Zerlegung ist eine grundlegende Informatikfähigkeit, die für die Entwicklung eines langfristigen Verständnisses der Schüler für die Lösung von Codierungsproblemen unerlässlich ist. In diesem Artikel wird untersucht, was Zerlegung ist, warum sie wichtig ist und wie man Schülern das Erlernen der Zerlegung erleichtern kann.
Was ist Zersetzung?
Zerlegung ist der Prozess, bei dem ein komplexes Problem in kleinere, besser beherrschbare Teile zerlegt wird. Dies vereinfacht den Prozess der Erstellung eines Codierungsprojekts, da die Schüler jeweils nur eine Komponente des Problems lösen können.
Warum ist Zersetzung wichtig?
Wenn Schüler beginnen, das Programmieren zu lernen, stehen sie vor der Herausforderung, auf neue und herausfordernde Weise über Sprache nachzudenken. Sie müssen von der Kommunikation in gesprochener Sprache, die voller Schlussfolgerungen und Nuancen ist, zu der präzisen und logischen Struktur übergehen, die beim Codieren erforderlich ist. Diese Umstellung ist für Studierende äußerst schwierig und beeinträchtigt oft ihren Erfolg. Zerlegung ist eine entscheidende Informatikfähigkeit, die Studierende erwerben müssen, um erfolgreich zu programmieren, da sie es den Studierenden ermöglicht, mit der gesprochenen Sprache zu beginnen und sie zu verfeinern, bis sie etwas ist, das in einem Codierungsprojekt verwendet werden kann.
Durch die Zerlegung eines Problems kann es in kleinen Schritten gelöst werden, wodurch verhindert wird, dass es die Schüler überfordert. Wenn Schüler Probleme in kleinere Teile zerlegen, bevor sie mit dem Programmieren beginnen, können sie anschließend jeden kleinen Abschnitt eines Projekts erstellen und ihn testen, um sicherzustellen, dass er wie erwartet funktioniert, bevor sie mit dem nächsten Teil fortfahren. Dies ist viel einfacher, als zu versuchen, alle Schritte, die zur Erreichung eines Ziels erforderlich sind, auf einmal zu programmieren, und verhindert, dass Schüler frustriert werden, wenn sie versuchen, Fehler in einem langen Projekt zu beheben.
Der Zerlegungsprozess bietet den Schülern auch einen systematischen Ansatz für die Erstellung eines Projekts und beseitigt so die Versuchung, den Weg zu einer Lösung zu erraten und zu überprüfen. Raten und Überprüfen ist eine ineffiziente Möglichkeit, ein Problem zu lösen, und es wird unwirksam, je mehr sich die Schüler mit immer komplexeren Programmierherausforderungen befassen.
Darüber hinaus ermöglicht die Zerlegung eines Projekts den Schülern, Muster in ihrem Code zu erkennen und darauf aufzubauen, Codeabschnitte zu ändern und wiederzuverwenden. Dies erleichtert sowohl die Erstellung als auch die Fehlerbehebung von Projekten und vermittelt den Schülern gleichzeitig ein tieferes Verständnis des Codes, den sie erstellen, sodass sie dieses Verständnis in zukünftigen Projekten nutzen können.
Schließlich erleichtert die Zerlegung auch die Zusammenarbeit zwischen Studierenden, wenn sie gemeinsam in Gruppen an Robotikprojekten arbeiten. Ein zerlegtes Projekt, das in einem technischen Notizbuch aufgezeichnet wird, stellt ein Artefakt dar, das Schüler bei der Diskussion von Gruppenprojekten oder beim Teilen mit anderen Gruppen verwenden können.
Erleichterung der Zersetzung
Die Zerlegung erfolgt, wenn sich die Schüler in der Planungsphase befinden, bevor sie überhaupt mit der Ausarbeitung ihrer Projekte beginnen. Die Schüler sollten ihren Zerlegungsprozess in ihren technischen Notizbüchern aufzeichnen und ihn mit Ihnen teilen, bevor sie mit dem Programmieren beginnen. Weitere Informationen zur Verwendung von technischen Notizbüchern mit Studierenden finden Sie in diesem Artikel.
Stellen Sie den Schülern diesen einfachen dreistufigen Rahmen für die Herangehensweise an die Zerlegung zur Verfügung:
- Identifizieren Sie das Hauptziel des Projekts , indem Sie das Ergebnis angeben, das der Roboter zeigen wird, wenn das Projekt erfolgreich ist. Notieren Sie dieses Ziel im technischen Notizbuch.
- Bestimmen Sie die wichtigsten Schritte, die der Roboter unternehmen muss, um das Ziel zu erreichen. Überlegen und notieren Sie die Hauptschritte bzw. Gesamtschritte, die der Roboter ausführen muss, um das Ziel zu erreichen. Notieren Sie diese allgemeinen Schritte im technischen Notizbuch.
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Unterteilen Sie die Hauptschritte in die kleinstmöglichen Schritte des Roboterverhaltens. Unterteilen Sie jeden Hauptschritt in die kleinste Verhaltensweise, die der Roboter ausführen kann. Notieren Sie diese zerlegten Schritte im technischen Notizbuch.
