: 9
Lehrbereich 1 mit Podium Labyrinth für eine/ 2 einen Schüler:in Glas-Ebene, von der aus ein Weg durch 3 das Labyrinth gese- hen werden kann Ruhebereich für die/ 4 den Gewinner:in des Labyrinths 10
Bauplätze für 5 Gruppen Lagerplatz für Chip- 6 Bots Erklärungstafel mit Hilfestellungen für 7 die Programmierung von Chip Gruppenbauplatz 8 mit Schild und Mate- rialtruhe 11
9 (Bonus) Rennstrecke (Bonus) Hindernisla- 10 ger für Rennstrecke Chip in Minetest In den Untermodulen 5.1 bis 5.4 werden die Schüler:innen mit Chip interagieren, der in der Spielwelt platziert und program- miert werden kann. Per Rechtsklick auf den Bot kann dieser visuell programmiert werden. Dabei werden die möglichen Be- fehle (links) durch Klicken nacheinander in das Programm geladen. Mit Klick auf den Startknopf beginnt der Bot sein Pro- gramm. 12
Programmierung von Chip Durch Rechtsklick auf Chip öffnet sich die Programmieroberfläche. Chip bewegen und auf An- Sie beinhält folgende Codeblöcke: fangsposition zurücksetzen Chip drehen Chip Blöcke abbauen und setzen lassen Turbomodus einschalten Anweisung x-mal wieder- holen → Dieser Block muss hinter der zu wiederholenden An- weisung platziert werden! Unterprogramme ausführen Erklärungstafel in Minetest Eine Erklärungstafel, die im Spiel als Refe- renz dient, befindet sich im Baubereich und kann von den Schüler:innnen als Referenz herangezogen werden. Durch Klicken auf einzelne Blöcke werden diese in das rechte Feld übertragen, in dem der Code gespeichert wird. 13
Durch Klick auf (Ausführen) arbeitet Chip seine Anweisungen ab. Anweisungen können wieder gelöscht werden, indem die Mülleimertas- te geklickt wird oder bestimmte Blöcke auf das Feld rechts neben dem Mülleimer gezogen werden. Mit der Löschen-Taste wird das derzeitige Programm gelöscht. Verlassen Sie die Programmieroberfläche durch die Escape-Taste (ESC) oder durch einen Klick auf das Verlassen-Symbol Es empfiehlt sich für mehrmaliges Testen des Programms, an dessen Ende den Block einzufügen, der Chip wieder an seinen Start- punkt zurücksetzt. So kann das Programm getestet und angepasst werden, während Chip immer wieder von seiner Ursprungs- position startet. Bleibt Chip dann an einer Stelle des Labyrinths hängen, wird er auto- matisch wieder an seine Ausgangsposition zurückkehren. Dadurch wird das Debugging durch Codeveränderungen erleichtert. 14
Durchführung Modul 5 Patching Patching besteht aus vier Untermodulen. Es Die Untermodule bauen zwar aufeinander wird mit einfachen Übungen angefangen, auf, können aber auch ohne Vorwissen ein- die ein analoges Programmieren simulie- zeln bearbeitet werden. Es ist wichtig, not- ren. Über das Gestalten von eigenen Pro- wendige Zeit für die Grundlagen von Mine- blemstellungen wird zu anspruchsvolleren test und das Kennenlernen der Chip-Bots Programmierungen übergeleitet. einzuplanen. 5.1 Analoges Programmieren Beim analogen Programmieren durchläuft Kommunikation gar nicht funktioniert, ein:e Schüler:in das Labyrinth und wird auf können Sie die Person im Labyrinth über Zuruf der Mitschüler:inen gesteuert. Aus die Lehrerkonsole EduTest (siehe S. 8) zu diesen Erfahrungen heraus wird in Gruppen sich teleportieren. Im besten Fall einigen eine Sprache entwickelt, mit der Schüler:in- sich die Schüler:innen ohne Absprache auf nen das Labyrinth effizienter durchqueren Befehle, die der Person im Labyrinth dabei können. helfen, den richtigen Weg zu finden. Wenn die Schüler:innen den Level zum ers- Rufen Sie die Schüler:innen zum Lehrbe- ten Mal betreten, erscheinen sie im Lehrbe- reich zurück und erörtern Sie mit ihnen, reich. Diesen können Sie nutzen, um grund- wie die Person im Labyrinth angesprochen legende Regeln des virtuellen