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Über dieses Buch

In diesem Buch lernen Sie die Grundzüge und Vorteile des Computational Thinking kennen, also des analytischen, von Algorithmen geprägten Denkens. Die Autoren behandeln dabei unterhaltsam und anwendungsbezogen die Grundelemente dieser Denkweise - darunter Denken in Algorithmen, Zerlegung, Abstraktion und Mustererkennung. Diese Prinzipien werden anschaulich an Hand von Zaubertricks, Spielen und Rätseln, aber auch an echten, anspruchsvollen Problemen erklärt. Sie erkunden dabei auch die Verbindungen zwischen Computational Thinking und wissenschaftlichem, aber auch kreativem Denken - und wie daraus Innovationen entstehen können.

Computational Thinking hat die Art und Weise, wie wir alle leben, arbeiten und spielen, verändert. Es hat Auswirkungen darauf, wie Wissenschaft betrieben wird, Kriege gewonnen, ganz neue Industrien geschaffen und Leben gerettet werden. Es ist das Herzstück der Programmierung und ein leistungsfähiger Ansatz zur Problemlösung, mit oder ohne Computer. In einigen Ländern werden bereits Kindern in der Grundschule diese Fertigkeiten beigebracht.

Ob Sie also einfach wissen wollen, um was es beim Computational Thinking geht oder ob Sie neue Möglichkeiten finden wollen, auch im Alltag effektiver zu werden, ob Sie (Informatik-)Lehrer oder Schüler sind oder einfach Spaß an Spielen und Rätseln haben – in diesem Buch finden Sie die nötigen Grundlagen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Die Zukunft des Denkens

Computational Thinking ist eine zentrale Fähigkeit, die Informatiker erlernen und dann verwenden, um Probleme zu lösen. Sie ist derart wichtig, dass in vielen Ländern erwogen wird, bereits Schülerinnen und Schüler darin zu unterrichten. Doch worum handelt es sich dabei eigentlich?
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 2. Sprechen aus der Taucherglocke

Eine der schlimmsten Krankheiten, die man sich vorstellen kann, ist das Locked-in-Syndrom. Man ist vollständig gelähmt und kann höchstens mit den Augen blinzeln. Der wache Verstand ist in einem nutzlosen Körper eingesperrt, der zwar in der Lage ist, alles wahrzunehmen, aber nicht kommunizieren kann.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 3. Magie und Algorithmen

Die Fähigkeiten, die Sie benötigen, um ein großer Zauberkünstler zu werden und um selbst Zaubertricks zu erfinden, sind dieselben, die auch ein guter Informatiker benötigt: Computational Thinking. Denn Zaubertricks bestehen genau wie Computerprogramme aus Algorithmen. Als Computer früher nach Daten suchten, bedienten sie sich eigentlich eines Zaubertricks, den man den „Traum vom australischen Magier“ nennt. Computerprogrammierer sind also tatsächlich Zauberer.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 4. Rätsel, Logik und Muster

Wie lösen wir Logikrätsel? Logisches Denken ist bei Rätseln offensichtlich sehr wichtig, aber Verallgemeinerung und Mustererkennung sind die eigentlichen Werkzeuge der Könner. Sie werden genutzt, wenn man Rätsel lösen oder Informatik betreiben will, aber auch bei vielen anderen Gelegenheiten, angefangen vom Schachspiel bis hin zur Feuerbekämpfung. Logisches Denken, Verallgemeinerung und Mustererkennung sind auch zentrale Bestandteile des Computational Thinking.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 5. Rätselhafte Rundreisen

Wie muss sich ein Springer im Schachspiel bewegen, um jedes Feld auf einem Spielbrett genau einmal zu besuchen? Können Sie den perfekten Weg für die Tour eines Stadtführers finden und eine Touristeninformation bei der Planung eines Stadtspaziergangs beraten? Ach ja, und auch noch dem Touristen beim Packen helfen?
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 6. Roboterbau für Anfänger

Nun kennen wir die Grundlagen des Computational Thinking. Und jetzt wollen wir erkunden, wie man damit Gehirne für Roboter entwerfen kann. Den Körper eines Roboters zu bauen mag Spaß machen, doch was ist schon ein Körper ohne Verstand.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 7. Wir bauen ein Gehirn

