Worum es geht
Am 27.03.2024 hielt ich im Fortbildungszentrum des Landesamts für Schule und Bildung des Landes Sachsen eine 6-stündige Fortbildung. Inhalte waren die Grundlagen der Booleschen Algebra, sowie die Simulation von Logikgattern und die Analyse, Synthese und Optimierung von Schaltnetzen. Dieser Beitrag soll die Inhalte der Fortbildung kurz zusammenfassen, weiterführende Hinweise geben und die letzten losen Fäden aufgreifen.
Inhalte der Fortbildung
Ziel der Fortbildung sollte sein, das Grundlagenwissen der TeilnehmerInnen zur Booleschen Algebra aufzufrischen, dieses Wissen auf Logikgatter anzuwenden und anschließend aus diesen Logikgattern ganz Schaltnetze zu synthetisieren und zu optimieren. Die Vermittlung dieser Inhalte an die Schülerinnen und Schüler wurde dabei immer wieder thematisiert - Gamification und andere schülerzentrierte Vermittlungsideen wurden inhaltsbezogen vorgestellt.
Dass der Workshop in genau diesem Jahr stattfand war dabei kein Zufall: Das Land Sachsen stellt derzeit seinen Lehrplan für das Fach Informatik um und sieht dabei insbesondere im Leistungskurs der gymnasialen Oberstufe eine umfangreiche Beschäftigung mit diesem Thema vor.
Dementsprechend begann der Workshop mit einer kurzen Motivation des Themas anhand des Lehrplans, die in eine Wiederholung der Grundlagen der booleschen Algebra überging. Dieses Wissen konnte man in Folge auf Logikgatter anwenden und anhand von Spielen wie “Gates of Logic” (einem Computerspiel zu Logikgattern) oder “Digitalo”, das deutschsprachige Geschwisterkind von Booleo, festigen. Den wohl unterrichtsrelevantesten Teil der Fortbildung, die Simulation von Logikgattern, führte ich anhand von Logigator und DSimWeb durch (siehe die Aufgabenstellungen im folgenden Abschnitt). Leider kann keines der beiden Programme in Sachsen im Abitur verwendet werden. Stattdessen wird das stark veraltete LogicSim 2.4, Logigator oder DEEDS gesetzt, dass zwar etwas aktueller ist, allerdings nur auf Windows-Rechnern läuft und US-amerikanische Notation verwendet.
An dieser Stelle möchte ich kurz auf die Musteraufgaben für die schriftliche Abiturprüfung hinweisen, in denen auf den Seiten 4 (Aufgabe 5) und 7 (Aufgabe 2) Aufgaben zur Booleschen Algebra und Vereinfachung von Booleschen Ausdrücken auftauchen. Es tut mir leid, dass ich auf diese Datei nicht bereits in der Vorbereitung der Fortbildung gestoßen bin. Tatsächlich wurden aber alle notwendigen Inhalte besprochen, um diese Aufgaben lösen zu können.
Materialien
Zur Verfügung stehen die Folien des Vortrages, diverse Aufgabenstellungen sowie beispielhafte Testaufgaben. Zudem könnt ihr bei mir das Calliope-Logikgatter-Programm sowie eine druckfertige Version der Digitalo-Karten herunterladen. Weiterführende Links auf die im Vortrag gezeigten Dokumente und Websites können den Vortragsfolien entnommen werden.
Lizenz
Die Materialien sind, soweit nicht explizit anders angegeben, von mir selbst erstellt, frei verfügbar und dürfen auch gerne verändert werden. Eine Namensnennung ist nicht notwendig. Explizit davon ausgenommen sind die Digitalo-Karten, die auf einer Vorlage von inf-schule.de basieren und mit CC-BY-NC-SA lizenziert sind.
Weiterführende Hinweise
Bei Fragen stehe ich jederzeit gerne zur Verfügung. Die Quelldateien für die LaTeX-Dokumente stelle ich gerne auf Anfrage bereit. Ich möchte darüber hinaus noch auf das fantastische “NAND-Game” hinweisen, für das am Mittwoch dann leider die Zeit gefehlt hat. Man baut von den einfachsten Komponenten ausgehend Schritt für Schritt einen vollständigen Computer auf. Einen ähnlichen Ansatz verfolgt NAND2TETRIS - man baut ausgehend von einfachen Logikgattern ein vollständiges Tetris-Spiel.