Miteinanders werden muss, um den effizientesten Weg zu besprechen und die Grundlagen der zu finden. Sie können dabei über die Befeh- Steuerung zu vermitteln. le und die Sprache diskutieren, welche die Schüler:innen verwendet haben. Wieso war Glasplattform und Labyrinth diese effizient oder nicht? Hierbei gibt es viele mögliche Antworten, denen aber die Klarheit und Unmissver- ständlichkeit der Befehle eigen sein sollte. Im nächsten Schritt sollen die Schüler:innen in Gruppen eigene Sprachen entwickeln. Dazu können Sie in den Baubereich umzie- hen und die Schüler:innen ihren jeweiligen Baugebieten zuweisen. Die Schüler:innen können beispielsweise Schilder verwenden, um ihre Ideen aufzuschreiben. Aus der Gruppe kann ein:e Schüler:in aus- Sie können die Klasse dabei unterstützen, gewählt werden, welche:r das Laybrinth indem sie darauf hinweisen, welche Anwei- durchqueren soll. Dazu geht die ausgewähl- sungen für die erste Durchquerung des La- te Person die Treppe herunter und gelangt byrinthes besonders hilfreich waren. in den Labyrinthbereich. Die übrige Gruppe geht die Treppe hoch in den Glasbereich, Nach dieser Arbeitsphase sollten die Ergeb- von dem aus man das Labyrinth und den nisse gemeinsam besprochen werden. Um korrekten Weg im Blick hat. Die Gruppe die Sprachen zu evaluieren, bietet es sich im Glasbereich kann sich nun kurz mit der an, einige Schüler:innen anhand der ent- Struktur des Labyrinths vertraut machen. wickelten Sprache durch das Labyrinth zu Nun wird durch Zuruf die Person im Laby- schicken und die verwendeten Befehle zu rinth durch eben dieses gelotst. Falls die diskutieren. 15
Verlaufsplan | 5.1 Analoges Programmieren Phase und Material Dauer Unterrichts- Inhalt und Technik form SuS und Lehrkraft betreten die 10min Einstieg Welt und machen sich mit der Steu- erung vertraut. Einstieg, 5 min Unterrichts- Gruppeneinteilung freiwillig/Zufall gespräch Ausgewählte:r Schüler:in wird von Erarbeitung Gruppe gesteuert Evtl. Timer benut- 10 min I, Gruppen- → findet Labyrinthausgang zen arbeit → findet Labyrinthausgang nicht (Teleport zur Gruppe) Im Klassenzimmer oder Diskus- Problema- sionsplattform: tisierung, 20min Wie muss die Person angesprochen Unterrichts- werden, damit sie möglichst effizi- gespräch ent den Ausgang erreicht? SuS sollen in Gruppen eine effizi- ente Programmiersprache für die Reflexion, Labyrinthdurchquerung entwi- Schilder und Bü- 20 min Gruppen- ckeln. Es dürfen später nur exakt cher arbeit die entwickelten Befehle gegeben werden. SuS der Gruppen werden durch Sicherung, das Labyrinth geschickt, Program- 25 min Schülerprä- miersprache der jeweiligen Gruppe sentation wird diskutiert Anknüpfpunkte Informatik | 5.1 Analoges Programmieren Informatik Modul 1 (Programmier-)Sprache Natürliche Sprachen, Plansprachen, etc. Syntax Die Grammatik einer (Programmier-)Sprache. Wird diese ver- letzt, kann das Programm nicht richtig ausgeführt werden 16
5.2 Chip (Bot) programmieren Die Schüler:innen werden Gruppen zuge- Felder darf beliebig umgestaltet werden, ordnet und sollen auf vordefinierten Fel- um die Ziele zu erreichen. dern erste Erfahrungen in der Program- mierung der Bots machen. Innerhalb dieser Die Schüler:innen sollten sich mit jeweils einem Chip (Bot) ausstatten. Diese sind im Baubereich in einem Lagerraum verfügbar. Ein Bot kann, wie ein normaler Block, auf dem Boden platziert und dann über Rechts- klick programmiert werden. Erklären Sie an der Tafel im Baubereich, wie die Bots programmiert werden kön- nen und welche Funktionen zur Verfü- gung stehen. Die Schüler:innen können bei Problemen jederzeit an der Tafel nachschauen, um sich die Syntax zu ver- gegenwärtigen. Die Gruppen sollen sich zunächst auf dem freien Feld mit den möglichen Befehlen vertraut machen und Chip einfache Anwei- sungen geben. Dann soll dieser so program- miert werden, dass er sich von der silbernen Startfläche bis zur türkisgrünen Endfläche bewegt. Sobald die Steuerung der Chip-Bots gut te Hindernisse, die etwa einen Block hoch funktioniert, können Sie die Gruppen an- sind. weisen, Hindernisse aufzubauen, die Chip überwinden muss. Es empfehlen sich leich- 17
