Programmering F-3 -HEJ RUBY Äventyr i datorernas magiska värld http://www.helloruby.com/ Baserat på Linda Liukas Hello Ruby
Lärarhandledning 2
Innehåll o o o o o o o o o o o Generellt upplägg... s4 Vad är en dator.. s5 Programmera en kompis (Kommando).. s9 Vika ett pappersflygplan (Algoritm).. s10 Upprepa ett mönster (Loop). s11 Universal fjärrkontroll (Skapande+Kommando)... s12 Den magiska picknickväskan (Datalogiskt tänkande). s17 Min första dator (Skapande+Datorkunskap). s18 Vika ett pappersflygplan 2 (Avlusning). s26 På ett villkor (Villkor) s28 Byt plats (Villkor)... s32 Arbetsmaterial till övningarna Vad är en dator?, Universal fjärrkontroll och Min första dator är bearbetningar som i original finns på www.helloruby.com 3
Generellt upplägg I det här materialet kommer du att möta Ruby på hennes äventyr genom datorernas magiska värld. Materialet är lär ut grundläggande begrepp inom datorteknik och programmering men inte specifika programmeringsspråk. Istället är det en introduktion till datorer och den teknik som ligger bakom. Detta får eleverna erfara genom lek, fantasi och skapande. Den medföljande boken används främst som berättelse. Det ingår en hel del övningar i slutet av boken men se dessa som extrauppgifter. Lägg istället fokus på de övningar som följer med här för att lättare kunna navigera framåt utan att det skall bli onödigt komplicerat. I övningarna så förklaras det vad som passar att läsa till vilken del. Boken kan också läsas i ett flöde för att vid övningarna gå tillbaka och se hur dess är kopplade till Rubys äventyr. Innan ni börjar med första övningen så introducera Ruby genom att läsa Kap 1-3 i boken Hej Ruby Det är svårt att förutse hur lång tid de olika övningarna tar eftersom en del av dessa innehåller flera moment. Utgå ifrån er elevgrupp och fortsätt vid nästa pass där ni avslutade. Att arbeta i halvklass kan vara fördel så att alla elever får chansen att reflektera och delta. 4
Vad är en dator? Övning 1a Syftet med den här övningen är att få eleverna att börja fundera kring vad en dator är. 1. Berätta att datorer är maskiner som gör saker utifrån information med instruktioner. Datorer är byggda med hårdvara och mjukvara. Båda behövs. Elektriska eller mekaniska delar av en dator kallas hårdvara. Instruktionerna och de program som körs i datorn är mjukvaran. 2. Se filmen: Vad är en dator? 3. Samtala och fundera kring: Kan en bil vara en dator? Vad sägs om en hund? Kan en toalett vara en dator? Eller kan en mataffär vara byggd kring datorer. En del kanske tänker att ingen av dessa har något med datorer att göra. Använd bilderna som finns på sid 6 i lärarhandledningen. 4. Bilar har redan många inbyggda datorer - som navigationssystemet. Mataffärer har kassaregister. Även toaletter kan innehålla små datorer (åtminstone i Japan!). Datorer blir mindre och billigare hela tiden. Redan nu finns digitala hundskålar och i framtiden kanske även vi kommer att äta på digitala tallrikar som berättar om maten är för varm. Fråga eleverna vilka fler typer av datorer som de tror kommer att finnas i framtiden? De små datorerna som finns inuti vardagsteknik kallas mikrodator eller enkretsdator. Istället för att ha en skärm och tangentbord och hårddiskar, ligger allt i en liten krets. Men de har fortfarande en processor, minne och datorkomponenter. 5
Vad är en dator? Övning 1a Bil Hund Mataffär Toalett 6
Vad är en dator Övning 1b Ritövning 1. Nu när ni har samtalat om vad en dator är och att datorer finns överallt i samhället så ge eleverna möjlighet att rita hur de tänker sig att datorer ser ut. 2. De berättar sedan om sin teckning och pedagog skriver ned detta till bilden. Skriv ut sida 8 i lärarhandledningen som underlag för ritövningen eller använd annat papper 3. Titta på de färdiga teckningarna tillsammans. Återvänd till dessa bilder i slutet av projektet och se om eleverna har fått ett fördjupat kunnande kring datorer och digital teknik. Skulle de vilja ändra på något eller lägga till något? 7
