Seit diesem Schuljahr gibt es in der gemeinsamen Orientierungsstufe von St.-Willibrord-Gymnasium und Otto-Hahn-Realschule plus auch schon in der fünften Klasse eine MINT-Klasse. Neben einer MINT-Stunde, in der wir den Computer genauer kennen lernen, und vielen Forscherstunden in Mathematik und Naturwissenschaften, fand im November 2021 der erste große MINT-Projekttag der Klasse 5g statt. An diesem Tag lernten wir mit unseren Lehrerinnen Frau Sonnen-Högener, Frau Pauls-Schuh und Frau Müller-Krause viele neue und interessante Dinge zum Thema „IT2School – Gemeinsam IT entdecken“.
Erstes Projekt: Wir arbeiten mit Pixelcodes für schwarz-weiß Bilder
In der ersten Stunde des MINT-Projekttages haben wir mit Pixelcodes für schwarz-weiß Bilder gearbeitet. Pixel sind kleine Quadrate (im Deutschen auch Bildpunkte genannt), aus denen ein Bild aufgebaut ist. Je mehr Pixel vorhanden sind, desto schärfer erscheint ein Bild. Am Smartboard wurden drei Beispiele präsentiert. Es waren drei Bilder, bei denen eins scharf war und viele Pixel enthielt. Das zweite war nicht mehr so scharf und enthielt weniger Pixel als das erste. Das dritte Bild war sehr unscharf, weil es so wenige Pixel gab, dass man sie schon mit bloßem Auge erkennen konnte. Wir bekamen ein Arbeitsblatt mit Zahlencodes, die wir dann in Bilder umgewandelt haben. Danach sollten wir selbst einen Entschlüsselungscode erstellen, damit unser Sitznachbar ein Bild daraus malt. Danach haben wir nochmal alles zusammengefasst, was wir gelernt haben und die Grundregelung, wie Bilder aus Zahlen erstellt werden, besprochen. Am Ende war es sehr faszinierend, zu wissen wie viele Pixel man für ein scharfes Bild benötigt.
Bild 1: Schwarz-weiß Bild mit wenigen Pixeln Bild 2: Schwarz-weiß Bild mit vielen Pixeln
Pixelcodes für bunte Bilder
In der ersten Stunde haben wir gelernt, wie man Pixelcodes für bunte Bilder erstellt oder diese nach Code selbst malt. Nachdem wir dies gelernt haben, bekamen wir erneut Arbeitsblätter, die wir bearbeiten sollten. Am Anfang war es schwer, aber nach ein paar Nachfragen wurde es immer leichter und es wurde immer spaßiger. Danach haben wir wie in der ersten Stunde einen Pixelcode erstellt. Die Codes wollten wir am Ende noch mischen und an alle Kinder einen Code von einem anderen Schüler geben, aber es wurde zu spät, so dass wir es in der achten oder neunten Stunde nochmal versucht haben.
Bild 3: Buntes Bild mit wenigen Pixeln Bild 4: Buntes Bild, vielen Pixel
Zweites Projekt: Strichcodes und QR-Codes
Es gibt viele verschiedene Typen von Strichcodes. Wir haben uns näher mit den GTIN-8-Codes und den GTIN-13-Codes befasst. Diese Codes enthalten wichtige Informationen eines Produkts und können von einem Barcode-Scanner gelesen werden. Welche Informationen in diesen Strichcodes stecken, kann man in der untenstehenden Grafik sehen. Der GTIN-13-Code besitzt weltweite Gültigkeit und ist für jedes Produkt einmalig.
Am Anfang der Stunde haben wir ein Blatt mit verschieden 8- und 13-stelligen Strichcodes bekommen, die wir mit der App ,,CodeCheck‘‘ gescannt und entschlüsselt haben. Es war z. B. ein Joghurt, ein Spiel oder ein Deo-Roller dabei. Man sieht in der App auch, was die verschiedenen Dinge beinhalten und ob die Inhaltsstoffe umwelt- und / oder gesundheitsschädlich sind.
