Ihr erstes Coding-Projekt: Wie Sie in Scratch ganz einfach einen Binärzahlenrechner erstellen

Haben Sie sich jemals gefragt, wie Computer „denken”? Die Antwort liegt oft in einem einfachen, aber grundlegenden Konzept: **Binärzahlen**. Alles, was ein Computer tut, von der Anzeige eines Bildes bis zur Ausführung komplexer Programme, basiert auf einer Abfolge von Nullen und Einsen. Klingt kompliziert? Keine Sorge! In diesem Artikel nehmen wir Sie an die Hand und zeigen Ihnen, wie Sie Ihr allererstes **Coding-Projekt** starten können – einen **Binärzahlenrechner** – mit der visuellen Programmiersprache **Scratch**.

Programmieren lernen muss nicht einschüchternd sein. **Scratch**, entwickelt vom MIT, ist die perfekte Plattform für **Anfänger**, da es auf Drag-and-Drop-Blöcken basiert. Das bedeutet, Sie müssen sich nicht mit komplizierter Syntax herumschlagen, sondern können sich voll und ganz auf die Logik und die Kreativität konzentrieren. Sind Sie bereit, die Magie der Nullen und Einsen zu entschlüsseln?

Warum ein Binärzahlenrechner?

Ein Binärzahlenrechner ist ein fantastisches **erstes Coding-Projekt** aus mehreren Gründen:

• Verständnis für Computer: Sie lernen die grundlegende Funktionsweise digitaler Systeme kennen.
• Algorithmus-Design: Sie wenden einen konkreten **Algorithmus** zur Umwandlung von Dezimal- in Binärzahlen an.
• Kernkonzepte des Codierens: Sie arbeiten mit Variablen, Schleifen, Bedingungen und Operatoren – den Bausteinen jeder Programmiersprache.
• Spaß und Erfolgserlebnis: Es ist unglaublich befriedigend zu sehen, wie Ihr selbst erstelltes Programm eine komplexe Aufgabe löst.

Kurzer Exkurs: Was sind Binärzahlen?

Bevor wir uns in **Scratch** stürzen, lassen Sie uns kurz klären, was Binärzahlen eigentlich sind. In unserem Alltag verwenden wir das Dezimalsystem (Basis 10), das zehn Ziffern (0-9) nutzt. Jede Ziffernposition repräsentiert eine Potenz von 10 (Einer, Zehner, Hunderter, usw.).

Das Binärsystem (Basis 2) verwendet hingegen nur zwei Ziffern: 0 und 1. Jede Ziffernposition repräsentiert eine Potenz von 2 (Einer, Zweier, Vierer, Achter, usw.). Diese 0en und 1en werden als „Bits” bezeichnet und sind die Sprache, die Computer verstehen.

Zum Beispiel:

• Dezimal 1 = Binär 1
• Dezimal 2 = Binär 10 (ein Zweier, kein Einer)
• Dezimal 3 = Binär 11 (ein Zweier, ein Einer)
• Dezimal 4 = Binär 100 (ein Vierer, keine Zweier, keine Einer)
• Dezimal 13 = Binär 1101 (ein Achter, ein Vierer, keine Zweier, ein Einer)

Die Umwandlung von Dezimal zu Binär erfolgt durch wiederholtes Dividieren der Dezimalzahl durch 2 und das Notieren der Reste. Die Binärzahl ergibt sich dann aus den Resten, von unten nach oben gelesen.

Scratch kennenlernen: Ihre Programmier-Werkstatt

Gehen Sie auf die Scratch-Website (scratch.mit.edu). Sie können entweder ein Konto erstellen, um Ihre Projekte zu speichern, oder direkt auf „Erstellen” klicken, um ein neues Projekt zu starten.

