Diesen aiMOOC als Battle spielen: Informatik, Klasse 5-6, G-Niveau

IM6 - Schleifen und Wiederholungen

Einleitung

Stell Dir vor, Du sollst eine Figur zehn Schritte vorwärts bewegen. Du könntest den Befehl „gehe 10 Schritte“ zehnmal hintereinander einfügen. Das funktioniert, ist aber unnötig lang. In der Programmierung sucht man deshalb nach Wiederholungen. Gleiche oder regelmäßig wiederkehrende Befehle werden in einer Schleife zusammengefasst. So wird ein Programm kürzer, übersichtlicher und leichter zu verändern.

In diesem aiMOOC lernst Du, Wiederholungen in Abläufen zu erkennen und durch Schleifen zu ersetzen. Du arbeitest mit Beispielen aus Scratch, mit grafischem Blockcode und mit Programmiersimulationen. Besonders wichtig sind drei Anwendungen: Muster zeichnen, Bewegungen programmieren und wiederkehrende Arbeitsabläufe automatisieren.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du Wiederholungen in einer Befehlsfolge erkennen, passende Befehle zu einem Schleifenrumpf zusammenfassen und entscheiden, ob eine Schleife mit fester Anzahl, eine Endlosschleife oder eine bedingte Wiederholung sinnvoll ist. Du kannst einfache Programme gedanklich ausführen, ihre Zwischenschritte erklären und Fehler in Schleifen finden.

Wiederholungen erkennen

Eine Wiederholung liegt vor, wenn derselbe Befehl oder dieselbe Gruppe von Befehlen mehrfach ausgeführt wird. Das kann in einem Computerprogramm vorkommen, aber auch im Alltag. Beim Zähneputzen wiederholt sich die Bürstenbewegung. Beim Treppensteigen wiederholt sich „Fuß anheben – auf die nächste Stufe setzen“. Beim Zeichnen eines Quadrats wiederholt sich „Linie zeichnen – um 90 Grad drehen“.

Eine gute Programmierfrage lautet deshalb: Welche Befehle kommen mehrfach in derselben Reihenfolge vor?

Muster im Code entdecken

Betrachte diese Befehlsfolge:

gehe 20 Schritte
drehe dich um 90 Grad
gehe 20 Schritte
drehe dich um 90 Grad
gehe 20 Schritte
drehe dich um 90 Grad
gehe 20 Schritte
drehe dich um 90 Grad

Die beiden Befehle „gehe 20 Schritte“ und „drehe dich um 90 Grad“ bilden ein wiederkehrendes Muster. Statt acht Blöcken reichen eine Schleife und zwei Blöcke im Inneren:

Grafischer Blockcode: Quadrat
wiederhole 4 mal
gehe 20 Schritte
drehe dich um 90 Grad

Merksatz: Wiederholt sich eine ganze Befehlsgruppe, gehört die gesamte Gruppe in die Schleife.

Wiederholungsmuster ohne Computer

Auch Zeichenfolgen können Wiederholungen zeigen:

A B A B A B A B
▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■
→ → ↓ → → ↓ → → ↓
klatschen – stampfen – klatschen – stampfen

Bei „A B A B A B A B“ wird das Teilmuster „A B“ viermal wiederholt. Bei „→ → ↓ → → ↓ → → ↓“ wird das Teilmuster „→ → ↓“ dreimal wiederholt. Das Erkennen des kleinsten sinnvoll wiederholbaren Musters hilft später beim Programmieren.

Was ist eine Schleife?

Eine Schleife ist eine Kontrollstruktur, die einen Befehlsblock mehrfach ausführt. Die Befehle im Inneren heißen Schleifenrumpf oder Schleifenkörper. Ein einzelner Durchlauf heißt Iteration.

Für Klasse 6 sind drei Formen besonders nützlich:

Wiederhole n-mal: Du kennst vorher die Anzahl der Wiederholungen.
Wiederhole fortlaufend: Die Befehle sollen immer weiterlaufen, bis das Programm gestoppt wird.
Wiederhole bis ...: Die Wiederholung endet, sobald eine Bedingung erfüllt ist.