Övning 1b Vad är en dator? Rita din egen dator. Hur ser den ut? Hur fungerar den/vad kan den användas till? Berätta om din dator: 8
Programmera en kompis Övning 2 Kommando Syftet med den här övningen är att ge förståelse för vad ett kommando är när det gäller datorer och programmering. Varje sak som du vill att datorn skall göra innebär ett kommando, det kan vara en rörelse eller en ickerörelse. Exempel: gå framåt eller stå still. Steg-för-steg byggs programmering upp till ett helt program. Att använda sin kropp för att lära sig hur kommandon och programmering fungerar kallas analog programmering. 1. Ge exempel på olika instruktioner som kan användas vid analog programmering. Exempelvis: ett steg framåt, snurra ett varv eller klappa händerna. Låt eleverna får känna rörelserna gå genom kroppen och prova olika sätt att utföra dessa. 2. Låt eleverna få programmera varandra parvis. Låt de först göra den analoga programmering fritt så att de ges möjlighet att förstå konceptet. En är programmerare och en är en robot som skall utföra de kommandon som ges. 3. Gör sedan koppling till Kap 1 i boken Hej Ruby. En är Ruby och den andra skall programmera Ruby att städa sitt rum 9
Vika ett pappersflyplan Övning 3 Algoritm Syftet med den här övningen är att få eleverna att börja fundera kring vad en Algoritm är. En Algoritm är att steg-för-steg beskriva sätt att komma fram till en lösning av ett problem eller en uppgift. En sorts instruktion eller ett recept. 1. Återvänd till kapitel 1-3 i Hej Ruby 2. Berätta att eleverna skall få skapa en Algoritm med hjälp av ett papper. Liksom Ruby stegvis behöver tänka ut hur hon skall hitta alla ädelstenar behöver eleverna tänka ut hur de skall vika papperet till ett flygplan. 3. Be eleverna att räkna de olika stegen medan de viker flygplanet, låt de även förklara de olika momenten. 4. Gå tillsammans igenom alla stegen och skriv upp dessa exempelvis på en White-Board. Detta kan göras före eller efter aktiviteten. Då skapar ni Algoritmen för att vika ett pappersflygplan. 5. Tänk ut andra Algoritmer i vardagen: exempelvis duka ett bord eller borsta tänderna. 10
Upprepa ett mönster Övning 4 Loop Syftet med den här övningen är att få eleverna att börja fundera kring vad en Loop är. En Loop är när något upprepas och används vid programmering för att inte skriva onödigt lång kod. Istället för att skriva plantera ett frö, plantera ett frö, plantera ett frö kan vi skriva plantera ett frö tre gånger på datorspråk. 1. Läs kapitel 4-6 i Hej Ruby 2. Berätta att eleverna skall få skapa en Loop med hjälp av pärlor. Berätta vad en loop är med exemplet ovan. På samma sätt som Ruby fick berätta för rävarna att de skulle upprepa plantering av frön 5 gånger så skall eleverna skapa och upprepa ett mönster med hjälp av pärlor som träs på en tråd till halsband/armband 3. Skapa mönster med minst fem pärlor som sedan börjar om. Nu upprepas mönstret och eleverna har skapat en loop. 4. Gå tillsammans igenom alla stegen och skriv upp dessa exempelvis på en White-Board. Detta kan göras före eller efter aktivitet 11
