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Aus dem Baukasten

Entwicklungsumgebungen für Einsteiger

13.05.2013
Visual-Programming-IDEs erleichtern den Einstieg in die Software-Erstellung durch eingängige Programmierkonzepte, einfache Befehle und spezielle Hilfestellungen. Wir stellen fünf Kandidaten vor.

Programmieren scheint ein ziemlich kompliziertes Unterfangen zu sein – das muss man zumindest glauben, wenn man in der Buchhandlung seines Vertrauens einen der dicken Schinken zu C++, C# oder Java aus dem Regal zieht. Die beim Durchblättern dieser Wälzer an den Augen vorbeiziehenden kryptischen Befehlskolonnen legen den Verdacht nahe, es handele sich um eine Wissenschaft für eine kleine, verschworene Gemeinde. Genau das Gegenteil wollen Alice, Greenfoot, Hackety Hack, Processing und Scratch beweisen: Die fünf Entwicklungsumgebungen helfen nicht nur beim Einstieg ins Programmieren, sondern führen auch extrem schnell zu einer kompletten Anwendung. Alice, Greenfoot und Scratch richten sich dabei explizit auch an Kinder.

Klickibunti

Alle fünf IDEs nutzen einen visuellen Ansatz: Der angehende Programmierer lädt in einem Fenster grafische Objekte ab, die er dann dreht, skaliert, bewegt oder anderweitig manipuliert. Bei Alice und Scratch genügt es bereits, aus einer Palette passende Autos, Figuren und Häuser in das Fenster zu ziehen und sich dann den gewünschten Programmablauf aus fertigen Bausteinen zusammenzuklicken. Hackety Hack, Greenfoot und Processing verlangen hingegen, dass man Befehle eintippt. Diese verändern nicht nur die Objekte, sondern erzeugen auch die Grafiken. Das verlangt etwas mehr Einarbeitung und Vorstellungskraft, erlaubt dafür aber auch komplexere Ergebnisse.

Da der Benutzer grafische Objekte manipuliert, sieht er sofort die Auswirkungen seiner Anweisungen. Diese Interaktivität animiert zum Experimentieren mit neuen, unbekannten Funktionen und führt vor allem Kinder und Jugendliche spielerisch an die Programmierung heran. Selbst erfahrene Programmierer sollten über die hier vorgestellten Umgebungen nicht schmunzeln: Sie eignen sich nämlich hervorragend zum Bau von Prototypen. Der von Greenfoot und Processing produzierte Java-Code lässt sich sogar leicht in andere Programme übernehmen.

Alle fünf IDEs bieten eine übersichtliche, einfach aufgebaute Benutzeroberfläche. Auch Neulinge finden sich nach einer kurzen Orientierungsphase schnell darin zurecht. Greenfoot, Hackety Hack und Scratch bieten auf ihrer Homepage zudem eine Programmgalerie. Die dort präsentierten Anwendungen zeigen nicht nur, was alles mit der Entwicklungsumgebung möglich ist, sie geben auch Anregungen für eigene Programme.

Kasten: Objektiv

Fast alle hier vorgestellten Werkzeuge nutzen das Konzept der Objektorientierung, das sich in der Programmierung als besonders erfolgreich erwiesen hat. Dabei geht man davon aus, dass ein Programm aus mehreren Objekten besteht. Ein Beispiel für ein solches Objekt wäre eine auf dem Bildschirm sichtbare Schaltfläche oder ein Auto. Diese Objekte besitzen Eigenschaften, wie etwa eine Farbe, und stellen sogenannte Methoden bereit, die das Objekt verändern. Das Auto könnte beispielsweise Methoden wie Fahren, Bremsen oder Parken anbieten. Darüber hinaus dürfen Objekte Ereignisse senden und empfangen. Klickt etwa ein Benutzer auf den Knopf, meldet dieser das Ereignis Ich bin gedrückt. Das Programm kann eine diesen Ereignissen gemäße Reaktion auslösen – etwa das Auto "losfahren" lassen. Schließlich gibt es für die Objekte noch "Baupläne", die sogenannten Klassen. Bis auf wenige Ausnahmen tritt die Objektorientierung in allen fünf IDEs durchweg in den Hintergrund, Vorkenntnisse darüber brauchen Sie nicht.

Alice

Von der Carnegie-Mellon-Universität in Pittsburgh stammt Alice [1], dessen erste Version bereits 1999 erschien. Die Entwickler haben Alice unter eine eigene Lizenz gestellt, die sich der BSD-Lizenz orientiert, jedoch die Verwendung des Namens Alice in abgeleiteten Werken untersagt.

