Station Gy Informatik
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Let it snow! - Die Musik der Schneeflocken
Wir begrüßen dich mit dieser kleinen Animation ganz herzlich in der Informatik!
Versuch doch mal, eine Schneeflocke zu fangen ...
Klicke in die Animation und bewege den Mauszeiger ... <code>
Jede Schneeflocke tanzt nach ihrer eigenen Melodie. Ihr Weg ist eine Welle, die aus Tönen zusammengesetzt ist - komisch, nicht? Wenn die Welle ganz gleichmäßig ist, nennt man sie SINUS. Die sind aber langweilig. Erst, wenn mehrere Sinus-Wellen zusammenkommen (sich addieren), entstehen Akkorde, zum Beispiel A-Moll oder C-Dur. Die grauen Schneeflocken bewegen sich auf "Moll-Bahnen", die weißen auf "Dur-Bahnen":
In der 7. Klasse lernst du in ITG (= Informations Technische Grundlagen), woraus ein Computer besteht, welche Programme jeder kennen sollte (WORD, EXCEL, POWERPOINT) und wie man diese Programme benutzt.
In der Kursstufe (Klasse 11/12) kannst du dann Informatik als Nebenfach wählen, wenn du lernen möchtest, wie man programmiert.
Die Sprache der Computer
Zuerst einmal müssen wir verstehen, wie Buchstaben codiert werden. Denn der Computer versteht nur Nullen und Einsen. Eine der einfachsten Codierungen ist der ASCII-Code. Versuch mal herauszufinden, was sich hinter dem folgenden Code verbirgt (siehe L1):
01001100 01001001 01000101 01000010 01000110 01010010 01000001 01010101 01000101 01001110 01010011 01000011 01001000 01010101 01001100 01000101
Du kennst sicher auch QR-Codes. Die kannst du mit deinem Smartphone lesen, meistens genügt dafür die Kamera-App:
Programmieren mit Scratch
Beim Programmieren sagt man dem Computer, was er machen soll. Er führt dabei ganz viele Schritte in sehr kurzer Zeit aus, für die wir Menschen ewig bräuchten. Der Computer ist nicht schlauer als wir, aber er ist schneller - viel schneller. Weil der Computer nicht besonders schlau ist, müssen wir ihm selbst die kleinsten Schritte einer Aufgabe mitteilen. Zusammen ergeben dann viele Schritte oder Befehle ein Programm. Es ist ein unvergleichliches Erlebnis, wenn du einmal dein erstes, eigenes Programm schreibst und der Computer das macht, was du willst.
"Scratch ist ... eine einfache, visuelle Programmiersprache, mit der junge Menschen ganz einfach digitale Geschichten, Spiele und Animationen erstellen können." Das folgende, kleine Scratch-Programm erzeugt eine Variante des berühmten Sierpinski-Dreiecks:
Programmieren einer Website
HTML ist die Sprache des Internets, jede Website wird damit programmiert. Eigentlich ist HTML keine richtige Programmiersprache, sie liefert aber das Gerüst einer Website, wie beim Rohbau eines Hauses. Um das Haus/die Website zum Leben zu erwecken, brauchen wir noch andere Sprachen: für das Design (CSS), die Animationen (Javascript) und das Speichern von Inhalten (PHP & SQL).
Mit einem Rechtsklick der Maus kannst du dir den Seitenquelltext jeder Website anzeigen lassen. Da findest du dann alle HTML-Befehle.
Verschlüsselung
Caesar-Chiffre
Eines der berühmtesten Verschlüsselungsverfahren stammt von Gaius Julius Caesar (12. Juli 100 bis 15. März 44 vor Christus). Nach ihm ist auch der Vorläufer unseres heutigen Kalenders benannt mit der einfachen Schaltjahr-Regel, die uns alle 4 Jahre einen zusätzlichen Tag schenkt, den 29. Februar. Dieser Kalender wurde später durch den Gregorianischen Kalender abgelöst, der insgesamt drei Schaltjahr-Regeln hat.
Wenn du in das folgende Textfeld eine Nachricht schreibst, wird sie automatisch so verschlüsselt, wie es Caesar sich ausgedacht hat. Aber wie funktioniert diese Verschlüsselung eigentlich (siehe L2)?
Rechteck-Chiffre
Kennst du den Unteschied zwischen http und https? Das kleine "s" steht für secure und macht die Verbindung zu einer Website sicher. Das ist ziemlich kompliziert, du kannst dir das aber so vorstellen: Die Buchstaben einer Nachricht kommen in einen Schneesturm und werden durcheinander gewirbelt. Heraus kommt dann zum Beispiel sowas:
H C K A A E H O M S R W M G I Z I M Y U L L E M M I L N N !