Die **Scratch**-Oberfläche besteht aus vier Hauptbereichen:

• Bühne: Hier sehen Sie das Ergebnis Ihres Programms.
• Sprites: Die Charaktere oder Objekte, die Sie programmieren. Der Standard-Sprite ist die Scratch-Katze.
• Block-Palette: Eine Sammlung von farbcodierten Programmierblöcken (Bewegung, Aussehen, Ereignisse, Steuerung, Operatoren, Variablen usw.).
• Skriptbereich: Hier ziehen Sie die Blöcke aus der Palette und setzen sie wie Legosteine zusammen, um Ihr Programm zu erstellen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung: Der Binärzahlenrechner in Scratch

Schritt 1: Projekt-Setup und Start

1. Öffnen Sie ein neues Scratch-Projekt.
2. Sie können den Standard-Sprite (die Katze) verwenden oder einen anderen aus der Sprite-Bibliothek wählen, der Ihnen besser gefällt. Nennen Sie ihn „Rechner”.
3. Löschen Sie alle vorhandenen Skripte des Sprites.
4. Ziehen Sie aus der Kategorie „Ereignisse” den Block wenn (Flagge angeklickt wird) in den Skriptbereich. Dies ist der Startpunkt Ihres Programms.

Schritt 2: Variablen erstellen

Variablen sind wie Behälter, in denen wir Informationen speichern können. Wir benötigen mehrere Variablen für unseren Rechner:

1. Gehen Sie zur Kategorie „Variablen” in der Block-Palette.
2. Klicken Sie auf „Eine Variable erstellen”.
3. Erstellen Sie folgende Variablen (wählen Sie „Für alle Sprites”):
   • Dezimalzahl (für die Eingabe des Benutzers und die aktuelle Zahl, die umgewandelt wird)
   • Binärzahl (für das Ergebnis, die umgewandelte Binärzahl als Text)
   • Rest (für den Rest der Division durch 2)
   • Original Dezimalzahl (eine Kopie der ursprünglichen Eingabe, um sie später anzeigen zu können, da Dezimalzahl im Laufe des Programms verändert wird)
4. Deaktivieren Sie die Häkchen neben den Variablen auf der Bühne, sodass sie nicht sichtbar sind, außer Binärzahl und Original Dezimalzahl, die wir später anzeigen wollen.

Schritt 3: Initialisierung und Benutzereingabe

Bevor wir mit der Berechnung beginnen, müssen wir unsere Variablen auf die richtigen Anfangswerte setzen und die Eingabe des Benutzers entgegennehmen.

1. Ziehen Sie nach wenn (Flagge angeklickt wird) folgende Blöcke aus der Kategorie „Variablen”:
   • setze [Binärzahl] auf [] (lassen Sie das Feld leer, da es zu Beginn eine leere Zeichenkette sein soll)
   • setze [Rest] auf [0]
   • setze [Dezimalzahl] auf [0]
   • setze [Original Dezimalzahl] auf [0]
2. Ziehen Sie aus der Kategorie „Fühlen” den Block frage [Gib eine positive ganze Zahl ein:] und warte.
3. Ziehen Sie aus der Kategorie „Variablen” den Block setze [Dezimalzahl] auf [Antwort].
4. Ziehen Sie aus der Kategorie „Variablen” den Block setze [Original Dezimalzahl] auf [Dezimalzahl]. Dies ist wichtig, damit wir die ursprüngliche Zahl nach der Umrechnung noch anzeigen können.

Schritt 4: Die Umrechnungslogik (Der Kern des Algorithmus)

Jetzt kommt der spannende Teil: Die Umwandlung von Dezimal zu Binär. Wir verwenden eine Schleife, die so lange läuft, wie die Dezimalzahl größer als 0 ist. Für jede Iteration berechnen wir den Rest bei der Division durch 2 und hängen diesen Rest an unsere Binärzahl an. Dann teilen wir die Dezimalzahl durch 2.