Universal Fjärrkontroll Övning 5a Kommando Syftet med övningen är att ge eleverna fler sätt att förstå systemetet som ligger till grund för hur olika tekniska maskiner arbetar. Att det är kommandon som styr maskinen och att det är människan som ger kommandon. Människan styr maskinen. 1. Börja lektionen med ett inledande samtal om fjärrkontroller: Vad är en fjärrkontroll? Hur ser de ut? Vilka typer av fjärrkontroller har eleverna använt? Varför är de användbara? 2. Ställ frågan: Tänk om precis allt hade en dator inuti och du skulle ha en universal fjärrkontroll. Hur skulle just din fjärrkontroll fungera? Vad skulle den styra? 3. Det är också viktigt att tala om vilka typer av instruktioner och kommandon en dator förstår, att de måste vara exakta och tydliga. 4. Se filmen: Universal fjärrkontroll 4. Gör också detta till en fysisk övning. Berätta att du har en osynlig fjärrkontroll som styr eleverna. Ge dem olika kommandon eller tänk ut andra saker som din imaginära fjärrkontroll styr över. Detta blir en återkoppling till övningen Programmera en kompis. Gör nu övning 5b där eleverna får klippa ut egna fjärrkontroller och tänka ut vad dessa styr över. Använd ordlistan på sid 14 i lärarhandledningen som stöd för olika komponenter. 12
Universal Fjärrkontroll Övning 5b Kommando 1. Börja med att låta eleverna klippa ut fjärrkontrollen, som finns på sid 15 i lärarhandledningen, och vika den på hälften 2. Därefter klipper de ut Program 1 och Program 2. 3. Sedan fortsätter de att klippa ut komponenterna och limma fast dem på mikrodatorn. 4. Sätt in mikrodatorn i fjärrkontrollen 5. Låt eleverna skapa program genom att skriva (pedagog hjälper till) ner kommandon på programdelarna. Förslag kan vara: hoppa, klappa med händerna eller helt annorlunda så som: musik startas, fönster öppnas etc. Fantasin sätter gränserna 6. Slutligen lägger eleverna in programmet i fjärrkontrollen och testar dessa, limma inte fast dessa. Ha de lösa så att eleven kan byta mellan de olika programmen. 13
Ordlista (Universal fjärrkontroll) CPU (Centralprocessorn) = Den brukar kallas bara för processorn. Den är väldigt snabb på att beräkna saker. Den är ständigt upptagen och berättar för de andra komponenterna vad de ska göra, på datorns språk Sensor= Vissa mikrodatorer gör saker utan någon trycker på en knapp. De har sensorer som övervakar förändringar i miljön, t ex temperatur, vibrationer eller fukt och styrs av detta. Händelser (Events) = I datavetenskap är det en åtgärd som medför att något ska hända. Varje gång du klickar med musen, trycker på tangentbordet eller trycker på en knapp på mikrovågsugn så medför det en händelse ROMminne = Där lagras alla viktiga saker som du inte vill ta bort av misstag eller ska försvinna när datorn är avstängd. Det är där datorns uppstartsprocess lagras 14
Fjärrkontroll (Universal fjärrkontroll) Program 1 Program 2 När knappen trycks ned, gör det här När knappen trycks ned, gör det här Vik här När knappen trycks ned, gör det här När knappen trycks ned, gör det här När knappen trycks ned, gör det här När knappen trycks ned, gör det här 15
Mikrodator/enkretsdator (Universal fjärrkontroll) RAMminne/arbetsminne ROMminne CPU-Centralprocessor i/o-stift Sätt ihop komponenterna i mikrodatorn och sätt in den i fjärrkontrollen Batteri 16
Övning 5 Den magiska picknickväskan Övning 6 Syftet med den här övningen är att närma sig det som kallas datalogiskt tänkande, det innebär att bryta ned ett problem, se mönster och kunna generalisera dessa till andra områden. 1. Läs kap 7-10 i: Hej Ruby 2. Berätta att Ruby också har en magisk picknickväska. När det läggs ned en saftmugg i den så ändras färgen för varje gång som locket stängs. Grön blir röd och röd blir grön. Tallrikars färg ändras inte. Här kan det vara bra att använda fysiska föremål som stoppas ned i den medföljande väskan, en påse eller en låda för att visa eleverna konkret. 3. Vad händer om vi först lägger ned en grön mugg i korgen och stänger locket? Vad händer om vi öppnar locket och lägger också ned en röd mugg? Vilka färger har muggarna nu? Vad händer om vi sedan lägger ned en grön tallrik? Vilken färg har nu alla saker som ligger i korgen? 4. Tänk ut fler frågeställningar och öka svårighetsgraden successivt. 17
