Pixelbilder und algorithmisches Denken
Kompetenzen der Digitalen Grundbildung
- Produktion
Ressourcen
- Arbeitsblätter Pixelbild
- Arbeitsblätter Pixelbild (Weihnachtsedition)
- Arbeitsblätter Bits & Bytes
- Stifte
Kontext
Jedes digitale Bild besteht aus Pixeln, also kleinen quadratischen Kästchen, die einer bestimmten Farbe zugeordnet sind. Ähnlich wie gezeichnete Bilder auf kariertem Papier entstehen, bei dem einzelne Felder ausgemalt werden. Je mehr Pixel z.B. ein Bildschirm anzeigen kann, desto schärfer wirkt ein Bild. Auf heutigen Bildschirmen können Millionen Pixel angezeigt werden, daher sind die einzelnen Pixel nicht mehr wirklich erkennbar. Die Schüler:innen bekommen durch dieses Stundenbild einen Einblick, wie digitale Bilder entstehen und wie ein Algorithmus arbeitet.
Einstieg
GESPRÄCH | Pixel im Alltag erleben
Plenum
Zu Beginn empfiehlt sich ein Gespräch, um das Vorwissen der Schüler:innen in Bezug auf die Entstehung von digitalen Bildern zu erfassen und Hintergrundwissen zu vermitteln. Ein anschauliches Beispiel dafür sind die meisten Plakatwände, etwa an Bushaltestellen: Wenn man sehr nah an das Plakat herantritt, werden einzelne Pixel sichtbar.
Gemeinsam könnte auch ein Bild demonstrativ verpixelt werden (Anleitung siehe dazu die Praxisidee: Mit Pixel das Artensterben thematisieren).
Ebenso bietet die Sendung „Frag Fred“ mit dem Film "Was sind Pixel" fundierte Hintergrundinformationen zu diesem Thema.
Modul A: Pixelbilder
ARBEITSBLATT | Pixelbilder aus Codes entschlüsseln
Einzel- oder Teamarbeit
Nachdem die technischen Grundlagen vermittelt wurden, können die Arbeitsblätter eingesetzt werden. Die links stehenden Codes müssen entschlüsselt werden. Wenn diese korrekt gelesen werden, entsteht rechts ein Pixelbild. Verschiedene Aktivitäten sind nun möglich:
- Einzelarbeit: Der/Die Schüler:in arbeitet selbstständig am Arbeitsblatt.
- Teamarbeit: Ein/e Schüler:in entschlüsselt den Code und gibt dem/der Partner:in Anweisungen zur Erstellung des Bildes.
- Umgekehrtes Pixelbild: Zuerst entwerfen die Schüler:innen ein Bild, anschließend wird es verschlüsselt und der zugehörige Code geschrieben.
- Eigene Codes entwickeln: Der von uns genutzte Code kann beliebig erweitert und modifiziert werden. Es kann auch ein vollständig eigener Code erfunden werden.
Modul B: Bit & Bytes
Mithilfe von Pixelbildern lässt sich das Konzept von Bit und Byte anschaulich erklären. Ein Computer speichert alle ihm zur Verfügung gestellten Daten mithilfe der Zahlen 0 und 1. Diese beiden Zustände stellen die kleinste Informationseinheit dar und werden als Bit bezeichnet.
"Das Bit ist ein Kofferwort aus den englischen Wörtern binary und digit,[4] heißt also „zweiwertige Ziffer“ – Null oder Eins." (Wikipedia).
Besonders schwarz-weiß-Pixelbilder eignen sich hervorragend, um dieses Prinzip zu veranschaulichen.
ARBEITSBLATT | Bit und Byte: Die Sprache der Pixel
Einzel- oder Partner:innenarbeit
In dieser Übung lernen die Schüler:innen, wie ein Computer zu "denken" – nämlich in Null und Eins. Das Raster besteht aus 8 mal 8 Feldern; jede Zeile entspricht damit einem Byte (da 8 Bit = 1 Byte). Um die Aufgaben auf den Arbeitsblättern entschlüsseln zu können, gilt folgender Code:
- Ein ausgefülltes Kästchen im Raster wird mit der Zahl 1 codiert.
- Ein leeres Kästchen wird mit der Zahl 0 übersetzt.
Die Arbeitsblätter können laminiert und beispielsweise im Stationenbetrieb genutzt werden. Die Schüler:innen können die codierten Einsen (1) mit Gegenständen (z.B. Bauklötzen, Legosteinen o.Ä.) belegen, um das Bild physisch darzustellen.
Alternativ: Diese Übung lässt sich beliebig erweitern, indem zum Beispiel Farben durch verschiedene Bit-Kombinationen (z.B. 2 Bit für 4 Farben) hinzugefügt werden.
Reflexion
Plenum
Gemeinsam werden die Inhalte wiederholt und die eigenen Erfahrungen mit den Arbeitsblättern reflektiert.
- Wie ist es den Schüler:innen ergangen?
- Wie unterscheidet sich das Denken des Computers im Vergleich zum Menschen?
Weiterführende Ideen
Pixelbilder in Großformat
Nachdem die Schüler:innen eigene digitale Pixelbilder erstellt haben, folgt die kreative Übertragung ins Großformat. Dabei werden einfache Materialien wie bunte Post-its verwendet, die als physische "Pixel" dienen. Die Schüler:innen können so ihre digitalen Entwürfe maßstabsgetreu auf Wände oder Fenster übertragen und beeindruckende, lebensgroße Installationen gestalten. Mit diesem Scratch-Programm kann dieses Post-it Bild vorab überlegt und gezeichnet werden. Ebenso kann der Binärcode damit angesehen werden.
Sachinformationen
Acht Bits in Reihenfolge ergeben ein Byte. Die nächst größeren Maßeinheiten nach Byte sind Kilobyte (1024 Bytes), Megabyte (1024 KB), Gigabyte (1024 MB) und Terabyte (1024 GB). Jede Datei am Computer oder Smartphone hat eine Größe, welche in dieser Maßeinheit angegeben wird.
Ein Foto hat kann zwischen 800 KB und 5 MB haben, gleichzeitig kann man in den Eigenschaften die Größe des Bildes durch die Angabe der Anzahl der Pixel ablesen. Um z.B. ein Spiel am PC zu instalieren, muss man wissen ob der Computer 32- oder 64 Bit im Prozessor verarbeiten kann.
Eine etwas komplexere Art der Pixelbilder nennt sich Nonogramm. Das japanische Rätsel kann als nächste Schwierigkeitsstufe zum Pixelbild gesehen werden und man findet diverse kostenlose Druckvorlagen für Nonogramme im Internet.
Weiterführende Links
- Was sind Pixel? (Unterrichtsmaterialien und Video)
- Pixelbilder (Unterrichtsideen der PH Schweiz)
- Piskelapp.com (Eigene Pixelbilder gestalten)