Algorithmen im Schulunterricht : unter Betrachtung des maximalen Fluss-, Such- und Rucksackproblems

Abstract

Die Arbeit, welche in Kooperation mit dem Kollegen Christian Halper erarbeitet wurde, befasst sich ausgehend von der Fragestellung, ob man komplexe Algorithmen Schüler der AHS Oberstufe erklären kann, ohne sie zu programmieren, mit der Vermittlung von Algorithmen an Schüler, welchen dieses Themengebiet noch nicht bekannt ist. Algorithmen werden im Schulunterricht in der heutigen Zeit im Rahmen der Unterrichtsplanung oft vernachlässigt, da die Meinung vorherrscht, dass jene Thematik ausschließlich theoretisch behandelt werden kann. Diese Arbeit soll zeigen, dass Algorithmen sehr wohl im Unterricht behandelt werden sollten, weil diese eine wesentliche Komponente der Informatik repräsentieren. Dies zeigt sich nicht nur im Rahmen der Programmierung sondern auch in vielfältigen Bereichen des Lebens. Die Arbeit soll den Lehrern eine Hilfestellung geben, wie Algorithmen und die zu Grunde liegenden informatischen Konzepte den Schülern näher gebracht werden könnten. Hierbei soll der Fokus besonders auf die spielerische Umsetzung und die praktische Anwendung gerichtet werden, damit die Algorithmen lebendiger vermittelt werden. Es sollen jedoch nicht nur ausschließlich den Schülern bestimmte Algorithmen näher gebracht werden, sondern auch von dem Lehrer das entdeckende Lernen verstärkt eingesetzt werden. Die Arbeit betrachtet verschiedene Problemstellungen anhand derer verschiedene Algorithmen präsentiert werden und verschiedenste spielerische Umsetzungen vorgestellt werden. Die erste dieser Problemstellungen befasst sich mit dem Finden eines maximalen Flusses.<br />Bei dieser werden drei verschiedene Lösungsmöglichkeiten vorgestellt.<br />Dies hat den Zweck, dass die Schüler schrittweise an immer komplexer werdende Algorithmen herangeführt werden. Das Suchen wird bei der zweiten Problemstellung analysiert. Auch hier werden wiederum drei verschiedene Varianten zur Lösung des Problems gezeigt. Die Betrachtung der Problemstellungen wird mit der Besprechung des Rucksackproblems abgerundet.<br />

This paper, which was created in cooperation with Christian Halper deals with the teaching of algorithms to students who are not familiar with this subject area. The basic question is whether complex algorithms can be explained to senior class students without having to program the former.<br />Nowadays, algorithms are often neglected in lesson planning due to the common opinion that this subject matter can only be dealt with in a theoretical way. This paper shows that algorithms should be dealt with in classes all the same because they are a very important component of information science. This is not only true in terms of programming but also for a variety of aspects of life. The paper should provide a guideline for teachers on how to help students understand algorithms and the underlying concepts of informatics. In this respect, the focus should be put upon teaching in a playful way and practical use in order to teach algorithms in a livelier way. However, not only students should be taught certain algorithms, also teachers should bring into play the so called "learning by discovering".<br />The paper looks at different presentations of a problem for which different algorithms and playful teaching methods are presented. The first problem deals with finding the maximum flow. Three different solutions to this problem will be presented. The aim of this is to introduce the students gradually to constantly more complex algorithms.<br />The search will be analysed in terms of the second problem. Again, three different variations of how to solve the problem will be presented. The examination of the problems will be brought to an end by discussing the dyeing of the knapsack problem.