6 Strategie zum Verlassen eines Labyrinths

Ziel der Unterrichtsstunde ist es zu zeigen, dass mit Hilfe von geschickt gewählten Strategien, trotz einfacher Hardware, auch komplexere Anforderungen gemeistert werden können. Das Roboterfahrzeug soll den Ausgang aus einem einfachen Labyrinth finden. Dabei wird auch der Begriff des Algorithmus als "Handlungsvorschrift, die mit Sicherheit zum gewünschten Ziel führt" eingeführt.

Diese Anwendung weist eine Reihe didaktischer Vorteile auf:

Der Ablauf ist komplex genug um den Lernenden verständlich zu machen, dass es sich hier um ein Verfahren, um eine Strategie handelt.
Die Strategien sind dennoch plausibel und überschaubar, d.h. die Lernenden können beurteilen, unter welchen Bedingungen sie zum Ziel führen.
Mehrere Wege führen zum Ziel, d.h. es gibt mehrere Lösungsmethoden.
Die einfache technische Ausstattung (1 Sensor) reicht zur Bewältigung aus.
Das Problem ist interessant genug, um langanhaltende Motivation zu erzeugen.

Als Einführung in die Problematik wird das Labyrinth vorgestellt und es werden Ideen gesammelt, wie der Roboter so programmiert werden kann, dass er den Ausgang findet, ohne die Begrenzungslinien zu überqueren. Die Schülerinnen und Schüler nennen wahrscheinlich zwei Methoden:

Da der Programmierer das Labyrinth ja kennt, kann er die Fahranweisungen genau so geben, dass der Roverbot ohne Wandberührung zum Ausgang gelangt.
Bekannt ist die Methode, immer an einer Begrenzungslinie entlang zu gehen ("mit der rechten Hand immer die Wand berühren"). Damit gelangt man früher oder später zum Ausgang.

Beide Methoden sollten ausgiebig im Unterrichtsgespräch auf ihre Vor- und Nachteile hin untersucht werden. Dem zweiten Verfahren wird dann wegen seiner Allgemeingültigkeit der Vorzug gegeben, auch wenn klar ist, dass es Labyrinthformen gibt, in denen es nicht zum Erfolg führt.

Im weiteren ist der geplante Ablauf für die Bearbeitung durch den Rechner aufzubereiten. Der Roverbot fährt einen leichten Rechtsbogen, bis er auf eine Begrenzung trifft, das heißt bis der Lichtsensor die Helligkeit des Begrenzungsbands meldet. Jetzt muss so lange eine Linksdrehung erfolgen, bis das Begrenzungsband wieder verlassen ist. Durch die Wiederholung dieses Ablaufs fährt der Roverbot in leichten Rechtsbögen immer an dem Begrenzungsstreifen entlang.

Dieser Algorithmus wird an der Tafel entwickelt und schließlich in Struktogrammform grafisch dargestellt, bevor sich die Teams ans Programmieren machen. Der Erfolg des Algorithmus hängt von der geschickten Wahl der Kurvenparameter ab: Bei engeren Kurven folgt der Roverbot recht gut dem Begrenzungsstreifen, kommt aber nur langsam voran. Bei weiteren Kurven sind die Fahrzeuge zwar schneller, es besteht aber die Gefahr, dass sie dem Begrenzungsverlauf nicht mehr folgen. An dieser Stelle kann ein Wettbewerb unter den Teams gestartet werden, bei dem es um die kürzeste Zeit zum Verlassen des Labyrinths geht.