Drei Schleifen im Vergleich

Schleifenart	Leitfrage	Beispiel	Typischer Einsatz
Wiederhole n-mal	Wie oft genau?	Wiederhole 4-mal: gehe, drehe	Quadrat, Blinksignal, feste Anzahl Schritte
Wiederhole fortlaufend	Soll es ohne feste Anzahl weitergehen?	Bewege Figur immer weiter	Animation, dauernde Bewegung
Wiederhole bis ...	Wann soll gestoppt werden?	Wiederhole bis Rand berührt	Ziel erreichen, Objekt suchen, Aufgabe abschließen

Grafischer Code: feste Wiederholung

Programm A
wenn grüne Flagge angeklickt wird
wiederhole 5 mal
gehe 10 Schritte
warte 0,2 Sekunden

Der Schleifenrumpf enthält zwei Befehle. Beide werden fünfmal ausgeführt. Insgesamt bewegt sich die Figur 50 Schritte.

Programmiersimulation: Schleifen Schritt für Schritt

Beim Simulieren führst Du ein Programm im Kopf oder auf Papier aus. Du notierst nach jedem Schleifendurchlauf, was sich verändert hat. Dadurch erkennst Du, ob eine Schleife wirklich das tut, was Du erwartest.

Simulation 1: Vorwärtsbewegung

Programm:

setze Strecke auf 0
wiederhole 4 mal
    gehe 10 Schritte
    erhöhe Strecke um 10

Zeitpunkt	Durchlauf	Neu zurückgelegte Strecke
Start	noch keiner	0 Schritte
nach Schleifendurchlauf	1	10 Schritte
nach Schleifendurchlauf	2	20 Schritte
nach Schleifendurchlauf	3	30 Schritte
nach Schleifendurchlauf	4	40 Schritte

Eine wichtige Kontrollfrage lautet: Wie oft wird der Schleifenrumpf tatsächlich ausgeführt?

Simulation 2: Quadrat auf einem Raster

Die Figur startet auf Feld A und blickt nach rechts. In jedem Durchlauf geht sie zwei Kästchen vor und dreht sich danach um 90 Grad nach rechts.

Durchlauf	Bewegung	Blickrichtung danach	Beobachtung
1	zwei Felder nach rechts	nach unten	erste Seite fertig
2	zwei Felder nach unten	nach links	zweite Seite fertig
3	zwei Felder nach links	nach oben	dritte Seite fertig
4	zwei Felder nach oben	nach rechts	Startpunkt und Startrichtung wieder erreicht

Das ist ein Beispiel dafür, dass eine Schleife nicht nur Befehle wiederholt, sondern einen Zustand verändert: Ort und Richtung der Figur ändern sich in jeder Iteration.

Use-Case 1: Muster zeichnen

Regelmäßige geometrische Muster eignen sich besonders gut für Schleifen. Viele Formen bestehen aus einer wiederholten Kombination aus Bewegen und Drehen.

Quadrat, Dreieck und Sechseck

Form	Wiederholungen	Befehle im Schleifenrumpf	Drehwinkel
Quadrat	4	gehe 60 Schritte; drehe	90 Grad
gleichseitiges Dreieck	3	gehe 60 Schritte; drehe	120 Grad
regelmäßiges Sechseck	6	gehe 40 Schritte; drehe	60 Grad

Beim Zeichnen eines regelmäßigen Vielecks macht die Figur insgesamt eine volle Drehung von 360 Grad. Deshalb kannst Du für einfache regelmäßige Vielecke den Drehwinkel mit 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Seiten bestimmen.

