Eine Ampel ist der beste erste Zustandsautomat, den ein Kind bauen kann, denn ein Zehnjähriger kennt jede Regel längst auswendig. Jede Farbe ist ein Zustand, jeder Wechsel ein Übergang, und das Timing ist nur die Frage, wie lange der Automat wartet, bevor er weitergeht. Benennen Sie diese drei Teile laut, und der Großteil des Codes schreibt sich von selbst.

Die drei Wörter, die alles aufschließen

Ein Zustandsautomat beschreibt etwas, das immer nur in einer Situation zugleich sein kann. Eine Ampel ist entweder rot oder grün oder gelb. Nie zwei Farben gleichzeitig, und sie folgt immer demselben Weg. Genau diese eine Regel macht sie zu einem so sauberen Lehrmittel.

Zeichnen Sie es an die Tafel: drei Kreise mit Pfeilen dazwischen. Die Kreise sind die Zustände. Die Pfeile sind die Übergänge. Fragen Sie die Klasse, wann jeder Pfeil auslösen soll, und Sie haben das ganze Programm beschrieben, bevor eine einzige Zeile geschrieben ist.

Zuerst den festen Zyklus bauen

Beginnen Sie mit der einfachsten Fassung: fünf Sekunden rot, fünf Sekunden grün, zwei Sekunden gelb, dann zurück auf rot, immer weiter. Es leuchtet immer nur ein Licht. Diese Einschränkung ist die Lektion. Gehen zwei Lichter zugleich an, befindet sich der Automat in einem unmöglichen Zustand, und Kinder entdecken diesen Fehler schnell.

Sie können das mit drei LEDs auf einem Steckbrett bauen, mit den integrierten Lichtern des sheenbot∞ Boards oder komplett im Browser mit dem Blockeditor, wenn keine Hardware im Raum ist. Die Verkabelung ändert sich, das Zustandsdiagramm nicht.

Den Fußgängertaster ergänzen

Jetzt wird es interessant. Ein Fußgängertaster ist ein Ereignis, und Ereignisse sind der Grund, warum Zustandsautomaten einer einfachen zeitgesteuerten Schleife überlegen sind. Wenn jemand während Grün den Taster drückt, soll die Ampel nicht abrupt auf Rot springen. Sie soll ihre Phase zu Ende bringen, auf Gelb wechseln, dann auf Rot – und etwas länger halten, damit jemand hinüberkommt.

Das vermittelt zwei Ideen auf einmal. Erstens: Ein Übergang kann ebenso durch ein Ereignis wie durch einen Timer ausgelöst werden. Zweitens: Manche Übergänge sind mit einer Bedingung versehen – der Druck zählt nur, solange die Ampel grün ist. Ein Zustandsautomat für Kinder rund um eine Ampel ist in Wahrheit eine Lektion darüber, wann eine Regel gilt, nicht nur, wie sie lautet.

Warum dieses Muster überall steckt

Sobald ein Kind Zustände und Übergänge in einer Ampel erkennt, findet es sie überall. Eine Mikrowelle ist im Leerlauf, gart oder ist pausiert. Eine Spielfigur steht, rennt oder springt und kann nicht zweierlei zugleich. Verkaufsautomaten, Aufzugtüren und die Nachrichten, die Geräte einander schicken, laufen alle nach derselben Form ab. Es ist eine der wenigen Ideen der Informatik, die ein Zehnjähriger und eine erfahrene Ingenieurin exakt gleich aufzeichnen.

Ein Unterrichtsplan für 40 Minuten

• Zeichnen Sie gemeinsam das Diagramm mit drei Zuständen, bevor Code ins Spiel kommt – etwa fünf Minuten.
• Programmieren Sie den festen Zyklus Rot-Grün-Gelb und lassen Sie ihn laufen, bis das Timing stimmt.
• Schalten Sie absichtlich zwei Lichter gleichzeitig an, damit die Klasse einen unmöglichen Zustand sieht.
• Ergänzen Sie den Fußgängertaster und entscheiden Sie gemeinsam, wann der Druck genau zählen soll.
• Schließen Sie ab, indem Sie drei Geräte zu Hause benennen, die genauso funktionieren.

Das ganze Projekt passt in eine Einheit und braucht fast keinen neuen Wortschatz. Wenn Sie eine fertige Fassung mit Arbeitsblättern möchten: Sie steckt in unserem Robotik-Lehrplan, und Sie können eine Stunde zuerst über eine kostenlose Probestunde ausprobieren.