Information und Daten

Das Themenfeld Information & Daten soll den Schülerinnen und Schülern die verschiedenen Darstellungsformen von Information und Daten, deren Beziehung untereinander und überhaupt die Unterscheidung, was denn nun Daten sind und was Informationen näher bringen.

Zentrales Element ist dabei der Perspektivwechsel: Wenn ich als Nutzer ein Bild, eine Zahl, einen Buchstaben grafisch repräsentiert auf dem Bildschirm sehe, wie sieht dies der Computer? Fast alle Schülerinnen und Schüler wissen, dass der Computer irgendwas mit Nullen und Einsen macht, doch wie genau die Binärzahlen funktionieren, das ist ihnen unbekannt.

Gleichzeitig bietet dieses Themenfeld viel Anknüpfungspotenzial aus dem Lebensalltag:

  • Im Supermarkt prangt auf jeder ein Strichcode, welcher zum Bezahlen nur noch über den Scanner an der Kasse gezogen werden muss.
  • QR-Codes finden sich mittlerweile häufig in Restaurants für die Online-Karte, bei Konzert-/Veranstaltungstickets und auch das 69€ der DB befindet sich als QR-Code in der entsprechenden Bahn App.
  • Die Raumnummern an vielen Schulen folgen einem klaren Schema – die Hundererzahl steht für die Gebäudeebene, danach folgt eine Nummerierung der Reihe nach bei den Zehnern. Teilweise ist ein Buchstabe für Gebäude oder zur Kennzeichnung der Art der Räume (Informatikraum, NaWi-Raum, Klassenraum, …) vorgestellt.

Eine exemplarische Unterrichtssequenz kann wie folgt sein. Begonnen wird mit der Konfrontation der Schülerinnen und Schüler mit den Binärzahlen und der Frage. Viele Schülerinnen und Schüler wissen bereits, dass der Computer irgendetwas mit ganz vielen Nullen und Einsen macht: Doch wie genau funktioniert das? Durch die Nutzung von Binärzahlkarten können sie sehr schnell Dezimalzahlen in Binärzahlen übersetzen und umgekehrt (Binärzahlkarten können selbst erstellt werden, es finden sich jedoch auch viele gute Quellen wie z.B. bei CS-unplugged). Nun wird man von dem einen oder der anderen Schülerin eine Beschwerde wie „Ich dachte wir haben Digitale Welt, warum machen wir Mathematik?“ vernehmen, doch andere haben viel Spaß dabei und stellen sich gegenseitig Aufgaben. Nachdem die Schülerinnen und Schüler die Grundlagen von Binärzahlen kennen und wie ein Computer eine Zahl sieht, kann im Rest der Reihe zur Reduktion des Kognitiven Overheads mit Dezimalzahlen gearbeitet werden.

Um von den trockenen Zahlen und der Mathematik abzuweichen folgen als nächstes Pixelgrafiken (Materialien). Die Schülerinnen und Schüler fangen mit einem einfachen Schwarz-Weiß-Bild an, welches sie danach mit 0 und 1 encodieren. Zur Festigung wird wieder ein Vergleich mit dem Computer gemacht und abschließend wird eine Rastergrafik mit bis zu 8 Farben gemalt. Die Encodierung wird auf dem Blatt oder eher (leichtere Fehlerkorrektur und Veränderbarkeit)  in Tabellenkalkulationsprogrammen wie Excel oder Calc durchgeführt. Durch das Füllen einzelner Felder kann eine Pixelgrafik geschaffen werden, eine zugehörige Legende für die Farben erstellt und diese mit Zahlen von 1 bis 8 (oder 000 bis 111) encodiert werden. Diese Näherung an eine Rastergrafik wie JPEG erlaubt den Schülerinnen und Schülern ein Verständnis, wie der Computer Bilder speichern kann und bietet ihnen viel Anknüpfungspotenzial für ihr Leben, wie in Computerspielen (Terraria, Minecraft, Fortnite) oder bei Bildern (Artefakte bei großer Vergrößerung). Als Entspannung, zum Stundenabschluss oder Puffer können die Schülerinnen und Schüler im Spreadsheet nun jederzeit einfach und mit viel Motivation Pixelgrafiken zeichnen.

Als nächster Unterrichtsinhalt kommen die Buchstaben mit der anfänglichen Fragestellung, ob der Computer Texte nun auch wie ein Bild als Raster von vielen Nullen und Einsen für schwarze und weiße Pixel speichert. Schnell merken die Schülerinnen und Schüler, dass das nicht effizient ist und auch viele Probleme hat – wie bei wechselnden Formaten. Ein Ansatz, welcher von den Schülerinnen und Schülern, meist schnell und intuitiv erarbeitet wird, ist die Verschlüsselung mit Zahlen: „a“ ist 1, „b“ ist 2 und so weiter. Damit haben sie auch schon die Grundlage von ASCII selbst erschlossen.

Fortgesetzt werden kann diese Reihe zum Beispiel mit der Behandlung von QR-Codes oder Strichcodes, es können Memories mit Dualzahlen & Binärzahlen oder ASCII-Wert & Zeichen oder einfache Verschlüsselungen („Geheimnachrichten“).