Grafischer Code: Quadrat zeichnen

Scratch-ähnlicher Blockcode
lösche alles
schalte Stift ein
wiederhole 4 mal
gehe 80 Schritte
drehe dich um 90 Grad

Muster aus verschachtelten Wiederholungen

Eine Schleife kann in einer anderen Schleife liegen. Das nennt man Verschachtelung. Damit lassen sich komplexere Muster aus einfachen Formen aufbauen.

wiederhole 12 mal
    wiederhole 4 mal
        gehe 40 Schritte
        drehe dich um 90 Grad
    drehe dich um 30 Grad

Die innere Schleife zeichnet ein Quadrat. Die äußere Schleife wiederholt dieses Quadrat zwölfmal und dreht die Figur nach jedem Quadrat um 30 Grad weiter. So entsteht ein stern- oder rosettenartiges Muster.

Denkfrage: Welche Befehle gehören zur inneren Form und welche verändern das gesamte Muster?

Use-Case 2: Bewegung

Bewegungen in Spielen und Animationen bestehen oft aus vielen kleinen Wiederholungen. Eine Figur geht ein Stück, wechselt vielleicht das Kostüm, wartet kurz und wiederholt alles. Dadurch wirkt die Bewegung flüssig.

Grafischer Code: laufende Figur

Bewegungsschleife
wenn grüne Flagge angeklickt wird
wiederhole 10 mal
gehe 8 Schritte
wechsle zum nächsten Kostüm
warte 0,1 Sekunden

Hier werden Bewegung, Bildwechsel und Wartezeit gemeinsam wiederholt. Würde nur „gehe 8 Schritte“ in der Schleife liegen, würde der Kostümwechsel nur einmal stattfinden.

Endlosschleife für dauernde Bewegung

wiederhole fortlaufend
    gehe 5 Schritte
    falls Rand berührt
        pralle ab

Eine Endlosschleife ist sinnvoll, wenn eine Figur während eines Spiels dauerhaft unterwegs sein soll. Sie braucht normalerweise eine Möglichkeit, durch das Stoppen des Programms oder einen anderen Programmzustand beendet zu werden.

Bedingte Wiederholung: bis zum Ziel

wiederhole bis <Ziel berührt>
    gehe 5 Schritte

Hier ist die Anzahl der Wiederholungen nicht vorher festgelegt. Die Schleife endet, wenn die Bedingung „Ziel berührt“ erfüllt ist. Das ist ein wichtiger Unterschied zu „wiederhole 10 mal“.

Use-Case 3: Wiederkehrender Arbeitsablauf

Schleifen sind nicht nur für Zeichnungen und Spiele nützlich. Auch ein Algorithmus für einen Arbeitsablauf kann Wiederholungen enthalten. Stell Dir einen Sortierroboter vor, der Gegenstände vom Tisch in eine Kiste legt.

Ohne Schleife könnte der Ablauf lauten:

nimm einen Gegenstand
lege ihn in die Kiste
nimm einen Gegenstand
lege ihn in die Kiste
nimm einen Gegenstand
lege ihn in die Kiste

Mit einer Schleife wird die Idee klarer:

wiederhole bis <Tisch leer>
    nimm einen Gegenstand
    lege ihn in die Kiste

Die Bedingung „Tisch leer“ beschreibt, wann der Arbeitsablauf fertig ist. Das Programm muss nicht wissen, ob am Anfang drei, fünf oder zwanzig Gegenstände auf dem Tisch liegen.

Arbeitsabläufe im Alltag als Schleife beschreiben

Aufräumen: Wiederhole, bis keine Bausteine mehr auf dem Boden liegen: Baustein nehmen und in die Kiste legen.
Bibliothek: Wiederhole für jedes zurückgegebene Buch: Buch prüfen und ins passende Regal stellen.
Produktion: Wiederhole für jedes Werkstück: prüfen, markieren und weitertransportieren.
Dateneingabe: Wiederhole für jeden Datensatz: lesen, kontrollieren und speichern.

Entscheidend ist nicht, dass ein Mensch wirklich wie ein Roboter arbeitet. Entscheidend ist, dass Du einen Ablauf so genau beschreibst, dass seine wiederkehrende Struktur sichtbar wird.

