Programmieren für Anfänger mit dem Raytracing-System POV-Ray

Abstract

Das Raytracing-System POV-Ray wird als Alternative für den Einstiegsunterricht zum Thema Programmieren vorgestellt. Dabei wird vor allem die Fähigkeit von POV-Ray genutzt, Programmcode unmittelbar in Form anschaulicher Bilder darstellen zu können. POV-Ray ist zudem kostenlos und bietet einen einfach zu bedienenden Editor, mit dem unter anderem auch C-Code, Java-Code und HTML-Code bearbeitet werden kann.<br />Dadurch ist diese Software für den Schulgebrauch besonders gut geeignet.<br />Die Arbeit stellt anhand leicht nachvollziehbarer Unterrichtslektionen alle wichtigen Grundlagen des Programmierens vor (von dem Unterschied zwischen Compiler und Interpreter über Variablen-Deklarationen bis zur while-Schleife). Die Lektionen sind stark untereinander und mit anderen Kapiteln des Informatikunterrichts sowie mit anderen Fächern verknüpft, wodurch die Einprägsamkeit gesteigert wird. Beispielsweise ergeben sich gute Verbindungen zum Mathematikunterricht: Neben Kegelschnitten (Constructiv Solid Geometry) kann auch der Grundgedanke der Integralrechnung vermittelt werden. Dazu wird z.B. ein Drehkegel aus Zylinderscheiben aufgebaut. Während die Höhe der einzelnen Scheiben gegen Null geht, wird die Summe der Zylindervolumina mit dem formelmäßig berechneten Kegelvolumen verglichen, um die Konvergenz zu demonstrieren. Dabei können sogar Ober- und Untersummen berücksichtigt werden.<br />Die Unterrichtsplanung wurde in zweiten Jahrgängen einer höheren technischen Lehranstalt erprobt und mit 3 Fragebögen (vor dem Programmieren, nach dem POV-Ray-Unterricht, nach dem Programmieren) evaluiert. Die Fragebögen sind in der Arbeit enthalten und können für den eigenen Unterricht verwendet werden. Die Ergebnisse der Evaluation wurden in der Arbeit diskutiert und flossen in die letztlich vorgeschlagene Unterrichtsplanung ein.

The Raytracing-System POV-Ray is introduced as an alternative for a beginners programming course. Therefore the feature of POV-Ray is used, to interpret the source code as a demonstrative picture. POV-Ray is free of charge and provides an editor, which is easy to use and also offers syntax-highlighting for c-code, java-code and html-code. Thus it appears that POV-Ray is particularly suitable for use in schools.<br />This diploma thesis shows school-lessons for all important programming basics (from the difference between Compiler and Interpreter via the declaration of variables to while-loops). The lessons are cross-linked and strongly connected with other topics of computer science and other subjects, which brings better memorability. For example good connections to mathematics are possible: Beside conic sections (with constructive solid geometry) also the fundamental idea of integral calculus can be taught. For this aim a cone is built by cylinders. During the height of the cylinders is going towards zero, the sum of cylinder-volumes can be compared to the formula-based cone-volume, which shows the convergency (upper and lower sums can be used).<br />The scheduling of the lessons was tested in some classes of a "Höhere technische Lehranstalt" ( higher secondary education) and evaluated with three questionnaires, which are also part of this diploma thesis and can be used (ore adapted) for everybody's own programming lessons. The results of the evaluation where utilized to finalize the detailed scheduling of the lessons.