An der Tafel kann anschließend das Kon- Der zuvor aufgebaute Hindernisparcours zept der Wiederholungen (Schleifen) er- soll nun erneut durchlaufen werden. Zu- klärt werden, mit der Chip eine Anweisung vor sollen die Schüler:innen die Anweisun- mehrfach ausführt. Als Differenzierung bie- gen für Chip so optimieren, dass möglichst ten sich außerdem die Unterprogramme an, wenige Programmierblöcke verwendet die ihrerseits mit Anweisungen befüllt und werden (Refactoring). Am Ende der Ar- aus dem Hauptprogramm heraus mehrmals beitsphase dürfen die Schüler:innen ihre gestartet werden können. Dazu können die Ergebnisse präsentieren und erläutern, wie jeweiligen Programmreiter mit Befehlen sie den Programmcode vereinfacht haben. gefüllt und dann aus dem Hauptprogramm mit dem jeweiligen Programmblock aufge- rufen werden. Verlaufsplan | 5.2 Chip (Bot) programmieren Phase und Material Dauer Unterrichts- Inhalt und Technik form 5-10 Einstieg Grundlegende Erklärung der Bots min Chip-Bot Impuls, Grup- SuS erproben Bots: Einfache Stre- 15 min Material aus penarbeit cke zurücklegen Truhe Aufgabe: Baut für Chip ein Hinder- nis auf, das er abbauen muss, um Erarbeitung zum Ziel zu gelangen 20 min I, Gruppen- → Differenzierung: Baut einen Ab- arbeit grund, den Chip mit einem Block ausfüllt, so dass Ihr den Abgrund überqueren könnt. Impuls II, Schleifen (Wiederholungen) ge- 10 min Unterrichts- meinsam an der virtuellen Tafel Virtuelle Tafel gespräch erarbeiten Problema- Aufgabe: Optimiert Chip so, dass tisierung, 15 min Ihr möglichst wenige Programmer- Gruppen- blöcke verwenden müsst. arbeit SuS präsentieren Chips Program- Schülerprä- 10 min mierung und erläutern, wo sie den sentation Code optimiert haben 18
Anknüpfpunkte Informatik | 5.2 Chip (Bot) programmieren Informatik Modul 5.2 Schleifen Wiederholen einer Anweisungen, um diese nicht jedes Mal ex- plizit nennen zu müssen Refactoring Vereinfachen und Entschlacken des Programmcodes 5.3 Eigene Problemstellungen definieren Die Schüler:innen sollen innerhalb der Am Ende der Phase stellen die Schüler:in- Gruppen selbst Labyrinthe gestalten. Dazu nen ihre Labyrinthe vor und nennen selbst werden vordefinierte Bauplätze bereitge- einige Herausforderungen, die bei der Pro- stellt. Am Anfang sollen die Wände des La- grammierung von Chip beachtet werden byrinths nur einen Block hoch sein, damit müssten. Diese können unregelmäßige Ab- die Programmierung von Chip leichter aus- stände und häufige Richtungs- oder Höhen- fällt. wechsel sein. Stellen Sie den Schüler:innen vorab indivi- dualisiertes Material zur Verfügung oder Bauplatz in Minetest lassen Sie sie das Standardmaterial aus den Kisten benutzen, die am Eingang jeder Baufläche stehen. Die Gruppen sollen nun gemeinsam herausfordernde Labyrinthe gestalten. Als Differenzierungsaufgabe können die Gruppen später ihre Struktu- ren in die Höhe ausbauen. Auch hier sollte als letzte Anweisung der „Teleportiere dich nach Hause“-Block in der Programmierung stehen, damit das Testen von Chip mög- lichst einfach wiederholt werden kann. Besprechen Sie gemeinsam mit der Gruppe die Entwürfe. Ausgehend von den Rückmel- dungen können die Schüler:innen nun Ver- besserungen umsetzen. 19
