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Variablen und Zuweisungen

Datenverwaltung mit Variablen

Variablen dienen in der Informatik dazu, Daten zu verwalten. Bei den Flächenberechnungen im letzten Abschnitt wurden die Variablen laenge, breite und hoehe benutzt, um die Maße eines Zimmers zu verwalten. Zusätzlich wurde die Variable flaecheWaende benutzt, um die berechnete Fläche der Zimmerwände zu verwalten.

Variable Datenobjekt
laenge 4.1
breite 3.6
hoehe 2.56
flaecheWaende 36.498

Eine Variable ist ein Name, der (in der Regel) mit einem Datenobjekt verknüpft ist. Als Wert einer Variablen wird das Datenobjekt angesehen, das von der Variablen verwaltet wird.

Ein Variablenzustand beschreibt die aktuell vorliegenden Variablen mit den verwalteten Daten.

Eine Variable ist beim Programmieren also etwas anderes als eine Variable in der Mathematik. Diesen Unterschied vertieft die folgende Aufgabe.

Aufgabe 1: Variablen in Mathematik und Informatik

(a) Ordne mithilfe dieser App die Aussagen zu: Passen sie eher zu Variablen in der Mathematik oder zu Variablen in der Informatik (genauer: beim Programmieren)?

Quelle: Learning Apps

(b) Im Wort „Variable“ steckt das Wort „variabel“. Recherchiere, was es bedeutet. Erkläre, inwiefern das mit der Besonderheit von Variablen beim Programmieren zusammenhängt.

Zuweisungen an Variablen

Eine Zuweisung ist eine Anweisung, die eine Variable mit einem neu berechneten Datenobjekt verknüpft.

Das folgende Beispiel zeigt eine Zuweisung, bei der der Variablen flaecheWaende ein neues Datenobjekt zugewiesen wird.

flaecheWaende = 2*laenge*hoehe + 2*breite*hoehe

Die Ausführung einer Zuweisung erfolgt nach folgendem Schema:

Schritt 1: Der Wert des Berechnungsausdrucks auf der rechten Seite des Gleichheitszeichens wird mit Hilfe des aktuellen Variablenzustands ermittelt.

Schritt 2: Der Variablen, die auf der linken Seite des Gleichheitszeichens steht, wird der ermittelte Wert des Berechnungsausdrucks als neuer Wert zugeordnet.

Es ist beim Programmieren sehr wichtig, zu verstehen, wie Zuweisungen funktionieren. Damit beschäftigen sich die beiden folgenden Aufgaben.

Aufgabe 2: Zuweisungen im Rollenspiel

Wie eine Zuweisung abläuft, versteht man am besten in einem Rollenspiel mit zwei Personen: Eine Person ist der Prozessor. Der Prozessor arbeitet das Programm Zeile für Zeile ab und führt nötige Berechnungen durch. Die andere Person ist der Datenverwalter und behält den Überblick darüber, welche Variable welchen Wert hat.

Braucht der Prozessor den Wert einer bestimmten Variable, so fragt er den Datenverwalter „Welchen Wert hat die Variable ...?“. Der Datenverwalter antwortet entsprechend. Am Ende der Abarbeitung einer Zuweisung sagt der Prozessor dem Datenverwalter, welchen neuen Wert eine Variable erhält: „Speichere ... als Wert der Variable ...“. Der Ablauf für die Zuweisung flaecheWaende = 2*laenge*hoehe + 2*breite*hoehe kann so aussehen:

Dialog zwischen Prozessor und Speicherverwalter[1]

Suche dir einen Partner und führe nun selbst so einen Dialog für verschiedene Zuweisungen durch. Der Datenverwalter führt dazu eine Tabelle mit allen Variablennamen und deren Werten. Bei Änderungen streicht er den alten Wert durch und notiert einen neuen. Tauscht in jedem Aufgabenteil die Rollen. Kontrolliert nach jedem Aufgabenteil gemeinsam, ob ihr alles richtig gemacht habt. Die Zuweisungen ergeben nicht allzu viel Sinn; sie sollen nur zeigen, was möglich ist.

