Vision-Ing21-Projekt-Dokumentation Materialien für den Unterricht

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1 Vision-Ing21-Projekt-Dokumentation Materialien für den Unterricht Inhaltsverzeichnis 1. Allgemeine Informationen 2. Zusammenfassung 3. Projektdokumentation 3.1. Zielstellung 3.2. Beschreibung der Projektarbeit 3.3. Aufgabenverteilung / Kommunikation 4. Zusammenarbeit mit dem Partner-Unternehmen / Praxisbezug 5. Sonstiges: Anlagen, Protokolle, andere Unterlagen 6. Quellen und Recherchen 7. Datum und Unterschrift Seite 1 von 6

2 1. Allgemeine Informationen Elektronische Schaltungen: Eine praktische Unterrichtseinheit für den Profilbereich Bearbeitet von Jahrgangsstufe: 10 Schulart: Gymnasium Bearbeitet im Fach: Physik Themengebiet: Elektronik Benötigte Vorkenntnisse: Physik-Kenntnisse aus der Jahrgangsstufe 9 Erforderliche technische Ausstattung: elektronische Bauteile, Stromanschluss, Multimeter Wurden Experimente durchgeführt? Ja: Schaltungen am Steckbrett Wurde ein Modell / Objekt gebaut? Ja: Gebäudemodell mit Anwendungen der elektronischen Schaltungen Seite 2 von 6

3 2. Zusammenfassung Vision-Ing21 wurde von einem der betreuenden Lehrer einer Klasse im Chemieunterricht vorgestellt und stieß auf großes Interesse bei den Schülern. Bei einem ersten Brainstorming in den Räumen des Partnerunternehmens Bosch in Bamberg wurden viele Ideen geboren, aus denen das Projektthema entwickelt wurde: Elektronische Schaltungen: Eine praktische Unterrichtseinheit für den Profilbereich des naturwissenschaftlich-technologischen Gymnasiums. Einer der Hauptantriebsgründe war die Möglichkeit, mit dem vorliegenden Projekt eine langfristige, lebendige Kooperation zwischen Schule und Unternehmen in einem abgegrenzten, überschaubaren Bereich zu initiieren. Verbunden damit sind gleichzeitig eine Verbesserung der materiellen Ausstattung der Schule im Bereich Naturwissenschaften und Technik und die Bereitstellung einer ausgearbeiteten und erprobten, praktischen Unterrichtseinheit im Profilbereich des Physikunterrichts im Gymnasium. Die Ergebnisse des Projekts sind Schülerübungsmaterialien für den Physikunterricht, ein Gebäudemodell zur Installierung der gebauten Schaltungen und eine ausgearbeitete Unterrichtseinheit. Die Schüler haben das Projekt in ihrer Freizeit in wöchentlichen Treffen realisiert und konnten aus der Zusammenarbeit mit den Auszubildenden der Firma Bosch viele technische Kenntnisse im Bereich Elektronik und deren Anwendung mitnehmen. Die Zusammenarbeit zwischen dem Clavius-Gymnasium und der Robert Bosch GmbH in Bamberg ist seit 2006 fest etabliert und seit 2007 auch vertraglich festgeschrieben. Im Rahmen dieser Kooperation hat das CG zusammen mit Bosch seit dem Durchgang 2006/2007 in ununterbrochener Reihenfolge jährlich am Wettbewerb Vision-Ing21 teilgenommen. 3. Projektdokumentation 3.1. Zielstellung Ziele des Projekts waren: Für Schüler: Weckung von Interesse für technische Fragestellungen bei den Schülern über Anwendungen im häuslichen Umfeld/im Alltag Förderung der Eigentätigkeit der Schüler Förderung praktischer Fähigkeiten bei den Schülern, die an der Schule im Regelfall nicht vermittelt werden können Vermittlung grundlegender Kenntnisse über alltagsrelevante elektronische Schaltungen Differenzierung zwischen leistungsstärkeren/hoch motivierten und leistungsschwächeren/weniger motivierten Schülern Für Lehrer: Angebot einer klar strukturierten Unterrichtseinheit mit hoher Arbeitsökonomie aus dem Profilbereich des Lehrplans für Lehrkräfte Seite 3 von 6