Um die Nachricht zu lesen, brauchen wir natürlich den Schlüssel. Das darf man nicht so wörtlich nehmen, denn ein "Schlüssel" kann auch so eine Tabelle sein, mit der wir die Nachricht für dich verschlüsselt haben. Tipp: Trage die Buchstaben so in die Tabelle ein, dass etwas Sinnvolles entsteht (siehe L3).
| __ | __ | __ | __ | __ | __ |
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Passwörter
Zahlenschloss
Der Schlüssel deines Fahrradschlosses ist wie ein Passwort. Wenn du ein Zahlenschloss hast, dann ist die Zahl das Passwort. Bei drei Rädchen gibt es 10 x 10 x 10 = 1000 verschiedene Kombinationen. Ein Dieb bräuchte eine Weile, um deine Zahl zu finden. Wieviele Kombinationen (siehe L4) hätte ein Zahlenschloss mit 4 Rädchen?
Buchstabenschloss
Angenommen, jedes der 4 Rädchen hätte statt der Ziffern die Buchstaben A-Z. Wieviele Kombinationen (siehe L5) hätte dann dein Buchstabenschloss? Solche Überlegungen helfen uns dabei, die Sicherheit von Passwörtern ganz allgemein zu beurteilen.
PasswordCard
Mit der folgenden Animation kannst du dir eine sogenannte PasswordCard erstellen und ausdrucken. Mit der Maus wirbelst du die Zeichen durcheinander, bis du zufrieden bist. In der 5. Spalte könnte zum Beispiel dein E-Mail-Passwort stehen. Das darfst du natürlich niemandem verraten.
Algorithmen
Ein Algorithmus ist ein Verfahren, mit dem man ein Problem beschreibt oder löst. Für manche Probleme gibt es noch keine Lösung, zum Beispiel für das Kollatz-Problem. Dabei wird eine beliebige natürliche Zahl gewählt, mit der man die folgenden Schritte durchführt. Niemand weiß, ob am Ende immer 1 rauskommt:
| 1 | Wähle eine natürliche Zahl. |
| 2 | Ist die Zahl gerade? |
|
3 |
JA Teile die Zahl durch 2 |
|
4 |
NEIN Multipliziere die Zahl mit 3 und addiere 1 |
|
5 |
Wiederhole Schritt 2 bis 4 mit dem Ergebnis, bis du 1 erhältst. |
Solche Berechnungen kann dein Computer ganz schnell erledigen. Das Kollatz-Problem konnten sie jedoch bisher nicht lösen. Hier kannst du selbst Zahlen ausprobieren:
Den Algorithmus versteht der Computer so natürlich nicht, wir müssen die Anweisungen zuerst übersetzen. Dein Browser versteht zum Beispiel JAVASCRIPT, deswegen sind alle Animationen dieser Seite in JavaScript geschrieben / programmiert:
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PSEUDOCODE |
|
Eingabe Zahl
Wiederhole solange Zahl ≠ 1 { Wenn Zahl gerade Zahl ÷ 2 sonst Zahl • 3 + 1 Ausgabe Zahl } |
| JAVASCRIPT |
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let zahl = prompt();
while (zahl <> 1) { if (zahl % 2 == 0) { zahl /= 2; } else { zahl = zahl * 3 + 1; }
document.write(zahl + ' - '); } |
Netzwerke
In Informatik lernst du auch, wie Computer miteinander sprechen. Wir verwenden die Lernanwendung FILIUS zu Rechnernetzen: "Filius wurde entwickelt, um Unterricht zum Internet zu unterstützen. Zielgruppe sind Lernende in der Sekundarstufe allgemein bildender Schulen. Mit Filius werden Lernaktivitäten ermöglicht, die insbesondere entdeckendes Lernen unterstützen sollen." https://www.lernsoftware-filius.de
Licht aus!
Wir programmieren auch kleine Spiele wie das folgende. Das Ziel ist, durch Klicken auf die einzelnen Felder alle Felder schwarz zu färben. Dann ist das Licht aus! Wenn du auf ein Feld klickst, ändert sich dessen Farbe UND die Farbe seiner direkten Nachbarfelder. Ganz nebenbei kannst du etwas Japanisch lernen, denn jedes Feld enthält eines der 46 HIRAGANA-Zeichen.
Weihnachtsbaum mit Excel
Hier die fertige Animation zum Download.