Min första dator Övning 7a Min första dator är en introduktion till den fantastiska men också komplicerade maskin som en dator är. Här är målet att eleverna skall lära sig de huvudsakliga komponenterna i en dator. De får göra det genom att designa sin egen dator med hjälp av det material som följer med. Eleverna får också en inblick i att en dator är uppbyggd av många små element som tillsammans skapar en helhet. Detta är en erfarenhet som kan relateras till många delar i skolarbete, kanske speciellt problemlösning Övningen medför en koppling till matematik (geometriska former, läge, förhållande etc), ger också en språklig koppling med termer och begrepp. I tillägg så blir det ett praktiska utförande som kan kopplas till exempelvis skapande 18
Min första dator Övning 7a Syftet med detta arbete är att sänka tröskeln för eleverna att bekanta sig med datorer. Se filmen: Min första dator Eftersom ni nu arbetat med vad en dator är och vad en dator kan göra så kan du starta lektionen med att fråga dem hur de använder datorer/lärplatta/telefon. Spela spel, surfa på webben eller något helt annat? Därefter är ni redo att fortsätta med övning 7b på sid 20 i lärarhandledningen. Alla elever kan skapa en egen typ av dator med sina egna spel, program, musik, filmer etc. De kan också anpassa ytterligare genom att göra egna specialknappar, en mus eller dekorationer. Kanske en knapp som skriver ut en katt i 3D eller varför inte skapa en glittrig mus till datorn 19
Min första dator Övning 7b 1. Förklara de viktigaste komponenterna i maskinen. Använd den bifogade ordlistan på sid 22 i lärarhandledningen för att få hjälp. 2. Sedan klipper eleverna ut datorn och tangentbord efter linjerna. 3. Därefter klipper de ut alla komponenter. Lägga undan dem. 4. Låt de fortsätta att klippa ut operativsystem, filer, klistermärken och webbplats. 5. Fortsätt med att de viker datorn på hälften och hittar rätt plats för varje komponent i datorn. 6. De väljer vilket operativsystem datorn använder och sätter fast det på datorlådan. 7. Ge eleverna tid att anpassa datorerna efter egen idé och lämna utrymme för kreativitet. 20
Min första dator Övning 7b 8. Kanske hörs ett roligt ljud när datorn slås på första gången? 9. Låt eleverna designa sitt eget program eller sin egen webbplats. Kanske en butik på nätet? Eller ett spel? Eller en film-app? Det finns många roliga alternativ. Eleverna kan också utforma ett eget operativsystem och lägga filerna på skrivbordet 21
Ordlista (Min första dator) CPU (Centralprocessorn) = Den brukar kallas bara för processorn. Den är väldigt snabb på att beräkna saker. Den är ständigt upptagen och berättar för de andra komponenterna vad de ska göra, på datorns språk Hårddisk= Den är långsam, men där sparas exempelvis dina bilder och din spel RAMminne/arbetsminne = Det minns alla omedelbara saker och är länk mellan processorn och hårddisken men det glömmer allt när datorn stängs av ROMminne = Där lagras alla viktiga saker som du inte vill ta bort av misstag eller ska försvinna när datorn är avstängd. Det är där datorns uppstartsprocess lagras GPU (Grafikprocessor) = Den visar saker på datorskärmen, men den har ett dåligt minne och behöver hjälp av RAMminne/arbetsminne och av ROMminne om du vill ta fram information som är lagrad där. 22
Datorlåda/datorchassi (Min första dator) 23
Tangentbord Webbplats (Min första dator) 24
(Min första dator) RAMminne/arbetsminne Operativsystem ROMminne Filer Hårddisk CPU-Centralprocessor GPU-Grafikprocessor 25
