Pixelbilder und algorithmisches Denken

Diese Praxisidee beschäftigt sich mit der Frage, was ein Pixel, Bit oder Byte ist und wie aus 0 und 1 ein Bild werden kann.
Primarstufe
Sekundarstufe I
Mathematik
Werkerziehung & bildnerisches Gestalten

Kerngebiete

  • Technische Problemlösung

Schlüsselkompetenzen

  • Mathematische & Naturwissenschaftliche Kompetenz
  • Digitale Kompetenz


Einführung

Plenum

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 SchülerInnen bekommen durch dieses Stundenbild einen Einblick wie digitale Bilder entstehen und wie ein Algorithmus arbeitet.

Zu Beginn eignet sich ein Gespräch über das Wissen der SchülerInnen in Bezug auf die Entstehung von digitalen Bildern. Als Beispiel eignen sich die meisten Plakatwände z.B. bei Bushaltestellen: wenn man ganz nah an das Plakat herantritt, sieht man einzelne Pixeln. Gemeinsam könnte auch ein Bild verpixelt werden (Anleitung siehe Praxisidee Mit Pixel das Artensterben thematiseren). Ebenso bietet die Sendung "Frag Fred" mit dem Film Was sind Pixel zahlreiche Hintergrundinfos zu dem Thema.
 


Modul 1: Pixelbilder

Einzelarbeit | Teamarbeit

Nachdem die technischen Grundlagen vermittelt worden sind, können die Arbeitsblätter eingesetzt werden. Die links stehenden Codes müssen entschlüsselt werden. Wenn diese richtig gelesen werden, entsteht rechts ein Pixelbild. Verschiedene Aktivitäten sind nun möglich:

  • Einzelarbeit: der/die SchülerIn arbeiten einzeln am Arbeitsblatt
  • Teamarbeit: ein/e SchülerIn entschlüsselt den Code und gibt der/dem anderen SchülerIn Anweisungen
  • Umgekehrtes Pixelbild: Zuerst überlegen sich die SchülerInnen ein Bild, dann wird es verschlüsselt.
  • Unterschiedliche Codes erfinden: der von uns genutzte Code kann beliebig erweitert und verändert werden. Es kann auch ein eigener Code erfunden werden.

Modul 2: Bit & Bytes

Einzelarbeit | Teamarbeit

Mit Pixelbildern lässt sich auch das Thema Bit und Bytes erklären. Ein Computer merkt sich alles was man ihn an Daten zur Verfügung stellt in den Zahlen 0 und 1. Diese zwei Zahlen sind die kleinste Informationseinheit des Computers und nennt man ein Bit.  "Das Bit ist ein Kofferwort aus den englischen Wörtern binary und digit,[4] heißt also „zweiwertige Ziffer“ – Null oder Eins." (Wikipedia). Gerade Pixelbilder in schwarz-weiß eignen sich hier gut um dies zu verdeutlichen.

In dieser Übung lernen die SchülerInnen zu denken wie ein Computer - also in Null und Eins. Um die Aufgaben in den Arbeitsblättern entschlüsseln zu können, gibt es folgdenen Code:

  • Ausgefülltes Kästchen im Raster wird mit der Zahl 1 codiert
  • Ein leeres Kästchen wird mit der Zahl 0 übersetzt

Das Feld besteht aus 8 mal 8 Feldern, jede Zeile entspricht damit einem Byte.
Ebenso können die Arbeitsblätter laminiert und im Stationenbetrieb genutzt werden. Die SchülerInnen können dazu die Felder 1 mit Gegenständen z.B. Bauklötze usw. belegen. Diese Übung lässt sich beliebig erweitern, indem z.B. Farben durch verschiedene Kombinationen hinzugefügt werden.


Reflexion

Gemeinsam werden die Inhalte wiederholt und die eigenen Erfahrungen mit den Arbeitsblättern reflektiert. Wie ist es den SchülerInnen ergangen? Wie unterscheidet sich das Denken des Computers im Vergleich zum Menschen? 


Weiterführende Ideen

  • Die SchülerInnen können eigene Pixelbilder erstellen und sich gegenseitig Aufgaben stellen
  • Video: Was sind Pixel? "Frag Fred" eine Sendung des SRF mySchool beschäftigt sich mit dem Thema Pixel und Farbdarstellung am Computer.
  • Video: Binärcode & Programmiersprachen von "Frag Fred"
  • Nonogramme:
    die japanischen Rätsel kann als nächste Schwierigkeitsstufe zum Pixelbild gesehen werden. Im Internet  findet man einige Seiten mit Erklärungen und gratis Rätsel zum downloaden.
  • Scratch-Programm: Pixelbild zeichnen und Binärcode ausgeben lassen
  • Post-It-Pixelbild:
    Post-Its eignen sich aufgrund ihrer quadratischen Form ebenfalls gut um eigene Bilder z.B. ans Fenster oder Wände zu übertragen und somit größere Bilder zu gestalten

 


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.