Wiederholungen durch Schleifen ersetzen

Beim Umformen hilft Dir eine einfache Strategie:

Markiere gleiche Befehle oder gleiche Befehlsgruppen.
Finde den kleinsten Block, der sich vollständig wiederholt.
Zähle die Wiederholungen oder finde eine passende Abbruchbedingung.
Lege den wiederholten Block in eine Schleife.
Simuliere das neue Programm und vergleiche das Ergebnis mit dem alten.

Beispiel: langen Code verkürzen

Vorher:

spiele Ton
warte
spiele Ton
warte
spiele Ton
warte
spiele Ton
warte

Nachher:

wiederhole 4 mal
    spiele Ton
    warte

Beide Programme können dasselbe Ergebnis erzeugen. Die Schleifen-Version zeigt aber deutlicher: Es geht um vier gleiche Ton-Warte-Paare.

Wann darf man nicht einfach zusammenfassen?

Nicht jede ähnliche Folge ist eine exakte Wiederholung. Betrachte:

gehe 10 Schritte
drehe 90 Grad
gehe 20 Schritte
drehe 90 Grad

Hier sind die Geh-Befehle unterschiedlich. Eine einfache Schleife „wiederhole 2 mal: gehe 10 Schritte; drehe 90 Grad“ wäre falsch. Vor dem Zusammenfassen musst Du deshalb prüfen, welche Werte gleich sind und welche sich verändern.

Typische Fehler und Debugging

Debugging bedeutet, Fehler in einem Programm zu finden und zu verbessern. Bei Schleifen treten häufig diese Fehler auf:

Die falschen Befehle liegen innerhalb oder außerhalb der Schleife.
Die Anzahl der Wiederholungen ist zu groß oder zu klein.
Der Drehwinkel ist falsch, sodass ein Muster nicht geschlossen wird.
Eine Endlosschleife läuft weiter, obwohl eine Abbruchmöglichkeit gebraucht wird.
Eine „wiederhole bis“-Schleife erreicht ihre Abbruchbedingung nie.

Fehlerdetektiv: Was passiert?

wiederhole 4 mal
    gehe 50 Schritte
drehe dich um 90 Grad

Dieser Code zeichnet kein Quadrat. Die Figur geht viermal geradeaus und dreht sich erst danach einmal. Für ein Quadrat müssen sowohl „gehe“ als auch „drehe“ im Schleifenrumpf liegen.

Mini-Simulation zum Debuggen

Frage	Prüfmethode
Wie oft läuft die Schleife?	Setze für jeden Durchlauf einen Strich auf Papier.
Was ändert sich in jedem Durchlauf?	Notiere Ort, Richtung oder Zählerstand.
Wo endet das Programm?	Prüfe Anzahl oder Abbruchbedingung.
Ist das Ergebnis wie vorher?	Vergleiche die alte Befehlsfolge mit der Schleifen-Version.

Transfer: Von Scratch zu allgemeinem Programmieren

Die Idee einer Schleife gibt es in vielen Programmiersprachen. Die Schreibweise ist verschieden, das Grundprinzip bleibt gleich: Ein Befehlsblock wird wiederholt.

Scratch-Idee:
wiederhole 4 mal
    Aktion

Text-Idee:
for vier Durchläufe:
    Aktion

Für Dich ist zunächst wichtiger, die Logik zu verstehen als eine bestimmte Textsyntax auswendig zu lernen. Wer Wiederholungsmuster erkennt, kann später leichter andere Programmiersprachen erlernen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist eine Schleife in einem Programm? (Eine Struktur, die einen Befehlsblock wiederholt) (!Ein Bild auf der Programmoberfläche) (!Ein Speicherort für Dateien) (!Eine Fehlermeldung)

Welche Befehlsgruppe eignet sich zum Zeichnen eines Quadrats in einer Vierfach-Schleife? (Gehe vorwärts und drehe dich um 90 Grad) (!Gehe vorwärts und drehe dich um 45 Grad) (!Spiele einen Ton und stoppe das Programm) (!Wechsle das Kostüm und lösche die Figur)

Wie oft wird der Schleifenrumpf bei wiederhole 6 mal ausgeführt? (Sechsmal) (!Einmal) (!Fünfmal) (!Unendlich oft)