Statt des Versuchs, gleich ein komplexes Gehirn zu bauen, werden wir mithilfe von Computational Thinking ein einfaches Modell davon aus seinen Grundbestandteilen entwickeln. Dadurch verstehen wir, wie unsere Gehirne, die aus vielen verknüpften Nervenzellen bestehen, tatsächlich funktionieren und wie dies zu den komplexen Verhaltensweisen des Menschen führt. Das bringt uns auf dem Weg zur Erschaffung echter künstlicher Intelligenz ein ganzes Stück weiter, die uns nicht nur nachahmt, sondern selbst handelt, weil sie über ein Gehirn verfügt, das genauso funktioniert wie unseres.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 8. Betrügen mit Bots

Wir kennen nun das Prinzip, wie man ein Gehirn oder einen Chatbot entwickeln kann, und haben festgestellt, dass einige Chatbots auf die dunkle Seite des Computerimperiums gewechselt sind. Jetzt wollen wir dies in der Praxis nachvollziehen. Es wird Zeit herauszufinden, wie man ein einfaches Robotergehirn baut, das in der Lage ist, Menschen hereinzulegen.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 9. Gitter, Grafik und Spiele

Die Bedeutung von Gittern und auf diesen basierenden Spielen ist heute kaum mehr zu unterschätzen. Gitter bilden nicht nur die Basis vieler Brettspiele, sondern sind auch für Computeranwendungen wichtig, etwa um Bilder darzustellen. Und ein auf einem Gitter basierendes Spiel über das Leben führte sogar zu einer ganz neuen Methode, wie man mit Computern arbeitet.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 10. Wie man den Wald und die Bäume sieht

Mustererkennung ist der eigentliche Kern des Computational Thinking, und Muster gibt es überall. Informatiker sollten sehr gut darin sein, Muster zu erkennen, aber sie müssen auch Algorithmen finden, die mit Mustern umgehen können. Wir werden die Ideen dahinter besser verstehen, wenn wir uns die Mustererkennungsalgorithmen in den Tricks von Magiern ansehen, die Gedanken lesen.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 11. Medizinische Märchen durchleuchtet

Computertechnologie und Computational Thinking haben heute erheblichen Einfluss auf das moderne Gesundheitswesen. Die Grundlagen dafür legten Mathematiker und Wissenschaftler sowie Informatiker und Elektroingenieure, die Algorithmen und die Elektronik geschaffen und so die wissenschaftlichen und mathematischen Erkenntnisse in lebensrettende Technologien umgesetzt haben. Ein Spiel wird uns zeigen, wie das funktioniert.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 12. Computer gegen Gehirn

Computer arbeiten exakt ihre Programme ab, machen also genau das, was die Anweisungen von ihnen verlangen. Funktioniert unser Gehirn wie ein Computer? Sind wir logisch? Können wir unsere Pläne genauso präzise befolgen, wie es ein Computer tut? Nein, denn die Leistungsfähigkeit unseres Gehirns ist begrenzt und deshalb greift es oft zu „kreativen Lösungen“.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 13. Was also ist Computational Thinking?

Wir haben nun viele Beispiele für Computational Thinking und seine Anwendungen kennengelernt und Ihnen hoffentlich eine grundlegende Vorstellung davon vermittelt, um was es dabei geht und wie die verschiedenen Elemente, wie Abstraktion und algorithmisches Denken zusammenspielen, sodass sie eine leistungsfähige Methode ergeben, mit der wir Probleme lösen und die Welt verstehen können. In diesem letzten Kapitel werden wir noch einmal einen Blick auf alle diese verschiedenen Komponenten werfen, von denen wir wissen, dass sie zu dem beitragen, was wir als Computational Thinking bezeichnet haben.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Kapitel 14. Weiterführende Literatur

Seit etwa 40 Jahren lesen wir Bücher über Mathematik, Zauberei und Informatik, daher folgt hier einiges von dem, was wir geschrieben haben, und einiges, was uns im Laufe unseres Lebens inspiriert hat.
Paul Curzon, Peter W. McOwan

Backmatter

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