Als unzweifelhaft langlebigstes Element des Informatikunterrichts gilt das algorithmische Denken. Im Zeitalter der Informations-Technologien ist ein Grundverständnis algorithmischer Prozesse für alle Schüler anzustreben. Doch wie erreicht man das, ohne dass der Unterricht zu einem Programmierkurs entartet? Hier bietet die an der ETH-Zürich entwickelte und mit dem /European Academic Software Award 2002/ ausgezeichnete Kara-Lernumgebung in didaktisch meisterhafter Weise Lösungen für verschiedene Anspruchsniveaus an. Kara ist ein Marienkäfer, der in seiner begrenzten Welt zwischen Baumstümpfen, Pilzen und Kleeblättern lebt. Er kann sich bewegen, Kleeblätter ablegen oder aufnehmen und Pilze verschieben. Sensoren ermöglichen es ihm, Baumstümpfe vor und neben sich, Pilze vor sich und Kleeblätter unter sich zu erkennen. Das ist alles. Kara kann nun auf verschiedene Arten gesteuert bzw. programmiert werden:
- Als endlicher Automat wird er durch rein graphische Erstellung eines Zustands- Übergangs-Diagramms ohne eine einzige Zeile Text zum Leben erweckt. Die Bedienung ist beispielhaft intuitiv, so dass keinerlei Erklärungen seitens der Lehrkraft nötig sind. Wenn man Schüler erleben möchte, die mit höchster Konzentration auch in der Pause durch arbeiten und schwierige Probleme mit viel Spaß dabei lösen, der sollte ihnen Kara zeigen. Da das Konzept des endlichen Automaten den Schülern weitgehend unbekannt ist, ergibt sich ein positiver Nebeneffekt dadurch, dass ein Schüler mit gewissen Grundkenntnissen informatischer Inhalte praktisch keine Vorteile gegenüber einem Anfänger besitzt. Beide müssen sich einfach nur auf das Analysieren des Problems und das Entwerfen einer Lösung konzentrieren und lernen dabei wie bei kaum einem anderen Unterrichtsgegenstand striktes logisches Denken.
- Zum sanften Einstieg in die Programmierung mit Java ist JavaKara gedacht. Durch den überschaubaren Befehlsvorrat gelingt spielerisch der Einstieg in eine ,,richtige'' Programmiersprache. Die Java-Programme werden in einem integrierten Editor geschrieben, durch einen Mausklick kompiliert und in einem zweiten Fenster gestartet. Bei der Einführung der algorithmischen Grundstrukturen und bis zur Behandlung der Rekursion kann JavaKara mit großem Gewinn eingesetzt werden und hat sich in der Schulpraxis bestens bewährt. Mit keinem anderen System können rekursive Probleme so schön sichtbar gemacht werden!
- Für fortgeschrittenere Themen stehen MultiKara zur Programmierung nebenläufiger Prozesse und Turing-Kara als zweidimensionale Turing-Maschine zur Verfügung. Durch die Zweidimensionalität gelingt es nicht nur Studenten der theoretischen Informatik, sondern auch Schülern, nichttriviale Turing-Programme zu entwickeln. Und wer den Roboter nicht nur in seiner virtuellen Welt erleben möchte, kann sich einen Lego-Mindstorms-Kara bauen und ihn in der realen Welt bestaunen.
Das Buch enthält viele Beispielprogramme - vom Zweizeiler für ein chaotisches System bis zur universellen Turing-Maschine. Die Beispiele werden in ihrem theoretischen Kontext vorgestellt, so dass der Leser nebenbei Vieles über Automatentheorie, Nebenläufigkeit und Berechenbarkeit erfährt, alles in sehr anschaulicher Weise.
Das Buch richtet sich an Lehrer und Dozenten, Studenten und interessierte Schüler der gymnasialen Oberstufe. Die Lernumgebung ist ein Java-Programm und somit auf praktisch allen Betriebssystemen lauffähig, wobei mindestens eine Java-Runtime-Umgebung installiert sein muss. Für den Einsatz von JavaKara ist ein Java-Software-Development-Kit erforderlich. Von der Lernumgebung gibt es zwei Versionen. Die eher für den Lehrer gemachte Version allkara.jar enthält viele Beispielaufgaben mit Lösungen, die in der Schülerversion allkara-x.jar fehlen. Die Programmierumgebung und umfassendes Begleitmaterial inkl. vieler direkt im Unterricht einsetzbarer Arbeitsblätter können auf der Informatik-Seite der ETH-Zuerich frei herunter geladen werden.
