Zielsetzung

Variablen

In der Erkundung hast du eine Variable zaehler verwendet. Auf dieser Seite geht es darum, was genau Variablen eigentlich sind.

Eine Variable ist beim Programmieren also etwas anderes als eine Variable in der Mathematik. Diesen Unterschied vertieft die folgende Aufgabe.

Aufgabe 1: Variablen in Mathematik und Informatik

(a) Ordne mithilfe dieser App die Aussagen zu: Passen sie eher zu Variablen in der Mathematik oder zu Variablen in der Informatik (genauer: beim Programmieren)?

Quelle: Learning Apps

(b) Im Wort „Variable“ steckt das Wort „variabel“. Recherchiere, was es bedeutet. Erkläre, inwiefern das mit der Besonderheit von Variablen beim Programmieren zusammenhängt.

Zuweisungen

Der Wert einer Variable kann im Laufe des Programms verändert werden. Dazu benutzt man Zuweisungen. In der Erkundung hast du solche schon gesehen. Sie sind so aufgebaut:

Zuerst wird der aktuelle Wert der Variablen bestimmt, die im Term vorkommen. Dann wird der Wert des Terms ausgerechnet. Dann wird dieser Wert als neuer Wert für die links genannte Variable gespeichert.

Es ist beim Programmieren sehr wichtig, zu verstehen, wie Zuweisungen funktionieren. Damit beschäftigen sich die folgenden Aufgaben.

Aufgabe 2: Zuweisungen im Rollenspiel

Wie eine Zuweisung abläuft, versteht man am besten in einem Rollenspiel mit zwei Personen: Eine Person ist der Prozessor. Der Prozessor arbeitet das Programm Zeile für Zeile ab und führt nötige Berechnungen durch. Die andere Person ist der Datenverwalter und behält den Überblick darüber, welche Variable welchen Wert hat.

Braucht der Prozessor den Wert einer bestimmten Variable, so fragt er den Datenverwalter „Welchen Wert hat die Variable ...?“. Der Datenverwalter antwortet entsprechend. Am Ende der Abarbeitung einer Zuweisung sagt der Prozessor dem Datenverwalter, welchen neuen Wert eine Variable erhält: „Speichere ... als Wert der Variable ...“. Der Ablauf für die Zuweisung zaehler = zaehler + 1 kann so aussehen:

[1]

Suche dir einen Partner und führe nun selbst so einen Dialog für verschiedene Zuweisungen durch. Der Datenverwalter führt dazu eine Tabelle mit allen Variablennamen und deren Werten. Bei Änderungen streicht er den alten Wert durch und notiert einen neuen. Tauscht in jedem Aufgabenteil die Rollen. Kontrolliert nach jedem Aufgabenteil gemeinsam, ob ihr alles richtig gemacht habt.

zaehler = 5
anzahl = summe
zaehler = 3
	

zaehler1 = zaehler2 - zaehler3
zaehler4 = 6
zaehler2 = 3*zaehler1
	

z1 = 6
z1 = z1 - 2 
z2 = 3*z2
z3 = z3 - z1
	

In den Szenarien (d) bis (f) läuft nicht alles glatt – so, wie es auch beim Programmieren vorkommt. Dafür braucht ihr eine weitere Regel: Fragt der Prozessor nach einer Variable, die nicht in der Tabelle steht, antwortet der Datenverwalter: „Die Variable ... kenne ich nicht.“ Der Prozessor kann dann nicht weiterrechnen. Er bricht ab und sagt, in welcher Zeile: „Abbruch in Zeile ...“. Alle Zeilen danach werden nicht mehr ausgeführt.

Achtet in diesen Szenarien genau auf die Schreibweise der Variablennamen. Am besten buchstabiert der Prozessor jeden Namen, und der Datenverwalter vergleicht ihn Buchstabe für Buchstabe mit seiner Tabelle. Überlegt nach jedem Szenario gemeinsam, woran es lag und wie man die Zuweisungen ändern müsste.

zaehler = zaehler + 1
summe = summe + anzahl
summe = 2*summe
	

NameError: name 'anzahl' is not defined on line 2

zaehler = zaehler + 1
zaeler = zaehler + 1
zaehler = Zaehler + 1
zaehler = 0
	

anzahl = zaehler + 1
summe = anzahl + bonus
bonus = 10
	

Aufgabe 3: Zuweisungen alleine auswerten

Nun sollst du selbst Zuweisungen auswerten und beobachten, wie sich der Variablenzustand dabei verändert. Bearbeite hierfür das folgende Arbeitsblatt. Auf der linken Seite stehen die Zuweisungen. Die eingezeichneten geschweiften Klammern helfen dabei, die Zuweisungen auszuwerten.

Aufgabe 4 (optional): Ein Rollenspiel zu dritt

In einem Spacebug-Programm arbeiten Variablen und Argo zusammen. Spielt das einmal nach – ohne Computer und zu dritt. Die Argo führt das Zähler-Programm aus der Erkundung aus, ergänzt um einen zweiten Teil: Sie fliegt einen kurzen Korridor entlang, hebt die PowerUps auf und zählt sie dabei. Dann dreht sie um und legt auf dem Rückweg so viele PowerUps wieder ab, wie sie gezählt hat. Dabei schlüpft ihr in drei Rollen:

• Pilotin: Sitzt am Spielplan und bewegt die Argo. Nur sie sieht das Spielfeld und beantwortet die Sensorfragen.
• Steuermann: Hat das Programm vor sich und arbeitet es Zeile für Zeile ab. Bei Sensoren fragt er die Pilotin, bei Variablen den Datenverwalter.
• Datenverwalter: Führt wie in Aufgabe 2 die Variablentabelle. Er sieht weder das Spielfeld noch das Programm.

Eine Zuweisung läuft ab wie in Aufgabe 2. Der Steuermann übernimmt dabei die Arbeit des Prozessors: Er erfragt den Wert, rechnet und lässt das Ergebnis speichern.

Ihr braucht den Spielplan (ausgedruckt, dazu Spielfiguren für Argo, Asteroid und PowerUps – zur Not Münzen oder Radiergummis) und die Rollenkarten. Die erste Karte erklärt Aufbau und Ablauf, danach folgen die drei Rollen, das Programm, ein Protokoll für den Steuermann, die Variablentabelle für den Datenverwalter und eine Reflexionskarte für den Schluss.

Kurzschreibweise für den Variablenzustand

Da es sehr aufwändig ist, wie in Aufgabe 2 und 3 Tabellen für den Variablenzustand anzulegen, gibt es eine Kurzschreibweise. Den Variablenzustand zu Beginn von Szenario (c) aus Aufgabe 2 kann man so abkürzen:

{z1 -> 0; z2 -> 4; z3 -> 10}

Aufgabe 5: Das Wichtigste notieren

Aufgabe 6: Ein genauerer Blick aufs „=“

Beim Programmieren kommen sehr oft Ausdrücke der Form zaehler = zaehler + 1 vor. In der Mathematik ergibt ein solcher Ausdruck aber wenig Sinn: Die Gleichung $x = x + 1$ ist immer falsch.

Erkläre daran, welche Bedeutung das Zeichen = beim Programmieren hat. Wie ist der Zusammenhang zu Zuweisungen? Was ist der Unterschied zur Mathematik?

Aufgabe 7: Die Konzeptkarte erweitern

Nimm deine Konzeptkarte aus den vorigen Kapiteln wieder zur Hand. Falls du noch keine hast, lade das Blatt herunter und trage zuerst die Begriffe der früheren Kapitel ein.

Das Blatt für deine Konzeptkarte: Konzeptkarte herunterladen