4 Für Schule und Unternehmen: Etablierung einer dauerhaften Zusammenarbeit zwischen dem Clavius-Gymnasium und der Robert Bosch GmbH Bamberg nicht nur in freiwilligen Arbeitsgruppen, sondern ausdrücklich im Bereich des Unterrichts Möglichkeit für die Schüler Einblick zu nehmen in das Unternehmen und erste Orientierungshilfen für die spätere Ausbildungs-/Studien- und Berufswahl zu erhalten Verbesserung der materiellen Ausstattung des Physik-Fachbereichs der Schule mit zuverlässiger jährlicher Ergänzung Durch die erfolgte Ausarbeitung der Unterrichtseinheit und die Erstellung der nötigen Materialien wurde die Grundlage geschaffen, die genannten Ziele zu erreichen. Da das Projekt auf langfristige Anwendung ausgelegt ist, kann eine endgültige Bewertung erst nach einigen Jahren erfolgen. Durch Einbindung einer Physik-Lehrkraft in die Betreuung des Projekts von Anfang an werden die Einführung, die zukünftige Umsetzung und Begleitung wie auch die Bewertung der Unterrichtseinheit gewährleistet. Die ausgearbeitete Unterrichtseinheit nimmt folgende Inhalte aus dem Abschnitt Ph 9.4 Profilbereich am NTG des Physik-Lehrplans der Bildungsstufe 9 des bayerischen Gymnasiums auf (blau: explizit umgesetzte Inhalte): Halbleiter und Mikroelektronik einfaches Modell eines Halbleiters, Heißleiter, Photowiderstand, Diode, Solarzelle, Transistor als Schalter und Verstärker, Bau einfacher Schaltungen, z. B. Feuchtigkeitsmelder oder Blinklicht, Ätzen von Platinen Grundschaltungen (Und-, Oder-, Nor-Schaltung), Simulation von Schaltungen mithilfe eines geeigneten Programms, Flip-Flop, Ampelschaltung, Addierwerk, Bau einer einfachen Schaltung Dabei ist das Grundkonzept: Theoretische Einführung durch die Lehrkraft in der Schule Erstellen von Schaltungen durch die Schüler mit einem Computerprogramm in der Schule Praktische Übungen zur Umsetzung der Schaltungen durch die Schüler am Steckbrett in der Schule Ätzen der entsprechenden Platinen durch Auszubildende im Unternehmen Löten der Schaltungen auf den Platinen durch die Schüler unter Anleitung durch die Auszubildenden im Unternehmen Anwendung der Schaltungen in einem Hausmodell durch die Schüler in der Schule Diese einzelnen Arbeitsschritte sollen in Physik-Übungen in einem Block aus mehreren aufeinanderfolgenden Übungsstunden umgesetzt werden Beschreibung der Projektarbeit Bei den regelmäßigen Treffen wurden zunächst durch die Schüler lehrplanbezogene Schaltungen ausgewählt, die an einem Modellhaus veranschaulicht werden sollen, um aufzuzeigen, wo die Schaltungen im Alltag auftreten. Die Schaltungen wurden dann mit dem Computerprogramm EAGLE skizziert (Anlage1, Abb. 1 Abb. 4) und nach Berechnung der Seite 4 von 6