Welche Schleife passt am besten, wenn eine Figur dauerhaft hin und her laufen soll? (Eine Endlosschleife) (!Eine einmalige Sequenz) (!Eine Schleife mit genau zwei Durchläufen) (!Eine Schleife ohne Befehle)

Was ist eine Iteration? (Ein einzelner Durchlauf einer Schleife) (!Das Ende des gesamten Computers) (!Ein Bild in einer Animation) (!Ein Fehler im Drehwinkel)

Welche Schleife passt, wenn ein Roboter Gegenstände einsammelt, bis der Tisch leer ist? (Eine Wiederhole-bis-Schleife) (!Eine Schleife mit immer genau zwei Durchläufen) (!Eine Endlosschleife ohne Bedingung) (!Gar keine Wiederholung)

Warum machen Schleifen Programme oft übersichtlicher? (Sie fassen wiederkehrende Befehle zusammen) (!Sie löschen automatisch alle Fehler) (!Sie ersetzen jede Bedingung) (!Sie machen aus Text immer Bilder)

Was gehört bei einem Quadrat in den Schleifenrumpf? (Bewegen und Drehen) (!Nur das Starten des Programms) (!Nur das Drehen nach der ganzen Schleife) (!Nur das Stoppen des Programms)

Wann ist eine einfache Schleife nicht ohne Weiteres passend? (Wenn sich wichtige Werte in den scheinbar gleichen Schritten unterscheiden) (!Wenn genau dieselbe Befehlsgruppe mehrfach vorkommt) (!Wenn ein Quadrat vier gleiche Seiten hat) (!Wenn ein Ton viermal gleich abgespielt wird)

Was hilft beim Prüfen einer Schleife besonders? (Das Programm Durchlauf für Durchlauf zu simulieren) (!Alle Befehle zufällig zu vertauschen) (!Die Wiederholungszahl immer zu verdoppeln) (!Den Schleifenrumpf zu löschen)

Memory

Schleife	Wiederholt einen Befehlsblock
Zählschleife	Feste Anzahl von Durchläufen
Endlosschleife	Läuft ohne feste Wiederholungszahl weiter
Schleifenrumpf	Befehle innerhalb der Wiederholung
Iteration	Ein einzelner Durchlauf
Muster	Regelmäßig wiederkehrende Struktur
Abbruchbedingung	Legt das Ende einer bedingten Wiederholung fest

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Quadrat	viermal bewegen und um 90 Grad drehen
Dreieck	dreimal bewegen und um 120 Grad drehen
Dauerbewegung	wiederhole fortlaufend
Blinksignal	wiederhole eine feste Anzahl
Aufräumroboter	wiederhole bis der Tisch leer ist

...

Kreuzworträtsel

Schleife	Wie heißt eine Programmstruktur, die Befehle wiederholt?
Iteration	Wie heißt ein einzelner Durchlauf einer Wiederholung?
Muster	Wie nennt man eine regelmäßig wiederkehrende Struktur?
Bewegung	Welcher Use-Case lässt eine Figur wiederholt ihre Position ändern?
Endlosschleife	Welche Schleifenart läuft ohne feste Anzahl weiter?
Debugging	Wie nennt man das systematische Finden und Verbessern von Programmfehlern?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Muster erkennen: Schreibe eine Folge aus zwölf Zeichen, in der sich ein Teilmuster wiederholt. Markiere das kleinste Teilmuster und gib an, wie oft es vorkommt.
Schleife formulieren: Wandle die Folge „klatschen, stampfen, klatschen, stampfen, klatschen, stampfen“ in eine Wiederholungsanweisung um.
Quadrat programmieren: Baue in Scratch oder auf Papier einen Blockcode, der mit einer Vierfach-Schleife ein Quadrat zeichnet.
Programmsimulation: Simuliere „wiederhole 5 mal: gehe 3 Schritte“ und notiere nach jedem Durchlauf die insgesamt zurückgelegte Strecke.