Alice soll vor allem erste Gehversuche in der objektorientierten Programmierung ermöglichen. Die IDE stellt eine virtuelle Welt bereit, welche Sie per Drag & Drop mit 3D-Objekten wie Personen, Tieren und Fahrzeugen bestücken. Anschließend ziehen sie aus einer Palette leicht verständliche Aktionen (etwa Drehen oder Verschieben) in einen Ablaufplan und erstellen so aus den bislang statischen Szenen Animationen oder sogar kleine Spiele. Alice verwendet dabei in seiner Oberfläche bereits die typischen englischen Begriffe aus der Objektorientierung.

Abbildung 1: In Alice bestücken Sie zunächst eine Szene mit Objekten, wie hier einer Palme. Die Positionierung im Raum erweist sich dabei als etwas hakelig. Die von der Palme angebotenen Aktionen ziehen Sie dann auf die rechte Seite. Benötigte Werte wählen Sie aus deinem Kontextmenü oder tippen sie über Custom DecimalNumber ... ein.

Alice steht auf der Homepage sowohl in der älteren Version 2 als auch in der neu entwickelten Version 3 bereit. Die Macher empfehlen die ältere Fassung für kleinere Kinder, Alice 3 hingegen für Jugendliche, die später auf Java umsteigen wollen oder müssen. Der Funktionsumfang der beiden Versionen ist allerdings weitgehend identisch.

Die IDE bringt zahlreiche vorgefertigte Objekte mit. Dank einer Kooperation mit dem Spiele-Anbieter Electronic Arts sind darunter im Fall von Alice 3 sogar Figuren und Objekte aus dem Spiel "Die Sims 2". Für Alice 2 stellen die Entwickler weitere kostenlose Objekte in einer Galerie bereit [2]. Eigene Modelle lassen sich in Alice 2 im ASE-Dateiformat von 3D Studio MAX importieren, Alice 3 fehlt eine solche Möglichkeit noch. Für beide Versionen gibt es mit der Sound Gallery noch eine Sammlung mit Tönen und Hintergrundmusik.

Alice selbst ist in Java geschrieben und benötigt neben einem vollständigen JDK auch eine aktivierte 3D-Beschleunigung via OpenGL. Die IDE, belegt in der Version 3.1 fast 600 MByte auf die Festplatte und verlangt mindestens 1 GByte Hauptspeicher. Die Installation übernimmt ein Assistent. Den Vorgänger Alice 2.3 (Abbildung 2) müssen Sie einfach nur entpacken. Prinzipiell lässt sich Alice 3 auch auf die deutsche Sprache umschalten, auf unserem Testrechner mit Ubuntu 12.10 wollte das jedoch nicht gelingen.

Abbildung 2: Die Benutzeroberfläche der älteren Alice-Version 2.3 wirkt etwas aufgeräumter als die ihres Nachfolgers.

Nach dem Start wählen Sie als Erstes einen Bodenbelag für die virtuelle Umgebung aus. Anschließend erscheint das Hauptfenster, das links oben die aktuelle Szene zeigt. Darunter findet sich eine Liste aller vom derzeit in der Szene angewählten Objekt angebotenen Aktionen. Die gewünschte Handlung ziehen Sie einfach mit der Maus nach rechts, wo auf diese Weise sukzessive einen Ablaufplan entsteht. Am unteren Fensterrand finden sich schließlich noch nützliche Kontrollstrukturen, wie Schleifen oder Wenn/dann-Abfragen, die Sie ebenfalls einfach in den Ablaufplan ziehen.

Abläufe lassen sich in Funktionen und Prozeduren zusammenfassen. Um weitere Objekte der Szene hinzufügen, müssen Sie in die dafür gedachte Ansicht zurückschalten. Dort stehen in einer kleinen Galerie alle verfügbaren Objekte bereit, die Sie per Drag & Drop in die Szene ziehen. Für einen Test des zusammengestellten Ablaufplans müssen Sie man das Programm lediglich starten, eine Kompilierung ist nicht notwendig. Es öffnet sich dann ein neues Fenster, in dem die Anwendung abläuft. Erst wenn Sie dieses Fenster wieder schließen, dürfen Sie im Hauptfenster Korrekturen vornehmen.

Für Lehrer gibt es englischsprachiges Kursmaterial mit Aufgaben und Beispielen [3]. Auf dieses Material ist allerdings auch angewiesen, wer im Alleingang erste Gehversuche mit Alice wagen möchte. Ein klassisches Handbuch oder eine Einführung gibt es nicht, wohl aber zahlreiche englischsprachige Bücher. Fragen beantworten eine FAQ sowie andere Nutzer im offiziellen Alice-Forum, Lehrkräfte können sich auf einer eigens dafür eingerichteten, englischsprachigen Mailingliste austauschen.

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