5 Werte für die Bauteile (z.b. Widerstände) auf einem Steckbrett (Anlage1 Abb. 5) aufgebaut. Da die einzelnen Bauteile in Schülerübungen sehr stark mechanisch beansprucht werden, wurden sie im Unternehmen auf kleine Platinen (Anlage1 Abb. 5) gelötet, die eigens zu diesem Zweck gefräst wurden. Für die Schülerübungen können dann diese kleinen Platinen als Bauteile verwendet werden. Die Pläne der Schaltungen, die im Unterricht von den Schülern am Steckbrett ausprobiert werden, sollen später im Unternehmen auf Platinen verwirklicht werden. Diese Platinenpläne wurden ebenfalls mit EAGLE erstellt (Anlage1 Abb. 6 Abb. 9). Im weiteren Verlauf wurde aus Aluminiumprofil und Plexiglas ein Modellhaus (Anlage1 Abb. 10) gebaut, in dem die Schaltungen Platz finden. Die Schaltungen wurden auf ihre Funktion überprüft. Die Herausforderung bestand vor allem darin, für die Schüler angemessene, d.h. verständliche Schaltungen zu erstellen. In Zusammenarbeit mit fachkundigen Lehrern wurde dieses Ziel in dem Sinne erreicht, dass einfachere Schaltungen den leistungsschwächeren, schwierige Schaltungen den leistungsstärkeren Schülern zur Bearbeitung vorgelegt werden können. Grundkenntnisse aus der Elektrizitätslehre sind Voraussetzungen für das Verständnis der Schaltungen Aufgabenverteilung/Kommunikation Bei einem durchschnittlichen Zeitaufwand von ca. 2,5 Stunden/Woche wurden bei den gemeinsamen Treffen stets die Ergebnisse der vorherigen Arbeitsphase vorgestellt, dann praktische Arbeiten erledigt und/oder die Aufgaben für die nächsten Arbeitsphase festgelegt. Die Konzeption und die wesentlichen Arbeitsschritte wurden von Schülern und Auszubildenden gemeinsam erarbeitet. Der Projektfortschritt wurde, begleitet durch die Lehrkräfte, gemeinsam kontrolliert. Auch die grafische Umsetzung der Schaltungen mit dem Programm EAGLE erfolgte gemeinsam im Unternehmen. Arbeitsteilig wurden folgende Projektteile erledigt: Versuchsbeschreibungen durch die Schüler, Platinenätzen und löten durch die Auszubildenden. Während des gesamten Projekts bestand enger Kontakt zwischen allen Projektteilnehmern über , dabei übernahmen die Gruppensprecher von Schülern und Auszubildenden koordinierende Aufgaben. (Anlage1 Abb. 11) 4. Zusammenarbeit mit dem Partner-Unternehmen / Praxisbezug Die Schüler wurden von den Auszubildenden in das Ausbildungszentrum der Robert Bosch GmbH in Bamberg eingeführt. Die Unterstützung des Partnerunternehmens war sehr ausgeprägt und bestand in: Bereitstellung von Seminarräumen Bereitstellung von Arbeitsplätzen für die praktische Arbeit an Rechnern und an den Platinen Finanzierung des Materials Einbringung der Arbeitszeit der Auszubildenden Übertragung von Know-how im Bereich der Elektronik Der Praxisbezug ergab sich aus der Themenstellung und aus der Tatsache, dass die Teilnehmer der Robert Bosch GmbH im zweiten Lehrjahr im Bereich Elektronik ausgebildet werden und ihre erworbenen Fertigkeiten direkt einsetzen und an die Schüler weitergeben konnten. Seite 5 von 6

6 5. Sonstiges: Anlagen, Protokolle, Arbeitsblätter, andere Unterlagen Anlage 1: Abbildungen (Projektdokumentation_vi21_10_11_CG_Bamberg_2_Anlage_1.pdf) Anlage 2: Arbeitsanweisungen für die Schüler (Projektdokumentation_vi21_10_11_CG_Bamberg_2_Anlage_2.doc) 6. Quellen und Recherchen Software EAGLE von CadSoft zur Erstellung der Schaltpläne und des Layouts der Platinen; kostenfreier Download: Lehrplan für das Gymnasium in Bayern, Physik Jahrgangsstufe 9: lehrplan.de/contentserv/3.1.neu/g8.de/index.php?storyid= Datum und Unterschriften Datum Unterschrift(en): Gerhard Spörlein Alexandra Hain Seite 6 von 6

Projektdokumentation

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