(a) Zuweisungen

hoehe = 6
breite = hoehe//3
breite = 5
Variablenwerte zu Beginn:
Variablenname Wert der Variable
hoehe 3
breite 0
laenge 9

Variablenname Wert der Variable
hoehe 3, 6
breite 0, 2, 5
laenge 9

(b) Zuweisungen

hoehe = breite - laenge
hilf = 6
breite = 3*hilf
Variablenwerte zu Beginn:
Variablenname Wert der Variable
hoehe 5
breite 6
laenge 2

(c) Zuweisungen

hoehe = 6
hoehe = hoehe - 2 
breite = 3*breite
laenge = laenge - hoehe
Variablenwerte zu Beginn:
Variablenname Wert der Variable
hoehe 0
breite 4
laenge 10

Aufgabe 3: Zuweisungen alleine auswerten

Nun sollst du selbst Zuweisungen auswerten und beobachten, wie sich der Variablenzustand dabei verändert. Bearbeite hierfür dieses Arbeitsblatt. Auf der linken Seite stehen die Zuweisungen. Die eingezeichneten geschweiften Klammern helfen dabei, die Zuweisungen auszuwerten.

Sicherung und Vertiefung

Aufgabe 4: Das Wichtigste notieren

Halte das Gelernte in diesem Wissensspeicher fest.

Im Wissensspeicher soll übersichtlich und prägnant das neu Gelernte dokumentiert werden. Die vorgegebene Struktur auf dem Wissensspeicher soll sicherstellen, dass alles Wichtige festgehalten wird; so werden z.B. nicht nur Definitionen, sondern in der Regel auch Beispiele, Vernetzungen oder Konventionen gefordert. Der Wissensspeicher kann verwendet werden, um ein im Unterricht erstelltes Tafelbild einfacher ins Heft zu übertragen. Es ist mit ihm aber auch möglich, die Sicherung stärker schüler:innen-orientiert zu gestalten: Je nach Unterrichtsgestaltung können die Schüler:innen nach einer Erarbeitung und Besprechung den gesamten Wissensspeicher selbst ausfüllen (im Unterricht, ggf. auch in der Hausaufgabe) oder hierfür zusätzlich das Online-Schulbuch zu Hilfe nehmen.

Aufgabe 5: Ein geauerer Blick aufs „=“

Beim Programmieren kommen sehr oft Ausdrücke der Form zaehler = zaehler + 1 vor.

Struktur einer Zuweisung
In der Mathematik ergibt ein solcher Ausdruck aber wenig Sinn: Die Gleichung $x = x + 1$ ist immer falsch.

Erkläre daran, welche Bedeutung das Zeichen = beim Programmieren hat. Nutze die Fachbegriffe in dem Bild. Was ist der Unterschied zur Mathematik?

Aufgabe 6: Umkehrung

Bisher hast du mithilfe des Variablenzustands vorher sowie der Zuweisungen den Variablenzustand nachher hergestellt. Das ist das, was der Rechner auch tun muss. Um das System noch besser zu verstehen, drehen wir diese Aufgabe um.

Wir betrachten im Folgenden einen Variablenzustand vorher, dann eine oder mehrere Zuweisungen und zuletzt den Variablenzustand nachher. Zwei dieser Informationen sind gegeben, die dritte ist gesucht. Schaffst du es, sie zu bestimmen?

(a) Finde den Variablenzustand vorher heraus. Ist die Lösung eindeutig?

{                            }
hoehe = erwachsen
{jung -> 5; breite -> 5}

(b) Finde die Zuweisung heraus. Ist die Lösung eindeutig?

{hoehe -> 3; breite -> 9}

{hoehe -> 8; breite -> 9}

(c) Finde den Variablenzustand vorher heraus. Ist die Lösung eindeutig?

{                                           }
hoehe = breite - 5
alt = 2*jung + breite 
{hoehe -> 3; breite -> 8; laenge -> 14}

(d) Finde die Zuweisungen heraus. Ist die Lösung eindeutig? Findest du sogar Zuweisungen, sodass diese Zuweisungen Sinn ergeben? Was will man hier bezwecken?

{hoehe -> 44; breite -> 12}

{hoehe -> 12; breite -> 44; hilf -> 44}

Quellen

Suche

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6.3.1.1.2.2
www.inf-schule.de/imperative-programmierung/python/projekte/variablen/zimmer/variablen
www.inf-schule.de/6.3.1.1.2.2
www.inf-schule.de/@/page/unIZpy2iMtPam3RS

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