Barcodes: Die Prüfziffer
Danach haben wir gelernt, wie man die Prüfziffer bei 8- und 13-stelligen Strichcodes ausrechnet. Die Prüfziffer ist die letzte Ziffer und sie ermöglicht es, Fehler beim Einlesen der Codes zu erkennen.
Zur Berechnung der Prüfziffer eines 13-stelligen Codes werden die Ziffern an ungerader Position mit 1, die Ziffern an gerader Position mit 3 multipliziert und dann aufsummiert. Die Prüfziffer ist dann die Zahl, die zu einer vollen Zehnerzahl fehlt.
Bild 6: 13-stelliger-Code Bild 7: 8-stelliger-Code
Die Berechnung der Prüfziffer bei einem 8-stelligen-Code funktioniert genauso wie oben für die GTIN-13-Codes beschrieben. Allerdings beginnt man in diesem Fall die Multiplikation mit 3 und wechselt dann mit der 1.
Der Computer errechnet die Prüfziffer wie in den Bildern oben erklärt und vergleicht sie mit der gedruckten Prüfziffer. Wenn die errechnete und die aufgedruckte Prüfziffer nicht gleich sind, gibt er eine Fehlermeldung aus.
Anschließend haben wir uns das Video „Das Geheimnis der Steifen“ angeschaut, indem u. a. erklärt wird, wie die Streifen eines Barcodes aufgebaut sind. Was man zum Beispiel nicht sieht: Eigentlich besteht ein Barcode aus 95 gleich dicken Streifen. Man denkt oft, dass die Streifen unterschiedlich dick sind, dabei sieht es nur so aus, weil mehrere gleichfarbige (also schwarze oder weiße) nebeneinander sind. Die Streifen codieren die Ziffern der Produktnummer. Jeder Ziffer von 0 bis 9 sind drei Codierungsmuster aus weißen und schwarzen Streifen zugeordnet. Je nachdem wo die Ziffer steht und wie die erste Ziffer des Strichcodes lautet, werden die entsprechenden Codierungsmuster verwendet.
QR-Codes
QR-Codes sind eine Weiterentwicklung der bekannten Barcodes und können mehr Informationen enthalten. Auch wenn bis zu einem Drittel des QR-Codes fehlt oder verschmutzt ist, funktionieren sie immer noch. In QR-Codes können verschiedene Informationen enthalten sein, z. B. Zahlen, Texte oder Links.
„QR“ steht für „Quick Response“ also „schnelle Antwort“. Während Strichcodes nur eindimensional sind und nur Informationen von „links nach rechts“ enthalten, sind QR-Codes zweidimensional. Man findet QR-Codes im Alltag immer häufiger, z. B. auf Bahntickets, Plakaten, in der Zeitung oder auf Produktverpackungen. Sie lassen sich mit dem Smartphone scannen, manchmal braucht man dafür eine zusätzliche App. Sie sind eine gute Möglichkeit, Kunden zusätzliche Informationen zu geben. QR-Codes kann man auch selbst erstellen, z. B. im Internet unter http://qrcode-generator.de.
Drittes Projekt: Vom Blinzeln zum Verschlüsseln
Vom Sender zum Empfänger – Wie funktionierte das früher?
Am Anfang der 5. Stunde schauten wir uns ein Video an. Darin wurde gezeigt, wie Menschen sich früher aus der Ferne Botschaften sendeten. Die alten Griechen postierten zum Beispiel Fackeln auf Berggipfeln. Die Römer machten es so ähnlich wie die Griechen. Sie stellten sich auf ihre hölzernen Wachtürme und hielten Fackeln in der Hand. Könnt ihr euch vorstellen, warum diese Wachposten besser nicht einschliefen?
Die Indianer nutzten auch Feuer für ihre Signale. Sie gaben reichlich Gras ins Feuer, damit es stark rauchte. Um den Rauch bunt zu färben, gaben sie Mineralien hinzu. Dann schüttelten sie Decken über dem Feuer. Dadurch entstanden Rauchzeichen, die wie Wölkchen aussahen und die andere Indianer dann von Weitem lesen konnten. Leider funktionierte das Senden dieser Nachrichten nicht bei Regenwetter.