- Jedes Roboterverhalten sollte einem entsprechenden Block oder Befehl zugeordnet werden können. Wenn nicht, können die Schritte weiter zerlegt werden.
In diesem Beispiel zerlegen die Schüler ein Projekt, um ein Labyrinth im VEXcode VR Wall Maze + Playground fertigzustellen.
Schritt 1: Identifizieren Sie das Hauptziel des Projekts. Notieren Sie das Ziel im technischen Notizbuch.
Schritt 2: Bestimmen Sie die wichtigsten Schritte, die der Roboter unternehmen muss, um das Ziel zu erreichen.
- Hier hat der Schüler alle Verhaltensweisen durchdacht, die der Roboter annehmen muss, um vom Startpunkt zum Endpunkt des Labyrinths zu gelangen, und sie der Reihe nach im technischen Notizbuch aufgeführt.
Schritt 3: Teilen Sie die Hauptschritte in die kleinsten Schritte des Roboterverhaltens auf.
- Die Schüler können damit beginnen, die ungefähren Werte zu ermitteln, die zum Abschließen der einzelnen Schritte erforderlich sind. Diese Werte müssen beim Erstellen des Projekts in VEXcode getestet und angepasst werden.
- Die Schüler sollten sicherstellen, dass jeder zerlegte Schritt direkt einem VEXcode-Block entspricht. Wenn nicht, muss der Schritt weiter zerlegt werden.
Sobald die Studierenden ihr Projekt bis auf die Ebene einzelner Blöcke oder Befehle zerlegt haben, können sie von der Projektplanungsphase zur Umsetzungsphase übergehen. Sie sollten die in Schritt 2 festgelegten Hauptschritte in Kommentare übertragen und dann die entsprechenden Blöcke oder Befehle für jedes vollständig zerlegte Verhalten aus Schritt 3 zu jedem dieser Kommentare hinzufügen, um ihre Projekte aufzubauen.
Die Schüler sollten ihre Projekte schrittweise zerlegen und jedes Verhalten (oder jede logisch gruppierte Gruppe von Verhaltensweisen) testen, bevor sie mit dem nächsten fortfahren. In dieser Phase müssen die Schüler die ihnen zur Verfügung stehenden Ressourcen nutzen, um die richtigen Parameterwerte zu bestimmen. Im obigen VEXcode VR-Beispiel wurden die Abstandswerte beispielsweise unter der Annahme ermittelt, dass jedes Labyrinthquadrat einen Durchmesser von 300 mm hat. Die Methode zur Bestimmung von Werten variiert je nach den Umständen, es wird jedoch immer erforderlich sein, Werte während des Erstellungsprozesses eines Codierungsprojekts zu testen und anzupassen.
Unterstützung der Schüler beim Erlernen der Zerlegung
Bevor Schüler mit der Arbeit an einer Herausforderung aus einem MINT-Labor oder einem anderen VEXcode-Projekt beginnen, nehmen Sie sich die Zeit, die Zerlegung selbst durchzuarbeiten, damit Sie bereit sind, Fragen der Schüler zu beantworten. Ermutigen Sie die Schüler, Ihnen den zerlegten Plan für ihr Projekt zu zeigen, bevor sie mit dem Programmieren beginnen. So können Sie den Zerlegungsprozess verstärken und sicherstellen, dass sie die Aufgabe in die kleinstmöglichen Roboterverhaltensweisen zerlegt haben. Erinnern Sie die Schüler daran, dass sie in der Lage sein sollten, für jedes Verhalten einen Block oder Befehl zu identifizieren.
- Wenn Schüler Schwierigkeiten haben, sich die wichtigsten oder großen Schritte vorzustellen, die der Roboter unternehmen muss, um das Ziel des Projekts zu erreichen, ermutigen Sie sie dazu:
- Zeichnen Sie den Weg, den der Roboter nehmen muss, um das Ziel zu erreichen.
- Spielen Sie die Schritte vor, die der Roboter unternehmen muss, um das Ziel zu erreichen.
- Besprechen Sie die Schritte, die der Roboter unternehmen muss, um das Ziel zu erreichen.
- Wenn Schüler Schwierigkeiten haben, festzustellen, ob ihre Schritte auf die einzelne Block- oder Befehlsebene heruntergebrochen wurden, fragen Sie sie:
- Wie viele Blöcke oder Befehle würde der Roboter benötigen, um dieses Verhalten auszuführen?
- Kann der Roboter diesen Schritt mit nur einem Block oder Befehl abschließen?
- Wie kann man dieses Verhalten in noch kleinere Roboteraktionen zerlegen?
Indem Sie Ihre Schüler beim Erlernen der Zerlegung unterstützen, stellen Sie sicher, dass sie über eine solide Grundlage für zukünftige Problemlösungen in der Informatik verfügen.
Haben Sie weitere Fragen dazu, wie Sie Schülern das Erlernen der Zerlegung in Ihrem Klassenzimmer erleichtern können? Bitten Sie sie in der PD+ Communityoder , eine Einzelsitzung zu vereinbaren, um mit einem VEX-Experten zu sprechen.