1. Behandlung der 0: Eine wichtige Sonderregel: Wenn der Benutzer 0 eingibt, sollte das Ergebnis 0 sein. Die Schleife, die wir gleich erstellen, würde für 0 nicht funktionieren.
   • Ziehen Sie aus „Steuerung” den Block wenn [] dann [] sonst [].
   • Ziehen Sie aus „Operatoren” den Block [Dezimalzahl] = [0] und setzen Sie ihn in die Bedingung des Wenn-Blocks.
   • In den dann-Teil: Ziehen Sie setze [Binärzahl] auf [0].
2. Die Schleife: In den sonst-Teil des Wenn-Blocks ziehen Sie aus „Steuerung” den Block wiederhole bis [Dezimalzahl] = [0]. Dies ist unsere Hauptschleife.
3. Berechne den Rest: Innerhalb der Schleife:
   • Ziehen Sie aus „Variablen” den Block setze [Rest] auf [].
   • Ziehen Sie aus „Operatoren” den Block [] Modulo [] und setzen Sie ihn in das leere Feld.
   • Setzen Sie Dezimalzahl in das erste Feld und 2 in das zweite Feld: [Dezimalzahl] Modulo [2].
   • Dieser Block gibt den Rest der Division von Dezimalzahl durch 2 zurück (also 0 oder 1).
4. Baue die Binärzahl: Der Rest muss an den Anfang unserer Binärzahl gehängt werden, da die Reste von unten nach oben gelesen werden.
   • Ziehen Sie aus „Variablen” den Block setze [Binärzahl] auf [].
   • Ziehen Sie aus „Operatoren” den Block verbinde [Rest] und [Binärzahl] und setzen Sie ihn in das leere Feld des setze-Blocks.
   • Dadurch wird der neue Rest vor die bereits gesammelte Binärzahl gestellt.
5. Aktualisiere die Dezimalzahl: Für die nächste Iteration der Schleife müssen wir die Dezimalzahl durch 2 teilen. Wir benötigen nur den ganzzahligen Teil des Ergebnisses.
   • Ziehen Sie aus „Variablen” den Block setze [Dezimalzahl] auf [].
   • Ziehen Sie aus „Operatoren” den Block runde [].
   • Ziehen Sie aus „Operatoren” den Block [] / [] und setzen Sie ihn in den runde-Block.
   • Setzen Sie Dezimalzahl in das erste Feld und 2 in das zweite Feld: runde ([Dezimalzahl] / [2]).
   • Dieser Schritt entspricht der Ganzzahl-Division.

Ihr Skript sollte jetzt in etwa so aussehen (ohne die Kommentare, die Sie später hinzufügen können):

wenn (Flagge angeklickt wird)
    setze [Binärzahl] auf []
    setze [Rest] auf [0]
    setze [Dezimalzahl] auf [0]
    setze [Original Dezimalzahl] auf [0]
    frage [Gib eine positive ganze Zahl ein:] und warte
    setze [Dezimalzahl] auf [Antwort]
    setze [Original Dezimalzahl] auf [Dezimalzahl]
    wenn <(Dezimalzahl) = [0]> dann
        setze [Binärzahl] auf [0]
    sonst
        wiederhole bis <(Dezimalzahl) = [0]>
            setze [Rest] auf <(Dezimalzahl) Modulo [2]>
            setze [Binärzahl] auf 
            setze [Dezimalzahl] auf 
        end
    end

Schritt 5: Ergebnis anzeigen

Nachdem die Schleife beendet ist, enthält die Variable Binärzahl das gewünschte Ergebnis.

1. Ziehen Sie aus der Kategorie „Aussehen” den Block sage [Hallo!] für [2] Sekunden.
2. Ersetzen Sie „Hallo!” durch einen zusammengesetzten Text. Ziehen Sie dazu mehrmals den Block verbinde [] und [] aus „Operatoren”.
   • Der Text sollte etwa so aussehen: verbinde [Die Dezimalzahl ] und (verbinde [Original Dezimalzahl] und (verbinde [ ist binär ] und [Binärzahl])).
   • Dies führt zu einer Ausgabe wie: „Die Dezimalzahl 13 ist binär 1101”.
3. Alternativ können Sie auch den Block sage [] ohne Zeitangabe verwenden, damit die Nachricht sichtbar bleibt, bis ein neues Skript gestartet wird.

Testen Ihres Binärzahlenrechners

Jetzt ist es an der Zeit, Ihr Meisterwerk zu testen!