Vika ett pappersflyplan 2 Övning 8 Avlusning Syftet med den här övningen är att få eleverna att förstå att när en dator programmeras måste allt i koden vara rätt för att datorn skall göra det vi vill, minsta fel så kommer det inte att fungera. Dessa fel brukar kallas Bug. Att rätta till heter de-bug, på svenska avlusa. 1. Återkoppla till Kap 9 i Hej Ruby 2. Ruby hade så bråttom att hon glömde fundera hur hon skulle lösa hela problemet, det blev en Bug i handlingen. Det kanske hände även i er grupp när eleverna arbetade med Algoritm och pappersflygplan? 3. Låt eleverna träna att söka fel och avlusa ett program. Visa beskrivning på sid 27 i lärarhandledningen. Gör det via projektor så att det blir en gruppuppgift där det kan komma inspel ifrån flera elever. 4. Det gäller för eleverna att se vilka 3 av de 9 stegen som inte skall vara med. Sedan behöver de tänka ut ordningen för de stegen som skall vara med, så att programmet blir rätt. 5. Tänk ut mer Avlusning vardagen: exempelvis påklädning i fel ordning, fel bestick till maten eller stava deras namn fel och så får de sedan avlusa programmet etc. 26
Vika ett pappersflyplan 2 Klipp ett hål i mitten av papperet Vik papperet i mitten Skrynkla ihop papperet till en boll Vilka bilder ingår i programmet? Vik de övre hörnen in mot mitten Riv av de övre hörnen Vik de invikta sidorna mot mitten Övning 8 Avlusning https://code.org/curriculum/course 2/2/Activity2- RealLifeAlgorithms.pdf Kasta det färdiga flygplanet Vik papperet på mitten igen Vik ner vingarna 27
På ett villkor Övning 9a Villkor Syftet med övningarna är att ge eleverna en inblick i hur vi genom programmering kan använda en dator för att sortera. Vi lägger in ett villkor för sorteringen och sedan kommer datorn att arbeta utifrån det. Sammantaget brukar detta kallas för ett villkorsuttryck. Vad är då Villkor? Ett villkor är antingen sant eller falskt och resultatet är knutet till villkoret som ställs upp. Exempel: om det regnar (villkor) så (val) ta på Ruby regnkläder Om du också använder funktioner i villkorsuttrycken kan du bestämma vad som händer om villkoret är uppfyllt eller inte. Exempel: om det regnar så ta på Ruby regnkläder, annars ta på Ruby vanliga kläder 28
På ett villkor Övning 9a Villkor 1. Gå tillbaka till sida 40 i boken Hej Ruby och läs villkoret som rävarna hade för att plantera frön. Om det redan ligger ett frö där, gå vidare 2. Berätta: Ruby är upprymd. Hon skall gå till en kompis och men det regnar ute. Hur skall Ruby göra för att kunna komma fram till kompisen utan att bli blöt? 3. Visa exemplet på sid 30 i lärarhandledningen. 4. Tänkt ut fler villkor tillsammans. Exempel: Ruby är trött Ruby ska gå till stranden. Fler uppslag finns på sid 98 i boken Hej Ruby 5. Låt eleverna skapa egna villkor genom att rita dessa. Skriv ut och använd underlag på sid 31 i lärarhandledningen eller använd annat papper 29
Exempel: Ruby är upprymd. Hon skall gå till en kompis och leka men det regnar ute. Hur skall Ruby göra för att kunna komma fram till kompisen utan att bli blöt? Det regnar 30
OM SÅ ANNARS (På ett villkor) 31
Byt plats Övning 9b Villkor 1. Sätt eleverna i en ring på golvet 2. Gå tillbaka till sida 40 i Hej Ruby och läs villkoret som rävarna hade för att plantera frön. Om det redan ligger ett frö där, gå vidare 3. Berätta att de nu skall byta plats med varandra om det är rätt villkor. Ta en elev i taget. 4. Om kompisen som sitter närmast eleven till vänster har blå ögon så byter de plats. (det är villkoret) annars sitter de kvar 5. Låt sedan turordningen löpa medsols tills ni gått ett helt varv 6. Förändra villkoret 7. Om kompisen som sitter närmast eleven till vänster har blå ögon så byter de plats, annars byt med den till höger 32