Verlaufsplan | 5.3 eigene Problemstellungen definieren Phase und Material Dauer Unterrichts- Inhalt und Technik form SuS erhalten Aufgabe und Material 5 min Einstieg für Labyrinthbau Erarbeitung SuS sollen kollaborativ ein heraus- 20 min I, Gruppen- forderndes Labyrinth konstruieren arbeit Die Labyrinthentwürfe werden Reflexion, gemeinsam besprochen und Ver- 20 min Unterrichts- besserungsvorschläge und Anre- gespräch gungen eingebracht. SuS überarbeiten ihre Laybrinthe mit den Rückmeldungen und stel- Erarbeitung len diese fertig 25 min II, Gruppen- →Differenzierung: Mehrere Blöcke arbeit hohes Labyrinth konstruieren, des- sen Gänge jeweils 1 Block Durch- messer haben Reflexion, SuS stellen ihr Labyrinth vor und Schülerprä- nennen Herausforderungen für 15 min sentation/ Chip Unterrichts- gespräch 20
5.4 Chip (Bot) durchs Labyrinth schicken Den Schüler:innen werden Bots zur Ver- Zum Abschluss des Moduls können die fügung gestellt, die sie so programmieren Gruppen ihre Ergebnisse vorstellen und sollen, dass diese durch das Labyrinth navi- erläutern, welche Punkte bei der Program- giert werden können. mierung besonders komplex in der Um- setzung waren. Indem Chip losgeschickt Zuerst sollten sie sich Notizen machen und wird, ist der Programmcode auch für die vorhersehen, welche Bewegungen auszu- restlichen Schüler:innen nachvollziehbar. führen sind. Dann können sie die ersten Je nach Art der Herangehensweise der ein- Programmierversuche wagen. zelnen Gruppen können die Vorzüge eines Zum Abschluss sollen die Gruppen ihre Er- planenden Vorgehens und dem iterativen gebnisse präsentieren. Ansatz besprochen werden. In diesem Untermodul können die Gruppen entweder ihre eigenen oder die Labyrinthe anderer Gruppen bearbeiten. Erläutern Sie Bauplatz mit Hindernissen und Chip je nach Kenntnisstand kurz hilfreiche Funk- tionen der Bots (Wiederholungen/Unter- programme/nach-hause-Teleportieren). Die Schüler:innen sollen nun gemeinsam die Programmierung ihrer Chip-Bots pla- nen. Dabei können sie sich zuerst mit den Schildern aus der Truhe Notizen machen und so die Aufgabe in Teilschritte zerlegen. Aber auch ein direktes Loslegen und De- buggen von Chip ist ein möglicher Weg. Als Differenzierungsaufgabe können die Grup- pen ihre Programmierungen vereinfachen (Refactoring) oder mit einem zweiten Bot einen eventuellen zweiten möglichen Weg finden, der schneller ist. 21
Verlaufsplan | 5.4 Chip (Bot) durchs Labyrinth schicken Phase und Material Dauer Unterrichts- Inhalt und Technik form Bots bereitstellen und Aufgaben- 10 min Einstieg stellung erläutern SuS programmieren Bots Erarbeitung, →Differenzierung: Programmiere Chip-Bots 35 min Gruppen- Chip möglichst effizient und ver- Material aus arbeit ringere so die Anzahl der benutzen Truhe Programmierblöcke Anhand von 2-3 Gruppen wird die bisherige Programmierung er- 15 min Reflexion läutert; etwaige offene Fragen im Plenum beantwortet Reflexion, Die Gruppen stellen ihre Ergebnis- 25 min Schülerprä- se vor und erläutern ihre Herange- sentation hensweise an die Programmierung Varianten/Abänderungen • Anstatt eines Labyrinths, lassen sich • Die bereitgestellte Karte enthält auch Hindernisparcours aufbauen, Rennbahnen, die mit Hindernissen die von Chip absolviert werden müs- befüllt werden können. Die Schü- sen. Chip kann auch fliegen und muss ler:innnen können dann in Gruppen daher keinen Boden unter den Bei- ihre Chip-Bots so programmieren, nen haben. So lässt sich eine motivie- dass diese möglichst schnell die Ziel- rende Geschicklichkeitsaufgabe nut- linie erreichen. zen, in der Chip beispielsweise einen fehlenden Block platzieren muss, be- vor die Schüler:innen den Parcours durchqueren können. Hilfestellungen Modul 5 Handbuch (separat) 22
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