1. Klicken Sie auf die grüne Flagge.
2. Der Rechner wird Sie nach einer Zahl fragen.
3. Geben Sie kleine Zahlen ein, für die Sie die binäre Darstellung kennen (z.B. 1, 2, 5, 10, 0).
4. Überprüfen Sie, ob das Ergebnis korrekt ist.
5. Versuchen Sie auch größere Zahlen, um zu sehen, ob Ihr Algorithmus robust ist.

Was Sie gelernt haben

Herzlichen Glückwunsch! Sie haben nicht nur ein funktionierendes Programm erstellt, sondern dabei auch eine Fülle grundlegender **Informatik Grundlagen** und **Coding-Projekt**-Fähigkeiten erworben:

• Variablen: Wie man Daten speichert und manipuliert.
• Schleifen (wiederhole bis): Wie man wiederholte Aktionen ausführt, bis eine bestimmte Bedingung erfüllt ist.
• Bedingungen (wenn dann sonst): Wie man unterschiedliche Pfade im Code wählt, basierend auf bestimmten Bedingungen (z.B. bei der Eingabe von 0).
• Operatoren: Wie man mathematische Operationen (Modulo, Division, Rundung) und Textmanipulation (Verbinden) durchführt.
• Algorithmus-Design: Sie haben einen Schritt-für-Schritt-Plan zur Lösung eines Problems entwickelt und umgesetzt.
• Fehlerbehebung (Debugging): Wahrscheinlich mussten Sie während des Prozesses kleine Fehler beheben oder Anpassungen vornehmen – ein essenzieller Teil des Programmierens.
• Binärzahlen: Ein tieferes Verständnis dafür, wie Computer Zahlen darstellen.

Nächste Schritte und weitere Entdeckungen

Ihr erster **Binärzahlenrechner** ist nur der Anfang! Hier sind einige Ideen, wie Sie Ihr Projekt erweitern oder neue Fähigkeiten erlernen können:

• Binär zu Dezimal: Versuchen Sie, einen Rechner zu erstellen, der Binärzahlen in Dezimalzahlen umwandelt. Das ist die umgekehrte Logik!
• Benutzerfreundlichkeit: Fügen Sie mehr Anweisungen für den Benutzer hinzu, verbessern Sie das Aussehen Ihres Sprites oder fügen Sie einen Hintergrund hinzu.
• Eingabeprüfung: Was passiert, wenn jemand eine negative Zahl oder Text eingibt? Können Sie Ihr Programm so verbessern, dass es damit umgeht?
• Kommentare: Fügen Sie Kommentare zu Ihrem Code hinzu (Rechtsklick auf einen Block -> Kommentar hinzufügen), um zu erklären, was die einzelnen Abschnitte tun. Das ist eine gute Praxis für sauberen Code.
• Weitere Zahlensysteme: Versuchen Sie, Umrechner für andere Zahlensysteme wie das Hexadezimalsystem (Basis 16) zu erstellen.
• Erkunden Sie Scratch: Stöbern Sie in anderen Scratch-Projekten, lernen Sie von anderen oder remixen Sie ihre Projekte.
• Übergang zu Textsprachen: Wenn Sie sich mit den Konzepten in **Scratch** wohlfühlen, könnten Sie sich mit Text-basierten Sprachen wie Python beschäftigen, das oft für Anfänger empfohlen wird.

Fazit

Sie haben bewiesen, dass **Codieren für Anfänger** nicht nur möglich, sondern auch unglaublich lohnenswert ist. Ihr **erstes Coding-Projekt** in **Scratch** hat Ihnen gezeigt, wie man ein scheinbar komplexes Problem (Binärzahlen umrechnen) in handhabbare Schritte zerlegt und mit einfachen Werkzeugen löst. Dies ist die Essenz des Programmierens. Machen Sie weiter, experimentieren Sie und lassen Sie sich von der Welt der **visuellen Programmierung** und darüber hinaus begeistern. Die digitale Welt wartet darauf, von Ihnen mitgestaltet zu werden!