Im 18. Jahrhundert erfanden die Franzosen eine Maschine mit Zeichen für Buchstaben. Diese Zeichen konnten mit Fernrohren vom Empfänger gelesen werden. Leider konnten die Feinde diese Meldungen auch sehen und dann entschlüsseln. Es blieb also nichts geheim.
1837 kam der Erfinder Samuel Morse auf die Idee, Signalbotschaften elektrisch durch einen Draht zu schicken. Diese Signale bestanden aus kurzen und langen Stromimpulsen. Der Empfänger der Nachricht übertrug die Signale auf einen Stift, der ein Signal nach dem anderen auf einen Papierstreifen übertrug. Für jeden Buchstaben und jede Zahl gab es eine Folge von kurzen und langen Signalen. Das nennt man Morsealphabet. Später wurden die Signale in Piepzeichen umgewandelt, dann konnte der Empfänger die Botschaft direkt mitschreiben.
Wir haben uns am Projekttag selbst mit dem Morsealphabet beschäftigt und versucht, einen Text mit Morsezeichen zu schreiben, den unser Tischnachbar entschlüsseln musste. Probiert es doch auch einmal aus!
Auch heute ist das Morsealphabet noch gültig: /…. .- .-.. .-.. — // Das heißt HALLO.
Weil es einfacher und schneller war, Botschaften zu senden und zu erhalten, wurden auf der ganzen Welt sehr viele Kabel verlegt. Telegrafenleitungen wurden sogar unterirdisch und durch Ozeane gezogen. Funkwellen beschleunigten die Übertragung noch weiter. Die Funkwellen schwirren dabei vom Sendemast durch die Luft und werden von einer Empfangsantenne eingefangen. Das funktioniert ganz ohne Kabel.
In der achten Stunde bauten wir selbst einen Morseapparat.
Dazu benötigten wir folgendes Material: eine kleine Glühbirne, eine Batterie (keine Taschenlampenbatterie), eine eiserne Schablone mit Löchern, drei isolierte Kabel mit einer Krokodilklemme an jedem Ende und einen Schalter (man kann anstatt der kleinen Glühbirne auch einen Summer nehmen).
So hat es funktioniert: Auf der Schablone mit Löchern haben wir die kleine Glühbirne befestigt. An den Metallstangen, die die Verbindung zu den Kontakten der Glühbirne herstellen, befestigten wir die zwei Kabel mit den Krokodilklemmen. An die Batterie befestigten wir wieder zwei Kabelenden (ein Kabelende darf nicht das Ende eines Kabels sein, das man an die Glühbirne geschlossen hat). Zwischen diese zwei Kabel befestigt man dann den Schalter. Man drückt auf den Schalter und die Glühbirne leuchtet (hoffentlich).
In der neunten Stunde morsten wir uns gegenseitig Botschaften hin und her. Der Stromkreis unseres Morseapparates funktioniert so:
- Aus dem Pluspol der Batterie fließt Strom und stoppt beim Schalter.
- Drückt man diesen herunter fließt Strom durch den Schalter.
- Der Strom fließt durch das Kabel an die Glühbirne und bringt diese zum Leuchten. Auf der anderen Seite der Glühbirne fließt der Strom wieder heraus und landet wieder durch den Minuspol in der Batterie.
Vielen Dank an unsere Klassenlehrerin Frau Sonnen-Högener und unsere Lehrerinnen Frau Pauls-Schuh und Frau Müller-Krause, die uns diesen tollen, spannenden und spaßigen Tag ermöglicht haben!
Über diesen Tag berichteten: Lillice Meyna, Anne-Sophie Mann, Clemens Lagemann, Nele Gieretz, Valentina Pixius, Leonie Hahn, Nicholas Rüth sowie Peter Kramer und wurden von Frau Herudey unterstützt.