Standard

Musterwerkstatt: Entwirf drei geometrische Muster mit Schleifen. Eines soll ein Quadrat, eines ein regelmäßiges Sechseck und eines eine eigene Idee enthalten.
Bewegungsanimation: Programmiere eine Figur, die sich mit einer Schleife bewegt, dabei ihr Kostüm wechselt und kurze Pausen nutzt. Erkläre, warum alle drei Befehle in der Schleife liegen.
Alltagsalgorithmus: Beschreibe einen wiederkehrenden Arbeitsablauf aus Schule oder Haushalt als Algorithmus mit einer Schleife und einer klaren Abbruchbedingung.
Fehlerdetektiv: Erfinde absichtlich zwei fehlerhafte Schleifenprogramme. Tausche sie mit einer anderen Person und dokumentiert, wie Ihr die Fehler gefunden habt.

Schwer

Verschachtelte Schleifen: Erzeuge ein Muster mit einer inneren Schleife für eine Form und einer äußeren Schleife für die Wiederholung dieser Form. Dokumentiere beide Wiederholungsebenen.
Schleifenvergleich: Löse dieselbe Bewegungsaufgabe einmal mit einer festen Wiederholungszahl und einmal mit „wiederhole bis“. Vergleiche die Vorteile beider Lösungen.
Optimierung: Suche in einem längeren selbst geschriebenen Programm nach wiederholtem Code und verkürze ihn durch Schleifen. Begründe jede Änderung.
Mini-Projekt: Entwickle eine kleine Animation oder Simulation, in der mindestens zwei verschiedene Schleifenarten vorkommen. Erstelle dazu ein Ablaufdiagramm oder eine kommentierte Blockcode-Grafik.

Lernkontrolle

Code-Transformation: Du erhältst eine lange Befehlsfolge mit mehreren Wiederholungen. Fasse sie mit möglichst wenigen Schleifen zusammen und begründe, warum das Ergebnis gleich bleibt.
Transfer Muster: Eine Figur soll ein regelmäßiges Achteck zeichnen. Entwickle eine Schleifenidee und leite den benötigten Drehwinkel aus einer vollen Drehung ab.
Transfer Bewegung: Eine Spielfigur soll laufen, bis sie eine Zielfarbe berührt. Entscheide zwischen fester Wiederholungszahl, Endlosschleife und bedingter Wiederholung und begründe Deine Wahl.
Arbeitsablauf analysieren: Formuliere das Austeilen eines Stapels Arbeitsblätter als wiederkehrenden Ablauf. Bestimme Schleifenrumpf und Abbruchbedingung.
Debugging erklären: Ein Quadratprogramm läuft geradeaus und dreht sich erst am Ende. Erkläre die Ursache und beschreibe eine systematische Prüfmethode.
Vergleich von Lösungen: Zwei Programme erzeugen dieselbe Animation, eines mit 24 Einzelblöcken und eines mit einer Schleife. Vergleiche Lesbarkeit, Änderbarkeit und Fehleranfälligkeit.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du nicht nur Begriffe nennen, sondern Schleifen anwenden und erklären kannst.

Du erkennst wiederkehrende Befehle und Befehlsgruppen.
Du fasst Wiederholungen korrekt in einem Schleifenrumpf zusammen.
Du unterscheidest feste, fortlaufende und bedingte Wiederholungen.
Du simulierst Schleifen Durchlauf für Durchlauf und beschreibst Zustandsänderungen.
Du nutzt Schleifen für Muster, Bewegungen und wiederkehrende Arbeitsabläufe.
Du findest typische Schleifenfehler und begründest Deine Korrektur.
Du vergleichst eine lange Befehlsfolge mit einer Schleifenlösung und bewertest die Übersichtlichkeit.

OERs zum Thema

Der Wikipedia-Artikel zu Schleifen in der Programmierung bietet eine weiterführende Übersicht.

Zusätzlich kannst Du den Artikel zu Scratch nutzen, um die blockbasierte Programmierumgebung einzuordnen.

Verknüpfte Lernbereiche

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